浅谈现代畜禽粪污好氧资源化处置技术

李 桢，周海龙，唐翀鹏

（中工环境科技有限公司，北京 100080）

根据农业农村部“十三五”期间数据统计知，全国约有40%的畜禽粪污未能实现合理有效的利用[1]，尤其是农村的传统种植业，由于在农药及肥料上使用不合理、粪污消纳能力低，对土壤、水体造成一定污染，进一步增加了农村的环保压力[2]。因此，对养殖业污染物进行有效处理与资源化利用对于保障环境安全具有重要意义。但畜禽粪污处理作为养殖过程中的一项高成本工程，长期以来被养殖户忽视。

目前，处理畜禽粪污的主流工艺为厌氧产沼气+固液分离+有机肥生产和直接好氧发酵生产有机肥2 种工艺。对于沼气有明确销路或可发电上网、末端沼液不需要做污水处理、可以直接还田的项目，一般选用厌氧产沼气+固液分离+有机肥生产的工艺；而对于沼气没有明确利用途径和销售出路，沼液不能还田、需要做污水处理的项目，一般选用直接好氧发酵生产有机肥的工艺。

1 好氧处理工艺种类

按照现代好氧发酵工艺（堆肥）的复杂程度，可将技术工艺分为静态条垛式堆肥系统、槽式翻抛堆肥系统、罐式发酵系统。

1.1 静态条垛式工艺

静态条垛式堆肥是一种最简单、最古老的堆肥方法，它将堆料以条垛式堆放在露天或框架下，在有氧条件下进行发酵。条垛的断面形状各有差异，如梯形、三角形等。条垛式堆肥的通风供氧是通过定期翻堆来实现的，发酵周期通常为30～90 d。

该系统的优点是设备简便，成本较低；易于干燥，堆肥产品质量高、稳定性好等；缺点是占地面积大，堆腐周期长，需要大量的翻堆机械和人力，检测频繁，易有恶臭，受气候影响大等。

1.2 槽式翻抛堆肥工艺

英国人Epstein 在静态条垛式堆肥系统的基础上加入强制翻抛及通风装置，而成为强制通风堆肥系统，该系统能更有效减少热量散失，增加高温持续时间[3]。它与条垛式系统的不同在于堆肥过程中通过鼓风机强制向堆体供氧，并间歇式通过机械设备翻抛，此系统在堆体下部设计一些通风管路，与鼓风机相连。此外，堆体应在结实防渗的地面上进行，防止渗液对土壤的污染。

该系统优点是占地面积相比静态条垛式发酵系统小；成本相对低，该系统具有温度控制与通风控制等；堆腐周期相对较短，一般为14～21 d；产品稳定性好，能及时杀灭病原菌；缺点是发酵过程易受环境条件的影响。

1.3 罐式发酵工艺

罐式发酵工艺技术最早起源于日本畜禽粪污处理领域，设备内部有可以输送空气和进行搅拌的叶片[4]。在好氧条件下，通过好氧菌的作用，分解有机废弃物，又可以蒸发掉废弃物中的水分，使有机废弃物变为优质有机肥。发酵处理后有机肥的水分可达到30%～45%。发酵时的温度甚至可达到50℃～70℃，可以保证杀死各种病原菌和杂草的种子等，可生产出安全的有机肥。

该系统优点是系统建设周期短、发酵快，最短堆肥周期可至5～12 d；臭气量少、自动化程度高、运行操作便捷，可根据规模实现灵活组合式安装，占地面积小，可节省厂房建设投资；缺点是系统单位投资较上述2种工艺高，系统自动化程度高，对操作和维修人员有较高水平要求。

2 好氧工艺系统的比选案例

由于不同畜禽粪污处置项目的规模、粪污形态、可用土地面积等条件不同，其所适用的好氧发酵工艺也不同，下面将以某规模蛋鸡养殖场的鸡粪处置项目为例，对于上述工艺系统进行比选论证，并为同类项目的工艺选择提供参考价值。

案例项目是在四川某蛋鸡场内的鸡舍外围墙与边坡间新建好氧发酵罐设施。随着环保升级，对环保要求较高，鸡粪处理过程中不允许有臭气外溢，以免影响周边环境；同时，为充分保障生物安全性，养殖场不允许在好氧发酵系统过程中添加外来辅料。

结合本项目的基本条件，从场地情况、环保要求、防疫风险、技术经济4个方面进行论证。

2.1 场地限制

本项目鸡粪处理量为321.6 t/d（含水率75%），但可用地面积仅为8 000 m2，平均场地宽度仅为12 m，因此场地宽度及面积均受限。故在系统选择过程中需要对占地面积着重考量。

根据静态条垛式系统设计经验，选择尺寸为底宽3～5 m、高2～3 m 的垛型，发酵周期按照60～90 d 计算，总发酵物料堆积量在2×104t以上，占地面积约需要20 000 m2以上，在不考虑鸡粪收集与装车等用地需求下，已远远超出可用地面积，因此无法满足本项目的用地需求。

根据槽式翻抛堆肥系统实际运行的经验数据，发酵周期按20 d 计算，一个发酵周期需要发酵物料10 200 t，翻抛高度按1.5 m 计算，车间面积需要11 333 m2，无法满足本项目的用地需求。

