系統解決畜禽糞污資源化利用（中）
——過程控制的關鍵技術

文│吳宓 方國躍 李瑞 吳海智（安徽省畜牧技術推廣總站）

楊興明（南京農業大學）

劉祚軍（安徽省農業科學院）

周宏華（安徽省動物疫病預防與控制中心）

在糞污處理過程中，以養殖業廢棄物（畜禽糞污）和種植業廢棄物（秸稈、谷殼）為原料，通過傳統農家肥自制方法、現代商用有機肥生產工藝和生物有機肥生產技術應用，使其中的氮源轉化、纖維素分解、病原菌殺滅、重金屬鈍化和抗生素降解，讓廢棄物資源轉變為合格的農家肥、商用有機肥或優質復合微生物肥料。畜禽糞污資源化利用過程控制技術，是指在有機肥生產過程中，以有氧發酵（堆肥）和厭氧發酵（漚肥）原理（方式）控制臭氣排放，使抗生素和重金屬殘留明顯下降的技術。它是在有控制的條件下，使有機廢棄物在微生物（主要為細菌）的作用下發生降解，并同時使有機物發生生物穩定作用，逐步向穩定的腐殖質方向轉化的過程。以實現有機固廢的穩定化、清潔化、無害化、資源化，達到不污染空氣、水、土壤的目的。生成的產品有固、液、氣三態。過程控制需要優化畜舍清糞技術。采用干清糞工藝的畜禽養殖場戶，若原有舍內清糞頻率較低，可適當將清糞頻率增加1～2次/天，減少糞尿在舍內停留時間；采用水泡糞工藝的畜禽養殖場戶，選擇深坑貯存或淺坑貯存工藝，必要時配置地溝風機，每頭育肥豬日均糞污產生總量不超過0.015立方米。

一、過程控制的畜禽糞污固態堆肥技術設計要求

無論是傳統農家肥自制方法，還是利用現代商用有機肥生產工藝，或者是利用生物技術研發生產生物有機肥，任何一種合格優質的有機肥料的生產都必須經過堆肥發酵過程。

1.選址布局。畜禽養殖場自配的糞污處理場（廠）址，應符合《畜牧法》和《畜禽污染防治條例》規定，符合《畜禽養殖業污染治理工程技術規范（HJ 497－2009）》要求，畜禽養殖業污染治理工程應對接養殖場污道、不占用養殖場凈道，并與養殖場生產區、居民區等建筑保持一定的衛生防護距離，設置在畜禽養殖場的生產區、生活區主導風向的下風向或側風向處；畜禽養殖業污染治理工程的位置應有利于排放、資源化利用和運輸，并留有擴建余地，方便施工、運行和維護；總平面布置：平面布置應以污水處理系統、固體糞便處理系統、惡臭集中處理系統為主體，其他各項設施應按糞污處理流程合理安排，確保相關設備充分發揮功能，保證設施運行穩定、維修方便、經濟合理、安全衛生。

