畜禽粪便有机肥加工技术及设备的使用

刘恩城

山东百花生物集团有限公司，山东菏泽 274300

近年来，随着我国农业科技的不断发展与推广，在畜禽养殖业使用了大量先进的科学技术和生产设备。这些科学技术和设备在改善畜禽养殖环境方面取得了显著的效果。但在应用过程中存在一些问题，如部分地区畜禽粪便有机肥生产技术不规范、畜禽粪便有机肥加工设备落后、生产工艺不完善等。以畜禽粪便为研究对象，对畜禽粪便有机肥加工技术及设备进行研究，以期为提高我国畜禽粪便有机肥加工技术提供参考。

1 畜禽粪污有机肥行业发展现状

1.1 有机肥市场发展潜力巨大，但市场混乱

我国是世界上最大的粮食生产和消费国，种植面积大、耕地面积小、农业人口多，而我国耕地的复种指数却在逐年下降，耕地质量不断下降，化肥用量过多和农药的过度使用，使得我国化肥利用率低、农药残留超标、土壤质量下降等问题突出。

2015年《农业农村部办公厅关于推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》发布，明确提出到2020年，全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上。国家对有机肥产业给予了极大关注，并提出了大力发展畜禽粪污资源化利用产业的要求。国家的政策要求对有机肥行业起到了一定的推动作用，但有机肥市场发展仍然不够规范。一是部分有机肥生产企业缺乏对原料的筛选，产品质量参差不齐；二是部分企业生产规模较小，设备简陋，工艺落后；三是一些企业存在产品质量不稳定的问题，这导致产品不能得到农民的认可，农民不愿意购买。随着畜禽养殖废弃物资源化利用政策的实施，以及社会资本的大量涌入，我国有机肥产业将进入快速发展时期。

1.2 技术发展滞后，核心技术缺乏

现阶段，我国畜禽粪污有机肥行业的技术发展相对滞后，核心技术缺乏，尤其是生物发酵技术、造粒技术和干燥技术等。在国内有机肥行业，研发和生产主体主要为小型企业和个体户，其生产工艺落后，自动化水平较低，产品质量不稳定，同时没有统一的行业标准。而国外的有机肥生产企业多以大型企业为主，这些企业研发能力强，生产工艺先进，产品质量稳定且质量达标。同时，我国有机肥行业整体规模较小，行业集中度低；缺少完整的有机肥生产技术标准体系；有机肥企业产品质量参差不齐[1]。

1.3 有机肥生产企业数量多、规模小、发展不平衡

我国有机肥企业数量众多，据统计，我国共有有机肥生产企业3 000家左右，主要集中在南方地区，生产规模以中小型企业为主，主要分布在四川、湖南、安徽、江西和浙江等省份，这些企业普遍存在规模小、设备落后、生产工艺简单等问题，难以形成产业规模效应。此外，部分生产企业未根据环境保护政策要求和有机肥产品标准的要求进行生产，对产品质量的把控不严。这些问题的存在导致有机肥行业发展不平衡：一是南方地区有机肥生产企业数量多、规模大；二是有机肥产业发展不平衡；三是我国北方地区有机肥生产企业数量少、规模小。同时，由于我国畜禽养殖总量较大，养殖企业与农户之间的信息不对称，导致有机肥市场需求存在巨大的空间，而北方地区有机肥市场相对南方地区则更加广阔，因此我国有机肥行业发展不平衡的问题较为严重。

2 国内外畜禽粪污处理技术发展现状

2.1 工艺技术

畜禽粪便有机肥加工工艺一般包括：原料预处理、发酵腐熟、干燥造粒等步骤。原料预处理是指畜禽粪便预处理，主要有物理法和化学法2种[2]。物理法是指通过机械分离将畜禽粪便中的大分子物质如纤维素、半纤维素等分离出来，进而提高畜禽粪便有机肥的品质；化学法是指通过化学试剂将畜禽粪便中的蛋白质、脂肪等物质分解出来，使畜禽粪便有机肥更有利于利用。在畜禽粪便有机肥加工过程中，物理法和化学法会产生大量的废水、废气，因此必须对这些废水、废气进行处理，减少污染。

2.2 设备类型

目前，我国已有许多厂家生产出不同类型的有机肥设备，如利用干湿分离机分离出有机肥料原料的有机肥粉碎机、利用搅拌装置将粪便和发酵菌剂混合的有机肥搅拌机、利用双轴搅拌装置将粪便与发酵菌剂混合的有机肥搅拌机等。在这些设备中，使用最多的是双轴搅拌设备，但其使用过程中存在能耗高、工作效率低等问题，因此很多厂家都在寻找改进方法。如使用内嵌式螺旋搅拌器，可使混合更加均匀、搅拌效果更好；而使用双轴搅拌设备，则可使搅拌效率得到提高。针对这种情况，国内外有许多学者在利用机械和新型材料提高有机肥设备生产效率方面进行了大量研究工作。

