好氧堆肥技术与装备在农业废弃物资源化中的应用

曾庆东，刘孟夫

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

0 前言

2017年，农业部发布《关于推进农业供给侧结构性改革的实施意见》（农发〔2017〕1号），该文件中提到，“全面推进农业废弃物资源化利用……加快畜禽粪污集中处理，支持规模养殖场配套建设节水、清粪、有机肥生产加工等设施设备”是推进农业生产结构调整，提高农业供给体系质量和效率，实现农业生产供给侧结构性改革工作的重要内容。

农业废弃物资源化利用技术是目前世界各国普遍需要解决的重大课题，越来越受到人们的重视。农业废弃物资源化利用主要有四个方向——肥料化、饲料化、能源化、基质化，其中好氧堆肥技术是有机废弃物处置的重要技术手段，特别适用于农业固体废弃物实现肥料化与基质化。目前，世界各国都非常重视应用先进工程技术提升好氧堆肥技术的工业化水平，使堆肥技术向机械化、环保化、高效化和综合化发展，生产的堆肥产品向商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢，以达到物尽其用、变废为宝，防止在堆肥生产过程中产生二次污染。同时各国也很重视建设环境友好型的生态工厂，以实现农业可持续发展、高效利用废弃物的目标。

1 好氧堆肥技术

好氧堆肥工艺是处置农业生产固废，将其发酵为有机肥料，实现资源化利用的最有效的工业手段。通过好氧堆肥工程生产有机肥料，是实现农业生产剩余物资源化，让其安全、有效回归土地最直接的方式，是解决目前种养分离、城乡分隔导致土壤退化最有效、最经济、最长远的手段。

1.1 好氧堆肥技术

堆肥，即是有机废弃物经过微生物的分解、合成，形成稳定的腐殖质类物质（有机肥）。好氧堆肥，是指在一定的水分、C/N（碳氮比）、通风等人工可控的条件下，通过好氧微生物的作用，实现固体废弃物稳定化的一种技术方法，也是有机肥料的一种生产方式，堆肥化的产物就称为堆肥。由于好氧堆肥过程能提供杀灭病原体所需要的热量，所以好氧堆肥也是一种固体有机废弃物的无害化处理方式。好氧堆肥利用微生物和生物质能源，符合生态学效应，经济有效，节省投资和运行费用，适用于各种规模的有机固废处理项目，因此得到了蓬勃发展。

1.2 堆肥原料

好氧堆肥工艺广泛适用于固体有机废弃物处理，具体包括：

1）农业生产各环节的废弃物，包括养殖业的各种畜禽粪便、废弃动物尸体、发酵残渣、种植业的秸秆、谷壳、蔬果残渣等；

2）园林绿化业的落叶、修剪枝叶、花卉残体、水草等；

3）加工业的食品残渣、蘑菇渣、酒渣、豆渣、糖厂滤泥等；

4）建筑家居业的木屑、树皮等；5）居民生活的无杂质厨余垃圾等。

各种有机材料都是优良的堆肥原料或辅料，资源面广，潜力无限。

1.3 堆肥产品

堆肥产品用途广泛，可直接用作土壤改良剂，也可作为生产商品有机肥、生物有机肥、有机无机复混肥和复合微生物肥料的原材料，还可以作为鱼塘水体调理剂。

2 好氧堆肥工艺

2.1 好氧堆肥工艺流程

如图1所示：好氧堆肥工艺流程包括原材料预处理、发酵与陈化、产品加工三个部分，其中发酵工段是好氧堆肥工程的核心部分。这个工段关键是运用设备手段，通过通风系统、翻拌机械、进出料系统等装备，为发酵创造和维持适宜微生物生长、繁殖的环境。

苹果落花70%时，可选用15%三唑酮（粉锈宁）可湿性粉剂1 000～1 500倍液，或25%三唑酮（百理通）可湿性粉剂1 500～2 000倍液，或70%甲基硫菌灵(甲基托布津)1 000倍液，或10%多抗霉素可湿性粉剂1 000～1 500倍液喷雾 1～2次。