2.固體糞便處理系統設計。

（1）工藝流程：輔料車間、拌料車間、發酵車間、除臭車間、后熟車間、篩分車間、包裝車間和成品庫，其中發酵車間上連拌料車間，下連除臭車間和后熟車間（圖1）。

◎圖1 固體糞便處理系統工藝流程

（2）工程計算：

養殖場固體糞便日產量＝動物飼養量×單個動物排放固體糞污量（表1）；

表1 畜禽糞尿產生量

固體糞便處理輔料日需量＝養殖場固體糞便日產量×20%；

固體有機肥日產量＝養殖場固體糞便日產量×0.5；

菌種日消耗量（千克）＝養殖場固體糞便日產量（噸）×0.4；

輔料存儲量＝固體糞便處理輔料日需量（噸）×365（天）÷2（每年收儲2次）；

（根據單位面積輔料存儲量計算輔料車間面積+輔料加工機械所需面積）

發酵車間（平方米）＝養殖場固體糞便日產量（千克）×0.66（按發酵周期為60天計算）；

后熟車間（平方米）＝發酵車間（平方米）×0.5；

包裝車間（平方米）＝后熟車間（平方米）÷3；

成品庫面積根據種植季節和市場需求，以最大庫存量計算；

道路硬化面積根據堆肥場地具體情況計算。

3.固體糞便堆肥物料的加工與配比設計。根據畜禽糞尿產生量、堆肥方式進行物料的加工與配比。加工技術流程原料（圖1）有三種：糞污、輔料和菌劑。固態糞污原料來源主要有兩種路徑，一是“一場一策、制肥還田”就地處理的畜禽糞便，另一個是“區域收納、集中處理”的畜禽糞便。糞污原料形態主要有固態和液態兩種，對于含水率超過75%的液態糞便需要進行脫水處理，或晾曬或固液分離或膜發酵，常用的辦法是在物料配比時加入含水率較低的農作物秸稈調配。輔料原料主要是農作物秸稈，包括殼、芯、藤、葉類物質。農作物秸稈預處理辦法是切斷粉碎，粒度小于2厘米，水分低于30%。菌劑生物制品主要有蛋白酶制劑和纖維酶制劑。根據收集來的不同畜禽糞便的特點（表2），確定農作物秸稈添加比例，通過添加植物秸稈進行調節，使堆肥糞便的起始含水率達到40%～60%，碳氮比（C/N）達到30∶1左右（一般添加比例為：50千克雞糞＋9.5千克秸稈，50千克豬糞＋8千克秸稈）。秸稈和畜糞按比例混合攪拌堆放，也可以先鋪一層秸稈，再鋪一層畜糞，逐層疊加堆積，根據設計的堆肥方式，形成肥堆。

表2 新鮮畜禽糞便的養分平均含量（%）

二、過程控制的堆肥技術模式場地建設和關鍵技術

根據養殖場所在區域的地理環境資源、養殖的品種和規模，堆肥場地建設一般采用條垛式堆肥、靜態式通氣堆肥、槽式發酵堆肥以及密閉堆肥方式。

1.條垛式堆肥技術。

場地建設要求：水泥或混凝土防水地面，1%的坡度，滿足糞便運輸車載負荷即可；簡易大棚能防止雨水進入堆肥處理場；周圍建設排水溝，相對高的三面排水溝與堆肥場地之間設有0.8米高的擋水墻或土壩埂，相對低的一面敞開，作為物料進出通道，形似“π”狀；大棚附近或大棚內應設有輔料堆貯和機械粉碎場所；棚內至少有一臺翻斗車和一臺攪拌機；堆肥場地面積應與處理的糞污量相配套。

工藝流程：在物料的加工與配比完成之后，第一步，將物料堆成高度不超過1.2米、不低于1米的錐形或梯形。根據場地面積和物料處理量，逐漸延伸條垛長度，沒有空氣進入的條垛式堆肥，可在堆垛中豎一些秸稈通氣，根據翻拋機械規格型號確定條垛寬度，每次物料堆積完成，便在堆垛上插一專用測溫計；堆垛底部之間相距0.5米以上距離，堆垛區域周圍留有3米以上通道，以方便翻拋機械和鏟車作業，能充分場地利用空間。第二步，肥堆堆好后要經常檢查堆內溫度，一般堆積48小時后，堆中溫度即可達到55℃，當溫度達到60～70℃時可保持10小時左右，此時堆頂塌陷，冒熱氣，開始翻拋作業，把大塊打碎，糞草混勻，較干部分補澆水分，再照原樣堆好。2～3天左右，堆溫再次升到60℃左右，再翻倒1次，整個發酵過程盡量翻3次堆，直至發酵完成，大約經過7～15天，即可實現無害化、腐熟化，物料含水量下降到40%左右。第三步，在最后一次翻拋作業時，選擇功能性菌種添加，一般添加量為：每噸物料添加0.8千克生物菌種，進行二次發酵，發酵溫度一般在45℃以下，10天之后，堆肥不再升溫，含水量下降到30%左右，應盡快施用，避免貯存時間過長降低有益菌的活性。

優點：一是相對投資少，技術簡便易行，操作簡單；二是適合不同品種、不同規模，采用干清糞方式的各種養殖場；三是尤其適合種養結合、土地配套的各種養殖場，既能解決畜禽養殖和秸稈污染問題，又為農業提供了優質的肥料資源。

