畜禽粪便综合利用技术

　　畜禽粪便利用技术是根据自然条件、经济条件、养殖规模、环境承载能力等因素，采用多种技术和模式，科学组合，对畜禽粪便进行综合治理，以达到无害化、减量化处理和生态化、资源化利用的目的。目前我国畜禽粪便主要用作沼气发酵原料、肥料、养殖蚯蚓等。

　　一、概述

　　(一)分类

　　1．农村户用沼气技术 农村户用沼气技术是利用沼气发酵装置，将农户养殖产生的畜禽粪便和人粪便以及部分有机垃圾进行厌氧发酵处理，生产的沼气用于炊事和照明，沼渣和沼液用于农业生产。这一技术既提供了清洁能源和无公害有机肥料，又解决了粪便污染问题。

　　我省农村户用沼气池一般为8～10立方米，包括沼气发酵装置、沼渣沼液利用装置和沼气输配系统等。

　　2．集约化畜禽养殖场大中型沼气工程技术畜禽养殖场大中型沼气工程技术是以规模化畜禽养殖场禽畜粪便污水的污染治理为主要目的，以禽畜粪便的厌氧消化为主要技术环节，集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程技术。主要由前处理、厌氧消化、后处理、综合利用四个环节组成。

　　一个完整的沼气工程应同时具备治理污染、生产能源和综合利用三大功能，也就是说，畜禽粪便和污水经过厌氧消化后，既可处理废弃物净化环境，获得优质能源(沼气)，还可进行生物质资源的多层次综合利用。由于畜禽养殖场沼气工程技术集环保、能源、资源再利用为一体，又被称为畜禽养殖能源环境工程技术。

　　3．粪便堆沤处理生产有机肥技术 粪便堆沤处理生产有机肥技术是通过调节畜禽粪便中的碳氮比和人工控制水分、温度、酸碱度等条件，利用微生物的发酵作用处理畜禽粪便，生产有机肥料。畜禽粪便通过堆沤处理腐熟后，由于含有大量的有机质和丰富的氮、磷、钾及微量元素等营养物质，所以是农业生产中的优质肥料，可增加土壤肥力，提高农作物产量和品质，有利于发展现代有机农业。

　　在堆沤过程中，伴随着有机物分解和腐殖质形成的过程，有机质由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质。由于碳素等挥发性成分分解转化，堆沤原料在体积和重量上发生了明显的变化，重量和体积均会减少1／2左右。

　　4．其他利用技术

　　(1)畜禽粪便直接还田利用。畜禽粪便直接还田作肥料是一种传统的、经济有效的粪污处置方式，可以在不外排污染的情况下，充分循环利用粪污中有用的营养物质，改善土壤中营养元素含量，提高土壤的肥力，增加农作物的产量。但若土地处理利用粪便量过多，超过了其承载能力，不仅影响植物的正常生长，造成产量降低，而且污染环境。

　　(2)畜禽粪便蚯蚓资源化处理技术。利用经过发酵的畜禽粪便养殖蚯蚓，其有机质通过蚯蚓的消化系统，在蛋白酶、脂肪酶、纤维酶、淀粉酶的作用下，能迅速分解、转化成为自身或其他生物易于利用的营养物质。利用蚯蚓处理有机废弃物，既可以生产优良的动物蛋白，又可以生产肥沃的生物有机肥。

　　(二)我国技术研发现状

　　近年来，我国集约化养殖业迅猛发展，产生了巨大的社会效益和经济效益，同时也产生了大量的畜禽粪便废弃物。这些畜禽粪便废弃物如果不妥善处理，必将破坏生态平衡，影响畜禽的安全生产和人们的食品安全。针对这种情况，人们研发了各种控制及综合利用的技术。

　　近年来，在引进、消化、吸收国外同类技术的基础上，经过总结和大力研发，已经初步形成能源环保、能源生态等模式的畜禽粪便利用技术，相应的配套设备、设施、产品技术也基本齐备。

　　我国畜禽粪便处理是在参照和引进国外先进技术，针对我国具体国情和经济状况基础上发展起来的，由于处理难度较大和各地情况差异，所以畜禽粪便处理利用技术总体水平不高，有待于进一步提升。

　　随着人们生活水平的改善和对环保要求的进一步提高，特别是随着我国生物技术水平的不断提高和有关机械及设备的进一步改进，形成高效低耗畜禽粪便处理技术是完全有可能的。可以预料，畜禽粪便的资源化、无害化处理和综合利用是今后我国畜禽粪便处理利用的方向，将有利于我国农业可持续发展和农业环境污染的治理。

　　(三)国外发展情况

　　1．发展现状 防治畜牧业污染已引起越来越多的国家和地区的重视，尤其是发达国家已经把畜牧业污染的技术规范化、防治法规化。这些国家对畜禽养殖场的建设管理严格，实施种养区域平衡一体化，控制畜禽粪便施用量，要求污染治理并达标排放，并采取污染转移策略，制定优惠政策，形成了法律、法规和技术规范的完整体系。

