淺談現代畜禽糞污好氧資源化處置技術

李 楨，周海龍，唐翀鵬

（中工環境科技有限公司，北京 100080）

根據農業農村部“十三五”期間數據統計知，全國約有40%的畜禽糞污未能實現合理有效的利用[1]，尤其是農村的傳統種植業，由于在農藥及肥料上使用不合理、糞污消納能力低，對土壤、水體造成一定污染，進一步增加了農村的環保壓力[2]。因此，對養殖業污染物進行有效處理與資源化利用對于保障環境安全具有重要意義。但畜禽糞污處理作為養殖過程中的一項高成本工程，長期以來被養殖戶忽視。

目前，處理畜禽糞污的主流工藝為厭氧產沼氣+固液分離+有機肥生產和直接好氧發酵生產有機肥2 種工藝。對于沼氣有明確銷路或可發電上網、末端沼液不需要做污水處理、可以直接還田的項目，一般選用厭氧產沼氣+固液分離+有機肥生產的工藝；而對于沼氣沒有明確利用途徑和銷售出路，沼液不能還田、需要做污水處理的項目，一般選用直接好氧發酵生產有機肥的工藝。

1 好氧處理工藝種類

按照現代好氧發酵工藝（堆肥）的復雜程度，可將技術工藝分為靜態條垛式堆肥系統、槽式翻拋堆肥系統、罐式發酵系統。

1.1 靜態條垛式工藝

靜態條垛式堆肥是一種最簡單、最古老的堆肥方法，它將堆料以條垛式堆放在露天或框架下，在有氧條件下進行發酵。條垛的斷面形狀各有差異，如梯形、三角形等。條垛式堆肥的通風供氧是通過定期翻堆來實現的，發酵周期通常為30～90 d。

該系統的優點是設備簡便，成本較低；易于干燥，堆肥產品質量高、穩定性好等；缺點是占地面積大，堆腐周期長，需要大量的翻堆機械和人力，檢測頻繁，易有惡臭，受氣候影響大等。

1.2 槽式翻拋堆肥工藝

英國人Epstein 在靜態條垛式堆肥系統的基礎上加入強制翻拋及通風裝置，而成為強制通風堆肥系統，該系統能更有效減少熱量散失，增加高溫持續時間[3]。它與條垛式系統的不同在于堆肥過程中通過鼓風機強制向堆體供氧，并間歇式通過機械設備翻拋，此系統在堆體下部設計一些通風管路，與鼓風機相連。此外，堆體應在結實防滲的地面上進行，防止滲液對土壤的污染。

該系統優點是占地面積相比靜態條垛式發酵系統小；成本相對低，該系統具有溫度控制與通風控制等；堆腐周期相對較短，一般為14～21 d；產品穩定性好，能及時殺滅病原菌；缺點是發酵過程易受環境條件的影響。

1.3 罐式發酵工藝

罐式發酵工藝技術最早起源于日本畜禽糞污處理領域，設備內部有可以輸送空氣和進行攪拌的葉片[4]。在好氧條件下，通過好氧菌的作用，分解有機廢棄物，又可以蒸發掉廢棄物中的水分，使有機廢棄物變為優質有機肥。發酵處理后有機肥的水分可達到30%～45%。發酵時的溫度甚至可達到50℃～70℃，可以保證殺死各種病原菌和雜草的種子等，可生產出安全的有機肥。

該系統優點是系統建設周期短、發酵快，最短堆肥周期可至5～12 d；臭氣量少、自動化程度高、運行操作便捷，可根據規模實現靈活組合式安裝，占地面積小，可節省廠房建設投資；缺點是系統單位投資較上述2種工藝高，系統自動化程度高，對操作和維修人員有較高水平要求。

2 好氧工藝系統的比選案例

由于不同畜禽糞污處置項目的規模、糞污形態、可用土地面積等條件不同，其所適用的好氧發酵工藝也不同，下面將以某規模蛋雞養殖場的雞糞處置項目為例，對于上述工藝系統進行比選論證，并為同類項目的工藝選擇提供參考價值。

案例項目是在四川某蛋雞場內的雞舍外圍墻與邊坡間新建好氧發酵罐設施。隨著環保升級，對環保要求較高，雞糞處理過程中不允許有臭氣外溢，以免影響周邊環境；同時，為充分保障生物安全性，養殖場不允許在好氧發酵系統過程中添加外來輔料。

結合本項目的基本條件，從場地情況、環保要求、防疫風險、技術經濟4個方面進行論證。

2.1 場地限制

本項目雞糞處理量為321.6 t/d（含水率75%），但可用地面積僅為8 000 m2，平均場地寬度僅為12 m，因此場地寬度及面積均受限。故在系統選擇過程中需要對占地面積著重考量。

根據靜態條垛式系統設計經驗，選擇尺寸為底寬3～5 m、高2～3 m 的垛型，發酵周期按照60～90 d 計算，總發酵物料堆積量在2×104t以上，占地面積約需要20 000 m2以上，在不考慮雞糞收集與裝車等用地需求下，已遠遠超出可用地面積，因此無法滿足本項目的用地需求。

根據槽式翻拋堆肥系統實際運行的經驗數據，發酵周期按20 d 計算，一個發酵周期需要發酵物料10 200 t，翻拋高度按1.5 m 計算，車間面積需要11 333 m2，無法滿足本項目的用地需求。