缺點：一是堆垛高度通常僅為1～1.2米，占地面積大；二是堆肥時間相對較長，臭氣大，人工作業環境惡劣。

2.靜態式通氣堆肥技術。

場地建設要求：場地建設要求與條垛式堆肥相近或相似，但需要增設地面通氣管道和空壓設備。在通氣堆肥條垛中軸，開挖10×10厘米槽溝，溝底為形，鋪設一條直徑7厘米左右的PVC曝氣管道，PVC曝氣管道雙側45℃開孔，間距20厘米、孔徑直徑1厘米，曝氣管道埋設在槽中間，槽口低于平面2厘米，周圍塞滿鵝卵形石子，以管道正常通氣不阻塞、地面機械作業不損壞曝氣管道、堆中滲出的污水能順形槽排入污水收集池為準；PVC曝氣管道一端連接1臺功率為3.7千瓦的強力送風機，另一端封堵。

工藝流程：方法和步驟與條垛式堆肥場地建設基本相近或相似，不同之處：一是由于堆垛高度可達1.5～2米，土地利用率相對高一些；二是依靠強制通氣控制堆肥溫度，每天間隔5小時曝氣一次，每次曝氣1小時。當堆肥條垛溫度持續超過70℃或持續低于55℃時，增加翻拋次數或延長曝氣時間，使堆肥條垛溫度保持60～70℃達到10天以上。發酵時間相對短，惡臭氣體相對少，氨氣濃度相對大，智能化程度相對高；三是基礎投資增加，運行成本提高。四是條垛需要一次性堆肥完成，才能充分有效利用曝氣功能。如果在密封處理場所，棚頂架構需用賴腐蝕材料，還需安裝臭氣收集處理系統。

3.槽式發酵堆肥技術。投資大、處理糞污量大、運行成本較高，適合大型規模養殖企業、有機肥加工企業和第三方處理中心應用。

場地建設要求：一是要建設發酵槽，發酵槽高度1.8米、寬度10米，長度根據處理量和車間容納空間而定；二是增設地面通氣管道和空壓設備，曝氣管設置在發酵槽內，空壓設備在發酵槽外側，槽底地面曝氣管道分總管和細管，總管和細管相聯通，并在適當位置安裝閘閥，總管為直徑10 厘米左右的PVC管，細管為直徑4厘米左右的PVC管，管道末端封堵。發酵槽槽底要開挖10×10厘米槽溝，溝底為形，最低端建立污水收集池；總管槽線與條垛平行，細管槽線與條垛垂直，細管埋設應置于槽之間，槽口低于平面2厘米，周圍塞滿石子，管道氣孔口徑直徑5毫米，兩側分布，間隔10～15厘米，氣孔分朝雙側45℃。三是在發酵槽頂部架設軌道式翻拋機，單個發酵槽的翻拋機在槽頂軌道上可前后移動，多個發酵槽并列時，增設前后左右均可移動軌道；四是潮濕地區和潮濕季節要特別注意密封車間通風除臭設備的動力配套，防止頂棚凝集水掉入發酵槽；五是規模化生產企業要提高裝備自動化水平，物料運輸必須依靠傳送帶運送。總之，場地建設要有利于場地上機械安全作業，有利于管道內氣體注入堆中，有利于堆中滲出的污水順形槽排入污水收集池。

工藝流程：在物料的加工與配比完成之后，第一步，通過傳送帶將物料運送至發酵槽，堆滿發酵槽，每次物料堆積完成，便在堆垛上插一專用測溫計；第二步，發酵槽堆滿后要經常檢查發酵槽內溫度，一般堆積48小時后，堆中溫度即可達到55℃，當溫度達到60～70℃時可保持10小時左右，此時堆頂塌陷，冒熱氣，開始曝氣，每天間隔5小時曝氣一次，每次曝氣1小時。當堆肥條垛溫度持續超過70℃或持續低于55℃時，就要開啟翻拋機。2～3天左右，堆溫再次升到60℃左右，再翻倒1次，整個發酵過程盡量翻3次發酵槽，直至發酵完成，大約經過7～15天即可實現無害化，再經過10～15天即可實現腐熟化，物料含水量下降到40%左右。第三步，在最后一次翻拋作業時，選擇功能性菌種添加，一般添加量為：每噸物料添加0.8千克生物菌種，進行二次發酵，發酵溫度一般在45℃以下，后熟15～25天之后，堆肥不再升溫，含水量下降到30%左右。第四步，一次發酵＋二次發酵大約經過45～60天，商用有機肥要按照商品有機肥技術指標進行技術篩分調理制肥、開展質量檢測，最后按照商用有機肥標準包裝入庫并應盡快施用，避免貯存時間過長降低有益菌的活性。

