畜禽糞便好氧堆肥技術研究進展

摘要：畜禽糞便是非常好的資源，但糞便中殘留的抗生素等和重金屬會嚴重影響其使用價值，而將糞便進行好氧堆肥處理可大幅度降低獸藥和重金屬的危害并提升有機肥品質，是一種實現糞便無害化和資源化利用的重要技術。本文就常見的好氧堆肥技術、各技術的優缺點及改進優化工藝進行了綜述，以期為選擇適宜的好氧堆肥技術提供參考依據。

關鍵詞：畜禽糞污；好氧堆肥；堆肥技術

我國是畜禽養殖大國，年畜禽糞便產生量為極為可觀，據統計僅兗州區2021年3—9月產生糞污約24.78萬t，其中固體糞污約17.23萬t；還有報道稱全國每年約產生38億t畜禽糞污[1]。如此大量的糞便，如不加以利用將造成巨大的資源浪費，隨意排放還會污染環境。糞便在堆放過程中會自然發酵，能產生大量臭氣，其中最主要的是氨氣和硫化氫，這些有害氣體不僅會污染周圍的空氣，還會危及附近人和動物的健康；畜禽糞便中還含有重金屬元素，直接還田會導致土壤和種植的農作物重金屬累積超標。因此，糞便需要無害化處理后才能真正地成為資源。

1 自然堆肥技術

自然堆肥屬于傳統且原始的堆肥方法，只需要將含水量約60%的糞便在平坦干燥的地面上堆成垛狀，利用土著微生物在自然條件下進行發酵即可。韓戰強等[2]用羊糞進行自然堆肥發酵試驗時發現羊糞經過60d的自然堆肥腐熟后制成的有機肥達到了國家有機肥標準，表明羊糞經自然堆肥腐熟后可作為有機肥使用。

自然堆肥的優缺點非常鮮明，優點為：成本低、設施設備簡單、操作簡單易行且腐熟度高等；缺點為：堆肥發酵時間長，需2個月左右才能完全腐熟；發酵中會產生大量臭氣；發酵效果和進程易受天氣影響。

針對自然堆肥技術存在的種種缺點，科研人員進行了大量的研究。研究發現在堆體底部或中部鋪設通風管道來曝氣供氧可加速發酵進程、縮短發酵時間并提升自然堆肥效果。劉穎等[3]研究發現加入一定量的EM菌（添加劑量為：1m3堆體加入1kg EM菌劑）可使堆肥腐熟周期縮短為不加EM菌的1/3，但加入EM菌后會導致堆體內部溫度過高使發酵而成的有機肥品質略微降低。

2 條垛式堆肥技術

條垛式堆肥技術是一種將畜禽糞便在戶外或棚舍內平坦的發酵區堆積為長條形、梯形或三角形等不同形狀的堆或垛的一種開放式堆肥技術，堆體高度不宜超過2m。發酵過程中需利用人工、鏟車或垛翻堆機等定期翻堆以保證好氧發酵的進行，翻堆頻率需根據氣候或堆體溫度而定，外界氣溫高或堆體溫度過高時可提高翻堆頻率，一般為3～7次/周。需要注意的是，在堆肥前需添加鋸末、稻殼、秸稈等輔料對糞便進行預調，調節水分至40%～65%，以手握成團不滴水，觸之即散為宜；還需調節碳氮比為20～40：1，以保證微生物的正常活動和繁殖。條垛式堆肥技術可按發酵裝置的不同分為被動通風條垛式堆肥、條垛式堆肥、強制通風靜態垛堆肥系統等。

條垛式堆肥技術主要由自然堆肥技術改進而來的，因此優缺點也與自然堆肥技術有很多相似之處。優點：技術簡單易操作，投資少等；缺點：占地面積大，堆體溫度、含氧量和發酵中產生的臭氣不易控制，堆體保溫效果較差，易受天氣影響，產品質量不穩定且發酵時間較長等，產生的NH3無法收集利用會造成N素的損失且會隨翻堆操作進一步加大損失。

針對條垛式堆肥這類（半）開放式堆肥的臭氣問題，通過在堆體周圍加裝可自動噴灑含功能性微生物的除臭劑的除臭裝置來減少臭氣，試驗表明，在堆體翻堆時，向已翻拋過的堆體表明噴灑除臭劑可減少90%的氨氣和85%的硫化氫。條垛式堆肥易受天氣影響，在寒冷（平均最高氣溫10℃、最低氣溫-8℃）的環境下可能會導致堆肥不能完全腐熟，但可通過接種商品菌劑WSC和SS促進堆肥腐熟并使其可以正常腐熟。

3 槽式堆肥技術

槽式堆肥技術是一種將畜禽糞便裝入長而窄的發酵槽中進行好氧發酵的技術。畜禽糞便在裝入發酵槽前需將含水量和碳氮比調至適宜比例，調制方法同上。發酵槽的槽壁上需安裝軌道，以便加裝翻堆機，翻堆機定期沿槽壁進行往復運動對堆體進行破碎、混勻，可提高堆體的疏松度和氧氣含量，底部還需鋪設通氣管道進行強制通風曝氣以增大供氧量。

槽式堆肥技術機械化程度較高，可有效控制發酵堆體的溫度，保溫效果好，較大地降低了溫度對發酵的影響，還可很好的控制并去除發酵中產生的臭氣。但仍存在一定的缺點，占地面積相對較大，設施設備投入較高，后期維護成本較高，且操作相對復雜。