　　技术上，从畜禽养殖场选址、建设、处理与贮存、综合利用等都作了规范。畜禽养殖污染治理思路明确，如加拿大以畜禽粪便的利用为主，实现畜牧业和种植业的高度结合，产生粪便污水经还田得到利用，基本没有污染物的排放，无需投人大量污染治理设施。采用的技术措施主要有：固液分离、畜禽污水处理、堆沤发酵处理和臭气散发防治等。

　　2．发展趋势 从国外尤其是发达国家的畜禽污染治理状况来看，主要是采取畜牧业和整个农业的高度结合的方式，以充足的土地进行消化作为解决畜禽污染的出发点，采取独立处理、复合回收、循环共生、远程控制的现代综合利用(处理)技术，通过技术引导、技术指导、技术规范，结合有关政策、法规和国家法律来进行多层次、多方面的管理，实现治理污染的目的。

　　3．对我国的启示 发达国家对养殖业废物利用处理关键是实现了技术发展和管理的有机结合。这也是发达国家从污染一治理一发展技术一加强管理的实践中逐步形成的，值得我们借鉴。我国应在进一步研发处理技术的同时，注重技术和管理相结合研究。

　　二、技术要点

　　(一)农村产用沼气池

　　1．技术路线(工艺流程) 目前我国建设的农村户用沼气池，一般都采用底层出料水压式沼气池型。在水压式沼气池的基础上进行改进和发展，还研究出了强回流沼气池、旋流布料自动循环沼气池等。

　　2．主要技术环节及要点

　　(1)各部件和设备的特点。我国产用沼气池的最主要部件有三个部分：进料口、发酵池、出料间。发酵池是核心部件，必须满足能够密闭，有一定的池容、抗压强度、使用寿命并便于维修等要求。

　　(2)技术的主要性能参数。

　　①气密性。设计池内气压为8千帕或4千帕时，24小时观测(水压法或气压法均可)漏损率小于3％为合格。

　　②产气率。目前我国农村沼气池一般为常温发酵，当满足发酵工艺要求和正常使用管理的条件下，池容平均日产气量为0.2～0.4立方米。

　　③正常贮气量：为日产气量的50％。

　　④强度安全系数：K≥2.65。

　　⑤正常使用寿命：10-15年以上。

　　⑥活荷载：2 000千牛／平方米。

　　⑦地基承载力设计值≥50千帕。

　　⑧工作气压。池内正常工作气压≤8千帕，最大气压限值≤12千帕。

　　⑨沼气池容积。沼气池容积根据农户的养殖规模和日最大耗气量确定，是设计中的一个关键。目前在我省广大农村地区多采用8～10立方米的沼气池。

　　⑩投料量。沼气池的投料量应根据不同的贮气方式确定。水压式沼气池，设计最大投料量以不大于主池容积的90％为宜。

　　(3)推广该项技术需要注意的事项。要充分发挥其能源、生态、经济多种效益，为农民提供优质生活能源，改善庭院卫生环境，必须在保证建设质量的同时，还应注重后期管理维护，同时引导农户开展沼液、沼渣综合利用，推广应用“四位一体”和“猪一沼一果”等多种模式，发展循环农业。

　　(4)主要技术和建设模式。目前我国户用沼气主要有底层出料水压式沼气池、强回流沼气池、旋流布料自动循环沼气池等池型。根据地域、气候、环境条件和各地农业发展的特点，我省主要应用有“四位一体”能源生态模式与技术，“猪一沼一果”能源生态模式与技术，“五配套”能源生态模式与技术等。

　　在实际推广中，推行了“一池三改”，即在建设户用沼气池的同时，统一规划，将沼气池、畜禽舍、厕所同步连通改造或新建。

　　(二)集约化畜禽养殖场大中型沼气工程

　　主要技术环节及要点

　　(1)各部件和设备的特点。目前常规工艺系统一般由五大部分

　　①前处理装置。包括预处理池、调节池、增湿装置和固液分离设备等装置和设备。这些装置和设备对于保证沼气工程系统的稳定运行具有重要的作用。

　　②厌氧消化器。包括厌氧生物滤床(AF)、上流式污泥固定床(UASB)等消化装置，对提高工程系统技术功能作用显著。

　　③沼气的收集、贮存及输配系统。包括气液分离、净化脱硫、贮气输气和沼气燃烧等设备。对于保证向用户稳定供气和高效率使用具有关键性的作用。

　　④沼液后处理装置。包括发酵液沉淀池、好氧厌氧处理设施以及废液的排放设施等，是确保达标排放不可缺少的组成部分。

　　⑤沼渣处理系统。包括发酵后固体残余物的干燥、固液分离和制造颗粒肥料和饲料等设备，是改善整个工程的经济性和实现资源综合利用的主要技术措施。

　　(2)推广该项技术需要注意的事项。

　　第一，畜禽养殖场沼气工程的设计应该符合当地总体规划，与当地客观实际紧密结合，正确处理集中与分散、处理与利用、近期与远期的关系。应以减量化、无害化、资源化为目标，应用先进技术和工艺，实行清洁生产，从源头上减少粪污排放量。

