異位發酵略談

劉 良 ，肖 萍 ，楊振鴻 ，畢 卓

（1.長江師范學院綠色環境智慧學院，重慶 涪陵 408100；2.重慶溯青環保技術研究院有限公司，重慶 涪陵 408100）

1 前言

2017年，國務院辦公廳印發《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》，異位發酵技術被推介為經濟實用技術。2018年，異位發酵技術被農業農村部頒布為十項重大引領性農業技術之一，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，我國生豬產業快速地朝集約化、工廠化發展，導致糞污迅速聚量，給本來就種養分離的養殖業帶來極大的環保壓力。好氧發酵產生的高溫可以殺滅病菌、無害化管理養殖糞污，附以翻拋可以蒸發大量水分，因此，異位發酵床被迅速推廣開。2019年四川省建成和在建異位發酵床達1 500家以上，重慶市涪陵區2021年底建有226個異位發酵床。雖然異位發酵床數量眾多，但實際技術落地情況并不樂觀，主要表現為休眠床、死床數量眾多，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

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

2.2 設備質量及供應商技術水平參差不齊

異位發酵管理設備種類繁多，不同設備適用于不同工況。異位發酵的“零排放”工藝迎合了種養分離、沒有足夠土地的養殖企業的需求，規避了環保帶來的壓力。所以，異位發酵設備迅速得以推廣，導致市場呈現了魚龍混雜的態勢，養殖企業和技術推廣部門面對新事物并沒有透徹地了解各類設備的特性。直到今天，很多企業在采購前期對設備及技術的了解并不到位，安裝使用后發現設備不能滿足生產需求，導致資金浪費和設備閑置。表1列舉了調研過程中三類典型設備及存在的問題，以供參考。

表1 工程中翻拋設備及缺陷

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

2.3 實際工程生產細節繁雜

異位發酵床管理細節繁雜，普通人員較難短時間內快速掌握該技術。異位發酵床屬于好氧堆肥化范疇，不同的是異位發酵床設計是用來每天消納養殖場糞污，物料起始態并未調節到適宜碳氮比范圍內。很多養殖企業沒有足夠的種植用地，所以他們把發酵床作為救命的“海綿”用。調研過程中，一個長30.0 m、寬5.0 m、墊料深度0.6 m的發酵床1 d 噴淋糞污的量竟然達到了5.0 m3之多，所用翻堆設備屬于表1第一類設備，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，輸送到異位發酵床會導致水泵堵塞和影響設備布水效果，導致設備管理效果快速變差甚至系統崩潰。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

翻拋機設計不合理會給設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被糞污封閉，夏季長時間運作可導致電機燒毀，該工況下也會縮短電機的使用壽命。該設備的另一個設計缺陷也顯而易見，翻拋墊料和糞污將噴頭已經包裹地認不出形狀，這種狀態下根本達不到噴灑要求。

圖2 機械設計不佳

2.4 設計不匹配

異位發酵在2013年研發成功，在推廣初期，沒有國家標準和地方標準加以指導。很多設備公司利用該空白期，推廣了一大批不適合的設備，導致管理效果差，現階段想要進行設備升級時發現只能拆除原來的設施和設備。早期的設計標準很多為5頭/m3，現有研究表明，該定額過大，不適合當下工程設計，而且由于養殖場當時新建條件下，異位發酵池的面積過小，剩余土地被養殖場其他設施擠占，因此，現有條件下很多養殖場沒有多余土地用于改建。

為了彌補早期指導標準的缺失，很多省市制定了地標。DB35/T 1678-2017福建省地方標準、DB34/T 3665-2020安徽省地方標準、DB42/T 1748-2021湖北省地方標準、DB45/T 2357-2021廣西壯族自治區地方標準、DB36 T 1600-2022江西省地方標準、DB50/T 1268-2022重慶市地方標準等，這些地方標準在技術推廣中起到了一定的作用，但是不同區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氣候參數，重慶屬于高溫高濕地區，而且屬于太陽能匱乏區，因此，兩省市實際工程需要綜合考慮地標和項目地小氣候條件進行差異性建筑設計，調整運行參數等。

表2 區域氣候比較

3 異位發酵床管理建議

針對異位發酵技術落地出現的瓶頸，重慶溯青環保技術研究院有限公司于2019年成立并同期組建研發團隊，進行“物聯網+”異位發酵智慧管理系統的開發和工程應用研究。團隊在文獻和工程應用調研的基礎上，進行設備研制和控制邏輯的研究，研制的整臺套設備如圖3所示，現階段已完成數字化和自動化的孿生設計。

圖3 “物聯網+”異位發酵智慧管理系統

3.1 發酵床啟動管理

第一次啟動發酵床，布料后建議手動噴灑糞污調整含水率，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備電器部分引起設備故障。另外，干料更易卡住翻拋輪，從而導致翻拋電機燒毀。

3.2 墊料預處理

眾多標準和技術資料建議谷殼和鋸末等聯合使用，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，轉動的輥刀會被卡住或者沖擊變形，所以采用鋸末調整基質組分時進槽前需要篩分。建議基質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和水氣交換作用。

圖4 鋸末中的木塊

3.3 菌種添加

異位發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的堆肥腐殖化順利進行。我們在實驗基地（建筑模式、設備均按“溯青”模式修設）對異位發酵過程進行了長達數月的監管和設備運行的跟蹤，圖5是截取了其中一段溫度驟變的階段。“溯青”模式下，室內外溫度在早晨測定時相差不大，發酵床自啟動開始并未添加發酵菌劑，靠的是糞污中自有菌群維持發酵床的高溫態。在現有設備管理條件下，發酵床所處時段基質溫度維持在55℃左右，基質翻拋處理后維持在50℃左右。8月30日降水導致溫度驟降，基質翻拋前和翻拋后的溫度隨外界溫度呈現下降趨勢，但相比外界溫度更緩和。經由上述實驗結果可見，異位發酵床的啟動并非必須直接添加菌劑，菌劑的添加時機現正在被深入研究。

圖5 發酵系統基質溫度

4 結語

異位發酵床的管理須遵循事物的規律，如僅將其當作一池“吸水海綿”，那么結果肯定是不能如愿，而且死床后的再啟動需要耗費大量精力。所以，發酵床的運管看似簡單，但其實是一個系統工程，管理人員和業主一定要端正態度，企業自行運管的情況下，需要耗費大量的心血總結管理經驗和應對突發事件。