畜禽糞污無害化快速處理裝備研發

張小剛

（山西省農業機械發展中心，山西太原 030031）

農業面源污染是當前農村環境保護的一大難題，對水環境、土壤資源、大氣環境和生態系統產生嚴重的影響，并對人類健康產生不可逆轉的破壞作用。由于污染防治意識不強、相關制度建設不完善和技術障礙多等原因，我國農業面源污染形勢嚴峻。立足于解決農業農村面源污染，以畜禽糞便的快速無害化處理為開端，為解決農村面源污染打開一條新出路。

1 我國畜禽糞污污染及資源化利用現狀

我國畜牧業產值達2.98萬億元，占農業總產值的27.8%，畜牧業的快速發展，滿足了全社會不斷增長的畜產品需求，同時也產生了大量的養殖廢棄物，畜禽糞污問題日益突出。大量畜禽糞污的無序排放造成了極為嚴重的環境污染。據統計，2017年畜禽糞污高達38×108t[1]。養殖企業多數都建設在交通便利、供排水方便的城鄉結合處、河灘或近郊區域，大都將畜禽糞污不經任何處理直接排入附近的農田、河道、下水管網甚至江河之中，不僅污染了環境，傳播了病菌，更嚴重的是影響了地表水的質量，生態環境被嚴重破壞，威脅人類的安全與健康。

我國規模化養殖企業土地連片集中，土地得到充分的利用，畜禽新鮮糞污可以及時出售，沒有畜禽糞污處理的區域，養殖區域防疫基本依靠藥物控制；糞污中包含大量病毒細菌、蟲卵、草籽等，給農村經濟作物、大棚土壤造成嚴重污染；即使是大規模養殖企業設置有糞污堆放區域，但若不及時處理糞污，不僅需要占用大量土地，而且也會對養殖及周邊區域造成二次空氣、水污染，并嚴重威脅養殖區域的防疫。

畜禽糞便的資源量隨著畜牧業的發展而迅速增長，2017年已達到38×108t，其氮磷鉀養分含量為4 741.45×104t，氮磷鉀比例為1∶0.53∶1.08，其磷鉀比例也遠遠高于現在的化肥施用比例，對緩解我國磷鉀肥不足也有重要意義。

我國目前畜禽糞污的無害化處理利用率不高，特別是大中型養殖場。據一些大城市郊區的調查，利用率一般不到20%，如北京市的畜禽糞便加工處理能力僅有22×104t，處理率僅為3%。對于該部分資源，目前正在致力于發展畜禽糞污資源化利用、有機肥工廠化生產，但是由于畜禽糞污運輸、無害化處理、有機肥生產成本較高，且有機肥產品只能用于那些高附加值的農產品生產，應用范圍受到限制，所以目前大部分畜禽糞污最好的辦法是簡單漚制發酵后直接在田間利用。

研制可靠的快速高效無害化處理發酵設備與技術、糞污運輸工具與有機肥施用技術，是當前畜禽糞污無害化處理急需解決的關鍵問題。

2 畜禽糞便無害化處理工藝分析與選擇

畜禽糞便的無害化處理、資源化利用通常是通過好氧、厭氧發酵來進行。將畜禽糞便堆放在田間地頭，經過4～6個月的自然發酵腐熟后成為堆肥，作為底肥灑到田間，培肥地力，這種方式耗時長、臭味大，污染空氣、地表水和土壤，而且容易燒苗，滋生蟲卵；現代養殖業畜禽糞污有機肥加工，特別是一些大的畜禽養殖場，通常將糞便集中堆放、攪拌、翻刨、好氧發酵、沼氣厭氧發酵，發酵過程中臭氣熏天、污水橫流，污染了周邊環境，使得周邊農民集體抵制有機肥生產[2]。

專業有機肥生產企業，通過機器設備將畜禽糞便與輔料混合翻堆攪拌發酵，大幅提高了發酵效率，但占地面積大、處理加工能力嚴重不足等問題制約畜禽糞污的無害化處理和有機肥加工的發展。

通過大量的調查研究，將畜禽糞污無害化處理與資源化利用徹底分開，畜禽糞污的無害化快速高效處理設置在養殖企業，在好氧發酵菌種作用下，一次性完成高溫好氧發酵、除臭、濾水、殺卵、滅菌等功能，實現快速無害化處理，減少糞污堆放時間和占地面積，徹底切斷病菌傳播途徑；資源化利用設置在專用有機肥加工企業，利用無害化處理過的畜禽糞污，生產出符合國家相關標準的有機肥。

3 畜禽糞便無害化快速處理裝備研發

設備來自于2018年度山西省現代農機裝備引進（開發）試驗“畜禽糞污有機肥加工技術及快速發酵設備引進開發試驗”項目。

3.1 工藝原理

畜禽糞便好氧發酵處理設備采用好氧微生物有氧發酵原理，使微生物利用畜禽糞便中的有機質、殘留蛋白等，在一定溫度、濕度和氧氣充足的環境下快速繁殖。繁殖過程中，它們消耗糞便中的有機質、蛋白質和氧氣，代謝產生氨氣、CO2和水蒸氣。同時釋放大量的熱量，使罐內溫度升高[3]。在45～70℃（通過外部設備加熱）進一步促進微生物生長代謝，同時60℃以上的溫度可殺滅糞便中的有害細菌和病原體、寄生蟲卵等有害物質，同時平衡有益菌存活的溫度、濕度和pH值，滿足有益菌生存條件，隨著新鮮畜禽糞便不斷加入，罐內微生物循環持續繁殖，從而實現對糞便的無害化處理。處理過的熟料可以直接作為肥料使用，也可以作為原料生產復合有機肥，徹底解決糞便對環境的污染問題，確保養殖行業規模化、綠色可持續發展。

