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猪场粪污如何治理？看固体有机废弃物资源化新技术研发及产业化——快速堆肥技术为例

来源：花匠小妙招时间：2024-12-17 06:56

1 有机废弃物资源现状

据2010年全国农业技术推广中心资料，我国每年产生50亿吨有机固体废弃物，其中畜禽粪便占37吨（集约化养殖畜禽粪便7.8吨），农作物秸秆有7亿吨，肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿吨，林业废弃物0.5亿吨，其他类有机废弃物约0.5亿吨。如果处理总量大、覆盖面广的固体有机废弃物已经成为我国面临的主要环境难题之一。

在上述多种主要的有机固体废弃物中，绝大多数作物秸秆没有得到合理利用，畜禽粪便、畜禽养殖排放为全国重点污染排放领域之首，亟待有效治理。据统计，我国畜禽粪便总体土地负荷警戒值已经达到环境胁迫水平的0.49（正常值应小于0.4）。在所有产生的畜禽粪便中，被堆肥化处理的仅占3%，直接被用作肥料的占17%，其余80%都被直接排放到环境中，危害极大。

畜禽粪便的主要利用方式有以下几种：施入农田，生产沼气，制成商品有机肥，种植蘑菇，用于销售，等等。大部分畜禽的资源化利用方式仅仅是直接还田或简单农家堆沤后还田，依然存在环境风险，例如会传播病原菌。工厂化处理制成商品有机肥后还田的比例很低，低于5%。农业废弃物资源化有巨大的发展潜力。

2 废弃物资源化技术

有机废弃物资源化途径分为如下几种：能源化，饲料化，材料化，肥料化，其他（例如用于食用菌生产）。

第一种，能源化。可用于沼气化，形成沼气并用于发电等；可转化为生物质，形成燃料、生物质发电；可转化为生物能源，形成燃料乙醇、秸秆气化、热解液化制燃料油、间接液化合成柴油、生物柴油等。目前，沼气化是应用较为广泛的一种方法，预计到“十二五”末期，我国规模化畜禽养殖场沼气工程的覆盖率将达到30%以上。目前已经建设的畜禽养殖场沼气工程以猪场沼气工程为最多，占到90%左右。

第二种，饲料化。又可分为植物纤维性废弃物和动物性废弃物的饲料化。植物纤维性废弃物：可用简单的破碎、烘干进行处理；可用发酵方法处理，通过微生物处理转化，将秸秆等植物废弃物加工变为微生物蛋白产品；可用青贮处理，通过发酵技术处理青绿秸秆；可用氨化处理，通过对秸秆等废弃物氨化处理，改善原料适口性和营养价值。动物性废弃物的饲料化则主要是畜禽粪便和加工下脚料的饲料化研究，但其中存在一定的食品安全隐患。

第三种，材料化。利用农业废弃物中的高蛋白质资源和纤维性材料生产多种生物质材料和生产资料。例如生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等；通过固化、炭化技术制成活性炭；生产可降解餐具材料和纤维素薄膜；制取工业原料，如糠醛、木糖醇、膳食纤维等。

第四种，肥料化。例如精制有机肥、有机无机复混肥、有机肥高值化产品、生物有机肥、多功能生物有机肥、微生物有机肥、生物链循环利用。有机肥在我国传统农业中具有重要地位，可以帮助提高土壤肥力。土壤有机质含量是衡量土壤肥力的一项重要指标，是土壤肥力的物质基础，而我国农田土壤目前面临着耕层变薄、土壤板结酸化、养分失衡、有机质不足的困境，农田土壤有机质含量平均仅为发达国家的60%，很需要提升有机质含量。有机肥的推广应用可以帮助解决这一问题。

3 废弃物堆肥发酵技术

有机肥料资源已经发生了巨大变化，来源于各类有机固体废弃物，例如畜禽粪便、农业废弃物、工业废弃物和生活垃圾等。集约化养殖畜禽粪便不同于传统有机肥，其中含有部分饲料添加剂、兽药、激素残留，抗生素和抗性菌残留普遍，容易给环境带来重金属污染、病原菌传播、氮磷富集等问题。其内在质量变化较大，存在安全风险。有报道显示，粪肥中有害重金属含量增加1倍～20倍，如Cu、Zn、Cd、As残留高；按国家有机肥标准，粪肥中Cd、As超标5%、23%，商品肥中Cd、As均超标19%；盐分增加2倍～7倍；四环素类、磺胺、氟喹诺酮类抗生素残留普遍，单体残留高达1420.8mg/kg；人畜共患沙门氏菌阳性检出率76.5%；抗性菌检出率100%。要合理利用有机肥，首先要解决抗生素、重金属残留等重要问题。现代化标准化的堆肥腐熟技术是保证有机肥质量无害化还田的关键。

