生物基质发酵仓无害化处理畜禽粪尿技术

成建国 朱荣生 刘兴华 黄保华 余坤华

随着中国畜禽养殖业的规模化发展，畜禽养殖产生了大量粪便，畜禽粪便中含有大量氮、磷和有机污染物等，是造成农村环境污染的主要原因，影响到农业生态的可持续发展。因此，畜禽粪尿无害化处理，资源化利用，已成为农业可持续发展亟须解决的问题。

畜禽粪尿等废弃物资源化利用，本着遵循生态效益、经济效益和社会效益相统一可持续发展的原则，实现资源化利用，而畜禽粪尿资源化利用的主要出路是肥料化还田利用。世界发达国家畜禽粪尿资源化利用，就是畜牧养殖业与种植业有机结合循环利用的模式。畜禽粪尿等废弃物应遵循减量化、无害化、生态化、资源化的原则，依据该原则，山东省农业科学院畜牧兽医研究所的科研人员和山东凯辰环保科技有限公司研究出了生物基质发酵仓无害化处理畜禽粪尿技术。

一、生物基质无害化处理畜禽粪尿技术原理

该技术是一种生物发酵技术，利用额外添加的微生物、基质和畜禽粪尿中的微生物发酵处理畜禽粪尿等废弃物的生态循环农业技术，解决了畜禽粪尿等废弃物资源化利用的问题。

该技术根据微生态理论和微生物发酵理论，筛选环境益生菌和饲用益生菌，在发酵仓内铺设谷壳、锯末、米糠等生物基质原料作为培养基，接种环境益生菌、饲喂饲用益生菌，将畜禽所排出的粪尿在发酵仓内经微生物完全发酵，迅速降解、消化，从而达到无臭气、零污染的目的，从源头实现环保、无公害养殖。

生物基质无害化处理畜禽粪尿技术就是微生物发酵降解粪浆中有机物的过程，其中微生物的群落结构变化可以反映出生物基质的运行情况，发酵过程中生物基质的营养成分、pH值、温度等的变化都会影响微生物群落的变化，发酵初期微生物数量较低，随着生物基质内不断添加养殖废弃物，基质中可直接利用的养分增多，微生物迅速繁殖，此时细菌真菌数量快速增加。同时，大量微生物分解粪尿及填料中的有机物释放的热量导致生物基质迅速升温，初期基质中的微生物分解能力较强，填入的粪浆被微生物快速分解和消耗，持续高温使得水分蒸发较快，20天左右随着基质含水量持续下降和pH值升高，此时不利于微生物的生长繁殖。这个阶段细菌和真菌的数量均下降，此时通过添加粪浆的方式进行生物基质的添加，随着生物基质添加过程完成，基质内含水量和养分含量逐渐上升，细菌和真菌数量升高进入发酵后期，生物基质主要营养成分含量逐渐降低，可直接被微生物利用的养分迅速减少，微生物的群落结构发生变化。此时则需要通过翻堆添加新鲜基质及补充菌剂的方式调整微生物群落结构，使基质恢复分解能力，提高粪尿降解的效率。

因此，生物基质发酵仓无害化处理畜禽粪尿技术是一项有利于将畜禽粪浆转化为有机肥的技术，将熟化后的生物基质作为有机肥原料还田，不仅有利于实现资源的高效循环利用，还可增加土壤的有机质，减少化肥施用，实现农业的绿色可持续发展。

二、生物发酵仓构造

整个发酵仓为圆柱体仓式结构，中心设有圆柱体调质池及泥浆泵，外侧设有圆形轨道；翻拌机旋转钢梁的一端固定于中心轴，另一端运行于圆形轨道；该旋转钢梁上排列有一排螺旋桨翻拌机，当钢梁旋转运动时，其全部旋转翻拌机同时工作，翻拌范围全面覆盖整个发酵仓立体空间。该旋转钢梁上还设有粪水喷淋装置，当翻拌机工作时，粪尿水通过均流管道及喷嘴进行均匀喷洒，喷洒量由检测头及电子控制开关智能控制。生物发酵仓设有与其外圆相切的并与中心通道垂直的进料、出料口。为提高出料效率，该口设有同步卷扬机及出料刮板装置。建造发酵仓时，仓底地面及墙体内侧面应作防渗漏处理，确保污水不渗出、不溢流。

设备主要设施包括集污池、喷淋池、生物发酵仓及阳光棚等；设备包括污水（泥浆）切割泵、搅拌机、自动喷淋机、翻拌机、自动增氧机、变轨移位机、臭味处理设备、温度测定、水分测定和氨气测定等仪器设备。

