祁 玲

（山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心農(nóng)機研發(fā)部，山西太原 030006）

0 引言

畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長和收入水平的不斷提高，消費能力也在不斷增強，人們對畜產(chǎn)品的需求快速增長，推動我國畜牧業(yè)總產(chǎn)值持續(xù)上升，現(xiàn)階段已經(jīng)形成較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈和較為充足的供應能力，并成為與種植業(yè)并列的農(nóng)業(yè)兩大支柱產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2019—2023年中國畜牧業(yè)行業(yè)發(fā)展前景及投資風險規(guī)避建議報告》顯示，2017年，我國畜牧業(yè)總產(chǎn)值達到32 376萬億元，同比增長2.1%，在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中占比接近30.0%。畜牧業(yè)的快速發(fā)展，滿足了全社會不斷增長的畜產(chǎn)品需求，同時也產(chǎn)生了大量的畜禽糞便。

目前，畜禽糞便排放已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)的首要污染源，全國每年產(chǎn)生的畜禽糞污總量達到近40×108t，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放物化學需氧量達到1 268×104t，占農(nóng)業(yè)源排放總量的96%。畜禽糞便對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在糞便堆積產(chǎn)生的有害氣體會污染空氣；糞便污水流入地表水會導致水體富營養(yǎng)化，滲入地下會造成地下水硝酸鹽、亞硝酸鹽含量過高，惡化水質(zhì)，危害人類健康；當進入土壤的糞便及其分解產(chǎn)物或攜帶的污染物質(zhì)超過土壤本身的凈化能力時，會引起土壤組成性狀的改變，破壞土壤原有功能，因此畜禽糞便無害化處理迫在眉睫。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中因畜禽糞便含有豐富的植物生長所需的營養(yǎng)元素和有機物質(zhì)，一直被當作“莊稼寶”，作為肥料被廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。但如果畜禽糞便處理不科學、不規(guī)范、不及時，不僅浪費資源，還會對環(huán)境造成破壞，威脅人類健康。當前畜禽養(yǎng)殖污染防治的法律體系不斷健全，監(jiān)管力度不斷加大，形成了對畜禽養(yǎng)殖污染防治的倒逼機制。沉淀池沉淀、堆糞場堆積發(fā)酵是養(yǎng)殖場、合作社處理糞便的主要方式，這種處理方式占地面積大、發(fā)酵環(huán)境不可控、發(fā)酵周期長、且糞便中的有害細菌、病原體殺死不徹底，容易對地表水、地下水、土壤、空氣造成二次污染，并危害人類健康。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；潭鹊奶岣?，這種傳統(tǒng)的低效糞便處理方式已不能滿足養(yǎng)殖場或合作社的需求，因此畜禽糞便高效、快速無害化處理技術(shù)及關鍵設備的研究刻不容緩。畜禽糞便無害化處理設備不僅可以幫助規(guī)模化養(yǎng)殖企業(yè)及時完成糞便的有效處理，防止糞便對農(nóng)業(yè)環(huán)境及養(yǎng)殖場周邊環(huán)境的二次污染，消除糞便對養(yǎng)殖區(qū)域的防疫隱患，同時無害化處理后的畜禽糞便也可直接作為專業(yè)有機肥加工企業(yè)加工有機肥的主要原料，這對提高養(yǎng)殖企業(yè)收入、降低有機肥加工成本、促進農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)具有十分重要的意義。

