畜禽糞污好氧堆肥處理技術分析

毛益林

（長江大學資源與環境學院 湖北武漢 430100）

畜禽糞污是全球溫室氣體的主要來源之一，對畜禽糞污的處理方式不同，對溫室氣體排放的影響也不同。分析我國1994年到2014年這20年間的畜禽糞污處理對溫室氣體排放變化，可以發現：我國畜禽糞污所產生的溫室氣體占農業源溫室排放總量的比例逐步提高，在2014年占比甚至達到了17.7%[1]。所以，提升畜禽糞便管理，推進畜禽糞污資源化利用，實現畜禽低碳養殖具有重要意義。

目前，我國對畜禽糞污的處理方式主要有還田處理、厭氧處理、好氧處理和堆肥處理等方式。還田處理即將畜禽糞污返回田地，作為農田作物的肥料。雖然還田處理是畜禽糞污比較常用的處理方法，但持續過度還田，就會使土壤氮、磷、重金屬等元素超標，對土壤結構和農作物生長，甚至周圍水資源也會造成負面影響。對于厭氧處理而言，我國主要通過建立沼氣工程，將種植業與畜牧業有機結合起來，在厭氧處理畜牧業污染物的同時，不僅為農田提供優質肥料，還為農村居民提供清潔燃料。由于資金和技術問題，沼氣工程在農村畜牧業領域推廣方面還存在一定的困難。好氧堆肥作為好氧處理畜禽糞污的一種，該方法不僅能有效減少產物的成分損失、產品異味較小、有益微生物活性強，而且便于包裝、資金及人力投入少、占地面積小、經濟效益高。因此，好氧堆肥方法已成為有機肥生產企業和養殖場在處理畜禽固體糞污中較常見的處理方法[2]。

畜禽糞污富含氮、磷、鉀等營養物質，是我國重要的有機肥料來源之一。而好氧發酵堆肥處理畜禽糞污是最有效的方法之一。不同的養殖場所產生的畜禽糞污種類也不同，選擇適宜的堆肥技術不僅可以減少運維成本，還能提高堆肥產量。本文就畜禽糞便堆肥的影響因素、技術和設備以及最新研究進展進行探討，以期為畜禽糞便好氧堆肥處理技術研究提供參考。

1 影響因素

畜禽糞污的好氧堆肥效果取決于參與代謝的微生物，所以影響堆肥效果的因素主要與參與微生物代謝的條件有關。一般影響好氧堆肥發酵的因素有水分、溫度、碳氮比、酸堿度和含氧量。過高的水分會將反應環境中的氧氣排除，形成厭氧環境并產生異味，而過低的水分則會降低微生物的代謝速率[3]。在預處理階段，畜禽糞污的起始含水量一般為40%～60%。而當有機物含量和堆肥溫度較低時，應盡量降低起始含水量，反之應升高含水量。在一級發酵堆肥反應中，還水率為40%～60%時，有利于微生物代謝。而在二級發酵過程中，物料含水率應該控制在35%～45%[4]。

相比較中溫菌，用于高溫好氧堆肥的高溫菌對有機物的降解效率較高。但高溫好氧堆肥處理對溫度有一定的要求，溫度過高，會使微生物滅活；溫度過低，則會延長堆肥達到腐熟的時間。在一級堆肥發酵過程中，溫度應該控制在55 ℃～65 ℃，且連續堆肥5 d以上為宜[4]。

碳氮比也會影響好氧堆肥發酵的進程[3]。若碳氮比過高，參與堆肥的微生物的活動就會受到限制，有機物分解速率降低，從而延長了堆肥發酵的時間；反之，說明所提供的碳源過少，氮源過高，會導致氮迅速降解成氨態氮揮發，從而降低肥效。一般堆肥中的碳氮比應維持在20∶1～30∶1[4]。

酸堿度是影響微生物生長繁殖的重要因素之一。在好氧堆肥處理技術中，適宜的酸堿度不但能提高微生物的代謝效率，還能增強固氮效果[3]。堆肥的階段不同，酸堿度也會隨之改變。在好氧堆肥降解過程中，物料的酸堿度很難再作調節。所以，在好氧堆肥前，需要加強對初始堆肥原料酸堿度的調節。一般地，最適宜的酸堿度應該控制在6.5～8.5[4]。

對于好氧堆肥，氧氣的含量是必不可少的影響因素之一。含氧量影響著微生物的活動強度和有機物的分解速率。而在一級堆肥發酵中，氧氣濃度宜不低于10%。一般含氧量低于8%時，堆肥會以厭氧形式發酵，導致臭氣的產生。目前，供氧的方式主要有利用機械攪拌、向堆肥糞污中插入通風管、高壓風機通風和自然通風等[4]。

此外，物料粒度越大，則其比表面積也會越大，這會導致堆肥過程中熱量傳遞時間長，還會造成內部供氧量減少[3]。一般一次性好氧堆肥發酵時間不少于30 d；在二次發酵工藝中，一級發酵和二級發酵時間都宜多于10 d[4]。

2 技術及裝備

根據好氧堆肥反應過程，堆肥技術包括原料預處理、堆肥發酵和造粒成型等環節。在原料預處理的過程中，一般會用到固液分離設備、輔料粉碎設備和混合配比設備等。而對于固液分離設備而言，螺旋分離設備是目前最新也是應用最廣的分離設備。好氧發酵設備、槽式發酵設備和塔體加熱式發酵設備前期投入成本較大；條垛式發酵設備周期長、占地面積大。所以，應根據實際情況選擇適宜的發酵設備。選擇適宜的造粒成型設備，可以提升肥料的屬性，防止在儲運過程中分解。相比較擠壓造粒和團聚造粒設備，轉輥造粒機與干燥模塊聯用不但可以優化工藝流程，還能節省成本[5]。