据农业部《畜禽规模养殖场粪污资源化利用设施建设规范（试行）的通知》（农办牧〔2018〕2号），生物发酵仓的大小按每头猪建设面积不小于0.2 米2，并配套粪污暂存池容积不小于 0.2 米3，铺设垫料厚度符合行业技术规范，并配备必要的设施设备。

三、生物基质的选择

生物基质是由谷壳、木屑、玉米秸秆、食用菌渣等农业生产含碳副产品按一定比例拌匀，并加入微生物菌制成的有机基质。

生物基质应选择碳氮比高、疏松多孔、粒度适当、通透性好、透气吸水性能好的干燥材料，常用的生物基质有玉米秸秆、锯末、花生壳、稻壳、麦糠、稻草秸秆、食用菌渣和米糠等农副产品。

生物基质是畜禽粪浆生物发酵反应的关键部分，作为微生物菌载体，生物基质适宜pH 值为7.5～7.9。微生物的发酵一般需要弱碱性，当pH值偏低时，微生物无法降解有机质；当pH值偏高时，则导致氨的大量挥发。

生物基质的含水量在15%～20%。生物基质含水量直接影响到菌种发酵效率的高低，添加粪浆后的生物基质含水量为50%～60%时，菌种活力最高。

生物基质原料要求无腐烂、无霉变、无化学污染、无异味。

生物基质加工粉碎粒度要求6～10毫米。 粒度影响发酵进程，进而影响着发酵速度的快慢和对粪尿的消解能力。

生物基质的碳氮比（C/N）：微生物生长的最佳碳氮比为25，当碳氮比在25～35时，发酵过程最快；当碳氮比<20 时，微生物因能量不足生长繁殖受到抑制，粪污分解能力下降；当碳氮比>35时，有利于发酵过程的升温，但消耗垫料过快。由于猪粪的碳氮比为7，是提供氮素的主要原料，因此生物基质配方应该补充高碳氮比的基质，使总的碳氮比>25。

四、生物基質的配方配制

1. 生物基质添加数量

生物基质、微生物添加剂和粪浆按照一定比例混合加入生物发酵仓，铺满整个发酵仓，生物基质用量体积（V）为铺设面积（M）乘以铺设高度（H），V=M？H。

2. 微生物菌制剂添加量

微生物添加剂应采用农业农村部认可的有益微生物经发酵制成的生物制剂，用于提高畜禽粪浆和生物基质发生生物发酵反应，促进粪浆无害化处理的微生物制品。

微生物菌剂添加量用T表示，T=V？1‰。

3. 微生物菌种的选择

生物基质对畜禽粪浆分解能力的强弱取决于微生物菌种的活性及其组成成分。生物基质发酵粪浆的过程中，需要不同种类的菌种同时配合，共同分解粪便中包含的糖类物质、淀粉类物质及纤维素类物质等有机物质类。

微生物菌种是由许多有益菌种以及它们的代谢产物组成的，它们之间相互配合，共同起到分解粪便、基质的作用。一般常用的菌种有光合细菌、酵母菌、芽孢杆菌以及放线菌等。

4. 生物基质配方

生物基质配方应根据当地农业生产所产生副产品的条件来配制，因地制宜，因时制宜，按来源丰富、价格便宜、符合要求的原则选择配制，举例如下。

案例一：稻壳（50%）+锯末（49%）+麸皮（1%）+微生物菌剂（1‰）；

案例二：菌渣（55%）+木屑（25%）+谷壳（20%）+微生物菌剂（1‰）；

案例三：蔗渣（35%）+木屑（10%）+杂草（55%）+微生物菌剂（1‰）。

5. 生物基质的填充

生物基质的填充根据轨道翻拌机轴承距床底平面深度铺设生物基质的面积，应充满整个发酵仓底面积，铺设厚度为80～150厘米，铺设后应运行翻拌机器，保持生物基质均匀、疏松、平整，不得压实。运行阶段，应适当增加生物基质数量，待垫料全部分解后需及时更换垫料。

五、生物基质发酵技术操作程序

在养殖场地势较低处建设一处生物发酵仓，粪尿污水从管道流入调节池，经切割泵与搅拌机切割搅拌，转为粪浆，确保粪浆不分层，通过自动喷淋装置，将粪浆均匀喷洒在发酵仓基质上。粪浆将被基质内的微生物菌群进行生物降解处理。通过微生物复合菌发酵，将粪浆中的营养物质和有害成分降解成植物可利用的小分子养分以及二氧化碳和水，除去其中的臭味。在降解处理过程中，发酵仓基质温度上升到50℃以上，水分蒸发，自动翻拌机对发酵仓基质进行翻拌，促进粪浆与基质充分混合，最终使粪尿污水转化成生物有机肥原料。

