立式高溫好氧發酵罐處理雞糞便的工藝參數優化及資源化利用優勢分析

隨著社會經濟的發展，畜牧業在國民經濟中的地位不斷增強，畜禽養殖糞便造成的環境污染問題也日益突出[1]。傳統條垛發酵模式存在占地空間大、處理周期長、異味散發顯著等不足，難以契合規模化養殖糞污快速減量化和資源化利用需求，立式密閉發酵裝備憑借結構布局緊湊、自動化程度高的優勢，正成為現代糞便處理領域的重要發展方向。本研究選取11FFG-102型發酵罐為對象，分析其在多元參數設定下的運行狀態，旨在探尋最理想的處理工況。

1材料與方法

1.1實驗設備與原料

研究以鶴壁市博龍畜牧機械有限公司制造的11FFG-102型立式高溫好氧發酵罐為核心設備，罐體雙層密閉，直徑6.0m 、總高 8.44m ，占地約 60m² 。它有效容積 102m³ ，主機重 32t ，裝機功率 ：44.65kW ，實際運行功率約 126kW ， 24h 電耗因季節和原料含水率不同，在 400～600 度波動。這種發酵罐適用于高濕禽畜糞便有氧發酵，能全年穩定運行。

原料是從雞舍收集的新鮮雞糞，按初始含水率分三個等級處理：濕度在 70%～80% 時日處理量為 16～8m³ ，60%～70% 時 8～10m³ ， 50%～60% 時 10～12m³ 。新鮮雞糞無需預脫水即可直接進罐，發酵后日產腐熟有機肥 1.5～5m³ ，含水率降到約 30% ，設備有雙熱風機（單臺功率 12.5kW ）、液壓驅動系統（主軸驅動 17.51kW ，上料驅動 12.2kW ）、 4kW 輔助電加熱系統，還有高效除臭裝置和雙錐體旋風除塵系統，保障發酵環境溫、氧、濕度穩定，促進微生物繁殖和有機質降解。

雞糞原料發酵前不添加化學藥劑，通過液壓升降系統封閉進料，防止環境污染，發酵罐內用Q355B碳鋼主軸（直徑 ：400mm ）和 140mm 槳葉，攪拌有力混合均勻，利于熱量傳導與氧氣擴散，罐體內襯304不銹鋼，外有 4mm 碳鋼外筒和55mm聚氨酯保溫層，保溫耐腐，保障高溫發酵穩定。

1.2實驗設計

優化發酵運行參數試驗在實際條件下設三組處理梯度，以初始含水率（ 70% ！ 60% ！ 50% ）為核心變量，結合不同含水率糞污處理量（ m³/d ）與發酵周期（天）觀測，測定指標包括罐內溫度變化曲線、發酵完成時間、有機肥產出量和能耗水平等2。進料采用固定裝載量（滿負荷12m³ ），連續運行試驗周期7d，發酵中用設備自帶控制系統實時監測罐內溫度（最高設計 70‰ ）、濕度、攪拌頻率與通風頻率，通過PLC系統設定統一發酵配方程序，實現各階段溫度維持與過程控制自動化管理。

實驗中所有數據按日歷時間記錄，定時采集產物樣本做后續物理化學性質測試，為后續分析提供依據，對比不同初始含水率下的發酵效率、產肥量及能耗指標，為篩選高效處理工藝參數和提升資源利用率提供實驗支撐。

1.3測定指標與方法

本研究于立式高溫好氧發酵罐運行期間，從設備性能、電耗情況、產出效率及物料變化等方面設置多項關鍵指標，借助設備自帶的微電腦控制系統與現場監測方式進行定量采集和記錄，保證數據客觀、連續且可重復。

第一，發酵罐運行能耗測定。

根據設備銘牌參數和運行實際情況，記錄系統裝機功率與平均運行功率，11FFG-102型發酵罐裝機功率 44.65kW ，由2臺 12.5kW 熱風機、 7.5kW 主軸液壓驅動裝置、 2.2kW 上料驅動裝置、3kW引風機、 4kW 輔助加熱裝置等單元構成；實際運行平均功率約 126kW 。通過日耗電量計數器統計，設備24h耗電量在400～600度，波動主要受季節氣溫和糞便含水率變化影響。

第二，處理能力與產出效率測定。

參照設備日處理能力說明，對不同含水率雞糞原料稱重記錄，設備處理雞糞濕度 70%～80% 5時日處理量 6～8m³ ，60%～70% 時 8～10m³ ， 50%～60% 時 10～12m³ 。通過連續運行每日進料記錄，計算總處理量與日均值，產出部分用出料口測量和容積計量法核實，記錄每日實際有機肥體積，結果顯示產出量 1.5～5m³/d ，隨輸人原料水分和發酵完成程度略有不同。

