異位發(fā)酵略談

劉 良 ，肖 萍 ，楊振鴻 ，畢 卓

（1.長江師范學(xué)院綠色環(huán)境智慧學(xué)院，重慶 涪陵 408100；2.重慶溯青環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，重慶 涪陵 408100）

1 前言

2017年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》，異位發(fā)酵技術(shù)被推介為經(jīng)濟實用技術(shù)。2018年，異位發(fā)酵技術(shù)被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布為十項重大引領(lǐng)性農(nóng)業(yè)技術(shù)之一，其集源頭減量化、過程無害化、末端資源化為一體。

“十二五”開始，我國生豬產(chǎn)業(yè)快速地朝集約化、工廠化發(fā)展，導(dǎo)致糞污迅速聚量，給本來就種養(yǎng)分離的養(yǎng)殖業(yè)帶來極大的環(huán)保壓力。好氧發(fā)酵產(chǎn)生的高溫可以殺滅病菌、無害化管理養(yǎng)殖糞污，附以翻拋可以蒸發(fā)大量水分，因此，異位發(fā)酵床被迅速推廣開。2019年四川省建成和在建異位發(fā)酵床達1 500家以上，重慶市涪陵區(qū)2021年底建有226個異位發(fā)酵床。雖然異位發(fā)酵床數(shù)量眾多，但實際技術(shù)落地情況并不樂觀，主要表現(xiàn)為休眠床、死床數(shù)量眾多，特別是冬季低溫時期。

2 問題所在

2.1 研究與實際工況相差甚大

異位發(fā)酵的試驗研究由早期的物料組分、發(fā)酵溫度等深入到機械設(shè)計、發(fā)酵菌的研究，甚至采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對堆肥腐熟度進行研究，科研工作人員對發(fā)酵過程、設(shè)備的開發(fā)研究越來越精細化。但是，異位發(fā)酵床實際工況差強人意，除了夏季，其他季節(jié)存在或大或小的問題。

2.2 設(shè)備質(zhì)量及供應(yīng)商技術(shù)水平參差不齊

異位發(fā)酵管理設(shè)備種類繁多，不同設(shè)備適用于不同工況。異位發(fā)酵的“零排放”工藝迎合了種養(yǎng)分離、沒有足夠土地的養(yǎng)殖企業(yè)的需求，規(guī)避了環(huán)保帶來的壓力。所以，異位發(fā)酵設(shè)備迅速得以推廣，導(dǎo)致市場呈現(xiàn)了魚龍混雜的態(tài)勢，養(yǎng)殖企業(yè)和技術(shù)推廣部門面對新事物并沒有透徹地了解各類設(shè)備的特性。直到今天，很多企業(yè)在采購前期對設(shè)備及技術(shù)的了解并不到位，安裝使用后發(fā)現(xiàn)設(shè)備不能滿足生產(chǎn)需求，導(dǎo)致資金浪費和設(shè)備閑置。表1列舉了調(diào)研過程中三類典型設(shè)備及存在的問題，以供參考。

表1 工程中翻拋設(shè)備及缺陷

企業(yè)普遍反映的問題還有，很多設(shè)備廠商往往單純地將設(shè)備出售給業(yè)主，后期不能提供技術(shù)指導(dǎo)和售后服務(wù)，導(dǎo)致管理人員需要很長一段時間摸索經(jīng)驗，如果人員更換后接手人又很難在短期內(nèi)掌握如何進行機器的運行、維護和檢修，這也成為了養(yǎng)殖企業(yè)的痛點之一。

2.3 實際工程生產(chǎn)細節(jié)繁雜

異位發(fā)酵床管理細節(jié)繁雜，普通人員較難短時間內(nèi)快速掌握該技術(shù)。異位發(fā)酵床屬于好氧堆肥化范疇，不同的是異位發(fā)酵床設(shè)計是用來每天消納養(yǎng)殖場糞污，物料起始態(tài)并未調(diào)節(jié)到適宜碳氮比范圍內(nèi)。很多養(yǎng)殖企業(yè)沒有足夠的種植用地，所以他們把發(fā)酵床作為救命的“海綿”用。調(diào)研過程中，一個長30.0 m、寬5.0 m、墊料深度0.6 m的發(fā)酵床1 d 噴淋糞污的量竟然達到了5.0 m3之多，所用翻堆設(shè)備屬于表1第一類設(shè)備，地面距離輥刀邊緣還有15 cm之多，也就是說有效墊料的體積僅有67.5 m3，多余的糞污直接滲出流至回流池。

豬場養(yǎng)殖廢水含有大量掉落的被毛，時常還有掉落的輸精管包裝袋，如圖1所示，輸送到異位發(fā)酵床會導(dǎo)致水泵堵塞和影響設(shè)備布水效果，導(dǎo)致設(shè)備管理效果快速變差甚至系統(tǒng)崩潰。即便采用切割泵，眾多的豬毛還是可以堵塞小孔徑噴灑裝置。

圖1 廢水中的雜物

翻拋機設(shè)計不合理會給設(shè)備使用帶來很多隱患。如圖2所示，大車電機已然看不到外形，電機尾端的散熱系統(tǒng)被糞污封閉，夏季長時間運作可導(dǎo)致電機燒毀，該工況下也會縮短電機的使用壽命。該設(shè)備的另一個設(shè)計缺陷也顯而易見，翻拋墊料和糞污將噴頭已經(jīng)包裹地認(rèn)不出形狀，這種狀態(tài)下根本達不到噴灑要求。

