生物基質發酵倉無害化處理畜禽糞尿技術

成建國 朱榮生 劉興華 黃保華 余坤華

隨著中國畜禽養殖業的規模化發展，畜禽養殖產生了大量糞便，畜禽糞便中含有大量氮、磷和有機污染物等，是造成農村環境污染的主要原因，影響到農業生態的可持續發展。因此，畜禽糞尿無害化處理，資源化利用，已成為農業可持續發展亟須解決的問題。

畜禽糞尿等廢棄物資源化利用，本著遵循生態效益、經濟效益和社會效益相統一可持續發展的原則，實現資源化利用，而畜禽糞尿資源化利用的主要出路是肥料化還田利用。世界發達國家畜禽糞尿資源化利用，就是畜牧養殖業與種植業有機結合循環利用的模式。畜禽糞尿等廢棄物應遵循減量化、無害化、生態化、資源化的原則，依據該原則，山東省農業科學院畜牧獸醫研究所的科研人員和山東凱辰環保科技有限公司研究出了生物基質發酵倉無害化處理畜禽糞尿技術。

一、生物基質無害化處理畜禽糞尿技術原理

該技術是一種生物發酵技術，利用額外添加的微生物、基質和畜禽糞尿中的微生物發酵處理畜禽糞尿等廢棄物的生態循環農業技術，解決了畜禽糞尿等廢棄物資源化利用的問題。

該技術根據微生態理論和微生物發酵理論，篩選環境益生菌和飼用益生菌，在發酵倉內鋪設谷殼、鋸末、米糠等生物基質原料作為培養基，接種環境益生菌、飼喂飼用益生菌，將畜禽所排出的糞尿在發酵倉內經微生物完全發酵，迅速降解、消化，從而達到無臭氣、零污染的目的，從源頭實現環保、無公害養殖。

生物基質無害化處理畜禽糞尿技術就是微生物發酵降解糞漿中有機物的過程，其中微生物的群落結構變化可以反映出生物基質的運行情況，發酵過程中生物基質的營養成分、pH值、溫度等的變化都會影響微生物群落的變化，發酵初期微生物數量較低，隨著生物基質內不斷添加養殖廢棄物，基質中可直接利用的養分增多，微生物迅速繁殖，此時細菌真菌數量快速增加。同時，大量微生物分解糞尿及填料中的有機物釋放的熱量導致生物基質迅速升溫，初期基質中的微生物分解能力較強，填入的糞漿被微生物快速分解和消耗，持續高溫使得水分蒸發較快，20天左右隨著基質含水量持續下降和pH值升高，此時不利于微生物的生長繁殖。這個階段細菌和真菌的數量均下降，此時通過添加糞漿的方式進行生物基質的添加，隨著生物基質添加過程完成，基質內含水量和養分含量逐漸上升，細菌和真菌數量升高進入發酵后期，生物基質主要營養成分含量逐漸降低，可直接被微生物利用的養分迅速減少，微生物的群落結構發生變化。此時則需要通過翻堆添加新鮮基質及補充菌劑的方式調整微生物群落結構，使基質恢復分解能力，提高糞尿降解的效率。

因此，生物基質發酵倉無害化處理畜禽糞尿技術是一項有利于將畜禽糞漿轉化為有機肥的技術，將熟化后的生物基質作為有機肥原料還田，不僅有利于實現資源的高效循環利用，還可增加土壤的有機質，減少化肥施用，實現農業的綠色可持續發展。

二、生物發酵倉構造

整個發酵倉為圓柱體倉式結構，中心設有圓柱體調質池及泥漿泵，外側設有圓形軌道；翻拌機旋轉鋼梁的一端固定于中心軸，另一端運行于圓形軌道；該旋轉鋼梁上排列有一排螺旋槳翻拌機，當鋼梁旋轉運動時，其全部旋轉翻拌機同時工作，翻拌范圍全面覆蓋整個發酵倉立體空間。該旋轉鋼梁上還設有糞水噴淋裝置，當翻拌機工作時，糞尿水通過均流管道及噴嘴進行均勻噴灑，噴灑量由檢測頭及電子控制開關智能控制。生物發酵倉設有與其外圓相切的并與中心通道垂直的進料、出料口。為提高出料效率，該口設有同步卷揚機及出料刮板裝置。建造發酵倉時，倉底地面及墻體內側面應作防滲漏處理，確保污水不滲出、不溢流。

設備主要設施包括集污池、噴淋池、生物發酵倉及陽光棚等；設備包括污水（泥漿）切割泵、攪拌機、自動噴淋機、翻拌機、自動增氧機、變軌移位機、臭味處理設備、溫度測定、水分測定和氨氣測定等儀器設備。