第三，溫度監測與熱效率指標記錄。

通過發酵罐控制系統設定發酵配方，在自動運行時實時記錄罐內溫度波動，溫度傳感器分布于罐體多個垂直層級，保證數據反映整體升溫過程和熱量保持能力。實測顯示，設備啟用熱風機與熱交換系統后，罐內溫度穩定維持在 45～70‰ ，其中 60^°C 以上高溫區間持續超12h，有效滿足高溫殺菌條件。熱風機型號910-H27，單臺風量 2900m³/h 、風壓 350mbar ，高強度熱風循環為溫度維持提供支撐。

第四，出料特性與物理狀態檢測。

發酵完成的雞糞有機肥出料后，現場用水分儀測其含水率，普遍在 30% 左右，通過目測和手感初步評價腐熟程度，定期抽樣稱重核算單位原料轉化后的有機肥產量比，觀察出料狀態是否均勻、有無結塊等，作為后續運行參數調整的依據之一。

第五，自動化系統功能監測。

發酵罐配套的PLC微電腦控制系統集成多畫面顯示界面，涵蓋主機運行、引風加熱、壓力設定、潤滑系統等模塊，現場操作通過觸控屏幕完成，關鍵運行參數（如升降壓力、主軸壓力、開門壓力）分別設定并實時顯示。以主軸壓力設置值為例，其升降到位壓力設定值均為 31.5MPa ，額定轉速1 500r/min ，配套驅動排量 25mL/r_c ，系統報警記錄同步采集，輔助故障排查和運行穩定性分析。

1.4數據處理

所有測定數據用Excel錄入匯總，借助SPSS17.0軟件開展統計分析，主要涉及極差分析、均值比較和標準差計算等，明確不同含水率條件下處理能力、能耗與產出量的關系，為后續參數優化提供數據支撐。

2發酵工藝參數優化結果分析

2.1各參數對發酵效率的影響

不同初始含水率條件下，11FFG-102型立式發酵罐處理能力差異顯著，實測顯示，雞糞含水率 50%～60% 時，設備日處理量達 10～12m³ ，為三個梯度最高； 60%～70% 濕度對應處理量 ?8～10m³ ， 70%～80% 濕度處理量僅 6～8m³ 。含水率越低，發酵效率與日產量越高，出料含水率更穩定，有機肥腐熟度更佳，運行功率約26kW時，24h電耗具有明顯季節性和水分依賴性，以 70%～80% 濕度為例，設備全天耗電達600度，而 50%～60% 濕度下控制在400度以內，單位產出耗能顯著下降（見表1）。

結果顯示，設備于低含水率條件下，處理效率、能耗控制與有機肥穩定性的綜合表現最佳。

2.2最優參數組合確定

綜合發酵效率、能耗表現和產出穩定性指標分析，初始含水率控制在 50%～60% 為當前設備運行最優條件，此條件設備日處理量達最大值 12m³ ，每日出料可達5 m³ ，出料水分穩定在約 30% ，便于后續肥料使用或深加工。該參數組合下設備運行功率維持在26kW，全天電耗低至400～450度，單位產出電能成本最小，同時因含水率適中，攪拌系統運行更順暢，發酵區溫度分布更均勻，有效延長主軸及槳葉使用壽命（見表2）。

該參數組合在未增額外能耗情況下，達成發酵效率、產品質量與設備穩定性的最優平衡。

3發酵產品的資源化利用效果

3.1成品腐熟度與穩定性分析

11FFG-102型發酵罐處理雞糞時可實現高效穩定腐熟產出。持續監測出料物狀態顯示，初始原料含水率 50%～60% 條件下，日處理量達 10～12m³ ，日產有機肥穩定在 4～5m³ ，出料含水率基本維持在 30% 左右，呈深棕色、質地均勻、無明顯糞臭味，具典型腐熟物特征[3]。設備罐體內部采用封閉隔熱結構，配合自動控溫與攪拌系統，可在發酵高峰期將罐內溫度穩定維持在 60～70^°C ，有效促進物料中有機質分解與有害成分滅活。當溫度、水分、氧含量等條件達到一定條件時（罐體內溫度達到60℃以上時），可殺滅糞便中的有害生物，促進罐內微生物大量繁殖并分解畜禽糞便中的有機物，可很好地利用微生物的活性[1]。廠房運行數據顯示，發酵產物在持續運行中無結塊、不返潮，具有良好的物理穩定性和貯存安全性。設備因采用不銹鋼內襯，物料在罐內循環充分，避免局部發酵不足，提升了腐熟均勻性，如圖1所示。

