生物基質(zhì)發(fā)酵倉無害化處理畜禽糞尿技術(shù)

成建國 朱榮生 劉興華 黃保華 余坤華

隨著中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生了大量糞便，畜禽糞便中含有大量氮、磷和有機污染物等，是造成農(nóng)村環(huán)境污染的主要原因，影響到農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。因此，畜禽糞尿無害化處理，資源化利用，已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟須解決的問題。

畜禽糞尿等廢棄物資源化利用，本著遵循生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益相統(tǒng)一可持續(xù)發(fā)展的原則，實現(xiàn)資源化利用，而畜禽糞尿資源化利用的主要出路是肥料化還田利用。世界發(fā)達國家畜禽糞尿資源化利用，就是畜牧養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)有機結(jié)合循環(huán)利用的模式。畜禽糞尿等廢棄物應(yīng)遵循減量化、無害化、生態(tài)化、資源化的原則，依據(jù)該原則，山東省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所的科研人員和山東凱辰環(huán)保科技有限公司研究出了生物基質(zhì)發(fā)酵倉無害化處理畜禽糞尿技術(shù)。

一、生物基質(zhì)無害化處理畜禽糞尿技術(shù)原理

該技術(shù)是一種生物發(fā)酵技術(shù)，利用額外添加的微生物、基質(zhì)和畜禽糞尿中的微生物發(fā)酵處理畜禽糞尿等廢棄物的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)，解決了畜禽糞尿等廢棄物資源化利用的問題。

該技術(shù)根據(jù)微生態(tài)理論和微生物發(fā)酵理論，篩選環(huán)境益生菌和飼用益生菌，在發(fā)酵倉內(nèi)鋪設(shè)谷殼、鋸末、米糠等生物基質(zhì)原料作為培養(yǎng)基，接種環(huán)境益生菌、飼喂飼用益生菌，將畜禽所排出的糞尿在發(fā)酵倉內(nèi)經(jīng)微生物完全發(fā)酵，迅速降解、消化，從而達到無臭氣、零污染的目的，從源頭實現(xiàn)環(huán)保、無公害養(yǎng)殖。

生物基質(zhì)無害化處理畜禽糞尿技術(shù)就是微生物發(fā)酵降解糞漿中有機物的過程，其中微生物的群落結(jié)構(gòu)變化可以反映出生物基質(zhì)的運行情況，發(fā)酵過程中生物基質(zhì)的營養(yǎng)成分、pH值、溫度等的變化都會影響微生物群落的變化，發(fā)酵初期微生物數(shù)量較低，隨著生物基質(zhì)內(nèi)不斷添加養(yǎng)殖廢棄物，基質(zhì)中可直接利用的養(yǎng)分增多，微生物迅速繁殖，此時細菌真菌數(shù)量快速增加。同時，大量微生物分解糞尿及填料中的有機物釋放的熱量導(dǎo)致生物基質(zhì)迅速升溫，初期基質(zhì)中的微生物分解能力較強，填入的糞漿被微生物快速分解和消耗，持續(xù)高溫使得水分蒸發(fā)較快，20天左右隨著基質(zhì)含水量持續(xù)下降和pH值升高，此時不利于微生物的生長繁殖。這個階段細菌和真菌的數(shù)量均下降，此時通過添加糞漿的方式進行生物基質(zhì)的添加，隨著生物基質(zhì)添加過程完成，基質(zhì)內(nèi)含水量和養(yǎng)分含量逐漸上升，細菌和真菌數(shù)量升高進入發(fā)酵后期，生物基質(zhì)主要營養(yǎng)成分含量逐漸降低，可直接被微生物利用的養(yǎng)分迅速減少，微生物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。此時則需要通過翻堆添加新鮮基質(zhì)及補充菌劑的方式調(diào)整微生物群落結(jié)構(gòu)，使基質(zhì)恢復(fù)分解能力，提高糞尿降解的效率。

因此，生物基質(zhì)發(fā)酵倉無害化處理畜禽糞尿技術(shù)是一項有利于將畜禽糞漿轉(zhuǎn)化為有機肥的技術(shù)，將熟化后的生物基質(zhì)作為有機肥原料還田，不僅有利于實現(xiàn)資源的高效循環(huán)利用，還可增加土壤的有機質(zhì)，減少化肥施用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

