畜禽糞污有機肥加工技術及應用探討

陳海林

（山西省農業機械發展中心，山西太原 030021）

0 引言

近年來，隨著我國畜牧養殖業的迅速發展，呈現出區域化、專業化、規模化、集約化經營的特點，在滿足了人們對肉、蛋、奶需求的同時，也造成了嚴重的環境污染。規模化養殖場畜禽糞污的排放具有集中度強，排放量大，污染濃度高等特點。據統計，我國每年產生的畜禽糞污高達38億 t之多，且以年均3%的速度逐年遞增。我國于20世紀80年代后期開始關注畜禽養殖業污染問題，90年代初，杭州灣的污染問題引起各級政府的高度重視，研究結果顯示，農業化肥施用及畜禽糞污為杭州灣污染的主要來源，這一結論首次敲響了我國畜禽糞便污染的警鐘[1]。1999-2000年，國家環保總局對全國規模化養殖業污染情況進行了調查，結果顯示，畜禽養殖業帶來的環境問題日趨嚴重，是形成面源污染的主要因素之一[2]。很多養殖企業將畜禽糞便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，威脅到了人類的生存環境。另一方面，畜禽糞便含有有機質和氮、磷、鉀等營養成分，是農作物生長的主要養料，不經過加工處理而直接外排，會造成大量資源的浪費。因此，將養殖場畜禽糞污經過工廠化處理制成有機肥料，是我國畜牧業發展的必由之路，既解決了環境污染問題，又可促進綠色有機農業發展，還保證了養殖業的可持續運行，可謂一舉多得。

1 畜禽糞污的成分及特征

畜禽糞便中含有豐富的有機物質，此外還含有氮磷鉀鈣、鈉、鎂、鐵、錳、銅、鋅、粗脂肪等多種營養物質，且其中8%~10%是氨基酸[3]。據分析，雞糞的干物質中，含粗蛋白13.4%~35%，粗纖維11%~15%，粗脂肪2%~4%；豬糞的營養價值僅次于雞糞，豬糞的干物質中含粗蛋白16.99%，粗纖維20.69%，粗脂肪8.24%[4]。將畜禽糞便同農業廢棄物混合經過特定處理技術發酵腐熟制成有機肥施用于農田，對于增強土壤肥力、改善土壤結構，增加土壤的持續生產力具有重要作用，因此，畜禽糞污將是生產有機肥的主要原材料。

2 有機肥概述

2.1 有機肥定義

2.1.1 廣義上，有機肥俗稱農家肥，是以各種動物、植物殘體或代謝物組成，如人畜糞便、秸稈、動物殘體、屠宰場廢棄物等。還包括各種餅肥、堆肥、漚肥、廄肥、綠肥、沼肥等，主要以提供有機物質來改善土壤理化性能，促進植物生長及土壤生態系統的循環。

2.1.2 狹義上，有機肥專指以各種動物廢棄物（動物糞便、動物加工廢棄物）和植物殘體（餅肥類、作物秸稈、落葉、枯枝、草炭等），采用物理、化學、生物或三者兼有的處理技術，經過一定的加工工藝（包括但不限于堆制、高溫、厭氧等），消除其中的有害物質（病原菌、病蟲卵害、雜草種籽等）達到無害化標準而形成的符合國家相關標準（NY 525-2012）及法規的一類肥料。有機肥中不僅含有植物生長必需的大量元素、微量元素，還含有豐富的有機養分，是最全面的肥料。

3 有機肥在農業生產中的作用

3.1 改良土壤、培肥地力

有機肥料施入土壤后，有機質能有效地改善土壤理化狀況和生物特性，熟化土壤，增強土壤的保肥、供肥能力，提高土壤通氣性能，為作物的生長創造良好的土壤環境。

3.2 增加產量、提高品質

有機肥料含有豐富的有機物和各種營養元素，為農作物提供養分。有機肥分解后，為土壤微生物活動提供能量和營養，促進微生物活動，加速有機質分解，產生的活性物質等能促進作物的生長，從而增加產量和提高農產品的品質。

3.3 提高肥料的利用率

有機肥含有養分多但相對含量低，釋放緩慢，而化肥單位養分含量高，成分少，釋放快，兩者合理配合施用，相互補充。有機質分解產生的有機酸還能促進土壤和化肥中礦質養分的溶解，有機肥與化肥相互促進，更利于作物吸收，提高肥料的利用率。

4 現代有機肥加工技術

中國自古就是農業大國，有著悠久的農耕歷史，在過去傳統農業生產中，農家肥一直占據重要的位置，農家肥是廣義上的有機肥，沒有完全達到無害化標準。隨著現代規模化、集約化養殖場的迅速發展，傳統的就地堆制農家肥的方式已經不適應現代養殖業畜禽糞污處理的要求。建設有機肥加工廠運用現代有機肥加工技術處理畜禽糞污將是今后規模化養殖業消納糞污的主要方式。現代有機肥加工技術包括前期好氧發酵堆肥和后期造粒兩個部分，這里只探討前期好氧發酵堆肥部分的相關技術，好氧發酵堆肥加工有機肥是目前規模化養殖場畜禽糞污處理的主要方式。

