曾慶東，劉孟夫

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630）

0 前言

2017年，農(nóng)業(yè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的實(shí)施意見》（農(nóng)發(fā)〔2017〕1號），該文件中提到，“全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用……加快畜禽糞污集中處理，支持規(guī)模養(yǎng)殖場配套建設(shè)節(jié)水、清糞、有機(jī)肥生產(chǎn)加工等設(shè)施設(shè)備”是推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高農(nóng)業(yè)供給體系質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革工作的重要內(nèi)容。

農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)是目前世界各國普遍需要解決的重大課題，越來越受到人們的重視。農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用主要有四個方向——肥料化、飼料化、能源化、基質(zhì)化，其中好氧堆肥技術(shù)是有機(jī)廢棄物處置的重要技術(shù)手段，特別適用于農(nóng)業(yè)固體廢棄物實(shí)現(xiàn)肥料化與基質(zhì)化。目前，世界各國都非常重視應(yīng)用先進(jìn)工程技術(shù)提升好氧堆肥技術(shù)的工業(yè)化水平，使堆肥技術(shù)向機(jī)械化、環(huán)?；?、高效化和綜合化發(fā)展，生產(chǎn)的堆肥產(chǎn)品向商品化、高質(zhì)化、多樣化和多功能化靠攏，以達(dá)到物盡其用、變廢為寶，防止在堆肥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生二次污染。同時各國也很重視建設(shè)環(huán)境友好型的生態(tài)工廠，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、高效利用廢棄物的目標(biāo)。

1 好氧堆肥技術(shù)

好氧堆肥工藝是處置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)固廢，將其發(fā)酵為有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)資源化利用的最有效的工業(yè)手段。通過好氧堆肥工程生產(chǎn)有機(jī)肥料，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剩余物資源化，讓其安全、有效回歸土地最直接的方式，是解決目前種養(yǎng)分離、城鄉(xiāng)分隔導(dǎo)致土壤退化最有效、最經(jīng)濟(jì)、最長遠(yuǎn)的手段。

1.1 好氧堆肥技術(shù)

堆肥，即是有機(jī)廢棄物經(jīng)過微生物的分解、合成，形成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)類物質(zhì)（有機(jī)肥）。好氧堆肥，是指在一定的水分、C/N（碳氮比）、通風(fēng)等人工可控的條件下，通過好氧微生物的作用，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物穩(wěn)定化的一種技術(shù)方法，也是有機(jī)肥料的一種生產(chǎn)方式，堆肥化的產(chǎn)物就稱為堆肥。由于好氧堆肥過程能提供殺滅病原體所需要的熱量，所以好氧堆肥也是一種固體有機(jī)廢棄物的無害化處理方式。好氧堆肥利用微生物和生物質(zhì)能源，符合生態(tài)學(xué)效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)有效，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用，適用于各種規(guī)模的有機(jī)固廢處理項(xiàng)目，因此得到了蓬勃發(fā)展。

1.2 堆肥原料

好氧堆肥工藝廣泛適用于固體有機(jī)廢棄物處理，具體包括：

1）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的廢棄物，包括養(yǎng)殖業(yè)的各種畜禽糞便、廢棄動物尸體、發(fā)酵殘渣、種植業(yè)的秸稈、谷殼、蔬果殘渣等；

2）園林綠化業(yè)的落葉、修剪枝葉、花卉殘體、水草等；

3）加工業(yè)的食品殘渣、蘑菇渣、酒渣、豆渣、糖廠濾泥等；

4）建筑家居業(yè)的木屑、樹皮等；5）居民生活的無雜質(zhì)廚余垃圾等。

各種有機(jī)材料都是優(yōu)良的堆肥原料或輔料，資源面廣，潛力無限。

1.3 堆肥產(chǎn)品

堆肥產(chǎn)品用途廣泛，可直接用作土壤改良劑，也可作為生產(chǎn)商品有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥和復(fù)合微生物肥料的原材料，還可以作為魚塘水體調(diào)理劑。