二、生物發(fā)酵倉構(gòu)造

整個發(fā)酵倉為圓柱體倉式結(jié)構(gòu)，中心設(shè)有圓柱體調(diào)質(zhì)池及泥漿泵，外側(cè)設(shè)有圓形軌道；翻拌機旋轉(zhuǎn)鋼梁的一端固定于中心軸，另一端運行于圓形軌道；該旋轉(zhuǎn)鋼梁上排列有一排螺旋槳翻拌機，當鋼梁旋轉(zhuǎn)運動時，其全部旋轉(zhuǎn)翻拌機同時工作，翻拌范圍全面覆蓋整個發(fā)酵倉立體空間。該旋轉(zhuǎn)鋼梁上還設(shè)有糞水噴淋裝置，當翻拌機工作時，糞尿水通過均流管道及噴嘴進行均勻噴灑，噴灑量由檢測頭及電子控制開關(guān)智能控制。生物發(fā)酵倉設(shè)有與其外圓相切的并與中心通道垂直的進料、出料口。為提高出料效率，該口設(shè)有同步卷揚機及出料刮板裝置。建造發(fā)酵倉時，倉底地面及墻體內(nèi)側(cè)面應(yīng)作防滲漏處理，確保污水不滲出、不溢流。

設(shè)備主要設(shè)施包括集污池、噴淋池、生物發(fā)酵倉及陽光棚等；設(shè)備包括污水（泥漿）切割泵、攪拌機、自動噴淋機、翻拌機、自動增氧機、變軌移位機、臭味處理設(shè)備、溫度測定、水分測定和氨氣測定等儀器設(shè)備。

據(jù)農(nóng)業(yè)部《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場糞污資源化利用設(shè)施建設(shè)規(guī)范（試行）的通知》（農(nóng)辦牧〔2018〕2號），生物發(fā)酵倉的大小按每頭豬建設(shè)面積不小于0.2 米2，并配套糞污暫存池容積不小于 0.2 米3，鋪設(shè)墊料厚度符合行業(yè)技術(shù)規(guī)范，并配備必要的設(shè)施設(shè)備。

三、生物基質(zhì)的選擇

生物基質(zhì)是由谷殼、木屑、玉米秸稈、食用菌渣等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)含碳副產(chǎn)品按一定比例拌勻，并加入微生物菌制成的有機基質(zhì)。

生物基質(zhì)應(yīng)選擇碳氮比高、疏松多孔、粒度適當、通透性好、透氣吸水性能好的干燥材料，常用的生物基質(zhì)有玉米秸稈、鋸末、花生殼、稻殼、麥糠、稻草秸稈、食用菌渣和米糠等農(nóng)副產(chǎn)品。

生物基質(zhì)是畜禽糞漿生物發(fā)酵反應(yīng)的關(guān)鍵部分，作為微生物菌載體，生物基質(zhì)適宜pH 值為7.5～7.9。微生物的發(fā)酵一般需要弱堿性，當pH值偏低時，微生物無法降解有機質(zhì)；當pH值偏高時，則導(dǎo)致氨的大量揮發(fā)。

生物基質(zhì)的含水量在15%～20%。生物基質(zhì)含水量直接影響到菌種發(fā)酵效率的高低，添加糞漿后的生物基質(zhì)含水量為50%～60%時，菌種活力最高。

生物基質(zhì)原料要求無腐爛、無霉變、無化學污染、無異味。

生物基質(zhì)加工粉碎粒度要求6～10毫米。 粒度影響發(fā)酵進程，進而影響著發(fā)酵速度的快慢和對糞尿的消解能力。

生物基質(zhì)的碳氮比（C/N）：微生物生長的最佳碳氮比為25，當碳氮比在25～35時，發(fā)酵過程最快；當碳氮比<20 時，微生物因能量不足生長繁殖受到抑制，糞污分解能力下降；當碳氮比>35時，有利于發(fā)酵過程的升溫，但消耗墊料過快。由于豬糞的碳氮比為7，是提供氮素的主要原料，因此生物基質(zhì)配方應(yīng)該補充高碳氮比的基質(zhì)，使總的碳氮比>25。

四、生物基質(zhì)的配方配制

1. 生物基質(zhì)添加數(shù)量

生物基質(zhì)、微生物添加劑和糞漿按照一定比例混合加入生物發(fā)酵倉，鋪滿整個發(fā)酵倉，生物基質(zhì)用量體積（V）為鋪設(shè)面積（M）乘以鋪設(shè)高度（H），V=M？H。

2. 微生物菌制劑添加量

微生物添加劑應(yīng)采用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認可的有益微生物經(jīng)發(fā)酵制成的生物制劑，用于提高畜禽糞漿和生物基質(zhì)發(fā)生生物發(fā)酵反應(yīng)，促進糞漿無害化處理的微生物制品。