根據罐式好氧發酵工藝系統的常用選型，該規模下的上料混料系統和好氧發酵系統占地面積約1 656 m2，裝車系統占地面積300 m2，除臭系統占地面積約500 m2，可以滿足罐式好氧發酵工藝生產的需要，比槽式好氧發酵工藝節省占地面積8 877 m2。

2.2 環保要求

靜態條垛式系統和槽式翻拋堆肥系統由于占地面積大，在好氧發酵的過程中臭氣擴散面積大，相對于罐式密閉發酵系統收集成本及處理成本更高。

本項目若采用槽式翻拋堆肥系統占地面積約11 333 m2，車間高度6 m，總容積約8×104m3，1 h 換氣次數按最低5 次計算，除臭風量為40×104m3。

本項目若采用罐式好氧發酵系統，除臭系統總風量約8×104m3，比槽式翻拋堆肥系統除臭風量少32×104m3。

因此，除臭系統環保效果若達到環保要求，槽式翻拋堆肥系統除臭系統投資較罐式發酵投資更高。

2.3 防疫風險

集約式養雞場能夠保持持續穩定運行，主要是基于對生物防疫的高標準、嚴要求，因此，該蛋雞場為杜絕外界病原微生物進入廠區，避免可能對蛋雞造成的各種疾病影響，要求在雞糞好氧發酵系統中禁止添加輔料。

槽式好氧翻拋工藝和靜態條垛式堆肥工藝要求物料自身有一定的透氣性，需要添加外來輔料對調配雞糞含水率，因此不能滿足蛋雞場提出的好氧發酵過程不添加輔料的要求。

罐式發酵系統由于單位曝氣量高、占地面積小的原因，可設計較為充足的發酵空間，并設置大量的返料進行混合。因此罐式發酵系統可以在不添加輔料的條件下運行，符合蛋雞場養殖要求。

2.4 技術經濟綜合比較

雞糞直接好氧發酵生產有機肥的工藝主要有靜態條垛式堆肥系統、槽式翻拋堆肥系統、罐式發酵系統。好氧發酵技術經濟綜合比較詳見表1。

綜上所述，由于本項目場地限制、環保要求、防疫風險等要求，因此推薦采用占地面積小、臭氣量小、不添加輔料的罐式發酵系統。同時，與靜態條垛式堆肥系統及槽式翻拋堆肥系統相比，罐式發酵系統還具備機械程度高、發酵周期短、運行自動化程度高、運行成本合理、建設周期短等優勢。

3 罐式發酵設備對比分析

目前，市面上罐式好氧發酵設備根據曝氣方式的不同，分為傳統機械攪拌曝氣式和高壓多層曝氣式。

3.1 傳統機械攪拌曝氣式

傳統機械攪拌曝氣式設備為了使發酵罐體內的物料充分發酵，需要攪拌系統以保證罐體內物料中好氧微生物均勻得到氧氣的供應，保持良好的發酵狀態，避免局部物料中微生物因得不到足夠的氧而形成厭氧發酵。

除此之外，由于傳統機械攪拌好氧發酵對罐內物料的含水率要求，導致好氧發酵罐內機械攪拌扭矩較大，同時機械攪拌器又是好氧發酵的核心部件，因此該類設備很難保證全年連續運行，一旦機械損壞，需要維修更換，生產時間最少耽擱1～2周。

3.2 高壓多層曝氣式

高壓多層曝氣好氧發酵罐則采用恒定的曝氣壓力，通過對物料進行全方位、多角度、分時序曝氣，使好氧反應器最高發酵溫度在55℃以上。通過監測反應器運行的溫度、氣壓、氧氣含量等數據，以及自控程序，實現對發酵過程比較精準地控制。

但由于罐體設備采用無機械式動力攪拌，因此在曝氣設備選型上需要選取更大功率和更大風量的設備，以保證物料在罐體內能夠保持穩定的流態并保證充足的氣體擴散。因此，罐體配套風機投資高于傳統機械攪拌曝氣式。同時由于其不受機械攪拌槳的尺寸制約，罐體容量可進行擴大，因此更加節省系統占地。

綜上所述，考慮保證本項目常年穩定運行，結合本項目場地限制、環保等級、防疫風險等要求，為降低工程總投資及運行成本、減少工人勞動強度角度出發，推薦采用設備穩定性強的高壓多層曝氣好氧發酵罐。

4 結語

現代好氧發酵技術工藝主要有靜態條垛式、槽式翻拋式、罐式發酵3種，由于靜態條垛式系統與槽式翻拋系統占地面積大、臭氣控制難度高等問題，在土地稀缺、人口密集的地區面臨更大的環保壓力與設計建設難度，存在一定的局限性。而罐式發酵作為近年來快速發展的新興工藝技術，在滿足畜禽糞污快速制肥的同時，具有占地面積小、臭氣控制好、環保標準高等特點，因此可以標準配套環保設施，植入集約化、自動化養殖場的設計建設中，具有良好的示范意義。

除此之外，傳統養殖場在選擇糞污處置工藝時，應根據場地條件、環保要求、防疫控制以及投資估算，因地制宜地選擇經濟、高效的資源化處置技術。