槽式堆肥技術可分為傳統槽式堆肥、棚槽式靜態堆肥、序批式動態槽式堆肥、連續動態槽式堆肥等。黃穎穎等[4]研究發現，棚槽式靜態堆肥效果優于傳統槽式堆肥。聶文軍等[5]在進行利用槽式堆肥處理不同畜禽糞便的試驗中發現羊糞的腐熟度和無害化程度最高，牛糞和豬糞次之，雞糞堆肥效果最差。巴士迪等[6]研究發現可通過控制槽式堆肥的溫度——降低堆體溫度來減少溫室氣體的排放，還可降低堆肥N素的損失。

在對條垛式堆肥與槽式堆肥的對比研究中發現，相同翻堆條件下，條垛式堆肥腐熟效果優于槽式堆肥，但氨氣排放量遠大于槽式堆肥；在槽式堆肥中添加適宜的微生物能節省約一半的土地，但堆肥效果仍然較相同條件下的條垛式堆肥低。

4 反應器堆肥技術

與前文介紹的自然堆肥技術、條垛式堆肥技術和槽式堆肥技術這類（半）開放堆肥不同的是，反應器堆肥采用的是密閉式堆肥。

反應器堆肥技術是將糞便裝入帶有自動控制系統、供氧通風系統、破碎攪拌系統、加熱導熱系統等的密閉反應器中進行好氧發酵的堆肥技術，可一體化實現通風供氧、攪拌混勻、控溫及除臭等功能。反應器堆肥對糞便的處理要求較為簡單，含水量在55%～65%之間的糞便可直接放入反應器中進行發酵，含水量高于65%的糞便則需要加入輔料調節水分后再行發酵。徐鵬翔等[7]在用筒倉式反應器堆肥時發現原料含水量在60%～63%之間時最佳。反應器堆肥技術按照所用反應器的結構、進出料特點的不同可大致分為筒倉式/發酵塔式、滾筒式和箱式等類型。

得益于反應器的特殊結構和運行特點，反應器堆肥技術具有占地面積小、受建設場地制約較小、機械化程度高、堆肥穩定控制精準、堆肥腐熟周期短、效率高、堆肥產品質量好、臭氣可收集再利用、對環境友好等優點；但是，其復雜的結構又帶來了一些問題，如：建設成本高、運行及維護費用高、維修維護難度高、部分反應器體積小、承載能力低、過短的腐熟期導致產品穩定性較低，可能使產品質量不穩定，這又導致獲得高質量的堆肥產品需要較長的陳化時間，還有堆肥過程中產生的滲濾液收集困難等。

在密閉的反應器中進行堆肥發酵可將發酵產生的NH3密封在反應器內并收集再利用，可大幅度降低散失在空氣中的NH3量，減少堆肥過程中N素的損失，使堆肥產品更優質。

近些年來，圍繞優化反應器堆肥技術的工藝，科研人員做出了大量的努力。劉澤龍等[8]在利用立式筒倉反應器進行堆肥時發現采用連續供氣工藝可縮短堆肥周期并增加產品N素含量。徐鵬翔[9]發現筒倉式反應器堆肥時，總N含量隨曝氣時間（間歇曝氣到連續曝氣）增長而增大。而李樵[10]的研究則認為低頻通風（通氣30min，間歇60min）在大型反應器中效果最佳。張云龍[11]發現添加磷酸鹽可提高堆肥氨氮和硝態氮的含量，可使堆肥腐殖質更豐富。

5 結語

隨著養殖業的發展，畜禽糞便的產量也在逐漸增多，大量的畜禽糞便得不到有效利用不僅會造成環境的污染，還會造成資源的巨大浪費。在實際生產中要根據自身情況、因地制宜地選擇好氧堆肥技術。密閉反應器堆肥技術用地少、堆肥效率高、產品好，但其較高的建設、運營及維修成本使其具有一定的準入門檻，對中小型養殖場（戶）不友好而更適用于規模化養殖場。（半）開放式堆肥技術因其低廉的建設成本和簡單易操作更適用于中小型養殖場（戶），但堆肥周期長、養分流失嚴重、產品質量差、易產臭氣等缺點也很突出。針對各堆肥技術的缺點，科研人員對工藝進行了優化研究并取得了不菲的成果。因此，在生產中應結合實際情況選用堆肥技術并結合最新的研究結果對工藝進行一定的優化以盡可能彌補缺點。

參考文獻：

[1] 宋家騏，李兵，張霄飛，等.畜禽糞污資源化利用調查報告[J].中國畜禽種業，2022，18（4）：27-29.

[2] 韓戰強，劉石，張紅超，等.規模化羊場糞便自然堆肥發酵技術[J].黑龍江畜牧獸醫，2018（8）：55-56.

[4] 黃穎穎，黃燕翔，吳志鋒，等.棚槽式靜態發酵法生產有機肥技術研究初報[J].福建農業學報，2014，29（11）：1109-1113.

[5] 聶文軍，嘎畢拉，金忠民，等.對比研究槽式堆肥處理不同畜禽糞便對植物毒性的影響[J].環境科學學報，2020，40（7）：2557-2570.

[6] 巴士迪，張克強，楊增軍，等.奶牛糞便翻堆式與槽式堆肥過程氣體排放規律及養分損失原位監測[J].生態環境學報，2021，30（2）：420-429.

[7] 徐鵬翔，沈玉君，周海賓，等.原料含水率對筒倉式反應器堆肥氮素轉化的影響[J].中國農業大學學報，2021，26（11）：180-188.

[8] 劉澤龍，王選，曹玉博，等.立式筒倉反應器堆肥技術工藝優化研究[J].中國生態農業學報（中英文），2020，28（12）：1979-1989.

[9] 徐鵬翔.反應器堆肥過程中氮素的轉化特征及工藝優化研究[D].中國農業大學，2018.

[10] 李樵.基于不同頻率反應器好氧堆肥效果研究[D].東北農業大學，2021.

[11] 張云龍.高效好氧堆肥的關鍵工藝因素優化及腐殖化機理研究[D].江南大學，2020.