我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，畜禽糞便對(duì)環(huán)境造成的污染已成為畜牧業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。文章提出了山西重點(diǎn)探索發(fā)展畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)了畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)路線、技術(shù)開發(fā)和設(shè)備研制的各項(xiàng)措施。
01 畜禽糞污有機(jī)肥行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
有機(jī)肥主要用于為植物提供生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。畜禽糞污經(jīng)過加工，消除了糞污中的有毒有害物質(zhì)，保留了大量有益物質(zhì)，包括多種有機(jī)質(zhì)以及氮、磷、鉀等微量元素。畜禽糞污有機(jī)肥不僅肥效長(zhǎng)，能為農(nóng)作物提供全面營(yíng)養(yǎng)，還可改良土質(zhì)，有效改善土壤的理化性狀和生物活性，防止土壤板結(jié)和酸化。
畜禽糞污有機(jī)肥料行業(yè)與其他肥料行業(yè)一樣，有一定的季節(jié)性、地域性，行業(yè)發(fā)展極度依賴農(nóng)業(yè)和總體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地區(qū)比較重視食品安全，對(duì)有機(jī)肥的需求逐年增加；農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，農(nóng)民對(duì)有機(jī)肥的施用帶來(lái)的效益更為明確，更愿意施用較為環(huán)保的有機(jī)肥料，以達(dá)到土地良性循環(huán)、發(fā)展持續(xù)農(nóng)業(yè)的目的。近年來(lái)，為滿足農(nóng)作物種植優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)需求，有機(jī)肥的施用比例和使用量會(huì)大幅提高。隨著消費(fèi)升級(jí)、節(jié)能降耗、綠色有機(jī)食品需求的增加，隨著人們對(duì)食品安全、食品口感及健康問題的不斷重視，隨著政府對(duì)有機(jī)農(nóng)業(yè)的大力支持，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷升級(jí)，我國(guó)有機(jī)肥行業(yè)將迎來(lái)快速發(fā)展時(shí)期。目前我國(guó)有機(jī)肥使用率占比尚不足 10%，有機(jī)肥市場(chǎng)整體規(guī)模偏小，有機(jī)肥行業(yè)剛剛邁入成長(zhǎng)期，發(fā)展前景十分可觀。預(yù)計(jì)未來(lái) 10 年，我國(guó)畜禽糞污有機(jī)肥生產(chǎn)將呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，市場(chǎng)空間巨大，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。
02 國(guó)內(nèi)外畜禽糞污處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 國(guó)外畜禽糞污處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的增多，投放農(nóng)田的糞污總量超過了農(nóng)田的消納能力，找不到出路的糞便隨意堆積造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，引起了政府的高度重視。很多國(guó)家制定相應(yīng)的管理?xiàng)l例，以立法的方式對(duì)畜禽糞污的處理加以規(guī)范管理。條例規(guī)定大型的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)必須有糞便和污水的貯存、處理和利用設(shè)施，在水源附近不得堆施糞肥，污水不加處理不能隨意排放等。同時(shí)發(fā)達(dá)國(guó)家補(bǔ)貼畜禽糞便加工廠，以政策引導(dǎo)方式推進(jìn)畜禽糞便的資源化利用。國(guó)外畜禽糞污的處理主要按照“資源化”的原則進(jìn)行，采用生物法、物理法或化學(xué)法等工藝對(duì)畜禽糞污進(jìn)行綜合利用。常見的綜合利用方式是作飼料、作肥料或作能源。能源化利用主要是作燃料，一種是將干燥后的畜禽糞污直接燃燒用來(lái)取暖和發(fā)電，另一種是將畜禽糞污厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)出沼氣，為生活生產(chǎn)提供能源。以沼氣工程為核心的生態(tài)農(nóng)業(yè)已被廣泛推廣應(yīng)用。在意大利，養(yǎng)殖場(chǎng)如果沒有與其飼養(yǎng)規(guī)模相配套的土地消納糞污，就必須采用氮素消除技術(shù)處理糞污。畜禽糞污的飼料化利用主要是雞糞的飼料化，國(guó)外雞糞飼料化已商品化。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，畜禽糞污作為肥料被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但畜禽糞污不適于直接用作肥料，在還田前需經(jīng)進(jìn)一步加工處理，才不會(huì)對(duì)環(huán)境和農(nóng)作物造成危害。肥料化利用常見的方法有堆肥法、復(fù)合法和干燥法。