2 好氧堆肥工藝

2.1 好氧堆肥工藝流程

如圖1所示：好氧堆肥工藝流程包括原材料預(yù)處理、發(fā)酵與陳化、產(chǎn)品加工三個部分，其中發(fā)酵工段是好氧堆肥工程的核心部分。這個工段關(guān)鍵是運(yùn)用設(shè)備手段，通過通風(fēng)系統(tǒng)、翻拌機(jī)械、進(jìn)出料系統(tǒng)等裝備，為發(fā)酵創(chuàng)造和維持適宜微生物生長、繁殖的環(huán)境。

蘋果落花70%時，可選用15%三唑酮（粉銹寧）可濕性粉劑1 000～1 500倍液，或25%三唑酮（百理通）可濕性粉劑1 500～2 000倍液，或70%甲基硫菌靈(甲基托布津)1 000倍液，或10%多抗霉素可濕性粉劑1 000～1 500倍液噴霧 1～2次。

圖1 好氧堆肥工藝流程圖

2.2 好氧堆肥發(fā)酵工程模式

發(fā)酵一般根據(jù)堆料（垛）形態(tài)和翻拌形式，分為靜態(tài)堆垛發(fā)酵、條垛翻堆發(fā)酵、槽式堆垛翻堆發(fā)酵、攪拌式容器堆肥發(fā)酵。表1是好氧堆肥工程發(fā)酵工段類型。

表1 好氧堆肥工程發(fā)酵工段類型

3 堆肥工程的主要設(shè)備

3.1 堆肥專用翻堆機(jī)

翻堆作業(yè)是實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工段工藝參數(shù)調(diào)控的主要手段，在堆肥生產(chǎn)中翻堆機(jī)有以下作用：攪拌物料、調(diào)節(jié)料堆的溫度、改善料堆的通透性（影響物料與氧氣接觸程度）、調(diào)節(jié)原料堆的水分和實(shí)現(xiàn)堆肥工藝的其它要求，如破碎原料、保持堆體形狀、實(shí)現(xiàn)料堆定量移位等。

目前，我國市場應(yīng)用的翻堆機(jī)可謂百花齊放，有適用于條垛堆肥的裝載機(jī)式翻堆機(jī)、騎跨式條垛滾筒翻堆機(jī)、側(cè)拋鏈板輸送式翻堆機(jī)等；也有適用于槽式發(fā)酵工藝的立式螺旋翻堆機(jī)、臥式旋刀軸翻堆機(jī)、鏈板式翻堆式、銑盤式翻堆機(jī)等。這些翻堆機(jī)是實(shí)現(xiàn)堆肥工程機(jī)械化、自動化、智能化的重要產(chǎn)品，影響著堆肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。

翻堆機(jī)除需要滿足發(fā)酵工藝的作業(yè)要求外，還要隨著形勢的發(fā)展不斷進(jìn)行技術(shù)及設(shè)備創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)堆肥過程自動化、生產(chǎn)環(huán)境無污染、堆肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)。

3.2 鏈板式翻堆機(jī)

鏈板式翻堆機(jī)集攪拌、移料功能于一體，是用于槽式好氧堆肥生產(chǎn)發(fā)酵工序的主要設(shè)備。鏈板式翻堆機(jī)類似一臺移動的鏈板輸送機(jī)，有獨(dú)特的多齒鏈板。在翻堆過程中，翻堆機(jī)沿隔墻軌道前行作業(yè)，多齒鏈板可以把底層物料掏空送走，上層物料會不停跌落到傾斜的鏈板輸送帶上，物料會在輸送過程中打散、混合，翻過輸送頭向后散落，產(chǎn)生定量位移，使物料在槽內(nèi)有規(guī)律、等距離后移，從而形成了一種定時翻堆、定距移位的標(biāo)準(zhǔn)好氧發(fā)酵機(jī)制。鏈板式翻堆機(jī)翻拌工作面寬，動作柔和，工作效率高，能耗少，適用于產(chǎn)量穩(wěn)定的流水作業(yè)線，翻堆機(jī)在翻堆過程中，定距離向后移動物料，其工作原理及物料位移線路如圖2所示。

