劉 良 ，肖 萍 ，楊振鴻 ，畢 卓

（1.長(zhǎng)江師范學(xué)院綠色環(huán)境智慧學(xué)院，重慶 涪陵 408100；2.重慶溯青環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，重慶 涪陵 408100）

1 前言

2017年，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》，異位發(fā)酵技術(shù)被推介為經(jīng)濟(jì)實(shí)用技術(shù)。2018年，異位發(fā)酵技術(shù)被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布為十項(xiàng)重大引領(lǐng)性農(nóng)業(yè)技術(shù)之一，其集源頭減量化、過(guò)程無(wú)害化、末端資源化為一體。

“十二五”開(kāi)始，我國(guó)生豬產(chǎn)業(yè)快速地朝集約化、工廠化發(fā)展，導(dǎo)致糞污迅速聚量，給本來(lái)就種養(yǎng)分離的養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)極大的環(huán)保壓力。好氧發(fā)酵產(chǎn)生的高溫可以殺滅病菌、無(wú)害化管理養(yǎng)殖糞污，附以翻拋可以蒸發(fā)大量水分，因此，異位發(fā)酵床被迅速推廣開(kāi)。2019年四川省建成和在建異位發(fā)酵床達(dá)1 500家以上，重慶市涪陵區(qū)2021年底建有226個(gè)異位發(fā)酵床。雖然異位發(fā)酵床數(shù)量眾多，但實(shí)際技術(shù)落地情況并不樂(lè)觀，主要表現(xiàn)為休眠床、死床數(shù)量眾多，特別是冬季低溫時(shí)期。

2 問(wèn)題所在

2.1 研究與實(shí)際工況相差甚大

異位發(fā)酵的試驗(yàn)研究由早期的物料組分、發(fā)酵溫度等深入到機(jī)械設(shè)計(jì)、發(fā)酵菌的研究，甚至采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)堆肥腐熟度進(jìn)行研究，科研工作人員對(duì)發(fā)酵過(guò)程、設(shè)備的開(kāi)發(fā)研究越來(lái)越精細(xì)化。但是，異位發(fā)酵床實(shí)際工況差強(qiáng)人意，除了夏季，其他季節(jié)存在或大或小的問(wèn)題。

2.2 設(shè)備質(zhì)量及供應(yīng)商技術(shù)水平參差不齊

異位發(fā)酵管理設(shè)備種類繁多，不同設(shè)備適用于不同工況。異位發(fā)酵的“零排放”工藝迎合了種養(yǎng)分離、沒(méi)有足夠土地的養(yǎng)殖企業(yè)的需求，規(guī)避了環(huán)保帶來(lái)的壓力。所以，異位發(fā)酵設(shè)備迅速得以推廣，導(dǎo)致市場(chǎng)呈現(xiàn)了魚(yú)龍混雜的態(tài)勢(shì)，養(yǎng)殖企業(yè)和技術(shù)推廣部門(mén)面對(duì)新事物并沒(méi)有透徹地了解各類設(shè)備的特性。直到今天，很多企業(yè)在采購(gòu)前期對(duì)設(shè)備及技術(shù)的了解并不到位，安裝使用后發(fā)現(xiàn)設(shè)備不能滿足生產(chǎn)需求，導(dǎo)致資金浪費(fèi)和設(shè)備閑置。表1列舉了調(diào)研過(guò)程中三類典型設(shè)備及存在的問(wèn)題，以供參考。

表1 工程中翻拋設(shè)備及缺陷

企業(yè)普遍反映的問(wèn)題還有，很多設(shè)備廠商往往單純地將設(shè)備出售給業(yè)主，后期不能提供技術(shù)指導(dǎo)和售后服務(wù)，導(dǎo)致管理人員需要很長(zhǎng)一段時(shí)間摸索經(jīng)驗(yàn)，如果人員更換后接手人又很難在短期內(nèi)掌握如何進(jìn)行機(jī)器的運(yùn)行、維護(hù)和檢修，這也成為了養(yǎng)殖企業(yè)的痛點(diǎn)之一。

