大型沼氣工程畜禽糞污資源化利用

廖禎群

（芒市畜牧站，云南 芒市 678400）

隨著規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，產(chǎn)生大量廢棄物造成的環(huán)境污染日益突出，針對養(yǎng)雞場對糞污的不同處理方式，根據(jù)循環(huán)再利用理念，對德宏州任遠養(yǎng)殖有限公司利用厭氧發(fā)酵工藝處理雞糞的工藝分析，表明該工程可以有效地解決養(yǎng)雞場污染問題，并帶來可觀經(jīng)濟效益及生態(tài)效益。

1 家禽養(yǎng)殖及廢棄物利用

1.1 家禽養(yǎng)殖及雞糞排放情況

根據(jù)芒市畜牧站提供的數(shù)據(jù)，截至2020年底芒市家禽存欄量達到142萬羽，其中雞占98萬羽，已備案的規(guī)模養(yǎng)雞場23家。每羽成年雞平均每天產(chǎn)糞0.1 kg，需沖洗水0.3 kg。據(jù)測算全市每年排放糞污3.58萬t。

1.2 雞糞特性

1.2.1 主要成分

雞腸道短，吃進的飼料消化利用不充分，約有40%～70%的營養(yǎng)物被排出體外，因此雞糞在所有畜禽糞便當中養(yǎng)分是最高的。雞糞中含有豐富的營養(yǎng)，其中粗蛋白18.7%、脂肪2.5%、灰分13%、碳水化合物11%、纖維7%，含氮2.34%、磷2.32%、鉀0.83%，分別是豬糞的4.1倍、5.1倍和1.8倍。

1.2.2 雞糞與其他畜禽糞便的不同

雞糞含糖量高，容易發(fā)酵腐敗，難以存放；雞在春秋季節(jié)易發(fā)病，多數(shù)養(yǎng)殖場會進行藥物防疫，糞便藥物殘留為后續(xù)處理帶來不便；雞糞中含有大量雞毛及部分飼料中添加的砂石和鈣鹽。

1.3 雞糞的處理利用

1.3.1 加工成雞糞飼料

新鮮雞糞、秸稈粉或米糠、麥麩按一定比例混合后加入益生菌活性液，控制含水量，先經(jīng)好氧發(fā)酵，再經(jīng)厭氧發(fā)酵后可加工成雞糞飼料。

1.3.2 堆肥發(fā)酵

將雞糞與其他有機物如秸稈、雜草等混合，添加發(fā)酵菌后堆積，控制適宜的相對濕度（70%左右），使微生物大量繁殖，有機物分解并轉(zhuǎn)化為植物能吸收的無機物，從而得到優(yōu)質(zhì)肥料。

1.3.3 青貯氨化

將新鮮純雞糞與切碎的飼草、水果和蔬菜廢棄物，或馬鈴薯、甘薯秧、谷物等混合后青貯，保持含水量40%～7 5%，并添加適量的氫氧化銨，以提高飼草與雞糞貯料的消化率和適口性。

1.3.4 風干粉碎

將鮮雞糞在塑料大棚內(nèi)攤開晾曬，糞層厚度小于15 cm，用釘齒耙攪動，同時用高速鼓風機吹風。雞糞曬干后，粉碎加工成顆粒飼料。

1.3.5 沼氣發(fā)酵

以上4種雞糞的處理方式或?qū)⒚媾R著污染、發(fā)酵周期長、工藝不穩(wěn)定、安全無保障等問題。而沼氣發(fā)酵的處理方式技術(shù)先進、工藝成熟、安全適用，最重要的是能徹底解決污染問題。通過沼氣工程厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣，沼氣可用做生產(chǎn)生活用能，沼渣用來做魚餌或肥料。

2 厭氧發(fā)酵工藝設(shè)計

2.1 發(fā)酵原料特性及工藝選擇

2.1.1 雞糞作為沼氣發(fā)酵原料的特性

雞糞中干物質(zhì)濃度（TS）約為30%，含水量約為70%[1]；pH值6.5～7.5；化學需氧量（COD）43～77g/L；生化需氧量（BOD5 ）17～32 g/L[2]。

2.1.2 發(fā)酵工藝選擇

根據(jù)《沼氣工程技術(shù)規(guī)范第1部分：工藝設(shè)計》（NY/T 1220.1—2006）中“溶解性有機廢水宜選用升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧濾器（AF）、升流式厭氧復合床（UBF）；高固體含量或其他難降解的有機廢水宜選用完全混合式厭氧消化器（CSTR）、厭氧接觸工藝（AC）和升流式厭氧固體反應器（USR）”，綜合考慮雞糞的特性、厭氧消化器工藝特點及經(jīng)厭氧消化罐產(chǎn)生的沼液需進行進一步處理，進入站外沼液儲存池供自有檸檬基地使用，所以選擇CSTR發(fā)酵工藝。2.1.3 完全混合式厭氧消化器（CSTR）

圖1 完全混合式厭氧消化器示意圖[3]

此種消化器是在常規(guī)消化器（常規(guī)沼氣池）內(nèi)安裝了攪拌裝置，使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合狀態(tài)，與常規(guī)厭氧消化器相比，使活性區(qū)遍布整個消化器，因而其效率明顯提高。CSTR消化器多采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料工藝，發(fā)酵溫度屬中溫或高溫，水力滯留期（HRT）一般超過15 d，有機負荷率為中溫3～4 kg/m3·d，高溫5～6 kg/m3·d[3]。

