发展智能高效筒仓式发酵装备促进畜禽粪便资源化利用

刘玉涛 魏湖滨 张璐 钱生越

畜牧业是农业农村经济的重要支柱产业，也是保供给、惠民生的大产业。近年来，我国畜牧业持续稳步发展，规模化养殖水平显著提高，对促进我国社会经济的发展具有重大现实意义[1]。但大量养殖废弃物没有得到有效处理和利用，成为农村环境治理的一大难题，严重威胁居民的生活环境和身体健康；因而，抓好畜禽粪便资源化利用，关系农村居住环境的改善，关系农民美好生活的实现和小康社会的全面建成，是促进畜牧业绿色可持续发展的重要举措，寻找畜禽粪便高效资源化利用途径势在必行。

1 畜禽粪便处置不当严重影响农村环境和居民生活质量

国家统计结果表明，自2006 年以来，我国畜禽规模化养殖发展较快，牛、羊、猪的存栏量稳步提升。详见表1。目前，畜禽粪便日排放量已达700 万t，年产量约24 亿t，粪、尿产生量分别为16 亿t 和8亿t[2]。畜禽粪便处理不当已对生态环境及居民生活质量造成不良影响，亟需加快畜禽粪便高效快速资源化利用步伐，以保障畜牧业的稳步健康发展。

畜禽粪便处置不当对环境和居民的生活质量造成严重影响主要表现为[3]：

1）畜禽粪便中的恶臭气体种类繁多[4]，会影响动物和人呼吸系统的正常生理功能，严重的会引起呼吸道疾病[5]。Avery 等研究表明，带有恶臭味的气体能影响人的黏膜免疫功能，降低唾液中的免疫球蛋白A 的分泌效率和含量[6]。

2）粪便中的氮磷污染量超过工业排污中的含量，是造成水体富营养化的重要因素之一，严重破坏生态平衡，影响生物的多样性。Edwards等研究表明，粪便随雨水流失的悬浮固体比无机肥料高[7]。

3）畜禽粪便中含有大量的病原菌、寄生虫等有害生物。相关研究发现，1 mL 畜禽粪便中含有33×104个大肠杆菌和69×104个大肠球菌，1 000 mL沉淀池污水中含有190多个蛔虫卵和100多个线虫卵[8]，且多数致病微生物及寄生虫卵在未经处理的畜禽粪便中可长期生存。如：在自然堆肥条件下，大肠杆菌需要2～3 个月才可以达到排放标准，沙门氏菌需要4～5 个月才可以达到排放标准，而蛔虫卵死亡率达到90%则需要10 个月[9]。当含有致病微生物的粪便施于土壤后会造成蔬菜污染，并通过食物链威胁人类健康，甚至可能引发严重疾病[10]。因而，畜禽粪便如得不到妥善处理，不仅会直接威胁畜禽自身的健康，降低畜禽养殖的经济效益，而且会威胁人类健康，引发重大公共卫生事件。

2 畜禽粪便资源化利用途径

2.1 畜禽粪便资源化利用技术

对畜禽粪便进行适当的无害化处理可以降低或避免粪便对环境的污染以及对农作物和人畜的危害。目前，常用的粪便处理方式主要有饲料化、肥料化以及能源化利用[4]。

1）饲料化利用。因畜禽粪便含有病原菌等有害物质，饲料化利用会对动物造成危害。

2）能源化利用。因生物气产量受气候影响较大且存在沼液无法处置等问题，该利用方式无法大规模推广和应用。

表1 我国牲畜(牛、猪、羊)饲养量及其粪便排放量

3）肥料化利用。肥料化利用是畜禽粪便资源化利用的主要途径之一，生产工艺流程见图1。该技术具有高温杀灭病原菌等有害物、减量化效果显著，堆肥发酵后臭味物质大幅减少、物料性质稳定，以及可直接还田为作物提供营养和有益微生物等优点[11]。

图1 堆肥发酵生产工艺流程

2.2 肥料化利用方式

肥料化利用目前主要有翻抛条垛式、通风静态垛式、槽式以及密闭容器式等不同的发酵堆肥方式。

1）翻抛条垛式堆肥。该方式工艺简单、投资少[12]，是一种成熟的堆肥工艺，在我国中部地区应用较广。但存在如下缺点：一是占用的场地比较大，且需要对地面进行固化；二是堆肥周期长，增加了对土地的占用时间，影响土地的使用效率[13]；三是发酵期间产生的臭气无法控制，且发酵时间受天气条件的影响较大。

2）通风静态堆肥。该方式虽具有占地面积小、温度可控性强、堆肥周期短等优点，但也存在着通风管道容易被腐蚀堵塞、通风量不好控制、腐熟程度不均匀和臭味不易控制等问题。

3）槽式堆肥。该方式受天气影响较小，粪便处理量大，物料腐熟彻底，产品品质高，二次污染小。不足之处在于设备投资成本高、土地占用量大、搅拌装置容易受到物料腐蚀以及作业区臭气较重。

4）密闭容器式堆肥。相较于条垛式和槽式堆肥方式存在的占地面积大、臭味大、除臭成本高等问题，密闭容器式堆肥整个反应过程自动化程度高，具有土地占用量小、发酵时间短、受天气影响小以及臭味可控等优点，因而受到广泛关注。

根据密闭容器的不同，密闭容器式堆肥可分为筒仓式、塔式、滚筒式及隧道窑式堆肥4 种形式。不同形式的密闭容器式堆肥工艺见表2。从表2 可以看出，筒仓式堆肥兼具处理量较大、进料连续、成肥时间短以及成肥的质量高等优点，适用于集约化和规模化养殖，发展前景较好。

3 智能高效畜禽粪便资源化利用装备集成创新探析

随着“一项行动、两大工程”的有序推进，江苏省畜牧机械化发展水平稳步提升。2017 年江苏畜牧业机械化水平已达到51.7%，但仍然存在机械化发展不平衡的问题。从整体上看，饲料收获、饲喂、饮水、挤奶等环节机械化技术的发展较快，而畜禽粪便处理等环节技术能力较为薄弱[14]。国内外研究发现，肥料化利用是农业废弃物资源化利用的最主要方式，也是农业废弃物资源化利用的基本保障[15]。但江苏目前的大型畜牧机械生产厂家较少，畜禽粪便处理装备科技含量不高，特别是处理工艺与装备之间融合度不高，导致多数成套畜牧机械设备主要依赖进口或从其他省份引进，严重制约了江苏省畜禽养殖业的发展。近年来，安徽、湖北、内蒙、河南、浙江以及广东等地加大了对畜牧业机械化的投入力度，一批较为成熟的畜牧业机械得到了推广应用[14]。因而，为了打通规模化养殖畜禽粪便资源化利用“最后一公里”的技术路径，解决环境污染、疫病传播等制约畜牧业可持续发展的难题，发展筒仓式资源化利用装备及技术显得尤为必要。

表2 密闭容器式堆肥工艺对比

4 结语

开展筒仓式发酵装备的智能化检测与控制、发酵工艺优化与装备改造以及通风、发酵、除臭系统的耦合与整体优化等方面的技术集成创新，从而降低发酵装备的运行成本，提高臭气的去除效率，将极大地助推江苏省畜牧业的发展。