畜禽糞污無(wú)害化快速處理裝備研發(fā)

張小剛

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西太原 030031）

農(nóng)業(yè)面源污染是當(dāng)前農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的一大難題，對(duì)水環(huán)境、土壤資源、大氣環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞作用。由于污染防治意識(shí)不強(qiáng)、相關(guān)制度建設(shè)不完善和技術(shù)障礙多等原因，我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染形勢(shì)嚴(yán)峻。立足于解決農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染，以畜禽糞便的快速無(wú)害化處理為開(kāi)端，為解決農(nóng)村面源污染打開(kāi)一條新出路。

1 我國(guó)畜禽糞污污染及資源化利用現(xiàn)狀

我國(guó)畜牧業(yè)產(chǎn)值達(dá)2.98萬(wàn)億元，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的27.8%，畜牧業(yè)的快速發(fā)展，滿足了全社會(huì)不斷增長(zhǎng)的畜產(chǎn)品需求，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的養(yǎng)殖廢棄物，畜禽糞污問(wèn)題日益突出。大量畜禽糞污的無(wú)序排放造成了極為嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年畜禽糞污高達(dá)38×108t[1]。養(yǎng)殖企業(yè)多數(shù)都建設(shè)在交通便利、供排水方便的城鄉(xiāng)結(jié)合處、河灘或近郊區(qū)域，大都將畜禽糞污不經(jīng)任何處理直接排入附近的農(nóng)田、河道、下水管網(wǎng)甚至江河之中，不僅污染了環(huán)境，傳播了病菌，更嚴(yán)重的是影響了地表水的質(zhì)量，生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞，威脅人類(lèi)的安全與健康。

我國(guó)規(guī)?；B(yǎng)殖企業(yè)土地連片集中，土地得到充分的利用，畜禽新鮮糞污可以及時(shí)出售，沒(méi)有畜禽糞污處理的區(qū)域，養(yǎng)殖區(qū)域防疫基本依靠藥物控制；糞污中包含大量病毒細(xì)菌、蟲(chóng)卵、草籽等，給農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物、大棚土壤造成嚴(yán)重污染；即使是大規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)設(shè)置有糞污堆放區(qū)域，但若不及時(shí)處理糞污，不僅需要占用大量土地，而且也會(huì)對(duì)養(yǎng)殖及周邊區(qū)域造成二次空氣、水污染，并嚴(yán)重威脅養(yǎng)殖區(qū)域的防疫。

畜禽糞便的資源量隨著畜牧業(yè)的發(fā)展而迅速增長(zhǎng)，2017年已達(dá)到38×108t，其氮磷鉀養(yǎng)分含量為4 741.45×104t，氮磷鉀比例為1∶0.53∶1.08，其磷鉀比例也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)在的化肥施用比例，對(duì)緩解我國(guó)磷鉀肥不足也有重要意義。

我國(guó)目前畜禽糞污的無(wú)害化處理利用率不高，特別是大中型養(yǎng)殖場(chǎng)。據(jù)一些大城市郊區(qū)的調(diào)查，利用率一般不到20%，如北京市的畜禽糞便加工處理能力僅有22×104t，處理率僅為3%。對(duì)于該部分資源，目前正在致力于發(fā)展畜禽糞污資源化利用、有機(jī)肥工廠化生產(chǎn)，但是由于畜禽糞污運(yùn)輸、無(wú)害化處理、有機(jī)肥生產(chǎn)成本較高，且有機(jī)肥產(chǎn)品只能用于那些高附加值的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，應(yīng)用范圍受到限制，所以目前大部分畜禽糞污最好的辦法是簡(jiǎn)單漚制發(fā)酵后直接在田間利用。

研制可靠的快速高效無(wú)害化處理發(fā)酵設(shè)備與技術(shù)、糞污運(yùn)輸工具與有機(jī)肥施用技術(shù)，是當(dāng)前畜禽糞污無(wú)害化處理急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 畜禽糞便無(wú)害化處理工藝分析與選擇

畜禽糞便的無(wú)害化處理、資源化利用通常是通過(guò)好氧、厭氧發(fā)酵來(lái)進(jìn)行。將畜禽糞便堆放在田間地頭，經(jīng)過(guò)4～6個(gè)月的自然發(fā)酵腐熟后成為堆肥，作為底肥灑到田間，培肥地力，這種方式耗時(shí)長(zhǎng)、臭味大，污染空氣、地表水和土壤，而且容易燒苗，滋生蟲(chóng)卵；現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞污有機(jī)肥加工，特別是一些大的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，通常將糞便集中堆放、攪拌、翻刨、好氧發(fā)酵、沼氣厭氧發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中臭氣熏天、污水橫流，污染了周邊環(huán)境，使得周邊農(nóng)民集體抵制有機(jī)肥生產(chǎn)[2]。