（1）CSTR消化器的優(yōu)點。一是可以進入高懸浮物固體含量的原料。二是消化器內(nèi)物料均勻分布，避免了分層狀態(tài)，增加了底物和微生物接觸的機會。三是消化器內(nèi)溫度分布均勻。四是進入消化器的抑制物質(zhì)能夠迅速分散，保持較低的濃度水平。五是避免了浮渣、結(jié)殼、堵塞、氣體逸出不暢和短流現(xiàn)象[1]。

（2）CSTR消化器的缺點。一是由于該消化器無法做到使SRT和MRT在大于HRT的情況下運行，所以需要消化器體積較大。二是要有足夠的攪拌，所以能量消耗較高。三是生產(chǎn)用大型消化器難以做到完全混合。四是底物流出該系統(tǒng)未完全消化，微生物隨出料而流失[1]。

2.2 工程規(guī)模

德宏州任遠養(yǎng)殖有限公司是一家專業(yè)從事羽蛋雞養(yǎng)殖、科技示范、研發(fā)、加工和營銷為一體的農(nóng)業(yè)企業(yè)，現(xiàn)有存欄蛋雞4.1萬羽，2014年被云南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳批復為蛋雞養(yǎng)殖場標準化示范場。2016年11月投資402萬元新建大型沼氣工程，建設(shè)CSTR厭氧發(fā)酵罐1 000 m3，濕式貯氣柜200 m3，2017年7月建成投產(chǎn)，運行4年來，平均年產(chǎn)沼氣13.65萬m3，累計處理糞污2.34萬t。

2.3 工藝流程及說明

圖2 德宏州任遠養(yǎng)殖有限公司大型沼氣工程工藝流程圖

2.3.1 除雜、沉沙、調(diào)配及發(fā)酵

沖洗污水經(jīng)格柵渠去除較大雜物后，進入集料沉沙池，稀污水由養(yǎng)殖場另行處理后回用或排放，濃污水和干糞一起進入調(diào)配池，調(diào)配成TS濃度適宜的發(fā)酵料液，發(fā)酵料液經(jīng)進料泵輸送至中溫厭氧消化罐進行發(fā)酵，設(shè)計進料量為48 t/d，進料TS濃度11%，HRT為20.8 d，發(fā)酵溫度中溫（35±2 ℃），有機負荷5.25 kgTS/m3·d，容積產(chǎn)氣率1.2m3/m3·d，VS去除率70%～80%。

為充分消化利用糞便內(nèi)的有機物，緩沖池和厭氧消化罐內(nèi)配有攪拌機，消化罐內(nèi)還安裝了泥漿泵、回流循環(huán)泵，使池內(nèi)物料充分混合，受熱均勻，保證了產(chǎn)氣質(zhì)量。為保證發(fā)酵溫度，設(shè)有熱水鍋爐對發(fā)酵裝置進行增溫。

2.3.2 沼氣的產(chǎn)生與利用

厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過氣水分離器，脫硫塔凈化處理后，60%用于發(fā)電，供雞舍風機降溫、場區(qū)雛雞保溫以及照明，40%用于燒熱水鍋爐對發(fā)酵裝置增溫，除增溫外剩余沼氣用于食堂用氣、養(yǎng)殖場內(nèi)鍋爐使用。發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣用作固態(tài)肥料出售，沼液進入緩沖池，經(jīng)有機肥加工處理，再進入站內(nèi)沼液儲存池儲存一段時間，之后進入站外沼液儲存池供檸檬基地使用。

2.4 工程特點

2.4.1 增設(shè)了沉沙池

由于雞糞中含有大量沙子，如果把未經(jīng)處理的雞糞投入發(fā)酵罐中，久而久之沉積的沙子越來越多，發(fā)酵容積減小，產(chǎn)氣下降。為了解決這一問題，增設(shè)了集料沉沙池，確保沙子不進入發(fā)酵罐。

2.4.2 注重脫硫處理

雞糞中硫的含量高，而硫會對設(shè)備造成嚴重的腐蝕，為了延長設(shè)備使用壽命，降低硫?qū)υO(shè)備的腐蝕損害，采取脫硫塔二次脫硫的處理措施。

3 存在問題

3.1 容積產(chǎn)氣率過低

項目設(shè)計之初，考慮企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，將養(yǎng)殖規(guī)模設(shè)定為12萬羽，進料量為48 t/d，CSTR厭氧消化罐設(shè)計規(guī)模1 000 m3?？⒐た偼顿Y402萬元，中央資金補助150萬元，企業(yè)自籌252萬元。截至2020年底，養(yǎng)殖規(guī)模僅為5萬羽，進料量約20 t/d，年產(chǎn)沼氣18.3萬m3，容積產(chǎn)氣率0.5m3/m3·d，僅為當初設(shè)計時的容積產(chǎn)氣率的42%，投資效率過低。

3.2 后期管理跟不上

沼氣工程建成投產(chǎn)后，日常維護和管理如果跟不上，將會影響工程的整體效益和設(shè)備的使用壽命。德宏州任遠養(yǎng)殖有限公司大型沼氣工程建成以來，運維人員變動頻繁，且業(yè)務水平過低，僅能滿足簡單操作，這是需要解決的一個問題。

4 結(jié) 語

德宏州任遠養(yǎng)殖有限公司采用CSTR厭氧發(fā)酵的方式處理糞污，在解決養(yǎng)殖場畜糞污染的同時，使畜禽糞污得到資源化、無害化、生態(tài)化利用，探索了一條典型的能源生態(tài)型發(fā)展之路，值得推廣。