2.2 國(guó)內(nèi)畜禽糞污處理現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)對(duì)畜禽糞污的處理利用主要是制作飼料、加工肥料和能源開發(fā) 3 種方式。
2.2.1 飼料化處理
畜禽糞便中含有粗蛋白、粗纖維、礦物質(zhì)、微量元素和多種維生素等養(yǎng)分，特別是粗蛋白含量很高，糞便經(jīng)加工處理可成為很好的畜禽飼料。畜禽糞便飼料化的方法主要有干燥法、青貯法和生物法。干燥處理主要方法有：自然干燥、高溫干燥和低溫干燥。自然干燥成本低，但干燥時(shí)間過長(zhǎng)，容易受天氣等環(huán)境因素影響；高溫干燥采用高溫快速干燥機(jī)進(jìn)行加熱，干燥速度快，滅菌效果好，但能耗較大；低溫干燥是將畜禽糞便運(yùn)到低溫干燥機(jī)中，低溫干燥后的糞便適于貯存。
2.2.2 肥料化處理
畜禽糞污具有資源屬性，可還田利用、制作有機(jī)肥。畜禽糞污肥料化利用可進(jìn)一步提升土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、保障農(nóng)田可持續(xù)生產(chǎn)能力。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中一般將畜禽糞便進(jìn)行簡(jiǎn)單的堆積發(fā)酵，發(fā)酵完成后施入農(nóng)田，這種方法降低了種植成本，也使畜禽糞便得到處理，但是這種處理方式糞便發(fā)酵不充分，影響作物生長(zhǎng)，且容易造成二次環(huán)境污染?，F(xiàn)代養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)畜禽糞污的處理工藝有了較大提高，比如北京某養(yǎng)殖場(chǎng)采用酸化 + 高速濾池+ 生物氧化塘的處理方式，設(shè)計(jì)通過自然沉淀法對(duì)糞污水先進(jìn)行固液分離，沉淀固體經(jīng)過調(diào)整水分，添加肥料成分，進(jìn)行堆肥處理，液體部分通過一個(gè)調(diào)節(jié)酸化池和兩個(gè)串聯(lián)的高速生物濾池進(jìn)行厭氧好氧生物處理，處理后的污水進(jìn)入生物氧化塘進(jìn)一步降解貯存，進(jìn)行農(nóng)田灌溉。我國(guó)先進(jìn)污染防治技術(shù)中關(guān)于畜禽糞污的處理技術(shù)有兩種：一種是密閉式畜禽糞便高效發(fā)酵技術(shù)，指在畜禽糞便中添加一定量農(nóng)業(yè)廢棄物，如秸稈、稻殼等富碳廢棄物，調(diào)整物料水分至 65%以下，碳氮比為（25~30）∶1，發(fā)酵周期為 7d，其中 65℃以上發(fā)酵保持 72 h 以上，設(shè)備全程密閉，發(fā)酵產(chǎn)物可深加工為有機(jī)肥。畜禽糞污動(dòng)態(tài)發(fā)酵生物干化技術(shù)是將復(fù)合微生物發(fā)酵菌劑加入畜禽糞污和秸稈的混合物料中，采用管式通風(fēng)技術(shù)在臥旋式連續(xù)發(fā)酵設(shè)備內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)熱，達(dá)到物料高溫滅菌及水分蒸發(fā)的效果，產(chǎn)物可作為有機(jī)肥原料和墊床料，畜禽糞污在好氧發(fā)酵中除臭、滅菌，產(chǎn)生的水分及原有的游離水蒸發(fā)去除，無(wú)害化處理的畜禽糞污可成為有機(jī)肥加工原料。目前，畜禽糞污有機(jī)肥生產(chǎn)產(chǎn)量還較低，生產(chǎn)及施用的人工成本和運(yùn)輸成本都比較高，技術(shù)開發(fā)還不成熟，真正的高質(zhì)量的有機(jī)肥價(jià)格也較高，導(dǎo)致很多農(nóng)民不愿意使用。因此畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)及設(shè)備還有待進(jìn)一步研發(fā)。
2.2.3 能源化處理