4.固體糞污密閉堆肥技術。包括反應器堆肥、膜堆肥、發酵倉堆肥。反應器堆肥發酵時間不少于7天，發酵過程中產生的臭氣、氨氣可以集中收集，進行酸洗、生物質除臭等方式統一凈化處理。膜堆肥是一種將條垛式堆肥和反應器堆肥相結合的堆肥技術，該技術充分利用復合膨體聚四氟乙烯膜的半透性和柔性特征，將臭氣截留在堆體中，底部定期通風，發酵時間不少于14天，宜對場地進行硬化，堆體上方覆蓋膨體聚四氟乙烯膜。主要設備有：塔式發酵一體機、流化床發酵裝置、一體化智能好氧發酵系統，根據容積不同，規格型號不一。發酵倉堆肥是將物料送入箱式結構中，通過強制通風，靜態發酵，具有除臭氣、降抗生素、發酵時間短、降低糞污中水分等優點，對養殖場區疫病防控和凈化作用大，是蛋雞場糞污處理的第一道工序。目前市面上畜禽糞污發酵設備產品比較多，有些小型設備存在的主要問題是發酵產物只能做半成品（有機肥生產原料），需要進行二次或三次發酵。專用設備堆肥技術工藝流程，需要按照專用設備說明書作業。

三、過程控制的畜禽液態糞污處理要求和關鍵技術

在畜牧生產過程中，無論采取什么工藝模式，養殖場的液態糞污都會產生。糞污全量還田、糞水肥一體化利用和糞污能源化利用是畜禽液態糞污資源化利用的典型技術模式，是種養結合的最佳技術模式，也是古老的漚肥技術傳承和創新。

1.畜禽液態糞污處理要求。按照《中華人民共和國土壤污染防治法》規定，畜禽糞便資源化利用的措施、種養結合農業耕作措施、有利于土壤改良和土壤肥力提升的措施等能防止土壤污染的一切措施，都受到鼓勵和支持；《畜禽養殖業污染物排放標準》規定了防滲漏、防溢流、無害化處理要求，《農田灌溉水質標準》設定排放標準；《畜禽糞便無害化處理技術規范》規定了糞肥安全利用的蛔蟲卵、鉤蟲卵、糞大腸菌群數、蚊子蒼蠅四項衛生學指標；《畜禽糞便還田技術規范》對畜禽糞污處理、施用、減少養分損失、減輕環境影響提出了建議要求；《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》對畜禽糞污所施農田的土壤狀況、農林作物類型、種植制度等提出了適時適量施肥比例。

2.固液分離方法。

格柵分離方法：在沉砂池、集水池或水泵前必須設置格柵，以防堵塞水泵及其他設備、裝置。機械格柵柵條間間隙寬度為16～25毫米。特大型養殖場采用機械格柵，大中小型養殖場采用人工格柵，人工格柵柵條間間隙寬度25～40毫米。

固液分離機分離方法：螺旋擠壓分離糞污以及沼渣沼液的分離，糞污全量利用不需要分離。

3.貯存池系統建設設計。

集污池建設設計：密封管道收集畜禽舍污水，暫時存放。集污池有效容積（立方米）=日產糞污量（立方米/天）×集污時間（t）。集污池有效容積根據糞污量及停留時間確定，t—污水停留時間，d；一般采用0.5～1.0天（計算時轉化為小時）。

