摘要：對(duì)目前規(guī)?；i場(chǎng)廢棄物好氧堆肥模式進(jìn)行了分析，探討了各個(gè)模式的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)以后糞污無害化處理的方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；i場(chǎng)；廢棄物；好氧堆肥

中圖分類號(hào)：X713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007-273X（2013）04-0071-03

集約化、規(guī)?；找娉蔀轲B(yǎng)豬業(yè)乃至畜牧業(yè)發(fā)展的主方向。目前國內(nèi)規(guī)?；i場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)量也日趨增加。一方面，豬場(chǎng)的規(guī)模化生產(chǎn)不但減少了傳統(tǒng)散養(yǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，而且也方便了政府機(jī)構(gòu)的集約化管理；另一方面，豬場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，隨之產(chǎn)生的廢棄物量也相應(yīng)增加，從而加重了豬場(chǎng)糞污處理的壓力，甚至有些豬場(chǎng)已不堪重負(fù)，由此導(dǎo)致廢棄物濫排濫放，這樣既污染了環(huán)境，也給人們的日常生活帶來威脅。相關(guān)研究已表明豬場(chǎng)廢棄物如果不經(jīng)過處理直接排放到環(huán)境，不但會(huì)對(duì)土壤、水源、空氣等造成污染，而且會(huì)通過各種途徑影響到人類的身體健康。社會(huì)的不斷發(fā)展以及生活水平的提高使人們對(duì)自身生活質(zhì)量的要求日趨增高，這就給養(yǎng)豬業(yè)乃至畜牧業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展帶來了新的要求和挑戰(zhàn)。因此，豬場(chǎng)廢棄物的無害化處理也就日益成為一個(gè)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前糞污無害化處理主要有堆肥處理、能源化處理（主要是沼氣）及飼料化處理（主要指家禽）。堆肥處理中好氧堆肥又稱高溫好氧堆肥，其以在高溫堆肥中具有耗時(shí)短、異味少、有機(jī)物分解充分等突出優(yōu)點(diǎn)，目前正成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

1 好氧堆肥原理及過程

1.1 好氧堆肥原理

高溫好氧堆肥，是在人工調(diào)節(jié)下，微生物作用下通過高溫發(fā)酵使有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程，在微生物分解有機(jī)物的過程中，不但生成大量可被植物利用的有效態(tài)氮、磷、鉀化合物，而且又合成新的高分子有機(jī)物——腐殖質(zhì)，它是構(gòu)成土壤肥力的重要活性物質(zhì)。由此通過好氧堆肥使動(dòng)物糞便得到降解并殺死其中的病原菌，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害、品質(zhì)良好、便于運(yùn)輸和貯存的有機(jī)肥料和土壤調(diào)節(jié)劑，是一種集處理和資源利用于一體的生物處理方法。

1.2 好氧堆肥過程

根據(jù)堆肥溫度的變化，禽畜糞便好氧堆肥的過程通常分為三個(gè)時(shí)期：升溫期、高溫期、熟化期。

升溫期：一般為堆肥初始階段（溫度<50℃），堆體中的一些土著微生物降解堆肥原料中的易降解有機(jī)質(zhì)如淀粉、糖類等并開始大量繁殖。一般情況下在堆肥的升溫期，堆肥中微生物的多樣性比較豐富。

高溫期：隨著堆體溫度的升高，堆肥開始進(jìn)入高溫期（溫度≥50 ℃），這時(shí)還存在一些常溫菌繼續(xù)分解糖類，同時(shí)也出現(xiàn)了一些嗜熱的高溫菌并逐級(jí)代替常溫菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，堆肥保持一定時(shí)間的高溫也是殺死糞便中的蟲卵和病原微生物的必要條件。

降溫熟化期：當(dāng)高溫持續(xù)一段時(shí)間以后，一些比較容易分解的有機(jī)物已被分解，剩下的是纖維素、木質(zhì)素等較難分解的有機(jī)物及新形成的腐殖質(zhì)。這時(shí)微生物活動(dòng)減弱、產(chǎn)熱減少，微生物代謝產(chǎn)生的熱量小于堆體散失的熱量，堆體溫度開始下降，常溫微生物又成為優(yōu)勢(shì)種，殘余物進(jìn)一步被分解，腐殖質(zhì)大量積累。

2 好氧堆肥裝置

堆肥技術(shù)按有無發(fā)酵倉可以分為開放式堆肥系統(tǒng)和發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)。