根据罐式好氧发酵工艺系统的常用选型，该规模下的上料混料系统和好氧发酵系统占地面积约1 656 m2，装车系统占地面积300 m2，除臭系统占地面积约500 m2，可以满足罐式好氧发酵工艺生产的需要，比槽式好氧发酵工艺节省占地面积8 877 m2。

2.2 环保要求

静态条垛式系统和槽式翻抛堆肥系统由于占地面积大，在好氧发酵的过程中臭气扩散面积大，相对于罐式密闭发酵系统收集成本及处理成本更高。

本项目若采用槽式翻抛堆肥系统占地面积约11 333 m2，车间高度6 m，总容积约8×104m3，1 h 换气次数按最低5 次计算，除臭风量为40×104m3。

本项目若采用罐式好氧发酵系统，除臭系统总风量约8×104m3，比槽式翻抛堆肥系统除臭风量少32×104m3。

因此，除臭系统环保效果若达到环保要求，槽式翻抛堆肥系统除臭系统投资较罐式发酵投资更高。

2.3 防疫风险

集约式养鸡场能够保持持续稳定运行，主要是基于对生物防疫的高标准、严要求，因此，该蛋鸡场为杜绝外界病原微生物进入厂区，避免可能对蛋鸡造成的各种疾病影响，要求在鸡粪好氧发酵系统中禁止添加辅料。

槽式好氧翻抛工艺和静态条垛式堆肥工艺要求物料自身有一定的透气性，需要添加外来辅料对调配鸡粪含水率，因此不能满足蛋鸡场提出的好氧发酵过程不添加辅料的要求。

罐式发酵系统由于单位曝气量高、占地面积小的原因，可设计较为充足的发酵空间，并设置大量的返料进行混合。因此罐式发酵系统可以在不添加辅料的条件下运行，符合蛋鸡场养殖要求。

2.4 技术经济综合比较

鸡粪直接好氧发酵生产有机肥的工艺主要有静态条垛式堆肥系统、槽式翻抛堆肥系统、罐式发酵系统。好氧发酵技术经济综合比较详见表1。

综上所述，由于本项目场地限制、环保要求、防疫风险等要求，因此推荐采用占地面积小、臭气量小、不添加辅料的罐式发酵系统。同时，与静态条垛式堆肥系统及槽式翻抛堆肥系统相比，罐式发酵系统还具备机械程度高、发酵周期短、运行自动化程度高、运行成本合理、建设周期短等优势。

3 罐式发酵设备对比分析

目前，市面上罐式好氧发酵设备根据曝气方式的不同，分为传统机械搅拌曝气式和高压多层曝气式。

3.1 传统机械搅拌曝气式

传统机械搅拌曝气式设备为了使发酵罐体内的物料充分发酵，需要搅拌系统以保证罐体内物料中好氧微生物均匀得到氧气的供应，保持良好的发酵状态，避免局部物料中微生物因得不到足够的氧而形成厌氧发酵。

除此之外，由于传统机械搅拌好氧发酵对罐内物料的含水率要求，导致好氧发酵罐内机械搅拌扭矩较大，同时机械搅拌器又是好氧发酵的核心部件，因此该类设备很难保证全年连续运行，一旦机械损坏，需要维修更换，生产时间最少耽搁1～2周。

3.2 高压多层曝气式

高压多层曝气好氧发酵罐则采用恒定的曝气压力，通过对物料进行全方位、多角度、分时序曝气，使好氧反应器最高发酵温度在55℃以上。通过监测反应器运行的温度、气压、氧气含量等数据，以及自控程序，实现对发酵过程比较精准地控制。

但由于罐体设备采用无机械式动力搅拌，因此在曝气设备选型上需要选取更大功率和更大风量的设备，以保证物料在罐体内能够保持稳定的流态并保证充足的气体扩散。因此，罐体配套风机投资高于传统机械搅拌曝气式。同时由于其不受机械搅拌桨的尺寸制约，罐体容量可进行扩大，因此更加节省系统占地。

综上所述，考虑保证本项目常年稳定运行，结合本项目场地限制、环保等级、防疫风险等要求，为降低工程总投资及运行成本、减少工人劳动强度角度出发，推荐采用设备稳定性强的高压多层曝气好氧发酵罐。

4 结语

现代好氧发酵技术工艺主要有静态条垛式、槽式翻抛式、罐式发酵3种，由于静态条垛式系统与槽式翻抛系统占地面积大、臭气控制难度高等问题，在土地稀缺、人口密集的地区面临更大的环保压力与设计建设难度，存在一定的局限性。而罐式发酵作为近年来快速发展的新兴工艺技术，在满足畜禽粪污快速制肥的同时，具有占地面积小、臭气控制好、环保标准高等特点，因此可以标准配套环保设施，植入集约化、自动化养殖场的设计建设中，具有良好的示范意义。

除此之外，传统养殖场在选择粪污处置工艺时，应根据场地条件、环保要求、防疫控制以及投资估算，因地制宜地选择经济、高效的资源化处置技术。