覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵在牛床墊料生產(chǎn)中的應(yīng)用

彭英霞，高繼偉，李俊衛(wèi)，寧宗拔

北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094

0 引言

臥床是奶牛躺臥休息的重要場所，奶牛每天有50.00%～60.00%的時間趴臥在臥床上進(jìn)行休息和反芻[1]。其舒適度直接影響奶牛的躺臥時間。臥床墊料是奶牛場生產(chǎn)中極為重要的消耗性材料，干燥松軟的臥床墊料可以提高奶牛臥床率和臥床時間，進(jìn)而利于提高奶牛健康和生產(chǎn)性能[2～6]。牛糞墊料因其成本低、取材方便、質(zhì)地松軟等優(yōu)勢，利用固液分離后的固體牛糞晾曬、巴氏消毒或發(fā)酵滅菌后作為牛床墊料進(jìn)行循環(huán)利用的方式，在國內(nèi)外牧場中備受推崇。固體牛糞再生為牛床墊料是奶牛場糞污循環(huán)利用工藝（圖1）中的重要環(huán)節(jié)[7]，不僅實現(xiàn)了糞污資源化利用，也大大減少了購買墊料的投入，還提高了奶牛舒適度，是典型的固體牛糞循環(huán)利用模式[8，9]。因此，研究了解更多實用的牛床墊料生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用情況對于養(yǎng)殖生產(chǎn)有重要意義。

圖1 奶牛場糞污循環(huán)利用工藝流程

1 幾種常見墊料生產(chǎn)方式的比較

近幾年來，牛床墊料的市場需求催生了很多墊料再生方式，如傳統(tǒng)無覆蓋條垛式好氧發(fā)酵、傳統(tǒng)槽式翻拋發(fā)酵、滾筒式臥式好氧發(fā)酵、倉式墊料再生裝備等。幾種方式各有千秋。傳統(tǒng)自然發(fā)酵模式墊料生產(chǎn)周期長、環(huán)境友好度和發(fā)酵可控性較差，但總投資最低，多用于小型奶牛場；現(xiàn)代一體化裝備處理量大、墊料生產(chǎn)周期短，但投資高、設(shè)備維護(hù)專業(yè)化程度要求高，更適合集約化程度高的大中型奶牛場。

本文將介紹一種覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵方式，該模式是在傳統(tǒng)好氧條垛發(fā)酵工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改良而成的。與其他墊料生產(chǎn)方式相比，其具有土建費用低、運行費用少等優(yōu)勢，但物料均勻度略有受限、進(jìn)出料集中，更適用于投資預(yù)算較少、場地面積充裕、可集中進(jìn)出料的奶牛場。幾種常見墊料生產(chǎn)方式的比較如表1所示。

表1 幾種常見牛床墊料生產(chǎn)方式的比較

2 覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵系統(tǒng)工藝介紹

覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵工藝是指將傳統(tǒng)靜態(tài)好氧堆肥技術(shù)的物料高溫好氧發(fā)酵在功能膜覆蓋下完成，以此形成相對密閉的微正壓氣候箱，大大緩解發(fā)酵過程中臭氣、揚塵等對環(huán)境的污染，防止雨水天氣對發(fā)酵的影響，也有效克服傳統(tǒng)露天發(fā)酵雨水及滲濾液混流的弊端。在發(fā)酵過程中，未散發(fā)出去的水蒸氣會在復(fù)合膜的內(nèi)側(cè)形成冷凝水膜，發(fā)酵過程產(chǎn)生的大部分臭氣物質(zhì)，如氨氣、硫化氫、揮發(fā)性有機(jī)化合物等在向外散過程中溶解在復(fù)合膜內(nèi)表面的水膜中，并隨水滴返回料堆內(nèi)，從而被微生物繼續(xù)降解轉(zhuǎn)化[10～12]。覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵還可根據(jù)對堆高、進(jìn)出料環(huán)境整體布置的要求，選用發(fā)酵槽式或地面式方式，發(fā)酵過程示意如圖2所示。

