畜禽養(yǎng)殖場糞污肥料化利用技術(shù)及工藝

周 軍,林 清,張金水,同延安

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院,陜西楊凌 712100)

近年來,隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,畜禽養(yǎng)殖集約化與規(guī)?；玫娇焖侔l(fā)展,養(yǎng)殖場對周圍環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計,我國每年養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞污排放量達(dá)27億噸,陜西省畜禽糞污輸出量每年約5000萬噸左右[1]。目前我國規(guī)模化畜禽場的宏觀環(huán)境管理水平普遍較低,全國約90%的規(guī)?；B(yǎng)殖場未經(jīng)過環(huán)境影響評價,也沒有相應(yīng)的糞污處理設(shè)施和設(shè)備。我國農(nóng)民通過坑漚、堆制等傳統(tǒng)方法處理畜禽糞污積造農(nóng)家肥已很難適應(yīng)畜牧業(yè)發(fā)展需要,糞污的處理已經(jīng)成為畜牧業(yè)發(fā)展亟待解決的問題[2～4]。

國內(nèi)外許多研究表明,畜禽糞污用作肥料既可以解決廢棄物的出路問題,同時又可以起到改良和培肥土壤的效果[5],因此是較理想的處置方法,受到世界各國的普遍青睞。但是,規(guī)?；B(yǎng)殖小區(qū)畜禽糞污直接作為肥料銷售往往因運輸成本太高和操作不便而很難形成市場。在畜禽糞污無害化和穩(wěn)定化處理的基礎(chǔ)上,將其加工成商品有機肥或生物有機肥具有穩(wěn)定的產(chǎn)品市場,是符合我國國情的資源化途徑。筆者曾參與多個畜牧養(yǎng)殖場糞污處理項目建設(shè),取得了初步成效,本文舉例說明畜禽糞便肥料化利用的一般技術(shù)和工藝。

1 產(chǎn)品及原料規(guī)劃

1.1 畜牧養(yǎng)殖場產(chǎn)糞量估算

以西北農(nóng)林科技大學(xué)畜牧養(yǎng)殖場為例,對各種畜禽產(chǎn)糞量進(jìn)行估算,結(jié)果如下:

1.1.1 牛場 飼養(yǎng)基礎(chǔ)母牛200頭,育成牛60頭,犢牛60頭。成年牛日產(chǎn)糞35 kg,育成牛21 kg,犢牛三頭按一頭育成牛計算,每天產(chǎn)牛糞大約8.76 t。

1.1.2 羊場 飼養(yǎng)基礎(chǔ)母羊400只,育成羊120只,羔羊150只。成年羊日產(chǎn)糞2.7 kg,育成羊2.3 kg,羔羊三只按一只育成羊計算,每天產(chǎn)羊糞大約1.47 t。

1.1.3 豬場 飼養(yǎng)基礎(chǔ)母豬200頭,種公豬15頭,試驗豬200頭,育成豬100頭,仔豬300頭。成年豬日產(chǎn)糞7～11 kg。按每天8 kg計算,總頭數(shù)按600頭計算,每天產(chǎn)豬糞大約4.8 t。

1.1.4 雞場 飼養(yǎng)基礎(chǔ)母雞10 000只,選育雞3 000只。成年雞日產(chǎn)糞0.15 kg,每天產(chǎn)雞糞大約1.5 t。

1.1.5 日產(chǎn)糞量 滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的畜禽鮮糞日產(chǎn)量為16.53 t。

1.1.6 年產(chǎn)糞量 滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的畜禽鮮糞年產(chǎn)量為6 033.45 t,即約6 000 t。

1.2 成品及原、輔料

依據(jù)年總產(chǎn)糞量6 000 t,設(shè)計年生產(chǎn)粉狀或粒狀有機肥5 000 t。粒肥生產(chǎn)線按1～2 t/h生產(chǎn)能力設(shè)計,采用擠壓造粒工藝。

