畜禽粪便好氧堆肥处理技术探讨

罗长健

关键词：畜禽粪便;好氧堆肥;处理技术

畜禽粪便一直是我国农业的传统有机肥料，其含有大量的有机养分可以有效改善土壤环境，提高农产品产量。针对畜禽粪便的处理，好氧堆肥发酵是最有效可行的方式之一。对畜禽粪便进行好氧堆肥处理，不仅能够有效消除粪便对周围环境造成的不良影响，还可以作为一种有机资源进行有效利用。

一、畜禽粪便的现状

（一）畜禽粪便的产生量大

随着畜牧业养殖规模的不断扩大，畜禽粪便量也迅速增加。改革开放以来，化肥在农业中逐渐占据了主要地位，导致大量的畜禽粪便无法得到有效利用。猪、羊、鸡等传统畜禽养殖规模的迅速扩大是造成畜禽粪便量增加的主要因素。据《中国统计年鉴》（2016）统计，2005-2015年我国肉猪出栏数达到70825万头，牛出栏数10817万头。大规模的集中养殖导致了畜禽粪便的大量增加，畜牧养殖业的发展带来的环境问题日益严重。

（二）畜禽粪便的成分较复杂

总体来说，畜禽粪便中所含的化学成分受饲料、饲养条件以及个体消化能力等多方面的影响。畜禽粪便中含有较多的有机物，元素组成以C、H、O、N、S为主，所组成的氨基酸以及蛋白质含量多、种类丰富。粪便中所含的N、P、K等养分，可以为农作物的生长提供丰富的营养。此外，粪便中所含的Na、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn等金属元素，也是农作物所必须的营养物质。因此，畜禽粪便可直接或经短期简易堆肥处理后直接施用于农田，不仅能提高土壤肥力以及农作物产量，还有利于改善土壤的结构。

（三）畜禽粪便的危害严重

畜禽粪便中，含有较多的重金属以及大量的有害气体，如不经过无害化处理，会对环境及人体健康造成危害。畜禽粪便危害的受体主要有空气、水以及土壤。粪便中含有的有害气体包括硫化氢、氨气、甲基氨等，对空气造成了严重的污染，影响到养殖场附近居民的身体健康。目前，我国畜禽粪便的一大特点就是含水率较高，其渗入地下后会对当地的地下水造成污染，影响当地居民的饮用。此外，若将粪便排入到当地水体之中，其含有的丰富的N、P等营养元素，可能会引起水体的富营养化，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡。同时，大量粪便直接施用于农田，若处理不当，其中含有的盐分会引起土壤的通透性降低而导致土壤板结。

二、畜禽粪便的高温好氧堆肥处理技术

畜禽粪便的处理不当以及不合理利用，是造成污染的主要原因。但是如果能够进行无害化处理并进行科学资源化利用，不仅能够减轻生态压力、解决其产生的污染问题，还能够将其变废为宝、转化成有价值的生物资源。目前，我国对畜禽粪便的资源化处理方式主要以肥料化技术和能源化技术为主，但由于能源化技术对技术设备和操作人员的要求较高，推行较困难，使得肥料化技术占据主导地位。而目前肥料化技术中，最常用的就是好氧堆肥。

（一）高温好氧堆肥的原理

畜禽粪便高温好氧堆肥，主要是指在有氧条件下，利用细菌、放线菌、真菌等微生物的作用，对原料中有机质进行降解转化，并杀死病原体和分解有毒有害气体的过程。该过程中，好氧微生物起主要作用，其在氧气充足的条件下，通过自身氧化、还原与合成等的生命活动，利用堆肥原料中部分有机物氧化分解成为无机物，并为自身生长提供能量，最终原料发酵腐熟。

（二）高温好氧堆肥的影响因素

畜禽粪便好氧堆肥过程中，需要对水分、温度、pH等因素进行人为控制，以期达到较好的降解处理效果。水分是好氧堆肥发酵过程中必不可少的条件。一般堆体整体的水分含量需要达到50%～70%。水分过低，则影响微生物的正常生长;水分过高时，则堆体的通风效果不好，达不到好氧的条件。此外，温度是堆肥过程中微生物活动的主要影响因素，堆肥过程可将温度变化分成四个阶段：升温、高温、降温和稳定阶段，其中，高温阶段是最重要的环节，在此过程中，有机质被微生物分解并转化为腐殖质。还有碳素和氮素都是微生物重要的营养来源。由此可见，堆肥过程受多个因素共同控制。

