區域性畜禽糞污處理中心工藝路線選擇分析

摘要 畜禽糞污集中處理工藝主要分為好氧處理工藝和厭氧處理工藝。為篩選出一條經濟適用的工藝路線，本文根據不同畜禽糞污處置項目的運行情況，從投資、占地面積、沼液產量、經濟效益及投入產出等方面定量分析兩種工藝的運行參數，總結兩種糞污處置方式的優缺點及適用情形。基于此提出區域性畜禽糞污處理中心應選用好氧發酵工藝作為主要處理設施或附屬設施，否則無法形成處理閉環；濕式厭氧工藝和干式厭氧工藝在噸處理量投入產出方面差別不大，但濕式厭氧工藝產生的沼液量較大，在處理量小且沼液能夠有效利用的情況下可以使用濕式厭氧工藝，否則干式厭氧工藝優勢更大；當厭氧工藝和好氧工藝在同一項目使用時，需注意厭氧系統不能消耗過多的有機質，以免好氧過程生產的有機肥中有機質含量可能達不到有機肥相關標準。

關鍵詞 畜禽糞污；干式厭氧；好氧堆肥；環境管理

中圖分類號 X713；S216.4" " 文獻標識碼 A" "文章編號 1007-7731（2024）14-0049-04

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.14.011

畜禽產業的快速發展，為居民肉蛋奶的供應作出了巨大貢獻，同時畜禽養殖的規模化、集約化和產業化發展產生了大量糞污，給周圍生態環境帶來較大壓力。畜禽糞污資源化利用能夠從根本上減少糞污污染，保障畜禽業健康、穩定發展。目前，畜禽糞污處理資源化利用的路徑主要分為厭氧處理工藝和好氧處理工藝，厭氧工藝主要生產沼氣，好氧工藝主要生產有機肥。畜禽糞污綜合處理中心是糞污治理模式創新的有益探索。在養殖密集區建設區域性畜禽糞污處理中心的優勢在于能夠將區域糞污集中處理，生產效率較高，方便管理，末端污染可得到有效控制，生產的有機肥產品可反哺區域內的種植業，加快構建種養結合產業發展模式，促進農牧循環可持續發展[1]。

針對畜禽糞污資源化利用及處理工藝已開展了較深入研究，羅娟等[2]針對當前規模化養殖場畜禽糞污處理技術模式區域差異，構建了一套衡量畜禽糞污處理的綜合評價指標體系，認為東北地區宜采用前分離肥料模式和前分離墊料模式，西北地區宜采用肥料模式和前分離墊料模式，華北地區宜采用厭氧發酵模式。周海賓等[3]統計調研發現，畜禽固體糞便處理普遍采用堆（漚）肥處理技術，液體糞污處理主要采用厭氧發酵和貯存發酵技術，糞污處理后還田是主要利用方向。陸則基等[4]提出針對清糞工藝、畜禽養殖規模和最終消納方式的不同來選擇合適的處理工藝。

目前畜禽糞污綜合利用能力已有較大提升，在實際應用過程中，由于地域性的差異及特定項目研究樣本量較少，采用哪種工藝或組合工藝處置效果更佳，暫未得出統一的結論。基于上述原因，本文采取理論分析與實踐相結合的方式，深度剖析厭氧工藝和好氧工藝在處理畜禽糞污時的優勢和劣勢，定量分析項目中各因素對環境的影響，從而確定重點影響因子，尋求更為合理的資源化利用技術手段，旨在為區域性畜禽糞污處理中心技術路線優化提供參考。

1 材料與方法

1.1 處理工藝

1.1.1 好氧工藝" 好氧堆肥是畜禽糞污處置較普遍使用的技術，利用好氧微生物菌種分解糞污中的有機質，使其分解成二氧化碳和水等無害物質，同時釋放熱量，殺死糞便中的蟲卵和大腸桿菌等有害物質。有機肥發酵需要控制水分和溫度，發酵時由于畜禽糞污需要調節碳氮比且自身水分率較高，必須與輔料一同添加，達到一定碳氮比范圍、含水率和孔隙率要求后，才有利于物料充分與氧氣結合，達到更好的好氧發酵條件[5]。有機肥摻混輔料主要是農作物秸稈或副產品，如玉米秸稈、水稻秸稈、小麥秸稈、稻殼和花生殼等。一般區域性畜禽糞污處理中心好氧堆肥產物應滿足最新的有機肥料相關標準。