图1 好氧堆肥工艺流程图

2.2 好氧堆肥发酵工程模式

发酵一般根据堆料（垛）形态和翻拌形式，分为静态堆垛发酵、条垛翻堆发酵、槽式堆垛翻堆发酵、搅拌式容器堆肥发酵。表1是好氧堆肥工程发酵工段类型。

表1 好氧堆肥工程发酵工段类型

3 堆肥工程的主要设备

3.1 堆肥专用翻堆机

翻堆作业是实现发酵工段工艺参数调控的主要手段，在堆肥生产中翻堆机有以下作用：搅拌物料、调节料堆的温度、改善料堆的通透性（影响物料与氧气接触程度）、调节原料堆的水分和实现堆肥工艺的其它要求，如破碎原料、保持堆体形状、实现料堆定量移位等。

目前，我国市场应用的翻堆机可谓百花齐放，有适用于条垛堆肥的装载机式翻堆机、骑跨式条垛滚筒翻堆机、侧抛链板输送式翻堆机等；也有适用于槽式发酵工艺的立式螺旋翻堆机、卧式旋刀轴翻堆机、链板式翻堆式、铣盘式翻堆机等。这些翻堆机是实现堆肥工程机械化、自动化、智能化的重要产品，影响着堆肥产业发展趋势。

翻堆机除需要满足发酵工艺的作业要求外，还要随着形势的发展不断进行技术及设备创新，以实现堆肥过程自动化、生产环境无污染、堆肥产品标准化的目标。

3.2 链板式翻堆机

链板式翻堆机集搅拌、移料功能于一体，是用于槽式好氧堆肥生产发酵工序的主要设备。链板式翻堆机类似一台移动的链板输送机，有独特的多齿链板。在翻堆过程中，翻堆机沿隔墙轨道前行作业，多齿链板可以把底层物料掏空送走，上层物料会不停跌落到倾斜的链板输送带上，物料会在输送过程中打散、混合，翻过输送头向后散落，产生定量位移，使物料在槽内有规律、等距离后移，从而形成了一种定时翻堆、定距移位的标准好氧发酵机制。链板式翻堆机翻拌工作面宽，动作柔和，工作效率高，能耗少，适用于产量稳定的流水作业线，翻堆机在翻堆过程中，定距离向后移动物料，其工作原理及物料位移线路如图2所示。

图2 翻堆机工作原理及物料位移线路

链板式翻堆机也可以结合旋刀式翻堆机使用，集旋刀翻堆、链板送料于一体的翻堆机是近年来市场占有率较高的产品。链板式翻堆机进料、出料方式如图3—4所示。

图3 链板式翻堆机车间工作示意图

图4 移料功能改变了物料的布料、出料方式

发酵工段车间可以分成投料区、发酵区、出料区。发酵物料经预处理后，只需运送到投料区即可，这与用铲车布料至整个发酵区的全进全出发酵模式明显不同。

布料方式从由面（原料仓库）到面（发酵车间）改为由面（原料仓库）到线（发酵槽进料端），为自动布料系统设计提供了方便。通过架空与移动皮带机组成布料系统，可以很方便实现将搅拌后的原料布置到投料区的功能；同样，发酵完成后，物料已移位到发酵槽的出料口，铲车不用深入槽内收集成熟料，直接从出料口将成熟料铲走运到下一个生产车间。当然，也可以通过皮带系统接料到下一个工序。

链板式翻堆机工作特点：

1）具有定量移位功能，能够实现发酵翻堆作业与物料有序流动同步进行，使堆肥生产自动化、标准化程度大为提高；

2）可以通过电动机械（皮带输送系统）组成自动化程度高、控制方便的物料流转系统，减少运输车辆的使用，降低车间物料转运成本；

3）发酵车间不用预留铲车工作空间和承载车辆的行走负荷，操作人员不用再进入发酵场，为密封发酵车间提供了条件，方便设计、安装环控装置，可以彻底改善车间工人的工作条件和周边环境。