圖2 機械設(shè)計不佳

2.4 設(shè)計不匹配

異位發(fā)酵在2013年研發(fā)成功，在推廣初期，沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)加以指導(dǎo)。很多設(shè)備公司利用該空白期，推廣了一大批不適合的設(shè)備，導(dǎo)致管理效果差，現(xiàn)階段想要進行設(shè)備升級時發(fā)現(xiàn)只能拆除原來的設(shè)施和設(shè)備。早期的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很多為5頭/m3，現(xiàn)有研究表明，該定額過大，不適合當(dāng)下工程設(shè)計，而且由于養(yǎng)殖場當(dāng)時新建條件下，異位發(fā)酵池的面積過小，剩余土地被養(yǎng)殖場其他設(shè)施擠占，因此，現(xiàn)有條件下很多養(yǎng)殖場沒有多余土地用于改建。

為了彌補早期指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的缺失，很多省市制定了地標(biāo)。DB35/T 1678-2017福建省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB34/T 3665-2020安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB42/T 1748-2021湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB45/T 2357-2021廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)、DB36 T 1600-2022江西省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB50/T 1268-2022重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)等，這些地方標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)推廣中起到了一定的作用，但是不同區(qū)域氣候條件有著差別。表2中列出了福建省和重慶市的有關(guān)氣候參數(shù)，重慶屬于高溫高濕地區(qū)，而且屬于太陽能匱乏區(qū)，因此，兩省市實際工程需要綜合考慮地標(biāo)和項目地小氣候條件進行差異性建筑設(shè)計，調(diào)整運行參數(shù)等。

表2 區(qū)域氣候比較

3 異位發(fā)酵床管理建議

針對異位發(fā)酵技術(shù)落地出現(xiàn)的瓶頸，重慶溯青環(huán)保技術(shù)研究院有限公司于2019年成立并同期組建研發(fā)團隊，進行“物聯(lián)網(wǎng)+”異位發(fā)酵智慧管理系統(tǒng)的開發(fā)和工程應(yīng)用研究。團隊在文獻和工程應(yīng)用調(diào)研的基礎(chǔ)上，進行設(shè)備研制和控制邏輯的研究，研制的整臺套設(shè)備如圖3所示，現(xiàn)階段已完成數(shù)字化和自動化的孿生設(shè)計。

圖3 “物聯(lián)網(wǎng)+”異位發(fā)酵智慧管理系統(tǒng)

3.1 發(fā)酵床啟動管理

第一次啟動發(fā)酵床，布料后建議手動噴灑糞污調(diào)整含水率，不宜直接采用翻拋機邊噴糞污邊翻拋，從而避免粉塵飛揚，防止其進入控制箱或者設(shè)備電器部分引起設(shè)備故障。另外，干料更易卡住翻拋輪，從而導(dǎo)致翻拋電機燒毀。

3.2 墊料預(yù)處理

眾多標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)資料建議谷殼和鋸末等聯(lián)合使用，但木材加工廠一般不會進行篩分，所以，鋸末中有大量木塊，如圖4。大木塊如深埋在1 m深的墊料中，轉(zhuǎn)動的輥刀會被卡住或者沖擊變形，所以采用鋸末調(diào)整基質(zhì)組分時進槽前需要篩分。建議基質(zhì)不要全采用小粒徑物料，因為一方面會增加翻拋阻力，另一方面會阻礙物料上部氧氣傳質(zhì)和水氣交換作用。

圖4 鋸末中的木塊

3.3 菌種添加

異位發(fā)酵床靠微生物對糞污進行資源化利用，確保糞污的無害化處理和糞污與基質(zhì)的堆肥腐殖化順利進行。我們在實驗基地（建筑模式、設(shè)備均按“溯青”模式修設(shè)）對異位發(fā)酵過程進行了長達數(shù)月的監(jiān)管和設(shè)備運行的跟蹤，圖5是截取了其中一段溫度驟變的階段?！八萸唷蹦Ｊ较?，室內(nèi)外溫度在早晨測定時相差不大，發(fā)酵床自啟動開始并未添加發(fā)酵菌劑，靠的是糞污中自有菌群維持發(fā)酵床的高溫態(tài)。在現(xiàn)有設(shè)備管理條件下，發(fā)酵床所處時段基質(zhì)溫度維持在55℃左右，基質(zhì)翻拋處理后維持在50℃左右。8月30日降水導(dǎo)致溫度驟降，基質(zhì)翻拋前和翻拋后的溫度隨外界溫度呈現(xiàn)下降趨勢，但相比外界溫度更緩和。經(jīng)由上述實驗結(jié)果可見，異位發(fā)酵床的啟動并非必須直接添加菌劑，菌劑的添加時機現(xiàn)正在被深入研究。

圖5 發(fā)酵系統(tǒng)基質(zhì)溫度

4 結(jié)語

異位發(fā)酵床的管理須遵循事物的規(guī)律，如僅將其當(dāng)作一池“吸水海綿”，那么結(jié)果肯定是不能如愿，而且死床后的再啟動需要耗費大量精力。所以，發(fā)酵床的運管看似簡單，但其實是一個系統(tǒng)工程，管理人員和業(yè)主一定要端正態(tài)度，企業(yè)自行運管的情況下，需要耗費大量的心血總結(jié)管理經(jīng)驗和應(yīng)對突發(fā)事件。