2.1 開放式堆肥系統(tǒng)

（1）被動(dòng)通風(fēng)條垛式堆肥系統(tǒng)：被動(dòng)式堆肥是將原料簡(jiǎn)單堆積，使堆體通過“煙囪效應(yīng)”進(jìn)行被動(dòng)通風(fēng)，經(jīng)長時(shí)間自然分解的過程。采用這種方式可大大降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，但不能滿足連續(xù)好氧堆肥的條件[1]。如果堆體管理不當(dāng)，可能會(huì)形成厭氧條件，堆肥溫度低，反應(yīng)慢，產(chǎn)生惡臭。

（2）條垛式堆肥系統(tǒng)：條垛式堆肥是將原料簡(jiǎn)單堆積成窄長條垛，在好氧條件下進(jìn)行分解。條垛式系統(tǒng)定期使用機(jī)械或人工進(jìn)行翻堆的方法通風(fēng)[2]。條垛式堆肥系統(tǒng)盡管是一個(gè)低水平的系統(tǒng)，但有很多優(yōu)點(diǎn)：所需設(shè)備簡(jiǎn)單，投資成本較低；翻堆會(huì)加快水分的散失，堆肥容易干燥；干燥的堆肥易于篩分填充劑回收利用；由于堆肥時(shí)間相對(duì)較長，條垛式堆肥產(chǎn)品腐熟度高、穩(wěn)定性好。垛式堆肥的缺點(diǎn)也很明顯：條垛系統(tǒng)占地面積大，而且腐熟周期長；需要大量的翻堆機(jī)械和人力；相對(duì)于其他的堆肥系統(tǒng)，條垛式堆肥需要更多的監(jiān)測(cè)以確保足夠的通氣量和溫度；翻堆會(huì)造成臭味的散失，這會(huì)對(duì)公眾的生活造成影響；條垛式堆肥系統(tǒng)受天氣的影響嚴(yán)重，例如，雨季會(huì)破壞堆體結(jié)構(gòu)，冬季會(huì)造成堆體熱量大量損失，使溫度降低；為了保持良好的通風(fēng)，條垛式系統(tǒng)需要相對(duì)比例較大的填充劑[3]。

（3）強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)：Epstein等[4]在條垛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了通風(fēng)系統(tǒng)，這就是后來被廣泛應(yīng)用的強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)的開端。

強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)是通過風(fēng)機(jī)和埋在地下的通風(fēng)管道進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)供氧的系統(tǒng)。對(duì)于強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)決定其能否正常運(yùn)行，也是溫度控制的主要手段。在堆肥過程中，通風(fēng)不僅為微生物分解有機(jī)物供氧，同時(shí)也去除二氧化碳和氨氣等氣體，并蒸發(fā)水分使堆體散熱，保持適宜的溫度。強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備的投資相對(duì)較低；與條垛式系統(tǒng)相比，能夠更好地控制溫度和通氣情況；產(chǎn)品的穩(wěn)定性較好，且能更有效地殺滅病原菌和控制臭味；由于控制條件較好，強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)堆腐時(shí)間相對(duì)較短，一般為2～3周；堆腐所需填充料的用量少，占地面積也相對(duì)較小[5]。但是，強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)同樣也有很多缺點(diǎn)，最重要的一點(diǎn)是，由于堆肥是露天進(jìn)行的，因此易受氣候條件的影響。加蓋大棚可以解決這個(gè)問題，但同時(shí)也會(huì)加大投資。與條垛式堆肥系統(tǒng)相比，在足夠大體積和合適的堆腐條件下，強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)受寒冷氣候的影響比較小。

2.2 發(fā)酵倉系統(tǒng)

發(fā)酵倉系統(tǒng)是使物料在部分或全部封閉的容器內(nèi)，控制通風(fēng)和水分條件，使物料進(jìn)行生物降解和轉(zhuǎn)化。

（1）攪動(dòng)固定床式：攪動(dòng)固定床式的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)通常由多層平面構(gòu)成。進(jìn)料口在反應(yīng)器的上部，堆肥物料先進(jìn)入第一層，然后被一層層向下推移，物料在各層之間可以有不同時(shí)間的停留。通過攪拌使堆料均勻，然后堆料進(jìn)入最底層，從出料口運(yùn)走。整個(gè)堆腐過程中進(jìn)料和出料是連續(xù)的。通氣管道位于反應(yīng)器的下部，由許多支管組成，外連鼓風(fēng)機(jī)。在反應(yīng)器的上部設(shè)有廢氣口，產(chǎn)生的廢氣統(tǒng)一收集處理。