專(zhuān)業(yè)有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)，通過(guò)機(jī)器設(shè)備將畜禽糞便與輔料混合翻堆攪拌發(fā)酵，大幅提高了發(fā)酵效率，但占地面積大、處理加工能力嚴(yán)重不足等問(wèn)題制約畜禽糞污的無(wú)害化處理和有機(jī)肥加工的發(fā)展。

通過(guò)大量的調(diào)查研究，將畜禽糞污無(wú)害化處理與資源化利用徹底分開(kāi)，畜禽糞污的無(wú)害化快速高效處理設(shè)置在養(yǎng)殖企業(yè)，在好氧發(fā)酵菌種作用下，一次性完成高溫好氧發(fā)酵、除臭、濾水、殺卵、滅菌等功能，實(shí)現(xiàn)快速無(wú)害化處理，減少糞污堆放時(shí)間和占地面積，徹底切斷病菌傳播途徑；資源化利用設(shè)置在專(zhuān)用有機(jī)肥加工企業(yè)，利用無(wú)害化處理過(guò)的畜禽糞污，生產(chǎn)出符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)肥。

3 畜禽糞便無(wú)害化快速處理裝備研發(fā)

設(shè)備來(lái)自于2018年度山西省現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備引進(jìn)（開(kāi)發(fā)）試驗(yàn)“畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)及快速發(fā)酵設(shè)備引進(jìn)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)”項(xiàng)目。

3.1 工藝原理

畜禽糞便好氧發(fā)酵處理設(shè)備采用好氧微生物有氧發(fā)酵原理，使微生物利用畜禽糞便中的有機(jī)質(zhì)、殘留蛋白等，在一定溫度、濕度和氧氣充足的環(huán)境下快速繁殖。繁殖過(guò)程中，它們消耗糞便中的有機(jī)質(zhì)、蛋白質(zhì)和氧氣，代謝產(chǎn)生氨氣、CO2和水蒸氣。同時(shí)釋放大量的熱量，使罐內(nèi)溫度升高[3]。在45～70℃（通過(guò)外部設(shè)備加熱）進(jìn)一步促進(jìn)微生物生長(zhǎng)代謝，同時(shí)60℃以上的溫度可殺滅糞便中的有害細(xì)菌和病原體、寄生蟲(chóng)卵等有害物質(zhì)，同時(shí)平衡有益菌存活的溫度、濕度和pH值，滿足有益菌生存條件，隨著新鮮畜禽糞便不斷加入，罐內(nèi)微生物循環(huán)持續(xù)繁殖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)糞便的無(wú)害化處理。處理過(guò)的熟料可以直接作為肥料使用，也可以作為原料生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥，徹底解決糞便對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，確保養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)?；?、綠色可持續(xù)發(fā)展。

禽畜糞便發(fā)酵罐工藝原理是將畜禽糞便等物料與生物發(fā)酵菌混合，利用微生物的活性，對(duì)廢棄物中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行生物分解、腐熟，使有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥原料，用于土壤改良、園林綠化，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化利用。

3.2 分析計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)示范點(diǎn)太谷縣鴻昊養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)合作社的日處理糞污情況，設(shè)計(jì)畜禽糞污發(fā)酵設(shè)備（滾筒）為12 m3，結(jié)合放置場(chǎng)地和鋼板材料情況設(shè)計(jì)滾筒總長(zhǎng)為10 m，滾筒長(zhǎng)度為6 m。則：

由以上公式可求得直徑約為1.6 m。

3.3 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)畜禽糞污有機(jī)肥加工工藝及畜禽糞污好氧發(fā)酵處理設(shè)備工作原理，結(jié)合山西省現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備引進(jìn)試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)書(shū)，設(shè)計(jì)制造出畜禽糞污發(fā)酵滾筒，其機(jī)械結(jié)構(gòu)布局合理，管道走向流暢、外形美觀，并且解決了市場(chǎng)上的畜禽糞便好氧發(fā)酵設(shè)備普遍存在的一些問(wèn)題，如脫水不暢的問(wèn)題、發(fā)酵溫度不夠的問(wèn)題等。

畜禽糞污發(fā)酵設(shè)備（滾筒）總體布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 畜禽糞污發(fā)酵設(shè)備（滾筒）總體布置圖

