大型沼气工程畜禽粪污资源化利用

2022-09-15廖祯群

云南农业 2022年9期

廖祯群

（芒市畜牧站，云南芒市 678400）

随着规模化养殖业发展，产生大量废弃物造成的环境污染日益突出，针对养鸡场对粪污的不同处理方式，根据循环再利用理念，对德宏州任远养殖有限公司利用厌氧发酵工艺处理鸡粪的工艺分析，表明该工程可以有效地解决养鸡场污染问题，并带来可观经济效益及生态效益。

1 家禽养殖及废弃物利用

1.1 家禽养殖及鸡粪排放情况

根据芒市畜牧站提供的数据，截至2020年底芒市家禽存栏量达到142万羽，其中鸡占98万羽，已备案的规模养鸡场23家。每羽成年鸡平均每天产粪0.1 kg，需冲洗水0.3 kg。据测算全市每年排放粪污3.58万t。

1.2 鸡粪特性

1.2.1 主要成分

鸡肠道短，吃进的饲料消化利用不充分，约有40%～70%的营养物被排出体外，因此鸡粪在所有畜禽粪便当中养分是最高的。鸡粪中含有丰富的营养，其中粗蛋白18.7%、脂肪2.5%、灰分13%、碳水化合物11%、纤维7%，含氮2.34%、磷2.32%、钾0.83%，分别是猪粪的4.1倍、5.1倍和1.8倍。

1.2.2 鸡粪与其他畜禽粪便的不同

鸡粪含糖量高，容易发酵腐败，难以存放；鸡在春秋季节易发病，多数养殖场会进行药物防疫，粪便药物残留为后续处理带来不便；鸡粪中含有大量鸡毛及部分饲料中添加的砂石和钙盐。

1.3 鸡粪的处理利用

1.3.1 加工成鸡粪饲料

新鲜鸡粪、秸秆粉或米糠、麦麸按一定比例混合后加入益生菌活性液，控制含水量，先经好氧发酵，再经厌氧发酵后可加工成鸡粪饲料。

1.3.2 堆肥发酵

将鸡粪与其他有机物如秸秆、杂草等混合，添加发酵菌后堆积，控制适宜的相对湿度（70%左右），使微生物大量繁殖，有机物分解并转化为植物能吸收的无机物，从而得到优质肥料。

1.3.3 青贮氨化

将新鲜纯鸡粪与切碎的饲草、水果和蔬菜废弃物，或马铃薯、甘薯秧、谷物等混合后青贮，保持含水量40%～7 5%，并添加适量的氢氧化铵，以提高饲草与鸡粪贮料的消化率和适口性。

1.3.4 风干粉碎

将鲜鸡粪在塑料大棚内摊开晾晒，粪层厚度小于15 cm，用钉齿耙搅动，同时用高速鼓风机吹风。鸡粪晒干后，粉碎加工成颗粒饲料。

1.3.5 沼气发酵

以上4种鸡粪的处理方式或将面临着污染、发酵周期长、工艺不稳定、安全无保障等问题。而沼气发酵的处理方式技术先进、工艺成熟、安全适用，最重要的是能彻底解决污染问题。通过沼气工程厌氧发酵，产生沼气，沼气可用做生产生活用能，沼渣用来做鱼饵或肥料。

2 厌氧发酵工艺设计

2.1 发酵原料特性及工艺选择

2.1.1 鸡粪作为沼气发酵原料的特性

鸡粪中干物质浓度（TS）约为30%，含水量约为70%[1]；pH值6.5～7.5；化学需氧量（COD）43～77g/L；生化需氧量（BOD5 ）17～32 g/L[2]。

2.1.2 发酵工艺选择

根据《沼气工程技术规范第1部分：工艺设计》（NY/T 1220.1—2006）中“溶解性有机废水宜选用升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧滤器（AF）、升流式厌氧复合床（UBF）；高固体含量或其他难降解的有机废水宜选用完全混合式厌氧消化器（CSTR）、厌氧接触工艺（AC）和升流式厌氧固体反应器（USR）”，综合考虑鸡粪的特性、厌氧消化器工艺特点及经厌氧消化罐产生的沼液需进行进一步处理，进入站外沼液储存池供自有柠檬基地使用，所以选择CSTR发酵工艺。2.1.3 完全混合式厌氧消化器（CSTR）