（2）包裹倉式：包裹倉式反應(yīng)器的特點(diǎn)是堆料占據(jù)了整個(gè)發(fā)酵倉?；靹虻奈锪蠌陌l(fā)酵倉頂部的物料入口進(jìn)入并充滿反應(yīng)器。在發(fā)酵倉底部通過具有分支管路的通氣管道向反應(yīng)器內(nèi)的物料進(jìn)行通氣，廢氣由反應(yīng)器上部的廢氣管道排出，廢氣的出口略低于混合物的上表面，通過負(fù)壓抽氣的方式把廢氣收集處理[6]。負(fù)壓抽氣方式可以確保廢氣的統(tǒng)一處理和降低堆肥物料的濕度。

（3）旋轉(zhuǎn)倉式：分推流式和分隔式。發(fā)酵倉系統(tǒng)中，物料從倉體的進(jìn)料口進(jìn)入，沿倉體移動(dòng)到反應(yīng)器末端的出料口，這是迄今為止使用最普遍的發(fā)酵倉系統(tǒng)[7]。沿物料的移動(dòng)方向，反應(yīng)器被分為一個(gè)個(gè)小室，在堆腐的不同階段，物料從一個(gè)室移入另一個(gè)室，在不同的室內(nèi)，物料可以進(jìn)行不同時(shí)間、不同堆腐條件的堆腐，最后進(jìn)入出料口被移走。

相對(duì)于條垛式系統(tǒng)和強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)，發(fā)酵倉系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：堆肥設(shè)備占地面積小，空間限制少；能夠進(jìn)行很好的過程控制（水、氣、溫度），從而得到高質(zhì)量的堆肥產(chǎn)品；堆肥系統(tǒng)不會(huì)受氣候條件的影響；能夠?qū)U氣進(jìn)行統(tǒng)一的收集處理，防止環(huán)境的二次污染，同時(shí)可解決臭味問題，在發(fā)酵倉系統(tǒng)中可以對(duì)熱量進(jìn)行回收再利用。發(fā)酵倉系統(tǒng)也存在著明顯的不利因素：首先是高額的投資，包括堆肥設(shè)各的投資（設(shè)計(jì)、制造）、運(yùn)行費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用；由于堆肥周期相對(duì)較短，堆肥產(chǎn)品會(huì)有潛在的不穩(wěn)定性，幾天的堆腐不足以得到穩(wěn)定的、無臭味的產(chǎn)品，堆肥的后腐熟期相對(duì)延長：堆肥過程完全依賴專門的機(jī)械發(fā)備，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，堆肥過程即受影響。

3 堆肥過程的參數(shù)及其控制

堆肥化過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，要達(dá)到良好的堆制效果，必須控制一些主要影響因素。它們分別為水分、碳氮比（C/N）、氧含量、溫度和pH等。這些因素決定微生物活動(dòng)強(qiáng)度，從而影響堆肥的速度與品質(zhì)。由于堆制方法的不同，對(duì)各種指標(biāo)的要求不盡相同.研究人員對(duì)各種影響因素的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了大量研究：

（1）水分：堆肥過程中，水分是一個(gè)重要的因素。堆肥中水分的主要作用在于溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝，水分蒸發(fā)時(shí)帶走熱量，起調(diào)節(jié)堆肥溫度的作用，堆肥原料水分的多少直接影響好氧堆肥反應(yīng)速度的快慢。影響堆肥的質(zhì)量，甚至關(guān)系到好氧堆肥工藝的成敗。因此，堆肥中水分的過程控制十分重要。堆肥的起始含水率一般為50%～60%，對(duì)于條垛系統(tǒng)和反應(yīng)器系統(tǒng)，堆料的水分不應(yīng)大于65%。無論什么堆肥系統(tǒng)，水分均應(yīng)不小于40%。

（2）C/N：堆肥化操作的一個(gè)關(guān)鍵因素是堆料中的C/N，其值一般在20～30之間比較適宜。C/N過高（超過35）微生物必須經(jīng)過多次生命循環(huán)，氧化掉過量的碳，直至達(dá)到一個(gè)合適的C/N供其進(jìn)行新陳代謝。如果C/N過低，特別是pH值和溫度高時(shí)，堆體中的氮將以NH3揮發(fā)形式大量損失，并且堆肥產(chǎn)品也會(huì)給農(nóng)作物帶來不利影響。