链板式翻堆机的特点极大地提高了堆肥工程自动化、生产标准化和作业环境环保化的水平。

3.3 堆肥工程设备化

标准的堆肥生产工艺包括原料预处理、配料、翻堆鼓风、环境控制等环节，各环节都需要有专业人员进行操控。一些企业由于地理环境的原因，环保要求苛刻，场地小，无法建设工程化的堆肥工厂。选择一体化的发酵设备，可以解决传统堆肥方法存在的辅料多、工艺复杂、占地面积大、废气处理难的问题。

堆肥工程设备化是指将堆肥处理工艺物化到一台设备上，即将复杂的固废堆肥工艺流程——原料传送、贮存、搅拌发酵、鼓风曝气与排湿除臭等工序物化到一台设备中，实现堆肥系统设备化，通俗地说就是一台设备等于一家工厂。容器式发酵反应器是堆肥工程设备化的最好选择。

堆肥工程设备化系统集原料处理、贮存、发酵、除臭于一身，整座处理装置要求结构紧凑，占地面积小，不用建设厂房，应用智能化控制技术，自动化程度高，实现了设备操作简单化、处理高效化、系统环保化。

在国外有各种比较成熟的一体化设备，一般称为堆肥反应器，在欧美地区普遍选用卧式反应器，而英国、日本多采用立式反应器。这些反应器各有优缺点，总体来说，卧式反应器投资大，占地面积大，需要添加辅料，但运行成本低于立式反应器，立式反应器则反之。

国内研发一体化的发酵设备厂家近年来如雨后春笋般涌现，主要是由于土地成本、人力成本在生产建设中占比越来越重，工程设备化提高了堆肥工程的机械化、自动化水平，同时，堆肥工程设备化系统由于密封好，空间小，能通过发酵废气监测探头，实现废气排放在线监测，并智能控制曝气系统，完全收集、处理装置能自动启动。废气处理系统可以自动开闭，保证系统的高效、好氧状态，并从源头减少臭气量，防止臭气逸散，杜绝二次污染，减少环保成本。因此，一体化发酵设备成为越来越多厂家的选择。

4 堆肥工程设备化的问题与建议

由于堆肥机械的工作对象为固体有机废弃物，在生产过程中产生的各种成分，如氨气，硫化氢气体，堆肥水等对钢材有较强的腐蚀性，而且一台设备造价不菲，所以要求设备要工作可靠，耐用性好。但国内普遍受限于投资成本，设备使用稳定性差，寿命偏短。

在发达国家，由于人工成本增加，资源短缺，环保意识强，环保设施向高度化、集约化、长寿命化发展。设备占地少、操作简单、可靠耐用，体现设备设计与制造的环保、循环理念。其中“长寿命化”成为环保设施的一个重要的命题，这要求从事环保行业的设计者、制造者、使用者要共同努力，在工作中植入减轻环境负荷的理念，才能提高设备的可靠性和使用寿命。图5—8分别为四种堆肥工程设备化的技术手段。

图5 箱式发酵装置

图6 仓贮式发酵系统

图7 立式发酵罐

图8 滚筒发酵机

农业废弃物资源化作为农业生产中重要一环，在生产过程中农业固体废弃物的排放量不断增加，成分也日趋复杂。因此，加快新技术装备的研发，提升堆肥工程的机械化、自动化水平已势在必行。从堆肥科学角度，可以有效加快堆肥的腐熟过程，解决堆肥处理过程中的处理率和堆肥应用间的矛盾；从宏观角度，更能实现废弃物的减量化、无害化及资源化，是处理农业固体废弃物切实可行的途径。

政府应该加强对农业环保技术与装备研发的支持，可以引导社会资金支持技术和设备研发、设备和设施购置、体系和试点示范项目的建设，以产业化模式推进农业废弃物的综合利用，使农业废弃物综合利用实现资源节约化、环境友好型、可持续发展。