有機肥產(chǎn)品含水率為20%,畜禽糞便含水率平均按60%計,輔料含水率按30%計,畜禽糞與輔料添加量(濕重)之比約為2∶3,堆肥過程干物質(zhì)消耗率按30%計,則5 000 t成品有機肥的堆肥原料量,畜禽糞便約為6 000 t,輔料約為5 000 t。輔料主要包括風(fēng)化煤、油頁巖、秸稈、食用菌廢基料、鋸末、藥渣等。

2 生產(chǎn)技術(shù)及工藝

2.1 堆肥生產(chǎn)技術(shù)過程

目前利用畜禽糞堆腐生產(chǎn)有機肥多采用好氧堆肥-條垛式發(fā)酵技術(shù),包括原料預(yù)處理、發(fā)酵、熟化等工序。即在自然通風(fēng)條件下,為物料添加復(fù)合微生物發(fā)酵菌劑,平面條垛式地面堆置發(fā)酵。根據(jù)物料堆內(nèi)部溫度,機械控制適時翻堆,后熟階段曝氣發(fā)酵與干燥、篩分,生產(chǎn)出粉狀生物有機肥;或根據(jù)市場需求造粒生產(chǎn)顆粒狀有機肥(球形顆?；驁A柱狀顆粒)。

對物料的發(fā)酵應(yīng)在車間或大棚內(nèi)進(jìn)行,通過翻堆強制供給氧氣,以利于好氧微生物發(fā)揮作用。物料堆一般掌握在高不大于1 m、寬不大于3 m即可。在堆肥初始階段的1～3 d,由于物料自身含氧基本可以滿足微生物需要,好氧微生物首先分解易腐有機質(zhì),然后吸取其分解有機物的C、N營養(yǎng)成分,部分營養(yǎng)成分用于微生物自身繁殖,其余營養(yǎng)成分被分解為CO2和H2O,同時放出熱量使堆體溫度上升。當(dāng)溫度處于25～45℃時,中溫微生物比較活躍;隨著堆溫不斷升高,當(dāng)溫度處于45～65℃時,高溫微生物如嗜熱菌、放線菌等逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,中溫微生物受到抑制甚至死亡,有機質(zhì)進(jìn)行更快速的分解,使堆溫迅速上升到60～70℃或更高溫度,這時除易腐有機質(zhì)繼續(xù)分解外,部分纖維素和木質(zhì)素也逐漸被分解,腐殖質(zhì)開始形成。實踐證明,堆肥溫度在60℃以上3 d,就能殺死物料中的寄生蟲卵、病原菌和雜草種子,達(dá)到對其無害化處理的目的;但同時堆肥溫度不宜超過70℃,否則就會造成有益微生物菌的休眠甚或死亡。

有機質(zhì)的降解主要是在上述描述的發(fā)酵階段完成的,發(fā)酵時間的長短因物料和發(fā)酵條件的不同而不同,一般應(yīng)在10～20 d完成物料發(fā)酵。如果對發(fā)酵過程的各種參數(shù)能夠進(jìn)行有效控制,可以提高發(fā)酵的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在此發(fā)酵基礎(chǔ)上,隨著堆肥溫度的下降,中溫微生物菌又開始活躍起來,堆肥進(jìn)入二次發(fā)酵,這段時間可以稱之為后陳化階段。這有利于較難分解的有機物全部分解變成腐殖質(zhì)、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物質(zhì),使肥效大大提高。

2.2 堆肥生產(chǎn)工序

2.2.1 預(yù)前處理 以畜禽糞為主原料,因其含水率高,需添加一定比例含水率低的風(fēng)化煤、油頁巖、秸稈、食用菌廢基料等作調(diào)理劑,再加入一定比例(0.1%～0.3%)的菌種,混合調(diào)節(jié)至合適的含水率(55%～65%)和C/N 比(30～40),堆漚24 h后,用混合攪拌機混勻,條垛式堆放發(fā)酵。

2.2.2 翻堆攪拌 用翻堆機進(jìn)行翻動攪拌、曝氣工作,使料堆發(fā)酵;溫度升高至50～65℃后,能有效殺死原料中的病菌蟲卵,并蒸發(fā)大量水分。