圖2 翻堆機(jī)工作原理及物料位移線路

鏈板式翻堆機(jī)也可以結(jié)合旋刀式翻堆機(jī)使用，集旋刀翻堆、鏈板送料于一體的翻堆機(jī)是近年來市場占有率較高的產(chǎn)品。鏈板式翻堆機(jī)進(jìn)料、出料方式如圖3—4所示。

圖3 鏈板式翻堆機(jī)車間工作示意圖

圖4 移料功能改變了物料的布料、出料方式

發(fā)酵工段車間可以分成投料區(qū)、發(fā)酵區(qū)、出料區(qū)。發(fā)酵物料經(jīng)預(yù)處理后，只需運(yùn)送到投料區(qū)即可，這與用鏟車布料至整個發(fā)酵區(qū)的全進(jìn)全出發(fā)酵模式明顯不同。

布料方式從由面（原料倉庫）到面（發(fā)酵車間）改為由面（原料倉庫）到線（發(fā)酵槽進(jìn)料端），為自動布料系統(tǒng)設(shè)計提供了方便。通過架空與移動皮帶機(jī)組成布料系統(tǒng)，可以很方便實(shí)現(xiàn)將攪拌后的原料布置到投料區(qū)的功能；同樣，發(fā)酵完成后，物料已移位到發(fā)酵槽的出料口，鏟車不用深入槽內(nèi)收集成熟料，直接從出料口將成熟料鏟走運(yùn)到下一個生產(chǎn)車間。當(dāng)然，也可以通過皮帶系統(tǒng)接料到下一個工序。

鏈板式翻堆機(jī)工作特點(diǎn)：

1）具有定量移位功能，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)酵翻堆作業(yè)與物料有序流動同步進(jìn)行，使堆肥生產(chǎn)自動化、標(biāo)準(zhǔn)化程度大為提高；

2）可以通過電動機(jī)械（皮帶輸送系統(tǒng)）組成自動化程度高、控制方便的物料流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，減少運(yùn)輸車輛的使用，降低車間物料轉(zhuǎn)運(yùn)成本；

3）發(fā)酵車間不用預(yù)留鏟車工作空間和承載車輛的行走負(fù)荷，操作人員不用再進(jìn)入發(fā)酵場，為密封發(fā)酵車間提供了條件，方便設(shè)計、安裝環(huán)控裝置，可以徹底改善車間工人的工作條件和周邊環(huán)境。

鏈板式翻堆機(jī)的特點(diǎn)極大地提高了堆肥工程自動化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和作業(yè)環(huán)境環(huán)?；乃?。

3.3 堆肥工程設(shè)備化

標(biāo)準(zhǔn)的堆肥生產(chǎn)工藝包括原料預(yù)處理、配料、翻堆鼓風(fēng)、環(huán)境控制等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)都需要有專業(yè)人員進(jìn)行操控。一些企業(yè)由于地理環(huán)境的原因，環(huán)保要求苛刻，場地小，無法建設(shè)工程化的堆肥工廠。選擇一體化的發(fā)酵設(shè)備，可以解決傳統(tǒng)堆肥方法存在的輔料多、工藝復(fù)雜、占地面積大、廢氣處理難的問題。

堆肥工程設(shè)備化是指將堆肥處理工藝物化到一臺設(shè)備上，即將復(fù)雜的固廢堆肥工藝流程——原料傳送、貯存、攪拌發(fā)酵、鼓風(fēng)曝氣與排濕除臭等工序物化到一臺設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)堆肥系統(tǒng)設(shè)備化，通俗地說就是一臺設(shè)備等于一家工廠。容器式發(fā)酵反應(yīng)器是堆肥工程設(shè)備化的最好選擇。

堆肥工程設(shè)備化系統(tǒng)集原料處理、貯存、發(fā)酵、除臭于一身，整座處理裝置要求結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，不用建設(shè)廠房，應(yīng)用智能化控制技術(shù)，自動化程度高，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備操作簡單化、處理高效化、系統(tǒng)環(huán)?；?。