圖2 覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵示意圖

3 覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵系統(tǒng)組成

覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵系統(tǒng)主要由復(fù)合覆蓋膜及壓邊系統(tǒng)、供布風(fēng)系統(tǒng)、智能變頻控制系統(tǒng)組成。

3.1 復(fù)合覆蓋膜及壓邊系統(tǒng)

復(fù)合覆蓋膜是改發(fā)酵系統(tǒng)的重要核心組成部分。復(fù)合覆蓋膜由膨體聚四氟乙烯（expanded Poly Tetra Fluoro Ethylen，e-PTEF）及內(nèi)外兩層聚酯纖維膜復(fù)合而成，四周拼接PVC裙邊，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、適用溫度范圍寬泛。e-PTEF膜是一種以聚四氟乙烯為原料經(jīng)膨化拉伸形成的多微孔膜，膜上分布有0.2 μm左右微孔的特制膜，可阻止液態(tài)水、灰塵、氣溶膠和微生物向外擴(kuò)散，而水蒸氣和空氣可以向外散逸，具有透氣防雨的功能。聚酯纖維膜則具有抗紫外老化和耐腐蝕的特點[10～12]。

壓邊材料常用的主要為壓邊鎖具、壓邊方管組成，也可靈活選用壓邊袋。主要功能是對堆體復(fù)合膜周邊進(jìn)行固定封壓，使堆體發(fā)酵在覆膜送風(fēng)情況下形成微正壓環(huán)境，同時也避免發(fā)酵過程中大風(fēng)掀膜影響正常發(fā)酵。

3.2 供布風(fēng)系統(tǒng)

覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵工藝的供布風(fēng)系統(tǒng)主要是有供風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)和三風(fēng)道帶孔布風(fēng)管組成。鼓風(fēng)機(jī)主要用于通過向布風(fēng)管道送風(fēng)實現(xiàn)對物料堆體的供氧；特殊布置并帶孔的三風(fēng)道布風(fēng)管主要是實現(xiàn)均勻布風(fēng)。三風(fēng)道布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計在膜覆蓋堆體下部的硬化地面層，由鼓風(fēng)機(jī)對堆體進(jìn)行微壓送風(fēng)，以使空氣可均勻滲透到物料堆體空隙中。

由于復(fù)合膜的阻力作用，發(fā)酵堆體內(nèi)形成相對密閉的微正壓空間，內(nèi)部氣壓略高于外界氣壓，優(yōu)質(zhì)的供布風(fēng)系統(tǒng)可以使堆體在供風(fēng)發(fā)酵過程中，空氣均勻分布到堆體空間中，有效抑制敞開式經(jīng)常發(fā)生的局部厭氧情況、減少厭氧臭氣的產(chǎn)生。同時布風(fēng)管道還可以收集并輸送發(fā)酵過程產(chǎn)生的滲濾液，將其與納入場區(qū)排污系統(tǒng)統(tǒng)一處理，避免發(fā)酵過程對周邊土地的污染。

3.3 變頻控制系統(tǒng)

變頻調(diào)控系統(tǒng)是通過現(xiàn)場或遠(yuǎn)程控制改變供風(fēng)設(shè)備運轉(zhuǎn)功率使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，來實現(xiàn)調(diào)整風(fēng)量的目的。變頻控制調(diào)整風(fēng)量和頻率曲線幾乎沒有突變的區(qū)間存在，變化較為均勻，所以變頻調(diào)節(jié)在膜覆蓋系統(tǒng)中，可調(diào)性與穩(wěn)定性均較好[13]。通過變頻控制，操作人員可以結(jié)合發(fā)酵階段和實時情況來調(diào)整鼓風(fēng)設(shè)備運行頻率、設(shè)定發(fā)酵溫度限值，對發(fā)酵溫度進(jìn)行干預(yù)，從而間接調(diào)節(jié)微生物活性、提高發(fā)酵均勻度和發(fā)酵效率。當(dāng)測試值低于控制溫度時，加大通風(fēng)供氧，增強(qiáng)微生物活性，增加產(chǎn)熱量；當(dāng)測試值高于控制溫度時，減少通風(fēng)供氧，降低微生物活性，使溫度回落。

