畜禽粪污有机肥加工技术及应用探讨

陈海林

（山西省农业机械发展中心，山西太原 030021）

0 引言

近年来，随着我国畜牧养殖业的迅速发展，呈现出区域化、专业化、规模化、集约化经营的特点，在满足了人们对肉、蛋、奶需求的同时，也造成了严重的环境污染。规模化养殖场畜禽粪污的排放具有集中度强，排放量大，污染浓度高等特点。据统计，我国每年产生的畜禽粪污高达38亿 t之多，且以年均3%的速度逐年递增。我国于20世纪80年代后期开始关注畜禽养殖业污染问题，90年代初，杭州湾的污染问题引起各级政府的高度重视，研究结果显示，农业化肥施用及畜禽粪污为杭州湾污染的主要来源，这一结论首次敲响了我国畜禽粪便污染的警钟[1]。1999-2000年，国家环保总局对全国规模化养殖业污染情况进行了调查，结果显示，畜禽养殖业带来的环境问题日趋严重，是形成面源污染的主要因素之一[2]。很多养殖企业将畜禽粪便直接排入附近的农田，河道，下水管网甚至江河之中，不仅污染了环境，传播了病菌，更严重的是影响了地表水的质量，威胁到了人类的生存环境。另一方面，畜禽粪便含有有机质和氮、磷、钾等营养成分，是农作物生长的主要养料，不经过加工处理而直接外排，会造成大量资源的浪费。因此，将养殖场畜禽粪污经过工厂化处理制成有机肥料，是我国畜牧业发展的必由之路，既解决了环境污染问题，又可促进绿色有机农业发展，还保证了养殖业的可持续运行，可谓一举多得。

1 畜禽粪污的成分及特征

畜禽粪便中含有丰富的有机物质，此外还含有氮磷钾钙、钠、镁、铁、锰、铜、锌、粗脂肪等多种营养物质，且其中8%~10%是氨基酸[3]。据分析，鸡粪的干物质中，含粗蛋白13.4%~35%，粗纤维11%~15%，粗脂肪2%~4%；猪粪的营养价值仅次于鸡粪，猪粪的干物质中含粗蛋白16.99%，粗纤维20.69%，粗脂肪8.24%[4]。将畜禽粪便同农业废弃物混合经过特定处理技术发酵腐熟制成有机肥施用于农田，对于增强土壤肥力、改善土壤结构，增加土壤的持续生产力具有重要作用，因此，畜禽粪污将是生产有机肥的主要原材料。

2 有机肥概述

2.1 有机肥定义

2.1.1 广义上，有机肥俗称农家肥，是以各种动物、植物残体或代谢物组成，如人畜粪便、秸秆、动物残体、屠宰场废弃物等。还包括各种饼肥、堆肥、沤肥、厩肥、绿肥、沼肥等，主要以提供有机物质来改善土壤理化性能，促进植物生长及土壤生态系统的循环。

2.1.2 狭义上，有机肥专指以各种动物废弃物（动物粪便、动物加工废弃物）和植物残体（饼肥类、作物秸秆、落叶、枯枝、草炭等），采用物理、化学、生物或三者兼有的处理技术，经过一定的加工工艺（包括但不限于堆制、高温、厌氧等），消除其中的有害物质（病原菌、病虫卵害、杂草种籽等）达到无害化标准而形成的符合国家相关标准（NY 525-2012）及法规的一类肥料。有机肥中不仅含有植物生长必需的大量元素、微量元素，还含有丰富的有机养分，是最全面的肥料。

3 有机肥在农业生产中的作用

3.1 改良土壤、培肥地力

有机肥料施入土壤后，有机质能有效地改善土壤理化状况和生物特性，熟化土壤，增强土壤的保肥、供肥能力，提高土壤通气性能，为作物的生长创造良好的土壤环境。

3.2 增加产量、提高品质

有机肥料含有丰富的有机物和各种营养元素，为农作物提供养分。有机肥分解后，为土壤微生物活动提供能量和营养，促进微生物活动，加速有机质分解，产生的活性物质等能促进作物的生长，从而增加产量和提高农产品的品质。

3.3 提高肥料的利用率

有机肥含有养分多但相对含量低，释放缓慢，而化肥单位养分含量高，成分少，释放快，两者合理配合施用，相互补充。有机质分解产生的有机酸还能促进土壤和化肥中矿质养分的溶解，有机肥与化肥相互促进，更利于作物吸收，提高肥料的利用率。

