禽畜廢棄物資源化過程的環(huán)境影響研究

劉雨微，鐘選勇，黎 江

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.邵陽益農(nóng)生物科技有限公司，湖南 邵陽 422000)

2018年，國務(wù)院提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，要大力發(fā)展綠色生態(tài)健康養(yǎng)殖，推動(dòng)"種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)"發(fā)展模式的實(shí)施，堅(jiān)持源頭減量、過程控制、末端利用的治理途徑，以畜牧大縣和規(guī)模養(yǎng)殖場為重點(diǎn)，以農(nóng)業(yè)有機(jī)肥和農(nóng)村能源為主要利用方向，全面推進(jìn)畜禽糞污資源化利用。

1 畜禽廢棄物資源化過程的環(huán)境影響研究現(xiàn)狀

養(yǎng)殖業(yè)已逐漸成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的重要來源之一，但是隨著農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?、集約化和產(chǎn)業(yè)化的加快，農(nóng)業(yè)的良性循環(huán)和相互促進(jìn)至關(guān)重要。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)，我國每年產(chǎn)生畜禽糞污38億噸，但是其綜合利用率不足60%，無害化率不足50%[1]。按照“生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化、生態(tài)優(yōu)良化”的要求和“減量化、資源化、再利用”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，為了盡量避免畜禽糞便對環(huán)境污染，美化農(nóng)村居住環(huán)境，畜禽規(guī)模養(yǎng)殖基地必須對畜禽糞便進(jìn)行綜合治理、資源化利用。

目前主要的資源化利用途徑有肥料化、能源化、飼料化以及基質(zhì)化。有機(jī)肥是目前有效的廢棄物資源化途徑，微生物發(fā)酵由于能耗低、二次污染小而成為最有前景的方法之一。將糞污與秸稈、稻殼等輔料混合，通過好氧發(fā)酵污染物進(jìn)行無害化處理，在堆漚熟化制作后轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，最后到種植業(yè)。堆肥產(chǎn)品可以提高糞污附加值，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力和農(nóng)作物產(chǎn)量[2]。

我國畜禽廢棄物肥料化存在養(yǎng)殖戶就近利用和工廠化兩種途徑。由于我國工廠化處理起步較晚，許多地方的小散養(yǎng)殖戶會(huì)對畜禽糞污進(jìn)行堆肥發(fā)酵就近還田或者統(tǒng)一運(yùn)輸至田間蓄糞池，廢氣廢水污染嚴(yán)重，甚至容易造成疫情或是養(yǎng)殖場交叉感染[3]。這促使國家推進(jìn)畜禽廢棄物利用模式向工廠化看齊。工廠化處理工藝主要包括：高溫堆肥法、快速烘干法和塔式發(fā)酵法等。在整個(gè)工藝流程中，NH3揮發(fā)、廢水貯存、顆粒物產(chǎn)生，這些三廢的積累會(huì)造成溫室效應(yīng)、環(huán)境酸化、富營養(yǎng)化等不可忽視的問題[4]。

研究表明，畜禽廢棄物資源化是控制大環(huán)境面源污染、提高糞污綜合利用率的有效方法，但在資源化過程中依然存在禽畜廢棄物的資源優(yōu)勢發(fā)揮不充分以及其對周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生環(huán)境影響等問題和不足。因此，針對所存在的問題和不足，開展禽畜廢棄物資源化過程的環(huán)境影響研究是十分必要的，對提高其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益具有重要意義。

2 某企業(yè)畜禽廢棄物資源化工藝及其產(chǎn)生的污染物

探究資源化過程產(chǎn)生的三廢，明晰該過程對環(huán)境的影響，是提高資源化效果的關(guān)鍵。某企業(yè)通過好氧發(fā)酵的堆肥工藝，將畜禽廢棄物轉(zhuǎn)化為可利用的有機(jī)肥。產(chǎn)生的環(huán)境影響中，氣體污染最為嚴(yán)重，并存在少量污水和固廢。

2.1 某企業(yè)畜禽廢棄物資源化工藝

某企業(yè)畜禽廢棄物資源化主要工藝流程如圖1所示。

圖1 某企業(yè)畜禽廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥及生物菌肥工藝流程簡圖

原料收集：主要原料為畜禽糞便，輔以谷糠、食用菌廢料和草木灰。將外購的畜禽糞便采用密閉罐車(或其他密閉容器)收集起來，運(yùn)輸?shù)皆撈髽I(yè)的糞便收集池進(jìn)行無害化處理。需要用時(shí)運(yùn)往發(fā)酵池，此階段需要企業(yè)對發(fā)酵場地采取嚴(yán)格的防滲措施。