2.2.3 溫度控制 每天定時檢測發(fā)酵料堆內(nèi)的溫度、水分和堆體通透性情況。發(fā)酵過程中由于微生物的作用,料堆內(nèi)有機質(zhì)的含量、水分、溫度、C/N比、pH值會發(fā)生變化,所以要定期檢測和進(jìn)行調(diào)節(jié)。翻堆一般遵循“時到不等溫,溫到不等時”的原則,即前期發(fā)酵的低溫階段要定時翻堆;中期發(fā)酵高溫階段當(dāng)溫度達(dá)到65℃左右時,要及時翻堆,使堆溫不至于超過70℃。

2.2.5 發(fā)酵后處理 物料經(jīng)高溫發(fā)酵后,基本實現(xiàn)無害化,已轉(zhuǎn)化了大部分可溶性有機物,生化速度漸趨和緩,可以另外垛堆后熟,促進(jìn)有機物穩(wěn)定化,并節(jié)省發(fā)酵場地。二次堆肥垛堆至2 m高,堆體寬度和長度按車間情況確定,時間在15～30 d。定時可在垛堆底部鼓風(fēng)通氣,必要時用長木棒定期在堆體上扎孔透氣即可。二次堆肥完成有機物完全降解工作,轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定腐殖質(zhì)。堆肥發(fā)酵腐熟情況,可以根據(jù)自檢能力,從物理、化學(xué)、生化等幾方面的指標(biāo)評定。二次堆肥15～30 d后,堆肥一般已完全腐熟,可以加工商品有機肥。

2.3 產(chǎn)品生產(chǎn)流程

堆肥和有機肥生產(chǎn)流程見圖1、圖2。

圖1 堆肥生產(chǎn)流程圖

2.4 產(chǎn)品特性和技術(shù)指標(biāo)

2.4.1 外觀 褐色至黑褐色。

2.4.2 氣味 無味或具有酒香的發(fā)酵味,無臭味。

2.4.3 主要指標(biāo) 總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)≥4%,有機質(zhì)≥30%,含水率≤20%。

2.4.4 有害生物數(shù) 蛔蟲卵殺滅率≥95%,大腸桿菌菌群數(shù)≤100個/g。

2.4.5 重金屬 有害重金屬含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.6 標(biāo)準(zhǔn) 商品有機肥NY525-2002。

圖2 有機肥生產(chǎn)流程圖

3 生產(chǎn)設(shè)施與設(shè)備

3.1 廠區(qū)規(guī)劃及生產(chǎn)設(shè)施

遵循環(huán)境優(yōu)化、有利生產(chǎn)、節(jié)約用地、便于管理、方便生活和適度美化的原則,在目標(biāo)場地將儲料場、發(fā)酵場、深加工生產(chǎn)車間和辦公區(qū)集中規(guī)劃。

3.1.1 儲料場 按主輔原料配比確定,加之沉淀池,約建500 m2;一般為輕鋼夾芯彩板結(jié)構(gòu)廠房。

3.1.2 發(fā)酵場 含水50%～60%的物料,大致3 m3生產(chǎn)1噸成品肥。年產(chǎn)5 000 t需要物料約1.5萬m3。因為物料發(fā)酵不少于7 d時間,為保障連續(xù)生產(chǎn),發(fā)酵場至少應(yīng)滿足10 d生產(chǎn)所需要的物料,發(fā)酵場需要容納500 m3的物料。發(fā)酵場凈占地面積大致為2 000 m2左右。發(fā)酵棚一般采用水泥砼柱,鋼結(jié)構(gòu)屋架,陽光板屋頂,滴水高度為4 m。發(fā)酵棚的具體長度按地形設(shè)計。