據農業部《畜禽規模養殖場糞污資源化利用設施建設規范（試行）的通知》（農辦牧〔2018〕2號），生物發酵倉的大小按每頭豬建設面積不小于0.2 米2，并配套糞污暫存池容積不小于 0.2 米3，鋪設墊料厚度符合行業技術規范，并配備必要的設施設備。

三、生物基質的選擇

生物基質是由谷殼、木屑、玉米秸稈、食用菌渣等農業生產含碳副產品按一定比例拌勻，并加入微生物菌制成的有機基質。

生物基質應選擇碳氮比高、疏松多孔、粒度適當、通透性好、透氣吸水性能好的干燥材料，常用的生物基質有玉米秸稈、鋸末、花生殼、稻殼、麥糠、稻草秸稈、食用菌渣和米糠等農副產品。

生物基質是畜禽糞漿生物發酵反應的關鍵部分，作為微生物菌載體，生物基質適宜pH 值為7.5～7.9。微生物的發酵一般需要弱堿性，當pH值偏低時，微生物無法降解有機質；當pH值偏高時，則導致氨的大量揮發。

生物基質的含水量在15%～20%。生物基質含水量直接影響到菌種發酵效率的高低，添加糞漿后的生物基質含水量為50%～60%時，菌種活力最高。

生物基質原料要求無腐爛、無霉變、無化學污染、無異味。

生物基質加工粉碎粒度要求6～10毫米。 粒度影響發酵進程，進而影響著發酵速度的快慢和對糞尿的消解能力。

生物基質的碳氮比（C/N）：微生物生長的最佳碳氮比為25，當碳氮比在25～35時，發酵過程最快；當碳氮比<20 時，微生物因能量不足生長繁殖受到抑制，糞污分解能力下降；當碳氮比>35時，有利于發酵過程的升溫，但消耗墊料過快。由于豬糞的碳氮比為7，是提供氮素的主要原料，因此生物基質配方應該補充高碳氮比的基質，使總的碳氮比>25。

四、生物基質的配方配制

1. 生物基質添加數量

生物基質、微生物添加劑和糞漿按照一定比例混合加入生物發酵倉，鋪滿整個發酵倉，生物基質用量體積（V）為鋪設面積（M）乘以鋪設高度（H），V=M？H。

2. 微生物菌制劑添加量

微生物添加劑應采用農業農村部認可的有益微生物經發酵制成的生物制劑，用于提高畜禽糞漿和生物基質發生生物發酵反應，促進糞漿無害化處理的微生物制品。

微生物菌劑添加量用T表示，T=V？1‰。

3. 微生物菌種的選擇

生物基質對畜禽糞漿分解能力的強弱取決于微生物菌種的活性及其組成成分。生物基質發酵糞漿的過程中，需要不同種類的菌種同時配合，共同分解糞便中包含的糖類物質、淀粉類物質及纖維素類物質等有機物質類。

微生物菌種是由許多有益菌種以及它們的代謝產物組成的，它們之間相互配合，共同起到分解糞便、基質的作用。一般常用的菌種有光合細菌、酵母菌、芽孢桿菌以及放線菌等。

4. 生物基質配方

生物基質配方應根據當地農業生產所產生副產品的條件來配制，因地制宜，因時制宜，按來源豐富、價格便宜、符合要求的原則選擇配制，舉例如下。

案例一：稻殼（50%）+鋸末（49%）+麩皮（1%）+微生物菌劑（1‰）；

案例二：菌渣（55%）+木屑（25%）+谷殼（20%）+微生物菌劑（1‰）；

案例三：蔗渣（35%）+木屑（10%）+雜草（55%）+微生物菌劑（1‰）。

5. 生物基質的填充

生物基質的填充根據軌道翻拌機軸承距床底平面深度鋪設生物基質的面積，應充滿整個發酵倉底面積，鋪設厚度為80～150厘米，鋪設后應運行翻拌機器，保持生物基質均勻、疏松、平整，不得壓實。運行階段，應適當增加生物基質數量，待墊料全部分解后需及時更換墊料。

五、生物基質發酵技術操作程序

在養殖場地勢較低處建設一處生物發酵倉，糞尿污水從管道流入調節池，經切割泵與攪拌機切割攪拌，轉為糞漿，確保糞漿不分層，通過自動噴淋裝置，將糞漿均勻噴灑在發酵倉基質上。糞漿將被基質內的微生物菌群進行生物降解處理。通過微生物復合菌發酵，將糞漿中的營養物質和有害成分降解成植物可利用的小分子養分以及二氧化碳和水，除去其中的臭味。在降解處理過程中，發酵倉基質溫度上升到50℃以上，水分蒸發，自動翻拌機對發酵倉基質進行翻拌，促進糞漿與基質充分混合，最終使糞尿污水轉化成生物有機肥原料。