調節池建設設計：調節池作用是存放及調節污液水質、污液水量和溫度的配套設施。與集污池建設設計相似，但可以用相同容積的多個PE儲罐（圖2）替代。

◎圖2 PE儲罐

沼氣發酵池設計：根據糞污量和糞水停留時間計算容積:V＝Q×t

V—沼氣池（罐）有效容積，立方米； Q—糞污量，立方米/天； t—糞水停留時間，d：與糞污濃度和發酵溫度有關，糞污濃度總固體（TS、DM）3%，15℃，t取40天；20℃，t取20天；25℃，t取15天；30℃，t取10天。黑膜沼氣池，t大約100天。

沼氣發酵池類型：磚混結構沼氣池、鋼筋混凝土結構沼氣池、塑料結構沼氣池、玻璃鋼結構沼氣池、鋼結構沼氣罐、黑膜沼氣池等等。膜結構沼氣池優點：單位容積造價低、糞污水停留時間長、埋于地下能利用地熱、出水水質較好。膜結構沼氣池缺點：產氣效率低、出渣困難，清理費用也比較高、適合處理濃度比較低的沖洗污水；底部膜破損污染地下水、頂部膜破損，泄漏沼氣；維修困難，有膜破、人落、窒息、死亡案例，存在較大安全隱患。

液態糞污貯存池建設設計：按照液態糞污貯存6個月計算，每個養殖場至少需要建設2個液態糞污貯存池。目前采用液態糞污貯存池：磚混結構貯存池和黑膜沼液貯存池。

每個液態糞污貯存池容積（立方米）=日產液態糞污量（立方米/天）×180天。

4.質量控制技術及工藝流程。

液體糞污覆蓋貯存技術。包括固定式覆蓋貯存和漂浮式覆蓋貯存。固定式覆蓋指在液體糞污貯存設施上加蓋或覆膜，應配備氣體通風口或氣體回收處理裝置，以防止易燃氣體的積聚。漂浮式覆蓋指采用幾何形狀的塑料覆蓋片、蛭石等可漂浮物，宜用于降水較少區域表面積較大的液體糞污貯存設施。

液體糞污酸化貯存技術。通過添加酸化劑降低液體糞污pH值，將氮素以較穩定的銨鹽形態保留在糞污中。常用的酸化劑有硫酸、過磷酸鈣等，調節pH至5.5～6.5，酸化后的液體糞污需繼續貯存發酵。現有研究表明，當糞污pH值小于6時，可減少氮損失50%以上。

液體糞肥覆蓋式施用技術。采用噴施、澆施、沖施、淋施、條施、滴灌施等方式，將液體糞肥施用于土壤表面后，宜及時翻耕入土，減少糞肥在土壤表面停留時間，減小與空氣接觸面積。還可通過注射式等施肥方式，將液體糞肥施用于土壤表面以下3～35厘米。

糞污先經過格柵分離和固液分離機分離出糞渣和糞水，糞渣按照堆肥技術要求，生產農家肥或商用有機肥，賣給當地種植戶，糞水輸送到沼氣池進行深度厭氧發酵，殺滅有毒有害病菌、病毒和寄生蟲卵，密封發酵35天，然后通過溢流到黑膜沼液池再密封存貯180天以上。然后根據作物種植時間，作為基肥一次性還田。

5.非能源化漚肥技術。傳統的畜禽液態糞污處理，是以厭氧發酵方式制肥，稱為漚肥。所謂漚肥，是指將作物的稈、野草、綠肥、廄肥、垃圾、人糞尿、河泥等放在坑內，和水浸泡，經分解作用后，制成肥料。對于交通閉塞、土地較少的小養殖戶來說，農家肥是很好的肥料來源，不僅能將種植養殖生產廢料再次利用，還減少了污染。漚肥技術沒有標準，干物質添加量可多可少，可以添加3%～5%的過磷酸鈣，一般漚肥期應不少于60天，防雨、防滲、蓋土是漚肥三招。