禽畜糞便發酵罐工藝原理是將畜禽糞便等物料與生物發酵菌混合，利用微生物的活性，對廢棄物中的有機質進行生物分解、腐熟，使有機廢棄物轉化為有機肥原料，用于土壤改良、園林綠化，最終實現有機廢棄物的資源化利用。

3.2 分析計算

根據項目建設示范點太谷縣鴻昊養殖專業合作社的日處理糞污情況，設計畜禽糞污發酵設備（滾筒）為12 m3，結合放置場地和鋼板材料情況設計滾筒總長為10 m，滾筒長度為6 m。則：

由以上公式可求得直徑約為1.6 m。

3.3 總體設計

根據畜禽糞污有機肥加工工藝及畜禽糞污好氧發酵處理設備工作原理，結合山西省現代農機裝備引進試驗項目計劃任務書，設計制造出畜禽糞污發酵滾筒，其機械結構布局合理，管道走向流暢、外形美觀，并且解決了市場上的畜禽糞便好氧發酵設備普遍存在的一些問題，如脫水不暢的問題、發酵溫度不夠的問題等。

畜禽糞污發酵設備（滾筒）總體布置圖見圖1。

圖1 畜禽糞污發酵設備（滾筒）總體布置圖

3.4 技術方案

畜禽糞污高效、快速無害化處理發酵滾筒由底架、前部支架、進料裝置、滾筒、滾筒內濾水及傳料裝置、加熱裝置、曝氣裝置、滾筒動力裝置、電氣控制裝置、尾部支架、出料裝置等部分構成。滾筒內濾水及傳料裝置在滾筒內部，通過機械設計實現，不再單設動力裝置帶動；加熱、曝氣裝置通過設在前部支架的動力裝置帶動在滾筒內實現；滾筒動力裝置由外設的減速機帶動齒圈實現，滾筒的支撐由光圈承擔；電氣控制裝置設在前部支架內；滾筒和前后支架的連接通過法蘭和不銹鋼薄片實現；進料裝置設在前部支架上方。

工作時，滾筒在減速機帶動下開始緩慢轉動，同時，進料裝置啟動，畜禽糞便開始源源不斷地進入滾筒，在傳料導向板的引導下，畜禽糞便緩慢向尾部支架移動。原料中所含的水分通過濾水裝置流向桶外，在濾水腔內安裝出水螺旋，出水螺旋分兩段，以不同的旋轉方向安裝在同一根軸上，通過設計實現在滾筒旋轉的同時，出水螺旋工作排水，解決了濾水裝置經常堵塞、濾水不暢、嚴重影響發酵質量的問題。

滾筒內畜禽糞便在發酵菌加熱、曝氣、濾水及電控裝置的共同作用下開始快速發酵，采用大功率加熱裝置，短時間內滾筒物料溫度就迅速上升到70℃左右；縮短曝氣間隔，加大滾筒內物料供氧量[4]。縮短畜禽糞便發酵腐熟時間，解決養殖場糞便不能及時處理造成的環境污染問題。

濾水裝置見圖2，濾水部件設計圖見圖3。

圖2 濾水裝置

圖3 濾水部件設計圖

4 試驗

項目試驗場地選在項目示范點太谷鴻昊養殖專業合作社。試驗的原料是雞糞（肉雞），配以HM生物菌種及廢煙絲進行高溫發酵，經過24 h發酵后，實現除臭、脫水、殺卵、滅菌等功能。將發酵后的雞糞輸送到發酵場地和腐殖酸（褐煤）攪拌到一起，通過槽式翻拋機進行二次發酵，發酵完成后進行粉碎，粉碎后通過皮帶輸送機進入臥式攪拌機進行攪拌，攪拌完成后通過皮帶輸送機進入有機肥造粒機造粒，造粒完成后經過烘干、除塵、冷卻等若干程序進入打包機包裝。

試驗原料廢煙絲見圖4，發酵中的設備見圖5，二次發酵完成的雞糞見圖6。

圖4 試驗原料廢煙絲

圖5 發酵中的設備

圖6 二次發酵完成的雞糞

試驗完成后，將雞糞有機肥產品進行了送檢。

雞糞有機肥檢測報告見表1。

5 結語

（1）研發了一種新的畜禽糞污處理工藝，將畜禽糞污無害化處理與資源化利用徹底分開，畜禽糞污的無害化、快速、高效處理設置在養殖企業，資源化利用設置在專用有機肥加工企業。

（2）通過試驗及技術改進，完成了畜禽糞污無害化處理及資源化利用關鍵設備——畜禽糞污無害化快速發酵滾筒的改進及設計，完成了畜禽無害化發酵滾筒圖紙、圖樣和樣機試制、試驗。該設備可一次性完成畜禽糞污的除臭、濾水、殺卵、滅菌等功能。

（3）畜禽糞污無害化快速發酵滾筒徹底解決了市場上同類設備脫水不暢的問題。

表1雞糞有機肥檢測報告