　　第二，畜禽养殖场沼气工程的原料是养殖场的污水和粪便，应有充足和稳定的来源，严禁混入其他有毒、有害污水或污泥。

　　第三，畜禽养殖场沼气工程必须科学设计，以节省投资和降低运行费用。

　　第四，畜禽养殖场沼气工程的设计应由具有相应设计资质的单位承担。运行管理人员必须熟悉沼气工程处理工艺和设施、设备的运行要求与技术指标，并应持有职业资格证书(沼气生产)。操作人员必须了解本工程处理工艺，熟悉本岗位设施、设备的运行要求和技术指标。

　　第五，畜禽养殖场沼气工程运行、维护及安全规定应符合现行有关标准的规定。应建立日常保养、定期维护和大修三级维护保养制度。

　　第六，必须按照有关防火、防爆的要求做好安全防护措施，确保安全。

　　(3)主要技术(设备)。目前主要工艺类型有第一代厌氧反应器：AC(全混合接触式厌氧)；第二代厌氧反应器：AF(厌氧生物滤床)、UASB(上流式污泥固定床)、USR(升流式固体反应器)、UBF(升流式厌氧复合床)、厌氧混合反应器、厌氧折流反应器等；第三代厌氧反应器：EGSB(颗粒污泥膨胀床)、IC(内循环厌氧反应器)等。

　　(三)粪便堆沤处理生产有机肥

　　1．主要技术环节及要点

　　(1)主要设备。畜禽粪便堆沤处理和制肥过程需要采用大量的通用设备和非标准设备。

　　①前处理相关设备。主要有地磅秤、堆料场、卸料台和进料门、贮存塘或池、装载机械、运输机械等。

　　②堆肥设备。主要有翻堆机和发酵池、多段竖炉式发酵塔、筒式发酵仓、螺旋搅拌式发酵仓等。

　　③造粒设备。主要有滚筒式造粒机、转盘式造粒机、挤压式造粒机、压缩式造粒机等。

　　④筛分和包装设备。主要有固定筛、筒形筛、振动筛等。

　　(2)主要技术参数。

　　①C／N(碳氮比)。堆肥混合物的碳氮平衡是使微生物达到最佳生物活性的关键因素。堆肥混合物的C／N应保持在(25～35)：1。

　　②湿度。好氧堆肥一般应保持在40％～70％。

　　③pH。酸碱度随堆肥混合物种类以及堆肥工艺阶段的不同而变化，一般情况下不需调节。若需调节，可在堆肥降解开始前，通过向混合物投加碱或酸性物质来调节。

　　④其他设计参数。

　　长方形发酵堆垛需定期翻堆，使温度保持在75℃以下。翻堆频率为2～10天／次。

　　长方形条垛的宽、深只受翻堆设备的限制。条垛一般1.2～1.8米深，1.8—3.0米宽。

　　肥堆高度通常为2.5—4.5米，宽度通常为2倍深度值。

　　(3)推广该项技术需要注意的事项。

　　①堆肥时间。堆肥时间随C／N、湿度、天气条件、堆肥运行管理类型及废物和添加剂不同而不同。运行管理良好的条剁发酵堆肥在夏季堆肥时间一般为14—30天。复杂的容器内堆肥只需7天即可完成。

　　②温度。要注意对堆肥温度的监测。有利于微生物发酵并杀灭病原体，堆肥温度要超过55℃。

　　③湿度。注意阶段性监测堆肥混合物的湿度。过高和过低都会使堆肥速度降低或停止。过高会使堆肥由好氧转变为厌氧，产生气味。

　　④气味。气味是堆肥运行阶段的良好指示器。腐烂气味可能意味着堆肥由好氧转为厌氧。

　　三、适宜推广情况分析

　　近年来，我国畜禽养殖业的发展呈现出四个特点：一是集约化畜禽养殖场大量兴起，发展速度快，其产值约占畜禽养殖业的40％。二是集约化畜禽养殖场发展区域不平衡，大多建在人口稠密、交通方便和水源充沛的地方，约30％的集约化畜禽养殖场距离居民区或水源地不到100米，80％以上大中型集约化畜禽养殖场分布在对畜禽产品需求较大的东部沿海地区及大城市郊区，而西部地区大中型集约化畜禽养殖场仅占总量的l％左右。三是相当数量的新建集约化畜禽养殖场是通过“公司+农产”形式集中发展起来的，或由养殖专业户扩大规模发展而成，因此许多养殖场配套设施不完善，目前小规模集约化畜禽养殖场占我国集约化畜禽养殖场总数的80％以上。四是种、养分离趋势明显，有80％以上的集约化畜禽养殖场没有足够数量的配套耕地以消纳其产生的畜禽粪便，使集约化畜禽养殖场的污染危害日渐凸显。

　　专家预测，随着年我国大中型养殖场的养殖量较快的增长，畜禽养殖粪便的排放量将快速增长。这些粪便若不能得到及时有效的处理，将对农田和水体造成严重污染。

　　我国现有各类规模养殖场1万多个，绝大多数没有沼气工程设施，已建沼气工程的不足5％。