由于功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比、轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此，變頻控制具有很好的節(jié)能效果，據(jù)監(jiān)測生產(chǎn)每立方米發(fā)酵物料的平均耗電量低于1.0 kw·h。

4 覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵應(yīng)用

覆膜式靜態(tài)好氧發(fā)酵工程應(yīng)用中可選擇經(jīng)濟(jì)的地面簡易式，也可選擇處理量單位面積更高效的發(fā)酵槽式的形式，項目應(yīng)用如圖3、4所示。

圖3 地面式覆膜靜態(tài)好氧發(fā)酵

圖4 發(fā)酵槽式覆膜靜態(tài)好氧發(fā)酵

為了解覆膜靜態(tài)好氧發(fā)酵在奶牛場墊料生產(chǎn)中的情況，隨機(jī)抽取某實際運行項目進(jìn)行考察監(jiān)測，堆體附近無明顯臭味，整個墊料生產(chǎn)期堆體發(fā)酵溫度如圖5所示。由發(fā)酵溫度曲線可看出，第1天堆體溫度即達(dá)到50 ℃以上，經(jīng)合理變頻調(diào)控，整個15 天發(fā)酵周期內(nèi)10天的平均溫度較好地在60～71 ℃，避免了堆體溫度過高導(dǎo)致微生物失活。發(fā)酵后期根據(jù)出料需要，進(jìn)行了風(fēng)量加大，降低了堆體溫度。

圖5 某項目牛場墊料生產(chǎn)期堆體發(fā)酵溫度情況

以單堆情況分析，300.0 m3單堆堆體鼓風(fēng)設(shè)備裝機(jī)功率5.5 kw，在正常運行變頻控制管理情況下，整個發(fā)酵生產(chǎn)期內(nèi)每立方米物料耗電量不足1.0 kw·h，節(jié)能效果顯著。

經(jīng)過15 天的覆膜好氧發(fā)酵，牛床墊料含水率由發(fā)酵前的58.00%降至44.70%，發(fā)酵后的墊料干燥、松散，糞大腸桿菌群數(shù)不足50 MPN/g，遠(yuǎn)低于100 MPN/g，霉菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌均未檢出，符合牛場臥床的墊料安全性要求。

5 結(jié)論

覆膜靜態(tài)好氧發(fā)酵是一種改良的靜態(tài)發(fā)酵方式，其發(fā)酵工藝簡單、投資少、施工周期短，可直接硬化面覆膜發(fā)酵，也可結(jié)合發(fā)酵槽進(jìn)行覆膜發(fā)酵，無需另建廠房，對場地選擇靈活性高。發(fā)酵過程能很好地抑制臭氣外散，并實現(xiàn)雨污分離。運行費用很低，有很好的節(jié)能效果。發(fā)酵溫度可通過現(xiàn)場或遠(yuǎn)程實現(xiàn)人工調(diào)節(jié)干預(yù)，結(jié)合不同物料對發(fā)酵溫度的需求，達(dá)到較好的發(fā)酵效果。該模式單堆發(fā)酵為集中進(jìn)出料，需配備混料出料區(qū)域，適合場地較大的項目中應(yīng)用。目前該發(fā)酵模式已在奶牛場墊料生產(chǎn)、養(yǎng)殖場畜禽糞便堆肥、生活污泥堆肥處理中廣泛應(yīng)用，是近年來推廣的一種墊料發(fā)酵及堆肥工藝。