4.1 現代有機肥加工工藝

從80年代開始，我國開始工廠化加工有機肥技術的研究，經過近40年發展，形成了經濟實用的好氧發酵堆肥方法。工藝流程如圖1。

圖1?好氧發酵堆肥方法工藝流程圖

好氧發酵堆肥技術是將畜禽糞污（含水率很高須經過固液分離后）集聚，加入農作物秸稈、稻殼、谷糠、木屑、煤灰等干物質輔料調節水分和碳氮比，增加物料透氣性，然后加入微生物發酵菌劑促進物料快速發酵，并配備專用機械設備進行均質、翻拋增氧、發酵腐熟后制成標準有機肥。養殖企業可根據自身規模、場地及糞污產生量，應用不同堆肥發酵法將糞污加工成標準有機肥。

4.2 有機肥好氧發酵堆肥工藝技術要求

有機肥堆肥發酵應按照2019年9月1日實施的《畜禽糞污堆肥技術規范》（NY/T3442-2019）所要求的技術標準執行，生產合格的有機肥產品。

4.2.1 混合后的物料含水率為45%-65%，碳氮比為20：1~40：1，粒徑不大于5 cm，PH值要求在5.5~9.0.

4.2.2 發酵過程中可以添加微生物和酶制劑等物料腐熟劑，添加量應在物料質量的0.1%~0.2%，所用腐熟劑應獲得相應管理部門認證。

4.2.3 通過曝氣或翻堆，使堆體溫度升高到55℃以上，條垛式堆肥維持時間不少于15天，槽式堆肥維持時間不少于7天，反應器堆肥維持時間不少于5天。

4.2.4 條垛式發酵和槽式發酵的翻堆次數為每天一次，反應器發酵應根據實際運行中物料溫度和出料情況調整攪拌頻率。

4.3 有機肥好氧發酵堆肥方法

4.3.1 條垛式發酵法。將從圈舍清理出來的糞便聚集起來，加入發酵菌劑、木屑、作物秸稈、泥炭土等各種輔料混合均勻，按照工藝技術要求調節碳氮比和水分含量，達到微生物發酵的最佳條件。

在預先準備好的水泥地或蓋有塑料膜的泥地上進行堆肥，將物料堆成高度1.5~2 m，寬度1.5~3 m，長度視場地大小和物料多少具體確定。

根據堆肥發酵升溫情況利用翻拋機定期對條垛進行均勻翻拋增氧，促進物料的快速發酵，直到整個條垛完全腐熟。本方法的優點是投資小，操作簡單；缺點是占地大，用工多，發酵時間長，對周圍環境污染較大，適合中小型養殖場的畜禽糞污處理。

4.3.2 槽式發酵法。槽式發酵法要求發酵槽為鋼筋混凝土結構，相鄰兩個發酵槽共用池壁，池壁寬度根據配套翻拋機的要求確定，并能承受翻拋機的重力，槽底既要能承受發酵物料的重力，又要能承受裝載機的重力，同時還得滿足通風曝氣要求。槽式翻拋機是現代好氧槽式堆肥的核心設備，取代了人工、鏟車對物料的翻堆。

用鏟車或手推車將畜禽糞便（含水量小于70%）倒入發酵槽內，厚度0.8~1.5 m左右，參入發酵菌劑、鋸末、秸稈等添加輔料，開動翻拋機沿軌道連續翻拋物料，使其攪拌均勻，達到堆肥發酵技術要求；以后每天翻拋一個來回，加速物料發酵，經過15天左右基本腐熟，到物料出口端就變為發酵腐熟的有機肥；出來的有機肥就可直接進入干燥設備快速烘干或造粒晾曬干后成為商品有機肥。這種工藝是早前國內應用最多的一種模式，翻拋形式常見的有旋轉葉片、螺旋攪拌、旋轉軌鏈等。優點是能充分利用光能和發酵產生的熱量，設備簡單，運行成本低。缺點是占用場地大；發酵完的有機肥濕度大，需經過后期干燥；大棚內空氣污濁、溫度高，不適宜人工操作。

4.3.3 臥式罐發酵法。臥式罐發酵法是通過應用臥式發酵滾筒或罐體來完成畜禽糞污好氧發酵堆肥的一種方法。該設備由罐體、攪拌器、曝氣系統、加熱裝置、上料系統、出料系統、電器控制柜等組成。