1 畜禽糞便無害化處理的現(xiàn)狀

1.1 畜禽糞便無害化處理的必要性

以雞糞為例，雞糞在所有畜禽糞便中養(yǎng)分最高、最全面，是有機肥生產(chǎn)的最好原材料，雞糞中含有豐富的營養(yǎng)元素和有機物質(zhì)，其中粗蛋白18.7%，脂肪2.5%，灰分13%，碳水化合物11%，纖維7%，氮2.34%，磷2.32%，鉀0.83%[1]，但如果雞糞未經(jīng)充分發(fā)酵或腐熟直接施用到田間上，會對農(nóng)作物產(chǎn)生很大危害：①傳染病蟲害：發(fā)酵不充分的雞糞中仍含有許多有害病菌或蟲卵，直接施用作肥料，會傳播病蟲害，導致土壤滋生病菌、農(nóng)作物發(fā)病，從而危害人類健康；②發(fā)酵燒苗：發(fā)酵不充分的雞糞施用作肥料，當發(fā)酵條件具備時，雞糞會有二次發(fā)酵，若雞糞距作物根部較近，且作物植株較小，發(fā)酵產(chǎn)生的熱量會影響作物生長，嚴重時導致植株死亡；③酸化土壤：雞糞pH值約為4，屬于極酸性，會酸化土壤，致使作物莖基部和根部遭受損傷，增大了作物被病菌感染的幾率；④土壤缺氧：雞糞在分解過程中消耗土壤中的氧氣，使土壤處于暫時性缺氧狀態(tài)，同時分解中會產(chǎn)生乙烯等有害氣體，抑制作物根系生長；⑤影響食品安全：雞飼料添加劑中的抗生素、激素、銅、鐵、鉻、鋅等物質(zhì)，隨著雞糞還田，長期過量積累，導致土壤和地下水污染，間接造成農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。而且未發(fā)酵腐熟的雞糞中的養(yǎng)分多為有機態(tài)或緩效態(tài)，不能被作物直接吸收利用，只有分解轉(zhuǎn)化成速效態(tài)，才能被作物吸收利用[2]，所以未發(fā)酵直接施用的雞糞肥效發(fā)揮較慢，有效成分利用率低。因此，利用先進的技術(shù)和設備將畜禽糞便無害化處理，使其充分發(fā)酵腐熟，徹底殺死糞便中的有害病菌和病原體，同時使糞便中的纖維素、蛋白質(zhì)等有機物礦質(zhì)化、腐質(zhì)化，轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物可直接吸收狀態(tài)，實現(xiàn)畜禽糞便資源的高效利用，不僅能解決畜禽糞便污染環(huán)境的問題，還能緩解我國資源短缺的壓力。

1.2 畜禽糞便無害化處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國目前畜禽糞便的無害化處理利用率不高，特別是大中型養(yǎng)殖場。據(jù)大城市郊區(qū)的調(diào)查顯示，畜禽糞便利用率一般不到20%，如北京市的畜禽糞便加工處理能力僅有22×104t，處理率僅為3%。普通養(yǎng)殖散戶通常將畜禽糞便堆放在田間地頭，經(jīng)過4～6個月的自然發(fā)酵腐熟后成為堆肥，而后作為底肥拋灑到田間，培肥土壤，這種方式耗費時間長、勞動力成本高，對空氣、水和土壤有一定的污染，而且糞便發(fā)酵不充分，容易燒苗、滋生蟲卵；規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場對畜禽糞便的處理常采用條垛式堆肥、槽式堆肥等方式。條垛式堆肥是將糞便簡單堆積成窄長條垛，在好氧條件下進行發(fā)酵，這種方式需要的設備簡單、投資低，但設備占地面積大、堆肥周期長，且需定期使用機械或人工的方法翻堆通風，翻堆時間和頻率難以把控，還極易受天氣等環(huán)境條件影響，堆肥質(zhì)量和效果難以保證。槽式堆肥主要由發(fā)酵槽和攪拌機2個部分組成，糞便經(jīng)預處理后在堆肥車間的發(fā)酵槽內(nèi)發(fā)酵，發(fā)酵槽配備了機械翻攪作業(yè)系統(tǒng)，這種處理方式與條垛式堆肥相比發(fā)酵周期短、可連續(xù)作業(yè)、堆肥效率高、不易受天氣等環(huán)境因素影響等優(yōu)點，但由于發(fā)酵槽數(shù)量多、長度長，設備占地面積大、投資成本高，同時通風增氧不易操作，缺乏對臭氣的處理環(huán)節(jié)。

2 畜禽糞便無害化處理設備的研究

2.1 設備關鍵部件設計

通過技術(shù)研究和市場調(diào)研，針對分布最廣、危害面大、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用普遍的畜禽糞便，研發(fā)了畜禽糞便無害化處理設備。該設備的關鍵部件是發(fā)酵裝置。發(fā)酵裝置主要由底座、進料機架、進料螺旋、出料機架、出料螺旋、發(fā)酵罐、減速機、加熱裝置、曝氣裝置、電氣控制等部分構(gòu)成。

發(fā)酵裝置見圖1。

圖1 發(fā)酵裝置

其中，發(fā)酵罐主體材料為不銹鋼，是在借鑒同類先進設備的基礎上，根據(jù)不同畜禽糞便有機成分含量不同的特點進行改進升級，是一種適合不同畜禽糞便處理，適應高濕、高寒等不同地域條件的新一代發(fā)酵罐。