目前我國(guó)正在推進(jìn)沼氣和生物天然氣工程建設(shè)，支持以畜禽糞污為主要原料的大中型沼氣工程，生產(chǎn)的沼氣可用于發(fā)電、集中供氣和提純制作生物天然氣。與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)尚未形成以綠色發(fā)展為導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼政策，生物天然氣、有機(jī)肥等產(chǎn)品生產(chǎn)和使用缺乏扶持措施。例如沼氣發(fā)電，雖然有生物質(zhì)能源發(fā)電標(biāo)桿電價(jià)補(bǔ)貼，但部分地區(qū)政策落實(shí)不到位。與此同時(shí)，糞污能源化利用產(chǎn)生的氣、電成本較高，與天然氣、大電網(wǎng)相比缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。
03 畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)研究
通過對(duì)孝義市、右玉縣、左云縣有機(jī)肥廠家等地走訪調(diào)研，對(duì)畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)畜禽糞污有機(jī)肥加工工藝要求，探索適合我省的畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)。
3.1 畜禽糞污有機(jī)肥加工工藝路線
畜禽糞污有機(jī)肥的加工工藝流程：原料處理→無(wú)害化處理→混合配料→造?！鋮s篩選→計(jì)量封口→成品入庫(kù)。其中：原料處理，即針對(duì)個(gè)別含水率過高的糞污進(jìn)行水肥分離；無(wú)害化處理，即往糞污中加入發(fā)酵菌種，通過高溫發(fā)酵，殺死糞污中的有害病菌和蟲卵，徹底腐熟肥料；混合配料，即針對(duì)當(dāng)?shù)赝寥澜Y(jié)構(gòu)，加入提高動(dòng)物糞肥肥力的相關(guān)物資，如腐殖酸、氮、磷、鉀肥，提高有機(jī)肥的肥力和適應(yīng)性；造粒，即根據(jù)有機(jī)肥使用要求，對(duì)有機(jī)肥進(jìn)行粉碎、混合、造粒。經(jīng)過預(yù)處理的畜禽糞污進(jìn)入攪拌發(fā)酵裝置發(fā)酵后，按一定比例添入適量的氮、磷、鉀等元素，使所含微量元素達(dá)到有機(jī)肥生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，再經(jīng)過攪拌、粉碎、成形、制粒、干燥、包裝等加工工藝，將畜禽糞污加工成為肥效高、運(yùn)輸方便、使用安全和價(jià)格實(shí)惠的有機(jī)肥。
3.2 畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)開發(fā)
技術(shù)開發(fā)計(jì)劃：①研發(fā)探討畜禽糞污有機(jī)肥的加工工藝，開發(fā)一套畜禽糞污發(fā)酵裝置；②利用研制的畜禽糞污發(fā)酵技術(shù)及裝置進(jìn)行畜禽糞污有機(jī)肥試生產(chǎn)，生產(chǎn)出的有機(jī)肥質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；③探討完整的畜禽糞污無(wú)害化處理及畜禽糞污有機(jī)肥的加工技術(shù)及工藝，制定合適的技術(shù)規(guī)范，與養(yǎng)殖企業(yè)合作，擬建設(shè)畜禽糞污有機(jī)肥生產(chǎn)線 1 條，年生產(chǎn)畜禽糞污有機(jī)肥 3 000~5 000 t；④對(duì)開發(fā)成功的畜禽糞污發(fā)酵技術(shù)及裝置進(jìn)行推廣。
3.3 畜禽糞污有機(jī)肥加工設(shè)備
主要研發(fā)一種適用于畜禽糞污的攪拌發(fā)酵裝置，該設(shè)備由發(fā)酵罐主體、整體機(jī)架、輸入攪籠、高壓熱風(fēng)機(jī)、出料集料箱、旋風(fēng)除櫥、引風(fēng)機(jī)等裝置構(gòu)成，該裝置可以一次性完成糞污全量無(wú)害化處理、除臭、曝氣、發(fā)酵，加工全過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
04 效益分析
從土地改革至今，我國(guó)的化肥施用量增長(zhǎng)了 4.5 倍，僅2016 年化肥用量就達(dá)到 6 000×10 4 t。而與之對(duì)應(yīng)的糧食產(chǎn)量 30 多年來(lái)僅增加了 83%，化肥用量的增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)。這從側(cè)面反映出一個(gè)問題，化肥用量到一定程度后，其對(duì)糧食增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)值已不大，而對(duì)耕地地力的破壞逐年增加。
畜禽糞便有機(jī)肥與化肥配合施用，正逐漸成為一種趨勢(shì)。增大有機(jī)肥的施用，減少化肥的施用，既能促進(jìn)糧食的增長(zhǎng)，還能保護(hù)耕地的地力。以 2016 年為例，全年化肥用量為6 000×10 4 t，如果減少 2 000×10 4 t 化肥施用，增加 2 000×10 4 t 有機(jī)肥施用，每 1 t 有機(jī)肥市場(chǎng)價(jià)在 1 200 元左右，成本價(jià)在 800 元左右，1 t 利潤(rùn)為 400 元左右，2 000×10 4 t 有機(jī)肥將產(chǎn)生 80×10 8 元的利潤(rùn)。