1. 糞漿注入

糞漿是指畜禽排泄的糞、尿和沖洗圈舍的污水的混合物，固形物不低于5%。畜禽養殖舍的糞尿污水通過管道流入調節池，經切割泵與攪拌機切割攪拌均勻，轉為糞漿，確保糞漿不分層。待發酵倉內生物基質裝填完畢后，通過自動噴淋裝置，將糞漿均勻噴灑在生物基質上。糞漿注入數量根據生物基質的體積計算出來，按每立方米發酵基質每天噴淋糞污量不超過30千克，糞漿與發酵基質混合后水分含量以45%～50%為宜，控制生物基質與糞漿混合物總體水分含量不超過60%。

2. 翻拌

采用自動翻拌機對生物基質與糞漿混合物進行翻拌，促進糞槳與生物基質充分混合，加速生物發酵反應，同時增加氧氣、散發水蒸氣。

注入糞漿1～2 小時后，糞漿已完全滲入基質內部，方可啟動翻拌機進行翻拌；采用自動翻拌機進行翻拌，使糞漿與基質充分混合均勻。運行初期需加大翻拌次數，每天翻拌3～5次，且每次添加糞尿后都要立即進行翻拌，避免結塊；正常運行期間，每天翻拌1～2次。

3. 增氧

增氧是指采用機械自動化的方法向生物基質和糞漿混合物中增加氧氣（空氣）的過程，以提高其生物耗氧發酵反應。

增氧與翻拌同時進行，在翻拌機器運行過程中，通過風管將空氣注入生物發酵的基質中，為生物基質的耗氧發酵補充氧氣，每天增氧1～2次。

4. 除臭

畜禽糞尿等廢棄物本身具有惡臭氣味，嚴禁排放至空氣中污染環境。生物除臭裝置通過管道收集器將惡臭氣體吸入收集，氣流在通過含有生物填料層的循環液過程中完成氣液擴散、液固擴散和生物氧化三個過程，生物填料表面生物膜中的微生物以惡臭氣體物質為營養，惡臭物被微生物氧化分解，在轉化過程中產生能量，為微生物的生長與繁殖提供能源，使惡臭氣體物質的轉化持續進行，經凈化后的氣體由引風機引出排放。

六、生物發酵倉的管理

1. 氨氣測定

在發酵倉內不同位置設立若干個氨氣測定設備，每天4次測定發酵倉內氨氣濃度。

2. 生物基質溫度測定

在發酵倉中不同位置設立溫度測定點，每天4～6次測定基質溫度，發酵溫度要保持50℃以上；每天密切監測發酵倉的運行狀況，尤其是發酵溫度變化，發現異常應及時采取應對措施，并做好相關記錄。

3. 生物基質含水量測定

在生物基質中不同位點設立若干水分測量儀，隨時測定基質含水量，定期記錄添加糞漿的質量，與基質的初始質量相比，獲得的比值為基質在發酵過程的不同階段中吸納糞漿的能力。

4. pH值測定

生物基質發酵運行后，應定期測定生物基質的pH值，可用四分法將樣品縮分至5克，加45毫升無菌水，在室溫下用振蕩器連續振蕩30分鐘，靜置30分鐘后，用pH計測其上清液的pH值。

5. 翻拌發酵基質

發酵基質下沉20厘米以上必須補充生物基質至原設計高度；冬季每天翻拌1～2次，夏季每天翻拌3～4次，春秋每天翻拌2～3次。

6. 添加糞漿計量

每天加注糞漿量需按照生物基質有效體積吸納糞漿的能力加注；每天加注到發酵倉中的糞漿可自動計量。

7. 加強生物發酵倉通風換氣

在生物發酵倉內壁上有水珠結成、倉內出現大量水霧，翻拌時要開風機或側窗除潮除濕。夏季適當增加通風量，冬季根據實際環境狀況適當調整換氣次數，以保證溫度、氧氣含量和空氣質量。

8. 保持好微生物菌種活化狀態

根據生物基質發酵分解速度與程度，若發酵分解能力下降，應及時補加菌種。以20天左右為 1 個周期，每立方米生物基質按照1‰的微生物菌劑添加量進行補充，將微生物菌劑均勻灑在基質表面，再進行充分翻拌。

七、發酵糞漿后生物基質的利用

發酵糞漿后的生物基質，按照GB 18596-2001畜禽養殖業污染物排放標準處理，可作為制作有機肥的原料，還田利用。

還田利用依據畜禽糞便還田技術規范（GB/ T 25246-2010）、畜禽糞便安全使用準則（NY/ T1334-2007）、畜禽糞污土地承載力測算技術指南（農牧辦[2018 ]1 號）執行。

（作者聯系地址： 成建國 朱榮生 劉興華 黃保華 山東省農業科學院畜牧獸醫研究所 郵編： 250100；余坤華山東凱辰環保科技有限公司 郵編：250101）