3.4 技術(shù)方案

畜禽糞污高效、快速無(wú)害化處理發(fā)酵滾筒由底架、前部支架、進(jìn)料裝置、滾筒、滾筒內(nèi)濾水及傳料裝置、加熱裝置、曝氣裝置、滾筒動(dòng)力裝置、電氣控制裝置、尾部支架、出料裝置等部分構(gòu)成。滾筒內(nèi)濾水及傳料裝置在滾筒內(nèi)部，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，不再單設(shè)動(dòng)力裝置帶動(dòng)；加熱、曝氣裝置通過(guò)設(shè)在前部支架的動(dòng)力裝置帶動(dòng)在滾筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)；滾筒動(dòng)力裝置由外設(shè)的減速機(jī)帶動(dòng)齒圈實(shí)現(xiàn)，滾筒的支撐由光圈承擔(dān)；電氣控制裝置設(shè)在前部支架內(nèi)；滾筒和前后支架的連接通過(guò)法蘭和不銹鋼薄片實(shí)現(xiàn)；進(jìn)料裝置設(shè)在前部支架上方。

工作時(shí)，滾筒在減速機(jī)帶動(dòng)下開(kāi)始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，進(jìn)料裝置啟動(dòng)，畜禽糞便開(kāi)始源源不斷地進(jìn)入滾筒，在傳料導(dǎo)向板的引導(dǎo)下，畜禽糞便緩慢向尾部支架移動(dòng)。原料中所含的水分通過(guò)濾水裝置流向桶外，在濾水腔內(nèi)安裝出水螺旋，出水螺旋分兩段，以不同的旋轉(zhuǎn)方向安裝在同一根軸上，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在滾筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，出水螺旋工作排水，解決了濾水裝置經(jīng)常堵塞、濾水不暢、嚴(yán)重影響發(fā)酵質(zhì)量的問(wèn)題。

滾筒內(nèi)畜禽糞便在發(fā)酵菌加熱、曝氣、濾水及電控裝置的共同作用下開(kāi)始快速發(fā)酵，采用大功率加熱裝置，短時(shí)間內(nèi)滾筒物料溫度就迅速上升到70℃左右；縮短曝氣間隔，加大滾筒內(nèi)物料供氧量[4]?？s短畜禽糞便發(fā)酵腐熟時(shí)間，解決養(yǎng)殖場(chǎng)糞便不能及時(shí)處理造成的環(huán)境污染問(wèn)題。

濾水裝置見(jiàn)圖2，濾水部件設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖3。

圖2 濾水裝置

圖3 濾水部件設(shè)計(jì)圖

4 試驗(yàn)

項(xiàng)目試驗(yàn)場(chǎng)地選在項(xiàng)目示范點(diǎn)太谷鴻昊養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)合作社。試驗(yàn)的原料是雞糞（肉雞），配以HM生物菌種及廢煙絲進(jìn)行高溫發(fā)酵，經(jīng)過(guò)24 h發(fā)酵后，實(shí)現(xiàn)除臭、脫水、殺卵、滅菌等功能。將發(fā)酵后的雞糞輸送到發(fā)酵場(chǎng)地和腐殖酸（褐煤）攪拌到一起，通過(guò)槽式翻拋機(jī)進(jìn)行二次發(fā)酵，發(fā)酵完成后進(jìn)行粉碎，粉碎后通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入臥式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌完成后通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入有機(jī)肥造粒機(jī)造粒，造粒完成后經(jīng)過(guò)烘干、除塵、冷卻等若干程序進(jìn)入打包機(jī)包裝。

試驗(yàn)原料廢煙絲見(jiàn)圖4，發(fā)酵中的設(shè)備見(jiàn)圖5，二次發(fā)酵完成的雞糞見(jiàn)圖6。

圖4 試驗(yàn)原料廢煙絲

圖5 發(fā)酵中的設(shè)備

圖6 二次發(fā)酵完成的雞糞

試驗(yàn)完成后，將雞糞有機(jī)肥產(chǎn)品進(jìn)行了送檢。

雞糞有機(jī)肥檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表1。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）研發(fā)了一種新的畜禽糞污處理工藝，將畜禽糞污無(wú)害化處理與資源化利用徹底分開(kāi)，畜禽糞污的無(wú)害化、快速、高效處理設(shè)置在養(yǎng)殖企業(yè)，資源化利用設(shè)置在專(zhuān)用有機(jī)肥加工企業(yè)。

（2）通過(guò)試驗(yàn)及技術(shù)改進(jìn)，完成了畜禽糞污無(wú)害化處理及資源化利用關(guān)鍵設(shè)備——畜禽糞污無(wú)害化快速發(fā)酵滾筒的改進(jìn)及設(shè)計(jì)，完成了畜禽無(wú)害化發(fā)酵滾筒圖紙、圖樣和樣機(jī)試制、試驗(yàn)。該設(shè)備可一次性完成畜禽糞污的除臭、濾水、殺卵、滅菌等功能。

（3）畜禽糞污無(wú)害化快速發(fā)酵滾筒徹底解決了市場(chǎng)上同類(lèi)設(shè)備脫水不暢的問(wèn)題。

表1雞糞有機(jī)肥檢測(cè)報(bào)告