表1不同初始含水率條件下設備運行的關鍵表現參數

表2最優參數組合

圖111FFG-102型發酵設備及其物料處理前后狀態對比圖

3.2肥料品質與田間適用性分析

11FFG-102型發酵罐按設備使用說明書數據，每日有機肥產出量 1.5～5m³ ，因原料含水率和日處理量而變4。濕度在 50%～60% 進行處理時，日產出量達5 m³ 最大值，產品含水率約 30% ，在有機肥成品合適水分范圍，產物松散不結塊，施用性能良好，高溫發酵下，產物有機質含量高，有害病原菌、寄生蟲卵基本滅活，氨味顯著降低，氣味清淡利于推廣。企業樣品檢測顯示，腐熟物能直接施用于農田、果園、蔬菜基地，改善土壤結構、增強保水保肥能力，實際使用反饋，設備出料產品田間播撒后，較傳統堆肥地溫升得快、肥效釋放穩， 30% 左右穩定的出料含水率，使其既能作底肥，也便于與其他肥料混制復合型有機肥，提升適配與商品化能力。

4技術應用優勢與比較

4.1與傳統條垛發酵的對比

11FFG-102型立式高溫好氧發酵罐與傳統露天條垛發酵方式相比，在空間利用率、運行效率、環境控制和產出穩定性等方面優勢顯著。傳統條垛發酵往往需要大量場地堆放原料，發酵周期較長，易受氣溫、濕度等外界因素干擾，周期波動顯著；而該設備整體占地僅 60m² ，采用垂直密閉式結構設計，可實現全年全天候連續運行。

11FFG-102型立式高溫好氧發酵罐在發酵效率上，傳統條垛法日處理能力受人工翻堆和自然條件限制，周期在15d以上，對比可知，該設備在含水率在 50%～60% 時，日處理量達 10～12m³ ，7d內完成穩定出料，周期大幅縮短，處理效率提升超 50% 。設備自動化控制系統整合溫度、通風、攪拌和出料管理，解決了傳統條垛發酵高溫區與低溫區不均的問題，腐熟均勻性更高，能耗方面，設備運行功率約26kW ，24h電耗400～600度，能耗集中高效且不依賴自然升溫，單位產出能耗優于條垛發酵冬季反復翻堆的人力和能源投入。封閉罐體搭配除臭系統，可有效收集凈化NH3等廢氣，避免傳統模式嚴重的異味擴散和環境污染。

4.2技術集成的工程適配性

11FFG-102型設備在工程化集成設計中展現出良好適配性與實用性，整機結構高度 8.44m 、罐體直徑 ?6.0m ，占地面積緊湊至 60m² ，特別適合養殖場內部空地布設，無需額外拓展場地即可實現糞便無害化就地處理[5。設備整體重量為32t，結構穩固，可適應高濕、高寒地區安裝運行，滿足不同地域環境的發酵作業需求。系統配套方面，設備集成液壓上料裝置（ 2.2kW ）、主軸攪拌系統（ 7.5kW ）、雙熱風機（總功率 25kW ）、引風裝置 （3kW ）及除臭、除塵與熱交換模塊，構成一體化閉環運行系統，各組件通過微電腦控制器統一協調，聯動性好且調節靈活，操作人員只需通過觸屏界面設置，即可完成參數設定與運行監控。

在材料選型環節，設備選用Q355B主軸、304不銹鋼內筒、 55mm 聚氨酯保溫層等高耐腐蝕、高強度材料，尤其在接觸糞污區域進行防腐處理，以延長整機使用壽命。外殼加裝 10mm 碳鋼加強板并施以防腐涂裝，有效應對長期戶外濕熱環境運行，設備配備自動潤滑系統、空氣過濾組件、U型皮帶出料系統等工程細節設計，顯著降低日常維護難度與運行故障率，契合養殖場常態化糞污管理需求，如圖2所示。

圖211FFG-102型發酵罐設備在養殖場內集中安裝實景圖

結語

11FFG-102型立式發酵罐具有日處理量大、腐熟效率高、出料穩定等特性，適宜在養殖場內高效集成部署，當初始含水率控制在 50%～60% 時，發酵效率、電耗控制和產出質量實現最佳匹配。所產出的有機肥腐熟充分，具備良好的施用適應性，為養殖廢棄物減量化、無害化、資源化處理提供可靠的裝備支撐與參數依據，具有良好的工程應用和推廣價值。

參考文獻：

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[5]唐虎利.2種發酵罐對赤霞珠干紅葡萄酒發酵品質的影響[J].安徽農業科學，2016，44（25）：51-54.

收稿日期：2025-05-22

作者簡介：孫成行（1982一），男，漢族，碩士，教授。研究方向：微生物應用技術。