2.3 實(shí)際工程生產(chǎn)細(xì)節(jié)繁雜

異位發(fā)酵床管理細(xì)節(jié)繁雜，普通人員較難短時(shí)間內(nèi)快速掌握該技術(shù)。異位發(fā)酵床屬于好氧堆肥化范疇，不同的是異位發(fā)酵床設(shè)計(jì)是用來(lái)每天消納養(yǎng)殖場(chǎng)糞污，物料起始態(tài)并未調(diào)節(jié)到適宜碳氮比范圍內(nèi)。很多養(yǎng)殖企業(yè)沒(méi)有足夠的種植用地，所以他們把發(fā)酵床作為救命的“海綿”用。調(diào)研過(guò)程中，一個(gè)長(zhǎng)30.0 m、寬5.0 m、墊料深度0.6 m的發(fā)酵床1 d 噴淋糞污的量竟然達(dá)到了5.0 m3之多，所用翻堆設(shè)備屬于表1第一類設(shè)備，地面距離輥刀邊緣還有15 cm之多，也就是說(shuō)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(chǎng)養(yǎng)殖廢水含有大量掉落的被毛，時(shí)常還有掉落的輸精管包裝袋，如圖1所示，輸送到異位發(fā)酵床會(huì)導(dǎo)致水泵堵塞和影響設(shè)備布水效果，導(dǎo)致設(shè)備管理效果快速變差甚至系統(tǒng)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(jī)設(shè)計(jì)不合理會(huì)給設(shè)備使用帶來(lái)很多隱患。如圖2所示，大車(chē)電機(jī)已然看不到外形，電機(jī)尾端的散熱系統(tǒng)被糞污封閉，夏季長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作可導(dǎo)致電機(jī)燒毀，該工況下也會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。該設(shè)備的另一個(gè)設(shè)計(jì)缺陷也顯而易見(jiàn)，翻拋墊料和糞污將噴頭已經(jīng)包裹地認(rèn)不出形狀，這種狀態(tài)下根本達(dá)不到噴灑要求。

圖2 機(jī)械設(shè)計(jì)不佳

2.4 設(shè)計(jì)不匹配

異位發(fā)酵在2013年研發(fā)成功，在推廣初期，沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)加以指導(dǎo)。很多設(shè)備公司利用該空白期，推廣了一大批不適合的設(shè)備，導(dǎo)致管理效果差，現(xiàn)階段想要進(jìn)行設(shè)備升級(jí)時(shí)發(fā)現(xiàn)只能拆除原來(lái)的設(shè)施和設(shè)備。早期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很多為5頭/m3，現(xiàn)有研究表明，該定額過(guò)大，不適合當(dāng)下工程設(shè)計(jì)，而且由于養(yǎng)殖場(chǎng)當(dāng)時(shí)新建條件下，異位發(fā)酵池的面積過(guò)小，剩余土地被養(yǎng)殖場(chǎng)其他設(shè)施擠占，因此，現(xiàn)有條件下很多養(yǎng)殖場(chǎng)沒(méi)有多余土地用于改建。

為了彌補(bǔ)早期指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的缺失，很多省市制定了地標(biāo)。DB35/T 1678-2017福建省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB34/T 3665-2020安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB42/T 1748-2021湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB45/T 2357-2021廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)、DB36 T 1600-2022江西省地方標(biāo)準(zhǔn)、DB50/T 1268-2022重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)等，這些地方標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)推廣中起到了一定的作用，但是不同區(qū)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(guān)氣候參數(shù)，重慶屬于高溫高濕地區(qū)，而且屬于太陽(yáng)能匱乏區(qū)，因此，兩省市實(shí)際工程需要綜合考慮地標(biāo)和項(xiàng)目地小氣候條件進(jìn)行差異性建筑設(shè)計(jì)，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)等。