2.3 机械设备

畜禽粪便处理机械是指可以用于畜禽粪便处理的各种机械设备，它是保证畜禽粪便无害化处理和资源化利用的基础[3]。目前，我国对畜禽粪便有机肥加工设备的研究主要集中在2个方面：一是针对畜禽粪便进行破碎、干燥、腐熟等处理；二是对所加工的产品进行分级包装和运输。目前，我国畜禽粪便有机肥加工设备主要有粉碎机、搅拌机、压滤机、烘干机和混合机等。其中，粉碎机主要用于畜禽粪便粉碎后的加工，对物料进行初步加工；搅拌机主要用于物料的搅拌，以实现均匀混合；压滤机主要用于对物料进行初步过滤，以保证后续的产品质量；烘干机主要用于对物料进行烘干，以达到干燥和发酵效果；混合机是将有机肥和其他物料混合在一起加工的设备。

3 畜禽粪污有机肥加工技术

3.1 粪便堆肥工艺

采用自动翻堆设备，由专业技术人员指导操作，并配备必要的消防设备，控制温度和湿度，保证堆体中物料充分发酵。有机肥厂所用设备的性能与设计是否合理将直接影响有机肥的质量。因此，对有机肥厂所用设备进行详细的选型分析尤为重要。首先，原料预处理：对畜禽粪便进行预处理，使其具有较高的含水率和较好的发酵性能，使之在发酵过程中水分不易散失。预处理方法主要有：①翻堆预处理；②喷雾预处理；③拌入菌种等。其次，发酵：采用好氧发酵工艺，即在堆肥过程中不断加入新鲜物料，以满足堆肥过程的需要。此外，发酵温度的控制是影响堆肥质量的重要因素。堆肥的发酵温度需要控制在65～70 ℃，而针对玉米秸秆堆肥，由于玉米秸秆含水率较高，因而一般在55～60 ℃的温度下进行发酵，以保证物料充分腐熟。

3.2 发酵物料的选择

在畜禽粪便有机肥加工过程中，发酵物料的选择主要包括：好氧堆肥物料、不发酵物料。好氧堆肥物料是指在堆肥过程中，通过微生物的发酵作用，将畜禽粪便等有机废物中的大分子有机物分解为可直接被植物吸收、利用的小分子有机物，同时将畜禽粪便等有机废物中的水分转化为可供植物吸收利用的肥料养分。不发酵物料是指在堆制过程中不经过任何发酵处理[4]。由于畜禽粪便等有机废物中含有大量的蛋白质、脂肪和维生素等，在堆制过程中，若不对其进行发酵处理，容易造成环境污染，同时不能满足作物的需求。因此，将好氧堆肥物料作为畜禽粪便有机肥加工的发酵原料是最为适宜的。

3.3 堆肥原料的选择

堆肥原料的选择与堆肥工艺关系密切，目前，畜禽粪便的堆肥原料主要有以下几种：第一，畜禽粪便。猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪等均可用作堆肥原料。但由于各种畜禽粪便的来源和用途不同，在腐熟过程中所需要的热量和养分含量差异较大，因此应根据物料特点选择适宜的原料。第二，作物秸秆。由于作物秸秆中含有大量有机质，是较好的有机肥原料之一，但因其木质纤维含量高、较难腐熟，故堆肥工艺不适用于秸秆堆肥。第三，泥炭。泥炭是由泥炭或泥炭藓形成的，其理化性质与黏土相似，具有较好的保水和保温性能，是一种很好的生物能源原料，但因其含碳量高、含氮量低，所以在堆肥过程中需加尿素等碳氮比肥料。

4 畜禽粪便有机肥加工设备

4.1 发酵仓

发酵仓是由一个或几个发酵仓组成的，也叫发酵室，一般发酵仓是用彩钢板制造的。发酵仓主要用来发酵物料，如秸秆类、粪便类、豆粕等，发酵仓一般分3层：第一层为进料区，主要由风机、料门、物料输送系统组成；第二层为出料区，主要由进料管道、输送带组成；第三层为成品仓，主要由发酵后的成品和原料混合堆放区组成。发酵仓内设有通风管道，当物料进入发酵仓后，会进行好氧发酵。由于发酵仓的仓体结构不同，内部也会形成一定的通风状态，当物料进入发酵仓后，会在仓体内部形成一定的负压环境。如此一来，能在一定程度上保证发酵仓内的温度、湿度等环境条件。