（3）氧含量：好氧堆肥是利用好氧微生物在有氧的狀態(tài)下對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行快速降解。通氣是好氧堆肥成功的重要因素之一。通氣的第一個(gè)作用是為堆體內(nèi)的微生物提供氧氣。如果堆體內(nèi)的氧氣含量不足，微生物處于厭氧狀態(tài)，使降解速度減緩，產(chǎn)生H2S等臭氣，同時(shí)使堆體溫度下降。通氣的第二個(gè)作用是調(diào)節(jié)溫度。堆肥需要微生物反應(yīng)而產(chǎn)生高溫。但是，對(duì)于快速堆肥來講，必須避免長時(shí)間的高溫。溫度控制的問題就要靠強(qiáng)制通風(fēng)來解決。通氣的第三個(gè)作用是促進(jìn)水分的散失。

（4）溫度：對(duì)于堆肥系統(tǒng)而言，溫度是堆肥系統(tǒng)微生物活動(dòng)的反應(yīng)，它是影響微生物活動(dòng)和堆肥工藝過程的重要因素。堆肥中微生物分解有機(jī)物而釋放熱量，這些熱量使堆肥溫度上升。堆肥初期，堆層基本呈中溫，嗜溫菌較為活躍，大量繁殖。它們?cè)诶糜袡C(jī)物的過程中，有一部分轉(zhuǎn)化成熱量，堆層溫度不斷上升，1～2 d后可以達(dá)到50～60 ℃。在這個(gè)溫度下，嗜溫菌生長受到抑制，大量死亡，而嗜熱菌的繁殖進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)。根據(jù)美國環(huán)保局的規(guī)定，深度減除病原菌的工藝標(biāo)準(zhǔn)是：（1）對(duì)于反應(yīng)器系統(tǒng)和強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)，堆體內(nèi)部溫度大于55 ℃的時(shí)間必須達(dá)3 d。（2）對(duì)于條垛系統(tǒng)，堆體內(nèi)部溫度大于55 ℃的時(shí)間至少為15 d，且在操作過程中，至少翻堆5次。

（5）pH：堆肥過程中，pH值是一個(gè)重要的因素。有研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥初期堆體的pH降低，低pH值有時(shí)會(huì)嚴(yán)重地抑制堆肥反應(yīng)的進(jìn)行。在堆腐生活垃圾時(shí)，pH值控制在8左右，可以顯著提高堆肥初期反應(yīng)速度，避免由于堆肥反應(yīng)延緩所造成的臭味問題；但當(dāng)pH值控制在5時(shí)，葡萄糖和蛋白質(zhì)的降解停止。有研究發(fā)現(xiàn)微生物在高溫階段最大分解能力為pH值7.5～8.5[7]，對(duì)于pH不達(dá)標(biāo)的情況下可以用石膏、石灰等作為調(diào)節(jié)劑使用。

（6）其他：如有機(jī)質(zhì)、接種劑等等。在高溫好氧堆肥中，適合堆肥的有機(jī)質(zhì)含量范圍為20%～80%，且大量研究已證明堆料中加入接種劑可以加快堆腐材料的發(fā)酵速度。向堆體加入占原始材料體積10%～20%的腐熟堆肥，能加快發(fā)酵速度。有人分別比較加纖維分解真菌和添加固氮菌及溶磷劑對(duì)堆肥總氮和C/N的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其效果均非常明顯。此外，EM接種劑用作畜禽糞便堆肥過程中除臭劑，其除臭效果很好。

4 小結(jié)

目前堆肥法處理糞污是研究較多、應(yīng)用廣泛而最有前景的方法之一，是畜禽糞便無害化、安全化處理的有效手段。北京、天津、黑龍江和浙江等省市的大中城市都采用高溫發(fā)酵至無害化，制成優(yōu)質(zhì)的商品性有機(jī)肥或有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥，并廣泛應(yīng)用于蔬菜、水果、藥材和草地培植，乃至土壤和沙漠改良。同時(shí)，隨著有機(jī)農(nóng)業(yè)綠色食品及綠色化學(xué)的日益升溫，動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)與植物營養(yǎng)學(xué)勢(shì)必相互交融，相互促進(jìn)。以草養(yǎng)畜、畜糞肥田等農(nóng)牧相結(jié)合的辦法可使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)資源的合理及可持續(xù)利用。

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