静态膜式畜禽粪便发酵处理技术浅析

卞兆娟 王堰 刘勇 陶雷

随着我国经济的持续稳定增长，居民收入水平不断提高，消费能力不断增强，对畜产品的需求量越来越大，推动了我国畜牧业的快速发展。目前，畜牧业已经形成较为完善的产业链和较为充足的供应能力，并成为与种植业并列的农业两大支柱产业之一。在畜牧业快速发展的同时，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。畜禽生产过程中所产生的畜禽粪便对环境主要有如下影响：粪便堆积产生的有害气体会污染空气；粪便污水流入地表水会导致水体富营养化，渗入地下会造成地下水硝酸盐、亚硝酸盐含量过高，危害人类健康；进入土壤的粪便,其分解产物或携带的污染物质超过土壤本身的净化能力时，会引起土壤组成及性状的改变，破坏土壤原有功能［1］。若能将畜禽粪便无害化处理，并深加工成有机肥还田利用，对改善我国土壤生态环境、促进农业与农村经济可持续发展具有重要意义。

1 畜禽粪便发酵处理、利用背景

我国是畜禽饲养大国，畜牧业是农业的重要组成部分。为加快推进畜禽粪污资源化利用，保障支持农业绿色发展，《国务院办公厅关于加快推进禽畜养殖废弃物资源化利用的意见》（国办发〔2017〕48 号）明确提出，到 2020 年，全国禽畜粪污综合利用率要达到75%以上。《农业部关于实施农业绿色发展五大行动的通知》（农办发〔2017〕6 号）将畜禽粪污资源化利用行动列为农业绿色发展五大行动之一。《农业部办公厅关于加快农机购置补贴政策实施促进农业供给侧结构性改革的通知》（农办机〔2017〕9 号）明确对畜禽粪污资源化利用等机具实行敞开补贴，优先保障支持农业结构调整和绿色发展的农机产品的推广鉴定。农业部、财政部联合出台的《2018－2020 年农机购置补贴实施指导意见》指出，要优先保证畜禽粪污资源化利用、病死畜禽无害化处理等支持农业绿色发展机具的补贴需要。国务院出台的《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》（国发〔2018〕42 号）提出，要大力支持畜禽粪污资源化利用等绿色高效机械装备和技术的示范推广。2020 年的中央一号文件也提出要大力推进畜禽粪污资源化利用，基本完成大规模养殖场粪污治理设施建设。

2 畜禽粪便发酵处理现状

2.1 畜禽粪便发酵处理方式

目前国内畜禽粪便发酵处理方式主要为沼气工程处理和好氧堆肥。好氧堆肥是畜禽粪便发酵处理及资源化利用最行之有效的方法之一。好氧堆肥主要有动态堆肥发酵处理、动态反应器式发酵处理和静态膜式发酵处理三种方式。

2.1.1 动态堆肥发酵处理

动态堆肥发酵处理主要有露天或半棚式条垛翻抛堆肥、半棚槽式翻抛堆肥两种方式。动态堆肥发酵处理方法简单，处理量大，易操作。但发酵过程中，易流失养分，大量扩散臭气，易传播病原菌，滋生蚊蝇，这些问题是影响动态堆肥发酵处理技术发展的重要因素。

2.1.2 动态反应器式发酵处理

动态反应器式发酵处理主要有隧道式堆肥、滚筒式堆肥、罐式堆肥及筒仓式堆肥等方式。动态反应器式发酵处理通过自动化机械系统完成物料进仓、搅拌、通风供氧、出料等工序，自动化程度高，出料质量高，但操作复杂，投入成本大。

2.1.3 静态膜式发酵处理

静态膜式发酵处理系统主要由发酵膜覆盖系统、曝气通风系统、智能控制系统三部分组成（见图1），其核心为发酵膜覆盖系统。发酵膜覆盖系统由具有半渗透性功能的分子膜组成，具有防水、防腐蚀、防紫外线等特点，投入成本小，操作简单。

2.2 江苏省畜禽粪便发酵处理现状

目前省内规模化畜禽养殖场对畜禽粪便的处理常采用条垛式堆肥、槽式堆肥方式。这两种堆肥多数都是在露天或简易棚下进行，通风增氧不易操作，且臭气易扩散，影响生态环境。随着国家对环境保护重视程度的提高，环保要求不断提升，动态反应器式发酵处理方式和静态膜式发酵处理方式在畜禽粪便处理上的应用越来越广泛。两者相较，动态反应器式发酵处理技术设备投入大、基建要求较高，而静态膜式发酵处理技术工艺操作简单，设备能耗低、可移动，环境友好。发酵处理后的畜禽粪便病原菌和杂草种子已经消灭，可就地作为有机肥还田，还田不了的基料还可以送至有机肥集中加工点，生产商用有机肥，提高基料附加值。

3 静态膜式畜禽粪便发酵处理技术流程

静态膜式畜禽粪便发酵处理基本工艺流程如图2 所示。

图2 静态膜式畜禽粪便发酵处理基本工艺流程

1）物料混合。按比例混合畜禽粪便、生物菌种与秸秆等辅料，将物料的含水率调至50%～60%。

2）物料堆放。将混合好的物料，按要求堆成条垛（可根据发酵规模、发酵场地及发酵膜的大小选择堆放的条垛大小）。

3）覆膜。用发酵膜覆盖物料，形成密闭堆肥环境，避免外部环境影响。

4）通风。启动风机，使混合物料在有氧环境中快速发酵。

5）温度调节。根据物料的温度来设置风机启停，保证物料一直处于最佳的发酵温度区间。

6）静态堆置。覆膜发酵完成后需将物料转运至陈化区，在自然通风状态下，使物料继续发酵至完全熟化，进一步杀死粪便中的病菌、虫卵和杂草种子，并使物料含水率降低（≤30%），完成畜禽粪便发酵处理。

4 静态膜式畜禽粪便发酵处理技术优势分析

1）环保。可露天建立堆肥处理场，发酵处理过程中不产生臭气，不受气候影响，不滋生蚊蝇，对周边居民生活无影响。

2）适应性强。处理场可灵活移动，适应各类畜禽粪便的处理需求。

3）处理效率高。可根据堆体中的各部位温度及含氧量，实时动态控制供氧。发酵处理过程中仅需翻堆2 次，功耗低，处理效率高。

4）生产周期短。升温、除臭迅速，腐熟彻底，生产周期一般在20 天左右。

5）自动化程度高。堆肥系统密闭，可实现自动控制和检测，操作简单、便利。

6）成本低。不需要进行大规模的基础设施建设，仅需提供空地，膜的使用寿命较长。图3为静态膜式畜禽粪便发酵处理场。

图3 静态膜式畜禽粪便发酵处理场

5 静态膜式畜禽粪便发酵处理技术发展前景

静态膜式畜禽粪便发酵处理技术已被证实具有独特的优势，适用于各种类型的畜禽粪便处理及各种规模的养殖场（特别是中小型规模养殖场），能有效解决中小规模养殖场生存利益与生态效益之间的矛盾［2］。随着农户对有机肥认可度的提高，在国家大力推广节能环保、精准高效农机化技术的相关政策推动下，静态膜式畜禽粪便发酵处理技术具有较高的推广应用价值和潜在的市场价值。