6.能源化液態糞污處理技術模式。

（1）規模畜禽場糞便污水主要治理模式與途徑是“截污建池，發酵還田”。種養結合模式中的糞污全量還田、糞水肥料化利用和糞污能源化利用三種模式，其目標就是能源化（沼氣）、資源化（肥料）、無害化（有機物降解、氣味減少、殺滅病原微生物、破壞雜草種子、避免燒苗）。能源化（沼氣）利用時，要求液態糞污中干物質含量在10%以內（進料TS＜10%），所以必須把從畜禽舍收集到的液態糞污固體物質分離出來，才能達到治理目標，其工藝流程（圖3豬場糞污處理流程圖）的基礎性關鍵技術是固液分離和貯存池系統建設設計，以及在還田之前的質量控制技術。

◎圖3 糞污處理流程圖

（2）整縣推進第三方集中資源化利用模式：秸稈糞污混合原料“沼氣工程”。該工程應與當地秸稈糞污等農業農村有機廢棄物綜合利用規劃、農村人居環境整治提質增效工作有效銜接，做到統籌發展，近遠期結合。應充分考慮原料特性、沼氣用途、沼渣液農田回用、投資與運營成本、長效管理機制，選擇穩定可靠、操作簡便的工藝技術，積極穩妥采用新工藝、新技術、新材料。對于先進技術和關鍵設備的運用，應以提高沼氣工程綜合效益、管護運營簡便、引領技術進步為原則。用于集中供氣或生物天然氣提純應進行加臭，加臭裝置和加臭劑應符合CJJ/T 148的有關規定。用于沼氣發電的供電系統應按現行GB 50052的“二級負荷”的規定設計。秸稈糞污混合原料沼氣工程的設計年限不低于25年。秸稈糞污混合原料沼氣工程相關施工操作，按NY/T 2141的規定執行。

工藝路線：秸稈糞污混合原料沼氣工程工藝應包括原料貯存及預處理、沼氣生產、沼氣凈化和貯存、沼氣利用、沼渣液農田回用等環節。

原料貯存：秸稈原料貯存應在場區內或附近設置短期堆放場所，同時在場區外設置長期堆放場所；秸稈原料貯存場地的總容積應根據可收集半徑內的原料特性、耕作制度、需求量等因素確定，以滿足工程連續運行需要為基本原則，宜不少于7個月的秸稈原料供應量；糞污原料根據工程運行需要宜從周邊養殖場（戶）或集中收貯中心直接轉運。

原料預處理：秸稈原料預處理設施包括粉碎間、攪拌進料池等，可根據工程運行需要選用預處理設施。秸稈原料預處理可采用粉碎、切碎、揉絲等方式，預處理后秸稈長度宜在30～100毫米范圍之內。對于含砂及其他雜物較多的畜禽糞污原料，應設置格柵、沉砂池或除雜裝置等。

進料及出料系統：秸稈糞污混合原料沼氣工程進料宜采取高濃度（TS 8%～20%）、上進料的進料方式。農作物秸稈進料系統應采用適合農作物秸稈物性的專用設備和防堵塞設計，宜采用高濃度活塞式進料設備。宜批次進料，布料點不少于2個，并在厭氧發酵罐頂部設置沼液噴淋裝置。出料系統主要依靠自重實現出料，宜采用高濃度活塞式出料設備輔助出料。

進料流量計算：Q＝V/HRT×85%

Q－每天進料量，單位為立方米每天（立方米/天）；V—發酵罐容積，單位為立方米（立方米）；

HRT—水力滯留時間，單位為天（d）。

進料池有效容積計算： W＝Q/2

W—進料池有效容積，單位為立方米（立方米）。每天兩次進料，進料池容積應在進料池有效容積基礎上增加5%～10%。

沼氣生產：秸稈糞污混合原料沼氣工程可采取無攪拌、中溫（35℃±2℃）厭氧發酵工藝。農作物秸稈和畜禽糞便混合滿足適宜碳氮比要求，秸稈糞污混合原料發酵水力滯留時間宜設置35天以上，厭氧發酵罐應采用抗滲混凝土或抗腐蝕鋼結構等材質，應采取保溫和增溫措施，用于集中供氣或生物天然氣提純的工程，厭氧發酵罐的個數不宜少于2個，厭氧發酵罐應設置物料高度和液面高度檢測裝置，各類秸稈消耗量折算表參照NY/T 2142的規定。

◎圖4 秸稈糞污混合原料沼氣工程工藝路線圖