物料發(fā)酵場地用水泥硬化,雨季不蓄水,排水不沖刷物料。有動力供電和自來水供水條件,道路暢通,適合翻堆機行走作業(yè)。

3.1.3 熟化車間 每天約25 m3,按垛堆高度2 m計,需堆放面積為15 m2;以熟化時間為30 d計算,需面積約400 m2,加上倉內(nèi)道路、間隔面積,共約需600 m2。一般采用水泥砼柱,鋼結(jié)構(gòu)屋架,陽光板屋頂,滴水高度為4 m。

3.1.4 加工車間 生產(chǎn)線設(shè)備占地面積約1 000 m2,房屋高度為4 m,安裝粉碎、篩分、造粒、計量、包裝等設(shè)備。

熟化車間與加工車間可以一體化布局,也需建設(shè)磚混結(jié)構(gòu)墻壁,相向的墻壁各安裝工業(yè)用排氣扇2～3個。為保證熟化發(fā)酵需要的相關(guān)條件,在車間內(nèi)可增設(shè)后腐熟曝氣供氧裝置。一般在地面埋設(shè)5～10 m×5 cm左右PVC管道4根,PVC管打直徑4 mm左右空洞若干,用強力鼓風(fēng)機向管道內(nèi)供風(fēng),為微生物供氧提供條件。

3.1.5 成品倉庫 日生產(chǎn)量約16 t,按30 d儲存量計為500 t,面積約600 m2。

3.1.6 其他工程 包括辦公設(shè)施、供排水、動力、生活設(shè)施等,根據(jù)需要和投資酌定。

3.2 生產(chǎn)設(shè)備

包括混合攪拌機1臺(10～15t/h),翻拋機1臺(1 000 m3/h),篩選機1臺(5～8 t/h),自動包裝機1臺(1 500～2 000包/h),擠壓造粒機 1臺(1～2 t/h),粉碎機 1臺,中型鏟車2臺,叉車1臺。

4 環(huán)境保護方案

利用畜禽糞便生產(chǎn)有機肥是一個污染源由分散而集中的過程,如果環(huán)境保護處理不好,會造成局部環(huán)境的惡化。這類項目污染主要有兩方面,①是原材料自身的臭味;②是雨季降水滲透對周邊土壤和水源的污染。

4.1 除臭方案

儲料場和發(fā)酵場可購買市售微生物專用除臭劑,用噴霧器直接噴灑在物料表面,瞬間除臭。微生物脫臭過程中起作用的主要有硝化細(xì)菌、亞硝酸菌、反硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌等,只要臭氣量不超出微生物的分解能力,就可以在較長的時間內(nèi)維持良好的除臭效果;或者將腐熟物料底墊及覆蓋在原料和未發(fā)酵物料上下,也可起到減輕或消除臭味的作用。

4.2 水土保護方案

用畜禽糞便堆腐有機肥容易產(chǎn)生水土污染,主要因素是糞便自身的含水和雨季降水滲漏。為防止水土污染,①是夯實地面,使糞便自身含水不滲漏進(jìn)土地;②是在儲料場物料四周設(shè)置水泥攔水槽,并設(shè)置沉淀池,沉淀后的污物作為有機肥原料回收,污水除自然蒸發(fā)部分外,可以注入沼氣池,或經(jīng)厭氧發(fā)酵無害化處理后直接作為液體肥料用于附近農(nóng)戶使用;③是及時按比例添加含水量小的吸水輔料,減少污水排出量。

[1] 張金水,同延安,云偉祥,等.陜西省農(nóng)業(yè)廢棄物養(yǎng)分資源肥料化利用現(xiàn)狀與前景分析[J].磷肥與復(fù)肥,2008,23(5):52-54.

[2] 劉波,張春雨,賴憲明,等.利用生物菌劑處理畜禽糞便生產(chǎn)有機肥料技術(shù)的研究[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2007(10):102-103.

[3] 谷 潔,高華,李鳴雷,等.養(yǎng)殖業(yè)廢棄物對環(huán)境的污染及肥料化資源利用[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2004,13(1):132-135.

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[5] 夏煒林,黃宏坤,楊堯,等.糞便高溫堆肥及其施用效果研究綜述[J].四川環(huán)境,2007,32(4):102-106.