（三）高温好氧堆肥的技术工艺

目前，我国的畜禽粪便堆肥处理技术，主要包括自然堆肥、条垛式堆肥技术、槽式堆肥技术以及反应器堆肥技术。

1、自然堆肥技术。自然堆肥技术是我国一种较为传统的堆肥技术工艺，一般选择在干燥、地势较高、平坦的地方进行堆积。将物料堆成具有一定长宽高的垛条，利用天然的条件使堆料自然发酵、分解、腐熟。为了保证堆肥效率，一般要在堆制之前将地面进行夯实，并铺上一定厚度的细草来吸收肥料渗滤液。为了保证肥料整体的通风量和氧气量，一般会在垛条底部铺设通风管道给粪堆充气。自然堆肥成本低、方法设备简单，但堆肥效率低、周期长，容易受天气状况影响，并且易对周邊环境造成影响。

2、条垛式堆肥技术。条垛式堆肥技术，是对自然堆肥技术的改良，是将堆肥原料堆积成三角形或梯形的长垛条，并采用人工或者机械的方式进行翻堆，保证粪堆整体各层的有氧状态。堆制前需要添加一定的辅料，调节原料的碳氮比。垛条长度一般根据畜禽粪便数量和场地规模确定，高度一般不超2m。条垛式堆肥技术具有操作简单、设备少、投资少等优点，但是需要添加一定量的辅料。还具有占用面积大，温度和臭气不易控制等缺点。

3、槽式堆肥技术。槽式堆肥是将堆肥原料与需要添加的辅料按照要求比例充分混合，并且根据相关技术要求，调节堆料的碳氮比以及含水率，再将混合堆料放在发酵槽内进行好氧发酵反应。该技术过程采用槽式翻堆机进行翻堆，发酵槽底部安装有通风管道，进行通风供氧，一般25d左右能完成整个堆肥过程。槽式翻堆机主要采用的是链板式翻堆机，其拥有独特的多齿链板，能够对设备前面的堆料进行翻堆，同时推动物料向后移动。槽式堆肥技术机械化程度高，控制温度和曝气量较容易，不受天气状况影响，发酵周期较短。但具有投资高、占地面积大、操作复杂等缺点。

4、反应器堆肥技术。反应器堆肥是一种将堆肥物料置于封闭式反应器中进行好氧发酵，集进料、控温、通气、翻堆、搅拌、除臭、出料于一体的一种堆肥技术。反应器堆肥具有高度自动化、一体化;节能、封闭系统内臭气易控制、不受气候影响;占地面积小等优势。但反应器堆肥技术大规模生产处理能力较差，且现今技术尚不成熟。

三、畜禽粪便高温好氧堆肥技术改进及发展趋势

（一）好氧堆肥通風工艺

目前，条垛式、槽式以及反应器堆肥技术均有其结合自身特点所使用的通风工艺。条垛式堆肥工艺一般使用的是自然通风。此外，在堆肥过程中，翻堆以及搅拌也能达到一定程度上的通风效果。在实际堆肥过程中，一般将自然通风和人工翻堆结合起来;而在槽式和反应器式堆肥中，使用机械搅拌结合间歇式通风工艺来达到最大的应用效果。

（二）好氧堆肥废气污染控制技术

堆肥过程中的主要污染是对空气的污染。牲畜粪便中的有机质，在好氧微生物的分解作用下会产生有毒有味气体，散发到空气中，对周围环境及人体健康造成危害。特别是在大面积堆肥的情况下，堆体中的有机质分解不彻底，会产生大量的臭气。目前，反应器式堆肥工艺所采用的搅拌与强制通风相结合的方法能够有效稀释扩散到大气中的臭气，但是这些气体并未得到无害化处理。通过收集气体进行催化氧化，化学燃烧加以利用，或采用活性炭吸附的物理方法，可以有效地改善堆体周围的环境。

（三）好氧堆肥脱水技术

好氧堆肥的堆体一般含水率较高，达到70%左右。水分过多会导致堆体的温度不易控制，同时也会在一定程度上限制其资源化利用。在自然堆肥和条垛式堆肥过程中，堆体中水分下渗到土壤中可能会导致当地土壤以及地下水的污染，可以采取粪便固液分离或浓缩堆肥的方法，来达到有效的脱水效果。

四、小结

改革开放以来，农业的迅速发展导致大量的畜禽粪便无法得到有效处理，同时，绝大多数人缺乏对畜禽粪便的有效利用价值正确的认知，更不能深刻意识到畜牧业粪便的资源化利用对我国农业生产以及生态环境的重要意义，导致我国大部分地区畜禽粪便的有效肥料化、资源化利用程度不高。因此，做好畜禽粪便的无害化和减量化处理刻不容缓。高温好氧堆肥是目前畜禽粪便肥料化的最有效方式，但现今的技术水平和生产规模无法满足我国农业生产的全部要求。因此，只有不断学习堆肥技术，对堆肥工艺进行技术革新，加大农业生产与堆肥科技投入，提升农业人员对好氧堆肥工艺意义的认识，才能使堆肥工艺更好地为农业和畜牧业发展服务。