“生物+氣流膜”發(fā)酵技術(shù)試驗(yàn)示范應(yīng)用案例

文│溫富勇 趙海明 張晶（北京市奶牛創(chuàng)新團(tuán)隊(duì) 密云綜合試驗(yàn)站）彭英霞（北京京鵬綜合試驗(yàn)站）

當(dāng)前，在畜禽養(yǎng)殖場糞污處理過程中，由于機(jī)械設(shè)備投資高、能源消耗高，養(yǎng)殖企業(yè)難以承擔(dān)運(yùn)行成本，同時(shí)也制約了畜禽養(yǎng)殖場糞污“變廢為寶”的農(nóng)業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展理念，并給環(huán)境造成一定的影響。

北京市奶牛創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)密云綜合試驗(yàn)站和北京京鵬綜合試驗(yàn)站于2021年在北京地區(qū)首次開展“生物+氣流膜”靜態(tài)好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)試驗(yàn)示范，推進(jìn)了畜禽糞污資源化利用，解決了高耗能、高成本的糞污處理模式，助推了農(nóng)業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展，具體情況如下。

一、奶牛場牛糞處理、奶牛臥床墊料情況調(diào)查

1.每日產(chǎn)生的牛糞和廢棄墊料給環(huán)境帶來負(fù)面影響。北京市密云區(qū)一奶牛場，存欄奶牛2000頭，是密云區(qū)一家畜牧業(yè)龍頭企業(yè)，每天為乳企提供30噸優(yōu)質(zhì)生鮮乳。近年來，養(yǎng)殖環(huán)節(jié)面臨的生態(tài)環(huán)保壓力越來越大，奶牛場糞污處理需要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一旦牛糞處理不好，可能會(huì)給生鮮乳品質(zhì)量安全帶來影響，也可能對生態(tài)環(huán)境造成影響。

該牛場在“臥床墊料再生技術(shù)”應(yīng)用前，每天對產(chǎn)生的46噸牛糞和6噸多廢棄臥床墊料的處理方式主要是干濕分離，即將分離的固態(tài)物質(zhì)進(jìn)行晾曬后用于奶牛臥床墊料。因2021年的多雨天氣對晾曬的不利，處理的墊料可能造成牛乳房炎，導(dǎo)致生鮮乳的體細(xì)胞數(shù)超過乳企要求的每毫升25萬個(gè)以上。該牛場日產(chǎn)糞污量如表1。

2.牛糞和廢棄墊料難以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。牛糞和廢棄臥床墊料因受到外界環(huán)境污染，導(dǎo)致細(xì)菌超標(biāo)。僅通過簡單的晾曬，大量病原菌病并未被殺滅，當(dāng)再用于奶牛臥床墊料時(shí)，易引起牛乳房炎。在晾曬時(shí)，易產(chǎn)生臭味并影響環(huán)境，這種處理方式易受天氣影響，處理量小、水分含量高、臭味濃等不足，不適合農(nóng)業(yè)的節(jié)能減排、低碳綠色循環(huán)的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向。

3.牛臥床墊料用量和費(fèi)用調(diào)查。隨著現(xiàn)代化奶牛養(yǎng)殖進(jìn)程的發(fā)展，奶牛臥床是提升奶牛產(chǎn)奶水平的必要措施，為保障奶牛臥床墊料的舒適度，每天需要給每個(gè)臥床增加新墊料5～8千克。據(jù)調(diào)查，該牛場2020年共購買稻殼2326.6噸用于奶牛臥床墊料，費(fèi)用支出145.5萬元，因此每年購買臥床墊料增加奶牛企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

二、“生物+氣流膜”靜態(tài)好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)處理牛糞的建設(shè)示范情況

1.篩選出節(jié)能、可持續(xù)、易操作的奶牛臥床墊料發(fā)酵處理模式。針對傳統(tǒng)處理模式的不足之處，筆者團(tuán)隊(duì)經(jīng)過1年的調(diào)研、考察，篩選出了利用糞污自身發(fā)酵生物能和分子生物膜選擇性通透原理的“生物+氣流膜靜態(tài)好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)”。分子生物膜具有防雨，能使內(nèi)部發(fā)酵蒸發(fā)的水分子蒸發(fā)到空氣中，從而降低牛糞的水分，并阻止膜內(nèi)氨氣、硫化氫等臭味大分子氣體通過的特性。其為堆肥物料創(chuàng)造了一個(gè)真正的“氣候箱”，不受外界氣候的影響，通過生物熱能有效殺滅病原微生物，實(shí)現(xiàn)糞污的資源化利用。

2.臥床墊料需求量和牛場每天可利用生產(chǎn)墊料的計(jì)算。

（1）臥床墊料需求量計(jì)算。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，每頭成年母牛每日墊料補(bǔ)充量平均8千克（實(shí)際用量還需根據(jù)牛場對臥床舒適度的要求和管理來確定），牛場每日所需墊料量約10.4噸。