1.1.2 厭氧工藝" 厭氧工藝是處理有機類廢棄物的常用工藝，有機物在厭氧環境中通過微生物的代謝活動被分解為甲烷和二氧化碳等物質。厭氧發酵一般分為3個階段：第一階段是水解發酵階段，微生物先將復雜的有機質在酶的作用下進行水解，切斷大分子物質的分子鏈，使其成為較小的分子，以單糖和氨基酸為主；第二階段主要發揮作用的是產酸菌，其與上一階段已分解的小分子量分子繼續發生反應，產生乙酸和氫氣；第三階段是在甲烷菌的作用下，酸和溶解性氮氧化物分解成氨、碳酸鹽、二氧化碳、氫氣和甲烷等[6]。

厭氧發酵的影響因素主要有碳氮比、溫度和pH值。根據進料含水率，畜禽糞污的厭氧發酵工藝主要分為濕式厭氧發酵和干式厭氧發酵[7]，其中干式厭氧進料含水率在70.0%～92.0%，濕式厭氧進料含水率高于92%。兩種發酵方式在原輔料配比、進料方式、攪拌強度、過程控制和沼液產生量等方面存在較大差異。

1.2 工藝參數計算

好氧工藝和厭氧工藝的比較應建立在相同條件下，如相同的物料種類，近似的空間位置和環境條件，以及同一價格體系等。由于相同規模的區域性畜禽糞污處理中心的相關數據較難得到，因此，比較項目選擇日處理量至少100.00 t的處理廠作為研究對象，不同處理量的數據再經過處理量折算進行對比[8]。處理物料均為牛糞，當使用其他有機物料作為原料時，工藝參數數據可能存在偏差。

厭氧發酵分為干式厭氧發酵和濕式厭氧發酵[9]，因此，厭氧工藝做數據推演時，干式和濕式兩種工藝分別計算。

1.2.1 厭氧發酵工藝參數" （1）干式厭氧工藝參數。某畜禽糞污處置項目使用干式厭氧發酵工藝，進料牛糞的含水率83.0%，日處理牛糞583.55 t，容積產氣率按照3 Nm3/（m3·d）計算，干式厭氧發酵工藝參數計算結果如表1所示。

（2）濕式厭氧工藝參數。某畜禽糞污處置項目使用濕式厭氧發酵工藝，進料牛糞的含水率83.0%，日處理牛糞120.00 t，容積產氣率按照1.5 Nm3/（m3·d）計算，濕式厭氧發酵工藝參數計算結果如表2所示。

1.2.2 好氧工藝參數" 某畜禽糞污項目使用好氧發酵工藝，進料牛糞含水率83.0%，日處理牛糞583.55 t，發酵原料質量比為牛糞∶秸稈粉∶腐殖酸∶尿素∶菌劑為3 600∶700∶160∶10∶1，計算結果如表3所示。

1.3 工藝參數對比

綜合以上數據，本文針對畜禽糞污處置采用的厭氧工藝（濕式與干式）將從投資、占地、沼液產量、經濟效益及投入產出幾個角度來進行綜合對比分析，再針對厭氧工藝與好氧工藝從投資、利潤及回收期幾個角度進行綜合對比分析。

2 結果與分析

2.1 干式厭氧發酵與濕式厭氧發酵工藝對比

投資方面，120.00 t處理量的濕式厭氧發酵系統的設備投資約為1 596.00萬元，583.55 t處理量的干式厭氧系統的設備投資約為3 346.00萬元，折合噸處理量投資成本比為2.32（13.30/5.73）。占地面積方面，折合成相同處理量（583.50 t）的厭氧發酵工廠，折合系數4.86，濕式厭氧和干式厭氧的占地面積比為2.86（1 088.7×4.86/1 850）。沼液產生量方面，折合成相同處理量（583.55 t）的厭氧發酵工廠，折合系數4.86，濕式厭氧和干式厭氧的沼液產生比例約為2.10（29.32×4.86/67.3），濕式厭氧比干式厭氧工藝高1倍多。經濟效益方面，120.00 t處理量的濕式厭氧發酵系統的年天然氣產值643.90萬元，583.55 t處理量的干式厭氧系統的年天然氣產值1 571.40萬元，噸處理量產值比為1.99（146.67/73.86）。投入產出方面，結合以上數據可知在相同處理量條件下濕式厭氧比干式厭氧工藝投資高，收益也高，因此在投入產出角度分析，兩種工藝沒有明顯差別（表1—2）。