4 现代有机肥加工技术

中国自古就是农业大国，有着悠久的农耕历史，在过去传统农业生产中，农家肥一直占据重要的位置，农家肥是广义上的有机肥，没有完全达到无害化标准。随着现代规模化、集约化养殖场的迅速发展，传统的就地堆制农家肥的方式已经不适应现代养殖业畜禽粪污处理的要求。建设有机肥加工厂运用现代有机肥加工技术处理畜禽粪污将是今后规模化养殖业消纳粪污的主要方式。现代有机肥加工技术包括前期好氧发酵堆肥和后期造粒两个部分，这里只探讨前期好氧发酵堆肥部分的相关技术，好氧发酵堆肥加工有机肥是目前规模化养殖场畜禽粪污处理的主要方式。

4.1 现代有机肥加工工艺

从80年代开始，我国开始工厂化加工有机肥技术的研究，经过近40年发展，形成了经济实用的好氧发酵堆肥方法。工艺流程如图1。

图1 好氧发酵堆肥方法工艺流程图

好氧发酵堆肥技术是将畜禽粪污（含水率很高须经过固液分离后）集聚，加入农作物秸秆、稻壳、谷糠、木屑、煤灰等干物质辅料调节水分和碳氮比，增加物料透气性，然后加入微生物发酵菌剂促进物料快速发酵，并配备专用机械设备进行均质、翻抛增氧、发酵腐熟后制成标准有机肥。养殖企业可根据自身规模、场地及粪污产生量，应用不同堆肥发酵法将粪污加工成标准有机肥。

4.2 有机肥好氧发酵堆肥工艺技术要求

有机肥堆肥发酵应按照2019年9月1日实施的《畜禽粪污堆肥技术规范》（NY/T3442-2019）所要求的技术标准执行，生产合格的有机肥产品。

4.2.1 混合后的物料含水率为45%-65%，碳氮比为20：1~40：1，粒径不大于5 cm，PH值要求在5.5~9.0.

4.2.2 发酵过程中可以添加微生物和酶制剂等物料腐熟剂，添加量应在物料质量的0.1%~0.2%，所用腐熟剂应获得相应管理部门认证。

4.2.3 通过曝气或翻堆，使堆体温度升高到55℃以上，条垛式堆肥维持时间不少于15天，槽式堆肥维持时间不少于7天，反应器堆肥维持时间不少于5天。

4.2.4 条垛式发酵和槽式发酵的翻堆次数为每天一次，反应器发酵应根据实际运行中物料温度和出料情况调整搅拌频率。

4.3 有机肥好氧发酵堆肥方法

4.3.1 条垛式发酵法。将从圈舍清理出来的粪便聚集起来，加入发酵菌剂、木屑、作物秸秆、泥炭土等各种辅料混合均匀，按照工艺技术要求调节碳氮比和水分含量，达到微生物发酵的最佳条件。

在预先准备好的水泥地或盖有塑料膜的泥地上进行堆肥，将物料堆成高度1.5~2 m，宽度1.5~3 m，长度视场地大小和物料多少具体确定。

根据堆肥发酵升温情况利用翻抛机定期对条垛进行均匀翻抛增氧，促进物料的快速发酵，直到整个条垛完全腐熟。本方法的优点是投资小，操作简单；缺点是占地大，用工多，发酵时间长，对周围环境污染较大，适合中小型养殖场的畜禽粪污处理。

4.3.2 槽式发酵法。槽式发酵法要求发酵槽为钢筋混凝土结构，相邻两个发酵槽共用池壁，池壁宽度根据配套翻抛机的要求确定，并能承受翻抛机的重力，槽底既要能承受发酵物料的重力，又要能承受装载机的重力，同时还得满足通风曝气要求。槽式翻抛机是现代好氧槽式堆肥的核心设备，取代了人工、铲车对物料的翻堆。

用铲车或手推车将畜禽粪便（含水量小于70%）倒入发酵槽内，厚度0.8~1.5 m左右，参入发酵菌剂、锯末、秸秆等添加辅料，开动翻抛机沿轨道连续翻抛物料，使其搅拌均匀，达到堆肥发酵技术要求；以后每天翻抛一个来回，加速物料发酵，经过15天左右基本腐熟，到物料出口端就变为发酵腐熟的有机肥；出来的有机肥就可直接进入干燥设备快速烘干或造粒晾晒干后成为商品有机肥。这种工艺是早前国内应用最多的一种模式，翻抛形式常见的有旋转叶片、螺旋搅拌、旋转轨链等。优点是能充分利用光能和发酵产生的热量，设备简单，运行成本低。缺点是占用场地大；发酵完的有机肥湿度大，需经过后期干燥；大棚内空气污浊、温度高，不适宜人工操作。

4.3.3 卧式罐发酵法。卧式罐发酵法是通过应用卧式发酵滚筒或罐体来完成畜禽粪污好氧发酵堆肥的一种方法。该设备由罐体、搅拌器、曝气系统、加热装置、上料系统、出料系统、电器控制柜等组成。