表2 區(qū)域氣候比較

3 異位發(fā)酵床管理建議

針對(duì)異位發(fā)酵技術(shù)落地出現(xiàn)的瓶頸，重慶溯青環(huán)保技術(shù)研究院有限公司于2019年成立并同期組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行“物聯(lián)網(wǎng)+”異位發(fā)酵智慧管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用研究。團(tuán)隊(duì)在文獻(xiàn)和工程應(yīng)用調(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備研制和控制邏輯的研究，研制的整臺(tái)套設(shè)備如圖3所示，現(xiàn)階段已完成數(shù)字化和自動(dòng)化的孿生設(shè)計(jì)。

圖3 “物聯(lián)網(wǎng)+”異位發(fā)酵智慧管理系統(tǒng)

3.1 發(fā)酵床啟動(dòng)管理

第一次啟動(dòng)發(fā)酵床，布料后建議手動(dòng)噴灑糞污調(diào)整含水率，不宜直接采用翻拋機(jī)邊噴糞污邊翻拋，從而避免粉塵飛揚(yáng)，防止其進(jìn)入控制箱或者設(shè)備電器部分引起設(shè)備故障。另外，干料更易卡住翻拋輪，從而導(dǎo)致翻拋電機(jī)燒毀。

3.2 墊料預(yù)處理

眾多標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)資料建議谷殼和鋸末等聯(lián)合使用，但木材加工廠一般不會(huì)進(jìn)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(zhuǎn)動(dòng)的輥刀會(huì)被卡住或者沖擊變形，所以采用鋸末調(diào)整基質(zhì)組分時(shí)進(jìn)槽前需要篩分。建議基質(zhì)不要全采用小粒徑物料，因?yàn)橐环矫鏁?huì)增加翻拋?zhàn)枇?，另一方面?huì)阻礙物料上部氧氣傳質(zhì)和水氣交換作用。

圖4 鋸末中的木塊

3.3 菌種添加

異位發(fā)酵床靠微生物對(duì)糞污進(jìn)行資源化利用，確保糞污的無(wú)害化處理和糞污與基質(zhì)的堆肥腐殖化順利進(jìn)行。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)基地（建筑模式、設(shè)備均按“溯青”模式修設(shè)）對(duì)異位發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的監(jiān)管和設(shè)備運(yùn)行的跟蹤，圖5是截取了其中一段溫度驟變的階段?！八萸唷蹦Ｊ较拢覂?nèi)外溫度在早晨測(cè)定時(shí)相差不大，發(fā)酵床自啟動(dòng)開(kāi)始并未添加發(fā)酵菌劑，靠的是糞污中自有菌群維持發(fā)酵床的高溫態(tài)。在現(xiàn)有設(shè)備管理?xiàng)l件下，發(fā)酵床所處時(shí)段基質(zhì)溫度維持在55℃左右，基質(zhì)翻拋處理后維持在50℃左右。8月30日降水導(dǎo)致溫度驟降，基質(zhì)翻拋前和翻拋后的溫度隨外界溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但相比外界溫度更緩和。經(jīng)由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，異位發(fā)酵床的啟動(dòng)并非必須直接添加菌劑，菌劑的添加時(shí)機(jī)現(xiàn)正在被深入研究。

圖5 發(fā)酵系統(tǒng)基質(zhì)溫度

4 結(jié)語(yǔ)

異位發(fā)酵床的管理須遵循事物的規(guī)律，如僅將其當(dāng)作一池“吸水海綿”，那么結(jié)果肯定是不能如愿，而且死床后的再啟動(dòng)需要耗費(fèi)大量精力。所以，發(fā)酵床的運(yùn)管看似簡(jiǎn)單，但其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)工程，管理人員和業(yè)主一定要端正態(tài)度，企業(yè)自行運(yùn)管的情況下，需要耗費(fèi)大量的心血總結(jié)管理經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。