將圈舍清理出來的畜禽糞便與發酵菌劑、作物秸稈、木屑等輔料混合均勻，按堆肥發酵技術要求調節水分含量，用鏟車或提升機將物料通過料斗送入臥式發酵罐內，通過內部加熱裝置或從外部充入熱風或蒸汽，讓罐內物料溫度不斷升高，同時物料在微生物好氧發酵分解作用下釋放熱量，在攪拌器作用下均勻升溫，直至罐內溫度達到80~90℃，持續1小時以上，以便充分殺滅細菌和蟲卵，物料在罐內經7~10 h發酵腐熟成有機肥。本方法的優點是占地小，機械化程度高，發酵腐熟較完全；缺點是設備投資較大，耗能高，肥料需要后期干燥。

4.3.4 塔式翻板發酵法。塔式翻板發酵法是通過應用立式翻板發酵塔來完成糞污好氧堆肥發酵的一種方法，該設備是由多層發酵室、主軸傳動系統、液壓動力系統、上料提升系統、熱風爐、高壓送風系統、除臭系統、控制系統等組成。

將清出的畜禽糞污同發酵菌劑、作物秸稈、鋸末等輔料攪拌均勻，調節水分含量和碳氮比達到堆肥發酵工藝技術要求，通過輸送帶或料斗提升到多層發酵塔內，物料在塔內得到充分的好氧發酵分解并釋放熱量使自身溫度升高。通過翻板的翻動使物料逐層下落實現通風、增氧、攪拌等發酵條件并控制溫度在55~60℃之間，在此溫度下，物料堆體中的大量水分蒸發，病原菌和寄生蟲死亡，同時除臭系統對排出的氣體進行生物除臭，達到快速發酵、除臭、脫水生產出有機肥。這種方法的優點是占地小；充分利用了物料自然發酵產生的熱量，發酵速度快，利于水分散失；機械化程度高，發酵條件易于控制。缺點是投資大，能耗高，設備故障率高。

5 現代有機肥加工技術的優勢

1）運用現代有機肥加工技術生產有機肥可以將傳統堆肥周期從30~90天，縮短到7~15天，甚至更短，大大提高了生產效率；

2）規模化養殖場運用現代有機肥加工技術可全年處理畜禽糞污，實現有機肥連續化生產；

3）可以對畜禽糞便處理的全過程進行控制，將環境污染降到最低；

4）可根據養殖場養殖規模及產生的糞污量來設計相應的有機肥生產線規模；

5）運用現代有機肥加工技術加工的商品有機肥肥效全面、安全性好、方便運輸。

6 有機肥推廣應用存在的問題及建議

1）有機肥生產成本比較高，項目投入產出比不協調，養殖企業不愿意投資，建議政府給予相應補貼。

2）有機肥料雖然營養全面但相較于化學肥料有效成分偏低，且釋放緩慢，對農作物增產不太明顯，影響了農民使用的積極性。建議加大宣傳力度，提高農民對有機肥料的認識。

3）有機肥與化學肥料同效當量施用時，有機肥施用量比化學肥料要多幾倍，農民從利益上計算增加種植成本和勞動量，不愿意施用有機肥料。

4）市場上很多冒充“有機食品”銷售的農產品很多不是用有機肥料或者不完全是用有機肥料種出來的，損害了真正的有機農產品種植戶的利益，也相應影響了有機肥料的推廣應用，建議有關部門加強有機農產品的認證把關和市場監管力度。

7 有機肥發展展望

有機肥料是農作物生產的主要原料，在農業生產中具有重要意義。然而，為解決我國人口大國糧食需求量大的問題，長期大量使用化學肥料追求高產高效，使土壤理化性狀、土壤生態環境、土壤微生物系統受到破壞，土壤中的營養元素比例嚴重失調，土壤酸化、板結嚴重，肥力不足，造成了農產品品質污染，產量下降。隨著農業現代化的不斷發展，有機肥在農業生產中的作用將受到進一步重視，有機肥料才是生產綠色食品的主要肥源。用有機肥種出的農產品口感好，能保持瓜果蔬菜等本身特有的營養和味道。由于有機肥料中各種營養元素全面，而且這些物質無毒、無害、無污染，為生產高產、優質、健康的綠色食品提供了必要條件。另外，隨著社會的進步，人們健康意識的增強，對生活質量和生活品質有了更高的要求，追求純天然綠色無公害食品成為一種時尚。所以為人們提供綠色、無公害、健康食品的有機肥料將會被大量應用到農業生產中。

2016年12月21日，習近平總書記主持召開中央財經領導小組第十四次會議，就解決好畜禽養殖廢棄物處理和資源化利用等人民群眾普遍關心的突出問題發表重要講話，要求到2020年基本解決大規模養殖場畜禽糞污處理和資源化問題，翻開了我國畜牧業綠色發展的新篇章[5]。所以說，集約化、規模化養殖企業將在國家政策的指引下健康發展，養殖場畜禽糞污有機肥加工技術有利于環保與資源的循環利用，具有廣闊的發展前景。