将圈舍清理出来的畜禽粪便与发酵菌剂、作物秸秆、木屑等辅料混合均匀，按堆肥发酵技术要求调节水分含量，用铲车或提升机将物料通过料斗送入卧式发酵罐内，通过内部加热装置或从外部充入热风或蒸汽，让罐内物料温度不断升高，同时物料在微生物好氧发酵分解作用下释放热量，在搅拌器作用下均匀升温，直至罐内温度达到80~90℃，持续1小时以上，以便充分杀灭细菌和虫卵，物料在罐内经7~10 h发酵腐熟成有机肥。本方法的优点是占地小，机械化程度高，发酵腐熟较完全；缺点是设备投资较大，耗能高，肥料需要后期干燥。

4.3.4 塔式翻板发酵法。塔式翻板发酵法是通过应用立式翻板发酵塔来完成粪污好氧堆肥发酵的一种方法，该设备是由多层发酵室、主轴传动系统、液压动力系统、上料提升系统、热风炉、高压送风系统、除臭系统、控制系统等组成。

将清出的畜禽粪污同发酵菌剂、作物秸秆、锯末等辅料搅拌均匀，调节水分含量和碳氮比达到堆肥发酵工艺技术要求，通过输送带或料斗提升到多层发酵塔内，物料在塔内得到充分的好氧发酵分解并释放热量使自身温度升高。通过翻板的翻动使物料逐层下落实现通风、增氧、搅拌等发酵条件并控制温度在55~60℃之间，在此温度下，物料堆体中的大量水分蒸发，病原菌和寄生虫死亡，同时除臭系统对排出的气体进行生物除臭，达到快速发酵、除臭、脱水生产出有机肥。这种方法的优点是占地小；充分利用了物料自然发酵产生的热量，发酵速度快，利于水分散失；机械化程度高，发酵条件易于控制。缺点是投资大，能耗高，设备故障率高。

5 现代有机肥加工技术的优势

1）运用现代有机肥加工技术生产有机肥可以将传统堆肥周期从30~90天，缩短到7~15天，甚至更短，大大提高了生产效率；

2）规模化养殖场运用现代有机肥加工技术可全年处理畜禽粪污，实现有机肥连续化生产；

3）可以对畜禽粪便处理的全过程进行控制，将环境污染降到最低；

4）可根据养殖场养殖规模及产生的粪污量来设计相应的有机肥生产线规模；

5）运用现代有机肥加工技术加工的商品有机肥肥效全面、安全性好、方便运输。

6 有机肥推广应用存在的问题及建议

1）有机肥生产成本比较高，项目投入产出比不协调，养殖企业不愿意投资，建议政府给予相应补贴。

2）有机肥料虽然营养全面但相较于化学肥料有效成分偏低，且释放缓慢，对农作物增产不太明显，影响了农民使用的积极性。建议加大宣传力度，提高农民对有机肥料的认识。

3）有机肥与化学肥料同效当量施用时，有机肥施用量比化学肥料要多几倍，农民从利益上计算增加种植成本和劳动量，不愿意施用有机肥料。

4）市场上很多冒充“有机食品”销售的农产品很多不是用有机肥料或者不完全是用有机肥料种出来的，损害了真正的有机农产品种植户的利益，也相应影响了有机肥料的推广应用，建议有关部门加强有机农产品的认证把关和市场监管力度。

7 有机肥发展展望

有机肥料是农作物生产的主要原料，在农业生产中具有重要意义。然而，为解决我国人口大国粮食需求量大的问题，长期大量使用化学肥料追求高产高效，使土壤理化性状、土壤生态环境、土壤微生物系统受到破坏，土壤中的营养元素比例严重失调，土壤酸化、板结严重，肥力不足，造成了农产品品质污染，产量下降。随着农业现代化的不断发展，有机肥在农业生产中的作用将受到进一步重视，有机肥料才是生产绿色食品的主要肥源。用有机肥种出的农产品口感好，能保持瓜果蔬菜等本身特有的营养和味道。由于有机肥料中各种营养元素全面，而且这些物质无毒、无害、无污染，为生产高产、优质、健康的绿色食品提供了必要条件。另外，随着社会的进步，人们健康意识的增强，对生活质量和生活品质有了更高的要求，追求纯天然绿色无公害食品成为一种时尚。所以为人们提供绿色、无公害、健康食品的有机肥料将会被大量应用到农业生产中。

2016年12月21日，习近平总书记主持召开中央财经领导小组第十四次会议，就解决好畜禽养殖废弃物处理和资源化利用等人民群众普遍关心的突出问题发表重要讲话，要求到2020年基本解决大规模养殖场畜禽粪污处理和资源化问题，翻开了我国畜牧业绿色发展的新篇章[5]。所以说，集约化、规模化养殖企业将在国家政策的指引下健康发展，养殖场畜禽粪污有机肥加工技术有利于环保与资源的循环利用，具有广阔的发展前景。