翻拋脫水：在此階段需要經(jīng)過拋翻機(jī)6天左右的翻拋、脫水(夏天進(jìn)行脫水，冬季不需要脫水)。

混堆發(fā)酵：作為發(fā)酵中最關(guān)鍵、環(huán)境影響最大的階段，需要按一定比例加入谷糠、微生物菌等輔料進(jìn)行混拌。原料中含水率65%左右，含水量較高，該過程基本無顆粒物產(chǎn)生，但會(huì)持續(xù)產(chǎn)生惡臭。隨后物料加入至發(fā)酵池，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)有3個(gè)發(fā)酵池，采用自動(dòng)翻混機(jī)進(jìn)行翻混，一般經(jīng)3-4天，料溫即可達(dá)到50～60℃。經(jīng)測溫達(dá)到60℃后要保持1～2天翻一次，經(jīng)過10～15天的發(fā)酵，可以殺死有害微生物和蟲卵，在有機(jī)物質(zhì)分解中產(chǎn)生的有機(jī)酸吸附了游離的NH3，并把氮素儲(chǔ)存了起來，有益菌還能形成菌絲體，成為肥料的一部分。

陳化干燥：陳化是發(fā)酵的后續(xù)階段，主要通過一些新的微生物借助殘余有機(jī)物(包括死后的細(xì)菌殘?bào)w)而生長，完成全部發(fā)酵過程。在發(fā)酵池內(nèi)發(fā)酵完成后，將半成品直接在車間內(nèi)堆放進(jìn)行發(fā)酵后陳化，堆放7天左右，完成陳化后進(jìn)入后續(xù)加工階段。陳化階段不會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生惡臭氣體。

破碎篩分：原料堆放發(fā)酵后輸送到粉碎機(jī)破碎后，再用鏟車將經(jīng)發(fā)酵后的肥料裝進(jìn)篩分機(jī)中進(jìn)行篩分，篩網(wǎng)孔徑根據(jù)目標(biāo)買家的要求來選擇，該企業(yè)選用10 mm孔徑篩網(wǎng)。經(jīng)過篩網(wǎng)的即為合格成品，未經(jīng)過篩分的不合格品重返發(fā)酵區(qū)進(jìn)行下一輪的堆肥發(fā)酵過程。

攪拌混合：此階段通過在合格成品中添加不同輔料，形成作用不同的有機(jī)肥。

計(jì)量包裝：經(jīng)過10-15天左右的時(shí)間原料變成棕黃色，料質(zhì)松軟手捏成團(tuán)，即得粉狀的畜禽糞便有機(jī)肥，最后根據(jù)市場需求，對其進(jìn)行計(jì)量、包裝，轉(zhuǎn)入成品庫待出售。

2.2 某企業(yè)畜禽廢棄物資源化過程產(chǎn)生的污染物

某企業(yè)畜禽廢棄物資源化過程產(chǎn)生的污染物如表1所示。

表1 某企業(yè)畜禽廢棄物資源化過程產(chǎn)生的污染物一覽表

從表1可知，畜禽廢棄物資源化過程不僅產(chǎn)生三廢，還有噪聲和生態(tài)影響。其中微生物氧化分解有機(jī)質(zhì)，持續(xù)不斷地散發(fā)H2S、NH3等惡臭氣體，危害周圍人群身體健康，對環(huán)境影響最大。破碎篩分、攪拌混合、計(jì)量包裝等過程所產(chǎn)生的少量粉塵等顆粒物也對環(huán)境有較大影響。液廢、固廢和噪聲對環(huán)境影響較小。

從某企業(yè)畜禽廢棄物資源化過程可以看出，盡管該工藝是成熟工藝，由于是開放環(huán)境，仍存在一些缺點(diǎn)和不足：(1)從原料收集→翻拋脫水→混堆發(fā)酵→陳化干燥，不僅會(huì)產(chǎn)生對環(huán)境影響很大的惡臭，而且浪費(fèi)了發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣資源；(2)從破碎篩分→攪拌混合→計(jì)量包裝，會(huì)產(chǎn)生顆粒物對環(huán)境的影響。

3 氣廢對環(huán)境的影響分析及其工藝改進(jìn)措施

鑒于某企業(yè)畜禽廢棄物資源化工藝過程存在的缺點(diǎn)和不足，為了進(jìn)一步提高資源利用率和減少氣廢對環(huán)境的影響，特對氣廢對環(huán)境的影響進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施。

3.1 惡臭對環(huán)境的影響

惡臭主要是原料收集、翻拋脫水、混堆發(fā)酵過程中產(chǎn)生的。收購的畜禽廢棄物糞便需要做到嚴(yán)格的干濕分離，采用帶蓋桶裝，輸送車輛必須為車廂封閉式，才能有效防止沿途糞便酒漏現(xiàn)象產(chǎn)生。在糞便收集池和發(fā)酵過程中會(huì)不斷揮發(fā)NH3、H2S等惡臭物質(zhì)，采用合理的工藝并投加微生物菌劑，不但可以縮短發(fā)酵時(shí)間，而且抑制惡臭氣體的產(chǎn)生，減少惡臭物質(zhì)的排放量，降低其對周邊環(huán)境的影響。