微生物菌劑添加量用T表示，T=V？1‰。

3. 微生物菌種的選擇

生物基質(zhì)對畜禽糞漿分解能力的強弱取決于微生物菌種的活性及其組成成分。生物基質(zhì)發(fā)酵糞漿的過程中，需要不同種類的菌種同時配合，共同分解糞便中包含的糖類物質(zhì)、淀粉類物質(zhì)及纖維素類物質(zhì)等有機物質(zhì)類。

微生物菌種是由許多有益菌種以及它們的代謝產(chǎn)物組成的，它們之間相互配合，共同起到分解糞便、基質(zhì)的作用。一般常用的菌種有光合細菌、酵母菌、芽孢桿菌以及放線菌等。

4. 生物基質(zhì)配方

生物基質(zhì)配方應(yīng)根據(jù)當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生副產(chǎn)品的條件來配制，因地制宜，因時制宜，按來源豐富、價格便宜、符合要求的原則選擇配制，舉例如下。

案例一：稻殼（50%）+鋸末（49%）+麩皮（1%）+微生物菌劑（1‰）；

案例二：菌渣（55%）+木屑（25%）+谷殼（20%）+微生物菌劑（1‰）；

案例三：蔗渣（35%）+木屑（10%）+雜草（55%）+微生物菌劑（1‰）。

5. 生物基質(zhì)的填充

生物基質(zhì)的填充根據(jù)軌道翻拌機軸承距床底平面深度鋪設(shè)生物基質(zhì)的面積，應(yīng)充滿整個發(fā)酵倉底面積，鋪設(shè)厚度為80～150厘米，鋪設(shè)后應(yīng)運行翻拌機器，保持生物基質(zhì)均勻、疏松、平整，不得壓實。運行階段，應(yīng)適當增加生物基質(zhì)數(shù)量，待墊料全部分解后需及時更換墊料。

五、生物基質(zhì)發(fā)酵技術(shù)操作程序

在養(yǎng)殖場地勢較低處建設(shè)一處生物發(fā)酵倉，糞尿污水從管道流入調(diào)節(jié)池，經(jīng)切割泵與攪拌機切割攪拌，轉(zhuǎn)為糞漿，確保糞漿不分層，通過自動噴淋裝置，將糞漿均勻噴灑在發(fā)酵倉基質(zhì)上。糞漿將被基質(zhì)內(nèi)的微生物菌群進行生物降解處理。通過微生物復(fù)合菌發(fā)酵，將糞漿中的營養(yǎng)物質(zhì)和有害成分降解成植物可利用的小分子養(yǎng)分以及二氧化碳和水，除去其中的臭味。在降解處理過程中，發(fā)酵倉基質(zhì)溫度上升到50℃以上，水分蒸發(fā)，自動翻拌機對發(fā)酵倉基質(zhì)進行翻拌，促進糞漿與基質(zhì)充分混合，最終使糞尿污水轉(zhuǎn)化成生物有機肥原料。

1. 糞漿注入

糞漿是指畜禽排泄的糞、尿和沖洗圈舍的污水的混合物，固形物不低于5%。畜禽養(yǎng)殖舍的糞尿污水通過管道流入調(diào)節(jié)池，經(jīng)切割泵與攪拌機切割攪拌均勻，轉(zhuǎn)為糞漿，確保糞漿不分層。待發(fā)酵倉內(nèi)生物基質(zhì)裝填完畢后，通過自動噴淋裝置，將糞漿均勻噴灑在生物基質(zhì)上。糞漿注入數(shù)量根據(jù)生物基質(zhì)的體積計算出來，按每立方米發(fā)酵基質(zhì)每天噴淋糞污量不超過30千克，糞漿與發(fā)酵基質(zhì)混合后水分含量以45%～50%為宜，控制生物基質(zhì)與糞漿混合物總體水分含量不超過60%。

2. 翻拌

采用自動翻拌機對生物基質(zhì)與糞漿混合物進行翻拌，促進糞槳與生物基質(zhì)充分混合，加速生物發(fā)酵反應(yīng)，同時增加氧氣、散發(fā)水蒸氣。

注入糞漿1～2 小時后，糞漿已完全滲入基質(zhì)內(nèi)部，方可啟動翻拌機進行翻拌；采用自動翻拌機進行翻拌，使糞漿與基質(zhì)充分混合均勻。運行初期需加大翻拌次數(shù)，每天翻拌3～5次，且每次添加糞尿后都要立即進行翻拌，避免結(jié)塊；正常運行期間，每天翻拌1～2次。