在國外有各種比較成熟的一體化設(shè)備，一般稱為堆肥反應(yīng)器，在歐美地區(qū)普遍選用臥式反應(yīng)器，而英國、日本多采用立式反應(yīng)器。這些反應(yīng)器各有優(yōu)缺點(diǎn)，總體來說，臥式反應(yīng)器投資大，占地面積大，需要添加輔料，但運(yùn)行成本低于立式反應(yīng)器，立式反應(yīng)器則反之。

國內(nèi)研發(fā)一體化的發(fā)酵設(shè)備廠家近年來如雨后春筍般涌現(xiàn)，主要是由于土地成本、人力成本在生產(chǎn)建設(shè)中占比越來越重，工程設(shè)備化提高了堆肥工程的機(jī)械化、自動化水平，同時，堆肥工程設(shè)備化系統(tǒng)由于密封好，空間小，能通過發(fā)酵廢氣監(jiān)測探頭，實(shí)現(xiàn)廢氣排放在線監(jiān)測，并智能控制曝氣系統(tǒng)，完全收集、處理裝置能自動啟動。廢氣處理系統(tǒng)可以自動開閉，保證系統(tǒng)的高效、好氧狀態(tài)，并從源頭減少臭氣量，防止臭氣逸散，杜絕二次污染，減少環(huán)保成本。因此，一體化發(fā)酵設(shè)備成為越來越多廠家的選擇。

4 堆肥工程設(shè)備化的問題與建議

由于堆肥機(jī)械的工作對象為固體有機(jī)廢棄物，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種成分，如氨氣，硫化氫氣體，堆肥水等對鋼材有較強(qiáng)的腐蝕性，而且一臺設(shè)備造價不菲，所以要求設(shè)備要工作可靠，耐用性好。但國內(nèi)普遍受限于投資成本，設(shè)備使用穩(wěn)定性差，壽命偏短。

在發(fā)達(dá)國家，由于人工成本增加，資源短缺，環(huán)保意識強(qiáng)，環(huán)保設(shè)施向高度化、集約化、長壽命化發(fā)展。設(shè)備占地少、操作簡單、可靠耐用，體現(xiàn)設(shè)備設(shè)計與制造的環(huán)保、循環(huán)理念。其中“長壽命化”成為環(huán)保設(shè)施的一個重要的命題，這要求從事環(huán)保行業(yè)的設(shè)計者、制造者、使用者要共同努力，在工作中植入減輕環(huán)境負(fù)荷的理念，才能提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。圖5—8分別為四種堆肥工程設(shè)備化的技術(shù)手段。

圖5 箱式發(fā)酵裝置

圖6 倉貯式發(fā)酵系統(tǒng)

圖7 立式發(fā)酵罐

圖8 滾筒發(fā)酵機(jī)

農(nóng)業(yè)廢棄物資源化作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要一環(huán)，在生產(chǎn)過程中農(nóng)業(yè)固體廢棄物的排放量不斷增加，成分也日趨復(fù)雜。因此，加快新技術(shù)裝備的研發(fā)，提升堆肥工程的機(jī)械化、自動化水平已勢在必行。從堆肥科學(xué)角度，可以有效加快堆肥的腐熟過程，解決堆肥處理過程中的處理率和堆肥應(yīng)用間的矛盾；從宏觀角度，更能實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無害化及資源化，是處理農(nóng)業(yè)固體廢棄物切實(shí)可行的途徑。

政府應(yīng)該加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)環(huán)保技術(shù)與裝備研發(fā)的支持，可以引導(dǎo)社會資金支持技術(shù)和設(shè)備研發(fā)、設(shè)備和設(shè)施購置、體系和試點(diǎn)示范項(xiàng)目的建設(shè)，以產(chǎn)業(yè)化模式推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用，使農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約化、環(huán)境友好型、可持續(xù)發(fā)展。