目前的好氧堆肥設備研究趨向于集成式、一體化。一體化好氧堆肥發酵設備占用土地面積較少，受周圍環境影響較小，所產生的堆肥產品質量較高，同時很少產生惡臭氣體，能滿足減量化、無害化和資源化的需求[6]。王延宏等人研發了一種多功能好氧發酵堆肥設備。該設備適用于小微型養殖場的集秸稈粉碎、粉碎秸稈與畜禽糞便混合、混合物料發酵等于一體，兼具加熱保溫、通風供氧、發酵堆體攪拌翻堆等功能[7]。同時該設備采用自動控制模式，營造適宜的好氧發酵環境，將發酵周期縮短至8 d～12 d，極大地提高了工作效率。

根據進料方式，一體化好氧堆肥設備主要分為立式好氧堆肥設備和臥式好氧堆肥設備[6]。

立式好氧反應器是將物料從上方注入，經過好氧堆肥發酵后從底部生產產品的一種設備。立式好氧堆肥設備，不僅應用于畜禽糞污，還廣泛應用于廚余垃圾、污泥一級混合秸稈的好氧堆肥處理。立式好氧堆肥設備又可分為倉式好氧堆肥設備和塔式好氧堆肥設備。塔式好氧堆肥設備相比較其他好氧堆肥設備，具有處理量大、易于實現大規模產業化等特點，可用于有機肥的批量生產。但塔式好氧堆肥設備由于曝氣量不均勻、構建塔樓的成本較大，塔樓材質多為鋼質，長期參與好氧堆肥對塔樓腐蝕性大。倉式好氧堆肥設備對比塔式好氧堆肥設備，具有處理規模較小、不采用密封倉體等特點，多用于中小型養殖場和家庭廢棄物處理方面。

臥式好氧堆肥設備是將物料從水平一端注入，從水平另一端產生產品的一種設備。該設備具有逆向通風、自動攪拌物料的功能，但機械化程度高、土地占用面積大，主要適用于畜禽糞便的好氧堆肥。該類設備根據工作方式的不同又可分為滾筒式、隧道式和槽式等反應器。

滾筒式反應器具有氧氣混合效果好、水平作業、自動翻拋、節省人工等優點，但存在水蒸氣和臭氣收集不徹底、分離不完全、占地面積大、結構復雜等缺點，一些滾筒式設備還需加入輔料。

隧道式反應器具有可分段發酵和作為物料運送載體等優點，但用于建設成本高、設備結構復雜，不易操作和維護，且由于曝氣不充分，易發生厭氧反應。

槽式反應器運行成本低、可對氧氣和溫度進行全自動在線檢測、設備占地空間小，還可以移動搬運、自動曝氣和翻拋，但在運行過程中需要投入輔料，在好氧發酵過程中發酵不易均勻、產量低，且投資成本大，容易發生厭氧反應。

3 最新研究進展

為確保畜禽糞好氧堆肥產品的安全性，應該對其進行理化性質的研究。張發寶等人采用好氧堆肥技術對雞糞、豬糞和牛糞三種畜禽糞進行高溫堆肥處理。結果表明，3種堆肥的有機態氮占50%以上，速效態鉀占90%以上[8]。而由于食物鏈積累，造成在養殖畜禽糞中富含大量抗生素和重金屬元素。胡雙慶等人通過對豬場、奶牛場和雞場排泄物進行檢測，得出該類排泄物中含有一定量的天然或人工合成的雌激素。不過利用污水厭氧-好氧凈化處理和固體糞高溫好氧堆肥對奶牛場排泄物中雌激素具有較高的去除效果[9]。張樹清等人通過高溫發酵堆肥技術并投加重金屬鈍化劑風化煤使畜禽糞中的抗生素和重金屬元素有效性降低[10]。

畜禽糞污和其他底料共同進行好氧堆肥處理，往往會推進資源化利用進程。在畜禽糞污好氧堆肥過程中，往往會添加農作物秸稈（如水稻、小麥和玉米等秸稈）和一些加工副產品（如谷殼、花生殼和中藥殘渣等）。輔料的主要功能是提供碳源，調節堆肥原料中的水分、碳氮比，并在堆肥中改善堆體結構，加快發酵過程氣體的流通。這些輔料的添加，不僅促進了堆肥進程，還使這些輔料得到了充分利用。此外，通過添加具有活性強、繁殖快、分解迅速的外源發酵菌種，可增強有機物分解，也可加快堆肥化的進程，縮短堆肥時間[11]。張勇等人以香菇菌糠為底料，雞糞和羊糞為輔料，EM復合菌為起始菌劑進行菌糠堆肥試驗。研究結果表明，雞糞對脲酶活性和蔗糖酶活性提升顯著，同時，雞糞比羊糞更適合用作菌糠堆肥輔料[12]。

4 總結

綜上所述，對好氧堆肥技術的探究及優化，是優化處理畜禽糞污發展的關鍵，必須得到相關技術研究與應用人員的重視與關注。而在當前的技術條件下，應當利用好氧堆肥處理技術的優勢，對處理條件和工藝進行優化，并且對處理畜禽糞污所產生的產品進行研究分析，創造更高效的處理技術以及良好的資源化產物，為行業的發展奠定重要的基礎。