异位发酵略谈

2023-02-04杨振鸿

猪业科学 2023年1期

刘良，肖萍，杨振鸿，毕卓

（1.长江师范学院绿色环境智慧学院，重庆涪陵 408100；2.重庆溯青环保技术研究院有限公司，重庆涪陵 408100）

1 前言

2017年，国务院办公厅印发《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，异位发酵技术被推介为经济实用技术。2018年，异位发酵技术被农业农村部颁布为十项重大引领性农业技术之一，其集源头减量化、过程无害化、末端资源化为一体。

“十二五”开始，我国生猪产业快速地朝集约化、工厂化发展，导致粪污迅速聚量，给本来就种养分离的养殖业带来极大的环保压力。好氧发酵产生的高温可以杀灭病菌、无害化管理养殖粪污，附以翻抛可以蒸发大量水分，因此，异位发酵床被迅速推广开。2019年四川省建成和在建异位发酵床达1 500家以上，重庆市涪陵区2021年底建有226个异位发酵床。虽然异位发酵床数量众多，但实际技术落地情况并不乐观，主要表现为休眠床、死床数量众多，特别是冬季低温时期。

2 问题所在

2.1 研究与实际工况相差甚大

异位发酵的试验研究由早期的物料组分、发酵温度等深入到机械设计、发酵菌的研究，甚至采用卷积神经网络对堆肥腐熟度进行研究，科研工作人员对发酵过程、设备的开发研究越来越精细化。但是，异位发酵床实际工况差强人意，除了夏季，其他季节存在或大或小的问题。

2.2 设备质量及供应商技术水平参差不齐

异位发酵管理设备种类繁多，不同设备适用于不同工况。异位发酵的“零排放”工艺迎合了种养分离、没有足够土地的养殖企业的需求，规避了环保带来的压力。所以，异位发酵设备迅速得以推广，导致市场呈现了鱼龙混杂的态势，养殖企业和技术推广部门面对新事物并没有透彻地了解各类设备的特性。直到今天，很多企业在采购前期对设备及技术的了解并不到位，安装使用后发现设备不能满足生产需求，导致资金浪费和设备闲置。表1列举了调研过程中三类典型设备及存在的问题，以供参考。

表1 工程中翻抛设备及缺陷

企业普遍反映的问题还有，很多设备厂商往往单纯地将设备出售给业主，后期不能提供技术指导和售后服务，导致管理人员需要很长一段时间摸索经验，如果人员更换后接手人又很难在短期内掌握如何进行机器的运行、维护和检修，这也成为了养殖企业的痛点之一。

2.3 实际工程生产细节繁杂

异位发酵床管理细节繁杂，普通人员较难短时间内快速掌握该技术。异位发酵床属于好氧堆肥化范畴，不同的是异位发酵床设计是用来每天消纳养殖场粪污，物料起始态并未调节到适宜碳氮比范围内。很多养殖企业没有足够的种植用地，所以他们把发酵床作为救命的“海绵”用。调研过程中，一个长30.0 m、宽5.0 m、垫料深度0.6 m的发酵床1 d 喷淋粪污的量竟然达到了5.0 m³之多，所用翻堆设备属于表1第一类设备，地面距离辊刀边缘还有15 cm之多，也就是说有效垫料的体积仅有67.5 m³，多余的粪污直接渗出流至回流池。

猪场养殖废水含有大量掉落的被毛，时常还有掉落的输精管包装袋，如图1所示，输送到异位发酵床会导致水泵堵塞和影响设备布水效果，导致设备管理效果快速变差甚至系统崩溃。即便采用切割泵，众多的猪毛还是可以堵塞小孔径喷洒装置。

图1 废水中的杂物

翻抛机设计不合理会给设备使用带来很多隐患。如图2所示，大车电机已然看不到外形，电机尾端的散热系统被粪污封闭，夏季长时间运作可导致电机烧毁，该工况下也会缩短电机的使用寿命。该设备的另一个设计缺陷也显而易见，翻抛垫料和粪污将喷头已经包裹地认不出形状，这种状态下根本达不到喷洒要求。

图2 机械设计不佳

2.4 设计不匹配

异位发酵在2013年研发成功，在推广初期，没有国家标准和地方标准加以指导。很多设备公司利用该空白期，推广了一大批不适合的设备，导致管理效果差，现阶段想要进行设备升级时发现只能拆除原来的设施和设备。早期的设计标准很多为5头/m³，现有研究表明，该定额过大，不适合当下工程设计，而且由于养殖场当时新建条件下，异位发酵池的面积过小，剩余土地被养殖场其他设施挤占，因此，现有条件下很多养殖场没有多余土地用于改建。

为了弥补早期指导标准的缺失，很多省市制定了地标。DB35/T 1678-2017福建省地方标准、DB34/T 3665-2020安徽省地方标准、DB42/T 1748-2021湖北省地方标准、DB45/T 2357-2021广西壮族自治区地方标准、DB36 T 1600-2022江西省地方标准、DB50/T 1268-2022重庆市地方标准等，这些地方标准在技术推广中起到了一定的作用，但是不同区域气候条件有着差别。表2中列出了福建省和重庆市的有关气候参数，重庆属于高温高湿地区，而且属于太阳能匮乏区，因此，两省市实际工程需要综合考虑地标和项目地小气候条件进行差异性建筑设计，调整运行参数等。

表2 区域气候比较

3 异位发酵床管理建议

针对异位发酵技术落地出现的瓶颈，重庆溯青环保技术研究院有限公司于2019年成立并同期组建研发团队，进行“物联网+”异位发酵智慧管理系统的开发和工程应用研究。团队在文献和工程应用调研的基础上，进行设备研制和控制逻辑的研究，研制的整台套设备如图3所示，现阶段已完成数字化和自动化的孪生设计。

图3 “物联网+”异位发酵智慧管理系统

3.1 发酵床启动管理

第一次启动发酵床，布料后建议手动喷洒粪污调整含水率，不宜直接采用翻抛机边喷粪污边翻抛，从而避免粉尘飞扬，防止其进入控制箱或者设备电器部分引起设备故障。另外，干料更易卡住翻抛轮，从而导致翻抛电机烧毁。

3.2 垫料预处理

众多标准和技术资料建议谷壳和锯末等联合使用，但木材加工厂一般不会进行筛分，所以，锯末中有大量木块，如图4。大木块如深埋在1 m深的垫料中，转动的辊刀会被卡住或者冲击变形，所以采用锯末调整基质组分时进槽前需要筛分。建议基质不要全采用小粒径物料，因为一方面会增加翻抛阻力，另一方面会阻碍物料上部氧气传质和水气交换作用。

图4 锯末中的木块

3.3 菌种添加

异位发酵床靠微生物对粪污进行资源化利用，确保粪污的无害化处理和粪污与基质的堆肥腐殖化顺利进行。我们在实验基地（建筑模式、设备均按“溯青”模式修设）对异位发酵过程进行了长达数月的监管和设备运行的跟踪，图5是截取了其中一段温度骤变的阶段。“溯青”模式下，室内外温度在早晨测定时相差不大，发酵床自启动开始并未添加发酵菌剂，靠的是粪污中自有菌群维持发酵床的高温态。在现有设备管理条件下，发酵床所处时段基质温度维持在55℃左右，基质翻抛处理后维持在50℃左右。8月30日降水导致温度骤降，基质翻抛前和翻抛后的温度随外界温度呈现下降趋势，但相比外界温度更缓和。经由上述实验结果可见，异位发酵床的启动并非必须直接添加菌剂，菌剂的添加时机现正在被深入研究。