1. 糞浆注入

粪浆是指畜禽排泄的粪、尿和冲洗圈舍的污水的混合物，固形物不低于5%。畜禽养殖舍的粪尿污水通过管道流入调节池，经切割泵与搅拌机切割搅拌均匀，转为粪浆，确保粪浆不分层。待发酵仓内生物基质装填完毕后，通过自动喷淋装置，将粪浆均匀喷洒在生物基质上。粪浆注入数量根据生物基质的体积计算出来，按每立方米发酵基质每天喷淋粪污量不超过30千克，粪浆与发酵基质混合后水分含量以45%～50%为宜，控制生物基质与粪浆混合物总体水分含量不超过60%。

2. 翻拌

采用自动翻拌机对生物基质与粪浆混合物进行翻拌，促进粪桨与生物基质充分混合，加速生物发酵反应，同时增加氧气、散发水蒸气。

注入粪浆1～2 小时后，粪浆已完全渗入基质内部，方可启动翻拌机进行翻拌；采用自动翻拌机进行翻拌，使粪浆与基质充分混合均匀。运行初期需加大翻拌次数，每天翻拌3～5次，且每次添加粪尿后都要立即进行翻拌，避免结块；正常运行期间，每天翻拌1～2次。

3. 增氧

增氧是指采用机械自动化的方法向生物基质和粪浆混合物中增加氧气（空气）的过程，以提高其生物耗氧发酵反应。

增氧与翻拌同时进行，在翻拌机器运行过程中，通过风管将空气注入生物发酵的基质中，为生物基质的耗氧发酵补充氧气，每天增氧1～2次。

4. 除臭

畜禽粪尿等废弃物本身具有恶臭气味，严禁排放至空气中污染环境。生物除臭装置通过管道收集器将恶臭气体吸入收集，气流在通过含有生物填料层的循环液过程中完成气液扩散、液固扩散和生物氧化三个过程，生物填料表面生物膜中的微生物以恶臭气体物质为营养，恶臭物被微生物氧化分解，在转化过程中产生能量，为微生物的生长与繁殖提供能源，使恶臭气体物质的转化持续进行，经净化后的气体由引风机引出排放。

六、生物发酵仓的管理

1. 氨气测定

在发酵仓内不同位置设立若干个氨气测定设备，每天4次测定发酵仓内氨气浓度。

2. 生物基质温度测定

在发酵仓中不同位置设立温度测定点，每天4～6次测定基质温度，发酵温度要保持50℃以上；每天密切监测发酵仓的运行状况，尤其是发酵温度变化，发现异常应及时采取应对措施，并做好相关记录。

3. 生物基质含水量测定

在生物基质中不同位点设立若干水分测量仪，随时测定基质含水量，定期记录添加粪浆的质量，与基质的初始质量相比，获得的比值为基质在发酵过程的不同阶段中吸纳粪浆的能力。

4. pH值测定

生物基质发酵运行后，应定期测定生物基质的pH值，可用四分法将样品缩分至5克，加45毫升无菌水，在室温下用振荡器连续振荡30分钟，静置30分钟后，用pH计测其上清液的pH值。

5. 翻拌发酵基质

发酵基质下沉20厘米以上必须补充生物基质至原设计高度；冬季每天翻拌1～2次，夏季每天翻拌3～4次，春秋每天翻拌2～3次。

6. 添加粪浆计量

每天加注粪浆量需按照生物基质有效体积吸纳粪浆的能力加注；每天加注到发酵仓中的粪浆可自动计量。

7. 加强生物发酵仓通风换气

在生物发酵仓内壁上有水珠结成、仓内出现大量水雾，翻拌时要开风机或侧窗除潮除湿。夏季适当增加通风量，冬季根据实际环境状况适当调整换气次数，以保证温度、氧气含量和空气质量。

8. 保持好微生物菌种活化状态

根据生物基质发酵分解速度与程度，若发酵分解能力下降，应及时补加菌种。以20天左右为 1 个周期，每立方米生物基质按照1‰的微生物菌剂添加量进行补充，将微生物菌剂均匀洒在基质表面，再进行充分翻拌。

七、发酵粪浆后生物基质的利用

发酵粪浆后的生物基质，按照GB 18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准处理，可作为制作有机肥的原料，还田利用。

还田利用依据畜禽粪便还田技术规范（GB/ T 25246-2010）、畜禽粪便安全使用准则（NY/ T1334-2007）、畜禽粪污土地承载力测算技术指南（农牧办[2018 ]1 号）执行。

（作者联系地址： 成建国 朱荣生 刘兴华 黄保华 山东省农业科学院畜牧兽医研究所 邮编： 250100；余坤华山东凯辰环保科技有限公司 邮编：250101）