為了防止惡臭氣體排放影響操作人員健康和大氣環(huán)境，目前采取如下防治措施：養(yǎng)殖糞便從養(yǎng)殖場拉出時(shí)噴灑除息劑，運(yùn)輸車采取密封措施。對糞便收集池、發(fā)酵車間、生產(chǎn)車間安裝空氣交換系統(tǒng)，糞便收集池內(nèi)對養(yǎng)殖糞便采取嚴(yán)密的遮蓋措施，盡量減少惡臭氣體擴(kuò)散，其中，除氨氣：七水亞鐵+酸(pH值0.5～1.0)，亞鐵:水=1∶3～5；除臭味：過磷酸鈣+沸石粉+泥炭，比例1∶1∶1。在廠區(qū)內(nèi)盡可能采取綠化措施，在翻拋脫水、混堆發(fā)酵等場地或池周圍建設(shè)綠化帶，用以吸收惡臭氣體。同時(shí)根據(jù)微生物發(fā)酵規(guī)律，合理調(diào)節(jié)發(fā)酵條件，以減少發(fā)酵菌種的無氧呼吸，從而降低惡臭氣體的產(chǎn)生。

3.2 顆粒物對環(huán)境的影響

顆粒物主要是破碎篩分、攪拌混合、計(jì)量包裝過程中產(chǎn)生的，在粉碎、篩分及造粒過程中，物料互相碰撞會(huì)產(chǎn)生少量顆粒物，顆粒物均為原材料，從節(jié)約能源的角度考慮，建議在皮帶傳輸機(jī)下料口、粉碎機(jī)、篩分機(jī)、造粒機(jī)上部設(shè)置集氣罩，將顆粒物經(jīng)風(fēng)機(jī)引至脈沖式布袋除塵器，布袋除塵器中收集的顆粒物均為原料，建議定期回用到生產(chǎn)中，不外排。

上述措施適用于廢氣正常排放情況，當(dāng)廢氣出現(xiàn)泄露時(shí)，為避免廢氣非正常超標(biāo)排放，需要加強(qiáng)廢氣收集、處理設(shè)施的檢查維護(hù)，定期清理布袋收集的顆粒物，保證布袋除塵器處理效率。項(xiàng)目采取相應(yīng)的管理措施后，可有效降低廢氣非正常排放顆粒物對周圍大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。

3.3 減少氣廢的工藝改進(jìn)措施

為了減少氣廢的排放及其對環(huán)境的影響，特提出兩項(xiàng)工藝改進(jìn)措施。

(1)發(fā)酵-干燥沼氣循環(huán)利用綠色工藝：對原料收集→翻拋脫水→混堆發(fā)酵→陳化干燥等好氧發(fā)酵開放(場地或池)流程進(jìn)行脫水-發(fā)酵-干燥一體化的厭氧發(fā)酵(罐或槽)綠色工藝創(chuàng)新，不僅可使該過程中所產(chǎn)生的惡臭經(jīng)過活性炭吸附、微生物降解、新型除氨除臭工藝等方式處理后統(tǒng)一達(dá)標(biāo)排放，而且可以利用發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣資源燃燒轉(zhuǎn)化為熱能加快資源化過程的脫水、發(fā)酵和干燥速度，減少生產(chǎn)時(shí)間，增加產(chǎn)量。

(2)破碎-配料-包裝密封集成工藝：對從破碎篩分→攪拌混合→計(jì)量包裝等碎片化流程進(jìn)行封閉式集約工藝改造，使整個(gè)流程設(shè)置在封閉空間中進(jìn)行，不僅可以降低顆粒物的產(chǎn)生，減少對環(huán)境的影響，而且可以減少人力和除塵設(shè)備投入，降低成本。

4 結(jié)語

為了充分發(fā)揮禽畜廢棄物的資源優(yōu)勢以及減少其對周圍環(huán)境的影響，針對某企業(yè)禽畜廢棄物資源化過程中所存在的問題和不足，提出了進(jìn)一步提高資源利用率和減少環(huán)境影響的工藝措施，即通過創(chuàng)新發(fā)酵-干燥沼氣循環(huán)利用綠色工藝和改造破碎-配料-包裝密封集成工藝，大大減少氣廢排放、循環(huán)利

用沼氣資源、降低成本提高產(chǎn)量，可以構(gòu)建科學(xué)合理的禽畜廢棄物資源化過程體系，實(shí)現(xiàn)資源化過程的綠色化和集成化，提高其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。

致謝： 特別感謝湖南科技大學(xué)申少華教授的悉心指導(dǎo)！