設備試制見圖2，設計關鍵部件結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 設備試制

圖3 設備關鍵部件圖

2.2 設備技術(shù)特點

畜禽糞便無害化處理設備通過智能控制發(fā)酵環(huán)境，能一次性完成畜禽糞便高溫好氧發(fā)酵、除臭、濾水、殺卵、滅菌的快速無害化處理。

設備的主要創(chuàng)新點如下：

（1）設計臥式滾筒、積木式設計，大大提高集成模塊化生產(chǎn)效率，可根據(jù)用戶要求，完成不同處理容量的生產(chǎn)線的設備配置。

（2） 采用空氣能、電力輔助加熱方式，實現(xiàn)高效、節(jié)能，通過可編程控制實現(xiàn)精準控制，降低能耗。

（3）設計智能化小環(huán)境控制系統(tǒng)，完成無害化發(fā)酵工藝過程的精準、快速、高效、可控。

該設備采用全密封式處理方式，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染；利用好氧菌高溫發(fā)酵技術(shù)，處理糞便時間短，運行成本低；罐體進行了保溫設計，確保低溫環(huán)境下設備的正常運行；設計了除臭裝置，利用生物除臭方法的多層過濾實現(xiàn)了廢氣的達標排放。該設備具有處理過程耗能少、運行成本低、占地面積小、自動化程度高、發(fā)酵過程可控、發(fā)酵周期短、不易受氣候條件影響等優(yōu)點，糞便中有害病原體、蟲卵消滅徹底，糞便腐化完全，糞便無害化處理程度高。

2.3 技術(shù)指標

畜禽糞便發(fā)酵設備（發(fā)酵罐）技術(shù)指標：容積約12 m3，直徑約1.6 m，長度約6 m，外形尺寸為8 000 mm×2 000 mm×2 500 mm，總功率≤60 kW，總質(zhì)量約5 t，日處理能力6～8 m3/日。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

通過項目的實施，形成示范點（肉雞養(yǎng)殖場）1個，日處理雞糞6～8 m3，無害化處理后的雞糞配以腐殖酸等原料，加工成有機肥，每噸可售750元，每噸利潤為150元，每年生產(chǎn)5 000 t有機肥，年可獲利75萬元。

3.2 社會效益

現(xiàn)在，我國每年產(chǎn)生畜禽糞污資源量約20×108t，約占全國有機肥料資源量的40%。畜禽糞便等有機廢棄物的農(nóng)用是最直接、最有效的利用方式，畜禽糞便肥料化利用是其資源化的一項重要手段[3]。無害化的畜禽糞便可直接作為有機肥的加工原料。畜禽糞便快速高效無害化處理技術(shù)及設備的研究，解決了農(nóng)業(yè)面源污染中的畜禽糞便污染環(huán)境的問題，也促進了畜禽糞便資源肥料化利用產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。利用好畜禽糞便及以畜禽糞便為主要原料生產(chǎn)的商品有機肥，不僅可以提高土壤肥力，實現(xiàn)資源的再循環(huán)，也可以改變因施用化肥而產(chǎn)生的“瓜不香，果不甜，茶無味”的現(xiàn)狀，使農(nóng)產(chǎn)品各項指標達到綠色食品的標準[4]，推動了無公害綠色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的不斷壯大。這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大，對減少化學肥料的施用、保護生態(tài)環(huán)境、推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

4 結(jié)語

畜禽糞便的資源量是隨著畜牧業(yè)的發(fā)展而迅速增長的，2017年已達到38×108t，其氮磷鉀養(yǎng)分含量為4 741.45×104t，氮磷鉀比例為1∶0.53∶1.08，其磷鉀比例也遠遠高于現(xiàn)在的化肥施用比例，畜禽糞便的無害化處理和資源化利用對緩解我國氮磷鉀肥資源的不足有著重要意義。隨著消費者對無公害綠色農(nóng)產(chǎn)品需求的日漸增多，我國無公害綠色農(nóng)產(chǎn)品種植規(guī)模的不斷擴大，畜禽糞便有機肥的需求量也出現(xiàn)快速上漲，相比歐美發(fā)達國家有機肥施用量普遍在50%以上，中國有機肥在肥料總投入量中的比例不足20%，并持續(xù)下降，我國畜禽糞便有機肥市場還有很大的增長空間，因此畜禽糞便快速高效無害化處理設備的市場前景十分廣闊。