2.2 干式厭氧發酵與好氧發酵工藝對比

以日處理牛糞量583.55 t為計算依據，單純使用好氧工藝總投資1 997.00萬元，年利潤約357.70萬元，利潤率8.8%（0.98/11.18），不計利息的回收期為5.6年（1 997.0/357.7），詳見表3。而相同處理量的干式厭氧系統，總投資3 346.00萬元，發酵時可不添加輔料，每日的原料成本1.16萬元，日運行成本1.54萬元，日天然氣產值4.31萬元，日利潤1.61萬元，年利潤約587.65萬元，利潤率37.4%（1.61/4.31），不計利息的回收期為5.69年（3 346/587.65），詳見表1。

2.3 厭氧發酵與好氧發酵的混合系統

同樣日處理牛糞量583.55 t的干式厭氧和好氧發酵的混合系統，總投資為6 755.00萬元（包含有機肥車間），發酵時可不添加輔料，每日的總成本為3.20萬元（包含原料成本和運行成本），日天然氣產值4.31萬元，厭氧發酵后的產物采用堆漚肥方式，每天可產土肥約95.30 t，單價按200.00元/t核算，肥料產值為1.91萬元，總產值為6.22萬元。因此該混合系統日利潤為3.02萬元，年利潤1 102.30萬元，利潤率高達48.6%（3.02/6.22），不計利息的回收期為6.13年（6 755.0/1 102.3）。

3 結論與討論

部分大型畜禽糞污處理中心因沼液問題未得到很好解決導致生產受限，沼液產生量直接影響糞污處理廠的穩定運行[10]。從占地面積考慮，相同處理量條件下，濕式厭氧處理設備的占地面積是干式厭氧處理設備占地面積的2.86倍，在場地受限的條件下，干式厭氧反應工藝更具優勢。實踐中，如果一個區域性畜禽糞污處理中心單純配置厭氧設備，厭氧發酵后的混合物處理因無法形成閉環而成為新的問題。因此，如果采用厭氧工藝，在其后端必須配置好氧發酵處理設備，以解決發酵后的混合物處置問題[11-12]。綜合分析，單純使用干式厭氧工藝或好氧發酵工藝在投資回收期上基本相當，使用兩種工藝的混合模式的投資回收期較單純使用兩種模式的較長，但能夠形成產業鏈閉環[13]且利潤率較優。經過回收期后，干式厭氧與好氧發酵的組合工藝具有明顯的優勢，獲取利潤更大。

本文針對畜禽糞污處置采用的厭氧工藝（濕式與干式）從投資、占地面積、沼液產量、經濟效益及投入產出幾個角度來進行綜合對比分析，再針對厭氧工藝與好氧工藝從投資、利潤及回收期幾個角度進行綜合對比分析。通過上述分析發現，區域性畜禽糞污處理中心建議選用好氧發酵工藝，不管是作為主要處理設施還是附屬設施，以形成處理閉環；而濕式厭氧工藝和干式厭氧工藝在噸處理量投入產出方面差別不大，但濕式厭氧工藝產生的沼液量較大[14]，因此，在處理量小且沼液能夠有效利用并有出口的情況下建議使用濕式厭氧工藝，否則干式厭氧工藝優勢更大；當厭氧工藝和好氧工藝在同一項目使用時，需注意厭氧系統不能消耗過多的有機質，否則后續的好氧過程生產的有機肥中有機質含量可能達不到相關國家標準[15]，當遇到這種情況時需在好氧系統增加原始物料（牛糞），實際運行時須摸索最優的解決方案。

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（責任編輯：何 艷）

作者簡介 張丹丹（1988—），女，遼寧沈陽人，工程師，從事污水處理技術研究。

收稿日期 2024-03-27