在发酵仓内，由于发酵温度高、湿度大，可以选用高温发酵方式。一般将发酵仓放置在一个相对封闭的空间内，使其与外界隔绝，在仓体内部形成一定的负压环境。以此在一定程度上保证物料发酵过程中的温度和湿度。在发酵仓内，一般采用高压通风系统，使发酵仓内形成一定的负压环境[5]。由于发酵仓内的空间有限，因此，发酵仓内的空气流通是由风机来完成的。风机在发酵仓内形成一定的负压环境，在一定程度上可以将空气中的水分吸附在物料表面，从而提高物料的水分含量，有利于发酵过程中物料的发酵。

4.2 烘干机

烘干机是一种能将物料中的水分快速蒸发出来的设备，是有机肥加工设备中的一个重要组成部分。烘干机主要由进料系统、烘干系统和出料系统三部分组成。烘干机通常都是立式结构，其特点是产量大，且安装方便，结构简单，维修方便。它主要用于烘干各种颗粒状和粉状物料。但由于该设备工作效率较低，且干燥能力有限，因此不适合处理量大的物料。随着近年来烘干技术的不断发展，国外大型烘干设备的类型越来越多，如卧式圆筒形、卧式链板式、卧式带式、立式筒形等。由于烘干机广泛应用于农业、工业、生活等各个领域，所以其结构形式也很多。一般的烘干机结构主要包括筒体、出料口、传动装置、支撑装置等几部分。目前，国内常用的烘干机主要有单段烘干机（直通式）、两段烘干机（多级循环式）和三段烘干机（回转烘干机）等几种类型。

4.3 振动筛

振动筛主要用于筛分各种物料，而振动筛在生产过程中能够将物料进行筛选、分级、提纯等处理，因此在养殖场中是必不可少的设备之一。振动筛分为圆振和摆振2种形式，在实际生产过程中，需要根据不同的物料选择不同类型的振动筛，并且要对振动筛的激振力进行调节，保证筛面振幅在可调范围内。

如果是小颗粒物料，可以通过增加筛面高度的方式减小激振力。此外，在实际生产过程中，还要注意设备的轴承、电机等零部件的质量和性能。物料进入发酵仓后，需要进行一系列的发酵处理，其中，高温发酵处理是很重要的环节。发酵温度能够有效地提高物料中的养分释放效率，同时能提高微生物种群的活性，保证微生物种群健康。高温发酵处理还能提高微生物降解有机质和能量转化效率，促进物料中有机物快速分解[6]。但如果温度过高会造成物料高温、缺氧而发酵失败。因此，在实际生产过程中需要保证发酵仓内部空气流通、环境干燥。而且在发酵过程中还需要注意及时排出多余热量，防止热量过多造成物料发热。

4.4 包装设备

在整个生产过程中，设备需要经过自动配料、自动上料、自动打码、自动包装4个步骤，其中，在自动上料和自动包装2个步骤中，需要根据实际的生产要求设置好相关的参数。例如：当配料完成后，系统会根据设定好的配料参数将原料输送至打码机，之后在打码机中由打码机对原料进行打码，当原料进入装袋环节，设备会进行自动装袋，最后将成品有机肥装入包装袋。整个过程完全自动化，不需要人工操作。

具体步骤如下：第一，物料的称重。当物料进入物料称重环节时，需要将秤重箱中的秤重锤调到最大称重值。然后打开称重秤重箱中的料斗，使其处于水平状态。第二，计量方式。针对不同的物料可以采用不同的计量方式。当物料比较稳定时，可以采用手动秤、自动秤或光电秤进行计量。在自动计量时，可以根据实际的生产要求选择不同的计量方式。第三，出料方式。当产品包装好后，需要在出料口安装一个阀门，然后将产品从出料阀中取出进行下一道工序。第四，包装[7-14]。在包装环节，需要使用包装袋或纸箱等进行包装，要根据产品的具体要求进行选择合适的包装方式。

5 结束语

畜禽粪便是一种宝贵的资源，对人类健康和农业生产有很大贡献。然而，在畜禽养殖业的发展过程中，许多养殖户并没有意识到畜禽粪便对环境的影响和危害。因此，在畜禽粪便有机肥加工过程中，不仅要确保有机肥的质量和安全，还要注重生产技术的提高。目前，我国已经拥有成熟的技术和先进的设备。这些技术和设备为我国畜禽养殖业的发展提供了保障，也为我国农业的发展作出了积极贡献。但在畜禽粪便有机肥生产过程中仍存在一些问题，如技术不成熟、设备不完善、生产工艺不规范等。这些问题需要进一步解决。只有通过不断完善生产工艺和设备，才能使我国的畜牧业更加健康地发展。