规模化养猪场粪污处理新技术—密闭式堆肥反应器

文│林昌源（北京沃土天地生物科技有限公司）

我国是世界上的养猪大国，世界上1/2的存栏猪在中国饲养，随着养猪产业化的兴起，规模化养猪场越来越多，也越来越大，随之而来的是环境问题。以有机氮为例，化肥污染占40%，而禽畜粪便污染占35%，禽畜粪便成为环境非点源污染的主要污染源之一。猪粪便排放对环境造成巨大的污染，也是对资源的巨大浪费。如果能够将全年生产的4亿吨猪粪尿充分利用起来，按正常施肥量可解决全国1/10的农田用肥，对增加我国种植业的施肥量及减少化肥的用量将有很大的影响。化肥施用量过大，不仅对土壤的团粒结构有破坏作用，而且也是一种地面水污染源。因此，规模化养猪场粪污处理成为热点研究问题。

目前，堆肥方式由于具有投资小、运行成本低、资源循环利用等优点，已成为畜禽粪便处理的有效途径之一，在全球范围内被广泛应用。随着社会经济的发展和城市化进程的加快，土地资源日益紧缺，居民环保要求和环保意识逐渐加强，现有堆肥工艺和装备的弊端也逐步显现：堆肥周期长（通常为25～40天甚至更长）导致温室气体等排放量加大、工艺结构的平面布局导致占地面地加大、半开放式生产工艺导致堆肥过程控制能力减弱，臭味物质易扩散造成了环境二次污染。因此，畜禽养殖堆肥产业发展亟须一种堆肥周期短、排放少、臭气易于收集控制的密闭式堆肥发酵装置和技术。

一、堆肥工艺比选

目前常用的堆肥系统有很多种，按照有无发酵装置可分为：开放式堆肥系统和发酵仓堆肥系统。开放式堆肥系统包括被动通风条垛式堆肥、条垛式堆肥、强制通风静态垛堆肥系统；而发酵仓堆肥系统包括搅动固定床式、包裹仓式、旋转仓式和分隔式等。按反应器的应用又可以分为非反应器系统（多应用于条垛翻堆系统）和反应器/容器堆肥系统（多应用与强制通风系统）。研究表明，不同的堆肥方式对于堆肥过程有不同的影响，开放式堆肥的氮素损失要高于密闭式堆肥，氮素损失分别为40%和27.3%。

目前常用的高温好氧发酵工艺主要有：条垛式、槽式、密闭式。三种高温好氧发酵工艺比较，见表1。

通过工艺比较，密闭式反应器占地面积小，仅为槽式发酵的20%～25%，处理周期短，可减少物料存放时间。由于其一体式的设计，大大降低设备维护难度及人员配置，臭味也能得到很好的控制，同时还具有操作简便、处理费用低的优势。

二、Compo S-90ET工艺流程

本文介绍的Compo S-90ET是日本中部ECOTEC株式会社研发的密闭式堆肥反应器。“Compo 系列”设备处理效果好，不造成二次污染，占地面积小，操作和使用方便，使用寿命长等优点，在日本得到很多客户的好评，已经有3000多台的销售业绩。

1.堆肥原理。堆肥发酵过程是在微生物的分解作用下使有机物料变成CO2和小分子的有机化合物（有机质），实现有机物料的降解，是一个减量化、稳定化的过程。同时发酵物料也聚集大量的热使堆体的温度达到55℃以上，并且持续一段时间，对病原菌和杂草种子等有杀灭作用，实现有机物料无害化的过程，将畜禽粪便转化为有机肥料，真正实现有机废弃物的资源化利用。

◎图1 COMPO堆肥工艺流程图

2.Compo堆肥工艺流程（图1）。Compo堆肥工艺是根据堆肥发酵原理，采用密闭式反应器来完成好氧发酵过程。新鲜猪粪（含水率70%～80%）从养殖场收集后，不需添加辅料和菌剂，直接加入反应器中进行好氧发酵，发酵时的温度可达到70～80℃，可以保证杀死各种病原菌和杂草的种子等。在此过程中，开动鼓风机补充新鲜空气，并通过搅拌使物料混匀和分散，经过7～12天的周期，水分下降到30%以下，物料完成腐熟，经过筛分包装后即可作为商品有机肥出售。由于反应器是密封的，臭气不会外泄，通过风管收集后的臭气经过生物滤池处理，最终达标排放。