3. 增氧

增氧是指采用機械自動化的方法向生物基質(zhì)和糞漿混合物中增加氧氣（空氣）的過程，以提高其生物耗氧發(fā)酵反應(yīng)。

增氧與翻拌同時進行，在翻拌機器運行過程中，通過風管將空氣注入生物發(fā)酵的基質(zhì)中，為生物基質(zhì)的耗氧發(fā)酵補充氧氣，每天增氧1～2次。

4. 除臭

畜禽糞尿等廢棄物本身具有惡臭氣味，嚴禁排放至空氣中污染環(huán)境。生物除臭裝置通過管道收集器將惡臭氣體吸入收集，氣流在通過含有生物填料層的循環(huán)液過程中完成氣液擴散、液固擴散和生物氧化三個過程，生物填料表面生物膜中的微生物以惡臭氣體物質(zhì)為營養(yǎng)，惡臭物被微生物氧化分解，在轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生能量，為微生物的生長與繁殖提供能源，使惡臭氣體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化持續(xù)進行，經(jīng)凈化后的氣體由引風機引出排放。

六、生物發(fā)酵倉的管理

1. 氨氣測定

在發(fā)酵倉內(nèi)不同位置設(shè)立若干個氨氣測定設(shè)備，每天4次測定發(fā)酵倉內(nèi)氨氣濃度。

2. 生物基質(zhì)溫度測定

在發(fā)酵倉中不同位置設(shè)立溫度測定點，每天4～6次測定基質(zhì)溫度，發(fā)酵溫度要保持50℃以上；每天密切監(jiān)測發(fā)酵倉的運行狀況，尤其是發(fā)酵溫度變化，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時采取應(yīng)對措施，并做好相關(guān)記錄。

3. 生物基質(zhì)含水量測定

在生物基質(zhì)中不同位點設(shè)立若干水分測量儀，隨時測定基質(zhì)含水量，定期記錄添加糞漿的質(zhì)量，與基質(zhì)的初始質(zhì)量相比，獲得的比值為基質(zhì)在發(fā)酵過程的不同階段中吸納糞漿的能力。

4. pH值測定

生物基質(zhì)發(fā)酵運行后，應(yīng)定期測定生物基質(zhì)的pH值，可用四分法將樣品縮分至5克，加45毫升無菌水，在室溫下用振蕩器連續(xù)振蕩30分鐘，靜置30分鐘后，用pH計測其上清液的pH值。

5. 翻拌發(fā)酵基質(zhì)

發(fā)酵基質(zhì)下沉20厘米以上必須補充生物基質(zhì)至原設(shè)計高度；冬季每天翻拌1～2次，夏季每天翻拌3～4次，春秋每天翻拌2～3次。

6. 添加糞漿計量

每天加注糞漿量需按照生物基質(zhì)有效體積吸納糞漿的能力加注；每天加注到發(fā)酵倉中的糞漿可自動計量。

7. 加強生物發(fā)酵倉通風換氣

在生物發(fā)酵倉內(nèi)壁上有水珠結(jié)成、倉內(nèi)出現(xiàn)大量水霧，翻拌時要開風機或側(cè)窗除潮除濕。夏季適當增加通風量，冬季根據(jù)實際環(huán)境狀況適當調(diào)整換氣次數(shù)，以保證溫度、氧氣含量和空氣質(zhì)量。

8. 保持好微生物菌種活化狀態(tài)

根據(jù)生物基質(zhì)發(fā)酵分解速度與程度，若發(fā)酵分解能力下降，應(yīng)及時補加菌種。以20天左右為 1 個周期，每立方米生物基質(zhì)按照1‰的微生物菌劑添加量進行補充，將微生物菌劑均勻灑在基質(zhì)表面，再進行充分翻拌。

七、發(fā)酵糞漿后生物基質(zhì)的利用

發(fā)酵糞漿后的生物基質(zhì)，按照GB 18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準處理，可作為制作有機肥的原料，還田利用。

還田利用依據(jù)畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范（GB/ T 25246-2010）、畜禽糞便安全使用準則（NY/ T1334-2007）、畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南（農(nóng)牧辦[2018 ]1 號）執(zhí)行。

（作者聯(lián)系地址： 成建國 朱榮生 劉興華 黃保華 山東省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所 郵編： 250100；余坤華山東凱辰環(huán)?？萍加邢薰?郵編：250101）