实现有机肥合理利用，首先要从源头上控制，摸清原料家底和本底，保障肥源安全性，选育高效微生物菌株，升级优化发酵技术、工艺和设备，实现快速无害化和优质腐熟。目前，发达国家致力于研究高温好氧快速连续发酵技术，生物-物理-化学连用的快速综合发酵系统和低能耗、连续发酵、大型生物反应器成为重要的发展方向。在我国，有机肥类生产企业有约3000家，设计产能已达4742万吨，实际产量2488万吨。我国有机肥企业生产规模相对偏小，中小型企业居多。国内主要的堆肥工艺则有以下几种。

第一种，条垛式堆肥。是目前主要的堆肥方式之一，在南方应用较为广泛。

第二种，槽式堆肥。是目前最为常见的堆肥方式，在北方应用较为广泛。

第三种，隧道式堆肥。主要在垃圾处理中应用。

第四种，国内研发应用的其他新型堆肥设备。

总体而言，目前我国有机废弃物资源化水平急需提升，存在三大主要问题：生产规模小，占地面积大，除臭功能差，生产效率低；技术工艺落后，发酵时间长，通常为3周～2月；国外设备及运行成本高。寻找合适的快速发酵技术是工厂化处理有机废弃物的技术关键。

4 新型快速堆肥发酵技术

新型快速堆肥发酵技术使用了两套系统，一个是转筒式好氧发酵系统，另一个是生物-化学连用发酵系统。使用转筒式好氧发酵系统，有机废弃物经过高含水物料干燥装置后，经转筒连续发酵、干燥、造粒后成为成品；使用生物-化学连用发酵系统，有机废弃物经过高含水物料干燥装置后，经促腐装置、立式发酵塔、湿法造粒后成为成品。后熟时间为3天～5天，全程封闭，污染少。转筒式好氧发酵系统根据转筒直径大小，可日处理20吨～200吨有机废弃物，年生产生态有机肥1万吨～10万吨；生物-化学连用发酵系统（物化促腐-微生物强化）适合日处理5吨～30吨有机废弃物，年产生态有机肥1万吨以下。

新型快速堆肥发酵技术有两个关键点：高效功能微生物菌剂，新型快速发酵装置。高效功能微生物菌株主要包括蛋白酶高产菌、纤维素分解菌、解磷菌（植酸磷分解菌）、益生菌。不同系统的设备示意如下。通过24小时快速发酵，可实现无害化，并杀灭病原菌。

4.1 转筒式好氧发酵系统

实践统计发现，新型好氧快速连续发酵装置可提高设备负荷，缩短发酵时间，发酵24h后，物料基本完成腐熟，对植物无毒害作用。在此基础上，系统进行了改造升级，由第一代的筒转改为第二代的内转，降低能耗。快速发酵24h后，对于简单化合物的分解效果较为理想，脂族分解较快，羧酸类和芳香胺的分解也较快，但木质素芳香族类化合物低于常规条垛发酵1个月。在环境效应方面，相比化肥处理，采用新型转筒式发酵技术后，降低CH4排放87.5%，降低N2O排放70.8%。该技术相比国内外同类技术也有诸多优点，综合运行成本低，性能指标优良。

4.2 生物-化学连用发酵系统

生物-化学连用发酵系统示意如下。

该系统通过氧化促腐处理破坏木质素、纤维素等难降解物质的结构，杀灭粪大肠杆菌与蛔虫等病原。系统形成了一套新型畜禽粪便快速氧化促腐技术集成，包括促腐组剂、反应釜、催化工艺等。

4.3 低碳高效环保型物化促腐工艺及设备

使用低碳高效环保型物化促腐工艺，无害化处理时间为3h～5h，可将原来需要几个星期甚至几个月时间才能实现的畜禽粪便的熟化过程缩短在数天内完成，且过程全封闭，条件温和，无污染。物化促腐后，无病原菌，且对植物生长有明显的促进作用。小区肥效实验中分别使用快腐粪肥和鲜粪种植水稻，发现在等施用量和等施N量条件下，施用快腐粪肥处理的水稻产量分别比施加鲜粪处理的水稻增加61.0%和17.3%，CH4排放分别减少33.7%和50.3%，全球增温潜势（GWP）分别减少33.5%和50.5%，而单位产量的GWP分别减少44.4%和48.3%。而且，施加快腐粪肥单位产量的GWP与不施肥处理相当。

4.4 小型秸秆快速发酵设备（1m2）

小型秸秆快速发酵设备可应用于大棚及小型农庄的农作物秸秆、养殖废弃物的处理。使用蚕豆杆试验发现，经菌剂腐解后对两种供试种子均无毒性，反而有一定的促进作用。该设备可利用秸秆发酵进行大棚CO2施肥，可用于秸秆等快速发酵腐熟，并同时用于大棚二氧化碳气肥的发生器，可有效增强作物产量。

4.5 新型高含水有机肥造粒技术及设备

使用高含水卧式造粒设备，用于生产颗粒有机肥料，动力消耗较低，因为设备使用双推料螺旋系统，物料在旋转推力和轴向压力下，分别沿成球区和抛光区做公转、自转及直线移动，生产的肥料颗粒表面光滑、强度大。

注：本文整理自王一明在“第三届中国畜牧工程行业交流会”上的主题报告。

文章来源：赛尔畜牧

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