三、Compo S-90ET设备

1.结构特点。Compo S-90ET是一种立式密闭式反应器，主体为一个从顶部进料底部卸出堆肥的筒仓，每天都由一台旋转钻在筒仓的上部混合堆肥原料、从底部取出堆肥。内部有可以输送空气和进行搅拌的叶片，通风系统使空气从筒仓的底部通过堆料，在筒仓的上部收集和处理废气。这种反应器的堆肥周期为7～12天，每天取出堆肥的体积或重新装入原料的体积约是筒仓体积的1/10。由于原料在筒仓中垂直堆放，因而这种系统使堆肥的占地面积很小。

2.技术特点。密闭式堆肥技术模式，需根据原料的水分和热值，调节原料的进料量，无论是高水分还是低水分的原料，可以做到不用添加辅料或循环堆肥，就可以进行高温好氧发酵处理，解决了现行堆肥系统对辅料的依赖。

利用Compo内部的种堆肥在发酵槽内自动搅拌混合，并进行水分调节，达到发酵处理的目的。原料水分含量太高（85%以上），需要的种堆肥量就越多，有机废弃物的可处理量减少。

3.设备优点。

（1）因密封处理，热量损失少，发酵时间短（7～12天）。

（2）处理效果好，经发酵处理后，可生产出安全优质的产品。

（3）发酵槽与机动室分开，耐久性能良好（25～30年）。

（4）密闭式罐体，集中排气收集，除臭效率高。

（5）设备带有屋顶，可安装在室外，节省建设厂房的成本。

（6）设备安装需要面积少（56平方米/台），扩大规模方便。

（7）管理和操作方便，10台设备只需要2名工作人员，可节省人工费。

（8）同年处理能力稳定。

四、经济预算

以万头猪场为例，采用Compo S-90ET密闭式堆肥反应器，占地面积仅需56平方米，主要投资为设备费，实际使用寿命在25年以上，设备折旧费支付完以后，就可以有可观的收入。

1.基础参数。

表1 三种高温好氧发酵工艺的比较表

（1）万头猪场猪粪产量：10吨/日，含水率70%。

（2）CompoS-90ET处理能力：10吨/日/台。

（3）有机肥产量：2.5吨/日，含水率＜30%。

（3）CompoS-90ET价格：280万元/台。

（4）有机肥的销售价格：800元/吨。

（5）电费：0.8元/度

（6）设备折旧：五年

2.第1～5年每年的经济预算。设备的折旧费为56万元/年，所需电费17.28万元/年，人工费3.6万元/年，设备维护2万元/年，合计5年内每年的运行成本需要78.88万元。每年有机肥产量约1400吨，销售收入为112万元/年，5年内每年年利润可达33.12万元。

3.第6年起每年的经济预算。设备的实际使用寿命为25年以上，第六年开始，设备的折旧费为零，所需电费17.28万元/年，人工费3.6万元/年，设备维护5.4万元/年。合计第6年起每年的运行成本需要26.28万元/年。每年有机肥产量约1400吨，销售收入为112万元/年，则从第六年开始年利润可达85.72万元。

五、应用前景

Compo密闭式堆肥反应器自动化程度高，占地小，节省人工和土地70%以上，可实现猪粪的就近及时无害化处理，使堆肥区达到环保要求，利于改善养猪场生产环境，同时为种植业提供优质低成本的有机肥料。与已有堆肥工艺及设备相比，该技术模式及设备具有可户外布置、占地面积小、处理时间短、效率高、无臭味、环境负面影响小、经济效益好等优点，代表着堆肥工艺未来发展的趋势，具有广阔的市场需求和良好的应用前景。目前在国内多个省份均有实际案例。