图1 完全混合式厌氧消化器示意图[3]

此种消化器是在常规消化器（常规沼气池）内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，与常规厌氧消化器相比，使活性区遍布整个消化器，因而其效率明显提高。CSTR消化器多采用恒温连续投料或半连续投料工艺，发酵温度属中温或高温，水力滞留期（HRT）一般超过15 d，有机负荷率为中温3～4 kg/m3·d，高温5～6 kg/m3·d[3]。

（1）CSTR消化器的优点。一是可以进入高悬浮物固体含量的原料。二是消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会。三是消化器内温度分布均匀。四是进入消化器的抑制物质能够迅速分散，保持较低的浓度水平。五是避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象[1]。

（2）CSTR消化器的缺点。一是由于该消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大。二是要有足够的搅拌，所以能量消耗较高。三是生产用大型消化器难以做到完全混合。四是底物流出该系统未完全消化，微生物随出料而流失[1]。

2.2 工程规模

德宏州任远养殖有限公司是一家专业从事羽蛋鸡养殖、科技示范、研发、加工和营销为一体的农业企业，现有存栏蛋鸡4.1万羽，2014年被云南省农业农村厅批复为蛋鸡养殖场标准化示范场。2016年11月投资402万元新建大型沼气工程，建设CSTR厌氧发酵罐1 000 m3，湿式贮气柜200 m3，2017年7月建成投产，运行4年来，平均年产沼气13.65万m3，累计处理粪污2.34万t。

2.3 工艺流程及说明

图2 德宏州任远养殖有限公司大型沼气工程工艺流程图

2.3.1 除杂、沉沙、调配及发酵

冲洗污水经格栅渠去除较大杂物后，进入集料沉沙池，稀污水由养殖场另行处理后回用或排放，浓污水和干粪一起进入调配池，调配成TS浓度适宜的发酵料液，发酵料液经进料泵输送至中温厌氧消化罐进行发酵，设计进料量为48 t/d，进料TS浓度11%，HRT为20.8 d，发酵温度中温（35±2 ℃），有机负荷5.25 kgTS/m3·d，容积产气率1.2m3/m3·d，VS去除率70%～80%。

为充分消化利用粪便内的有机物，缓冲池和厌氧消化罐内配有搅拌机，消化罐内还安装了泥浆泵、回流循环泵，使池内物料充分混合，受热均匀，保证了产气质量。为保证发酵温度，设有热水锅炉对发酵装置进行增温。

2.3.2 沼气的产生与利用

厌氧发酵产生的沼气经过气水分离器，脱硫塔净化处理后，60%用于发电，供鸡舍风机降温、场区雏鸡保温以及照明，40%用于烧热水锅炉对发酵装置增温，除增温外剩余沼气用于食堂用气、养殖场内锅炉使用。发酵产生的沼渣用作固态肥料出售，沼液进入缓冲池，经有机肥加工处理，再进入站内沼液储存池储存一段时间，之后进入站外沼液储存池供柠檬基地使用。

2.4 工程特点

2.4.1 增设了沉沙池

由于鸡粪中含有大量沙子，如果把未经处理的鸡粪投入发酵罐中，久而久之沉积的沙子越来越多，发酵容积减小，产气下降。为了解决这一问题，增设了集料沉沙池，确保沙子不进入发酵罐。

2.4.2 注重脱硫处理

鸡粪中硫的含量高，而硫会对设备造成严重的腐蚀，为了延长设备使用寿命，降低硫对设备的腐蚀损害，采取脱硫塔二次脱硫的处理措施。

3 存在问题

3.1 容积产气率过低

项目设计之初，考虑企业的发展规划，将养殖规模设定为12万羽，进料量为48 t/d，CSTR厌氧消化罐设计规模1 000 m3。竣工总投资402万元，中央资金补助150万元，企业自筹252万元。截至2020年底，养殖规模仅为5万羽，进料量约20 t/d，年产沼气18.3万m3，容积产气率0.5m3/m3·d，仅为当初设计时的容积产气率的42%，投资效率过低。