（2）該牛場每天可用于墊料生產(chǎn)的干物質(zhì)：2000頭牛場日產(chǎn)牛糞46.32噸，臥床位＝1260個(gè)（泌乳牛）+183頭（干乳牛）+60頭（產(chǎn)牛）＝1300個(gè)。

日產(chǎn)牛糞干物質(zhì)：新鮮糞便含水率按82%計(jì)算，46.32噸牛糞產(chǎn)干物質(zhì)8.33噸。臥床墊料損失按6.0千克/天/位，臥床墊料含水率按50%計(jì)算，每天產(chǎn)生總干物質(zhì)為3.9噸。每天可用于墊料生產(chǎn)的干物質(zhì)約12.2噸。

3.設(shè)計(jì)處理規(guī)模。根據(jù)示范項(xiàng)目現(xiàn)場條件及要求，示范規(guī)模選用單條尺寸6米×30米×1.5米的槽體，考慮一定的堆料起高和單槽可發(fā)酵物料體積約300立方米。按進(jìn)料容重0.4噸/立方米、含水60%，發(fā)酵周期約15天后損失10%估算，每槽能產(chǎn)生墊料86.4噸（折合每天產(chǎn)生5.76噸），每槽出料可提供約8天的牛床墊料，預(yù)計(jì)可滿足整個(gè)牛場50%左右的墊料需求。

4.處理效果。2021年9月3日至10月18日，發(fā)酵期15天，經(jīng)過3個(gè)周期的運(yùn)行，發(fā)酵溫度達(dá)50℃～70℃，水分從58%降到45%，降低了13%。發(fā)酵后的牛糞和墊料進(jìn)行生物安全檢測，蛔蟲卵、大腸桿菌均未檢出，達(dá)到了《畜禽糞污無害化處理技術(shù)規(guī)范》要求，實(shí)現(xiàn)了糞污資源化利用。該項(xiàng)技術(shù)解決了傳統(tǒng)模式投資大、受場地影響的不足。

三、“生物+氣流膜”靜態(tài)好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用前景分析

1.推進(jìn)了農(nóng)業(yè)種養(yǎng)結(jié)合綠色循環(huán)發(fā)展的需求。該技術(shù)為推動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“化肥使用量零增長行動(dòng)方案”提供了技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)畜禽糞污轉(zhuǎn)變成安全有機(jī)肥料走到農(nóng)田提供了需求空間。2021年，北京市對種養(yǎng)結(jié)合提出了新的要求，密云區(qū)是示范點(diǎn)之一，在以上利好政策下，首先要解決的是把畜禽糞便變成安全的有機(jī)肥。

2.彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模式的受建設(shè)廠房限制、投資大、周期長的不足之處。“生物+氣流膜”發(fā)酵技術(shù)將分子選擇膜覆蓋在堆體上并將膜壓實(shí)形成氣倉，由于分子選擇膜具備透氣、透濕和保溫的功能，能確保堆體的水汽正常揮發(fā)，同時(shí)又能維持堆體一定的濕度和溫度，該模式克服了傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的一些不足之處。傳統(tǒng)方法進(jìn)行有機(jī)固體廢棄物發(fā)酵處理需要建設(shè)專門的室內(nèi)發(fā)酵槽、發(fā)酵車間和發(fā)酵專用機(jī)械，發(fā)酵配套基礎(chǔ)設(shè)施固定資產(chǎn)投入大；發(fā)酵異味控制難度大，需要增加額外的除臭基礎(chǔ)設(shè)施投資；發(fā)酵產(chǎn)品除菌不完全，殺滅率低，發(fā)酵周期長，發(fā)酵成本高。

表1 牛場全群日產(chǎn)糞尿量估算

3.低耗能。從13個(gè)周期的運(yùn)行結(jié)果來看，牛糞達(dá)到了無害化處理要求，且運(yùn)行耗能低，發(fā)酵300立方米牛糞18天耗電213度，平均每天耗電12度，實(shí)現(xiàn)了低耗能處理模式。

4.密云區(qū)耕地與年產(chǎn)生畜禽糞便消納量分析。國家標(biāo)準(zhǔn)《畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范》中闡述了畜禽糞便還田限量，按照還田限量和畜禽年干糞量，密云區(qū)畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生糞便需要的農(nóng)田消納面積，見表2。

表2數(shù)據(jù)表明，密云區(qū)主要養(yǎng)殖的畜禽、奶牛、豬和蛋雞，年產(chǎn)生的糞便需要還田3.22萬畝～4.34萬畝。密云區(qū)有農(nóng)田13多萬畝，還有果園，在消納畜禽糞便容量上有較大空間，主要問題是把畜禽糞便處理成安全的有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)糞污資源化利用，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合的綠色循環(huán)發(fā)展。

5.在北京地區(qū)起到了示范引領(lǐng)作用?！吧?氣流膜”發(fā)酵技術(shù)的試驗(yàn)示范為畜禽糞便找到了節(jié)能減排的發(fā)酵處理模式，為畜禽糞污資源化利用起到示范引領(lǐng)作用。

表2 密云區(qū)畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便需要消納的農(nóng)田