浅谈畜禽粪便堆肥处理生产有机肥的工艺与设备

 　　我国每年产生约38亿吨畜禽粪污，这些粪污成为农业面源污染的主要来源。畜禽粪污用则利、弃则害，可以说，畜禽粪污是“放错了地方的资源”，利用好它们，对于改善广大农村的生产生活环境、改善土壤生产能力、治理农业面源污染具有非常重要的实际意义。畜牧业一头连着产业和市场，一头连着生态环境，两头要保持平衡和协调发展。为加快推进畜禽粪污资源化利用，2017年5月31日，国务院办公厅印发了《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》。《意见》明确要求，到2020年全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上，规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到95%以上，要求组织开展畜禽粪污资源化利用先进工艺、技术和装备研发。

　　南方地区由于气温常年比较高，畜禽粪便通过好氧堆肥处理生产有机肥比较适合。传统的畜禽粪便堆肥发酵以自然发酵为主，存在周期长、发酵不彻底、污染大、气味重等弊端，以纯人力生产有机肥劳动强度大、工作环境恶劣、劳动效率低，已很难适应现在高人力成本和高效生产的社会发展形势，也很难适应现代生态循环农业和高效畜牧业发展的形势。因此，加快有机肥发酵产业领域的“机器换人”，提高有机肥生产装备水平将变得尤为必要。

　　1，堆肥处理技术

　　畜禽粪污被处理时一般呈两种形态:液态粪便和固体粪便。液态粪便的处理方式有厌氧发酵技术和自然生物处理技术，固体粪便主要处理方式就是堆肥处理。堆肥是指在微生物作用下通过高温发酵使有机物矿质化、腐殖化、无害化(杀死病原菌、虫卵、杂草种子等)而变成腐熟肥料的过程。

　　整个流程归纳起来分为三个环节:原料预处理、好氧发酵、制粒成型。原料预处理包括固液分离、辅料粉碎以及对原料含水率、碳氮比、pH值的调整。好氧发酵环节包括翻抛、通风等措施，对原料起到补充氧气、控制温度、散发水分和恢复孔隙率的作用。制粒成型是一项系统工程，围绕制粒成型这一核心，前有粉碎、配料、混合等工序，后有烘干、筛分、冷却等工序。

　　2，原料预处理及设备

　　原料预处理主要是制备满足好氧发酵要求的发酵原料。其主要过程包括畜禽粪便的固液分离、辅料的粉碎和各种原料的混合配比。

　　2.1 固液分离设备

　　堆肥处理的原料是固体粪便。固体粪便的来源为干清粪和通过固液分离方法从“水泡粪”中分离出的固体物。要实现固液分离，应用最广泛、分离效果最好的是机械分离。机械分离设备可分为筛分分离、离心分离、压滤分离和螺旋挤压分离4种类型。

　　1)筛分分离机械:用于畜禽粪便分离的筛分机械主要有斜板筛和振动筛。筛条截面形状为楔形的斜板筛，用于粪便分离具有结构简单、不堵塞等特点。但固体物质去除率较低，一般小于25%。

　　2)离心分离机械:用于畜禽粪便的离心固液分离机主要有过滤离心机和卧式螺旋离心机。离心分离机的优点是分离速度快、分离效率高;缺点是投资大，结构复杂、能耗高。

　　3)压滤分离机械:压滤机具有处理能力大、操作管理简便、滤饼含水率低、无振动、无噪声、能耗低等优点。由于其是利用滤带使固液分离，为防止滤带堵塞，需高压水不断冲刷，增加污水处理量，成本高。

　　4)螺旋挤压分离机械:螺旋挤压分离机是一种相对较为新型的固液分离设备，是目前畜禽粪便固液分离应用最广的一种设备。其缺陷为在分离前需将原粪水用搅拌器搅拌均匀，从而使粪水中大量的固态有机物溶解在水中，使得废水的后处理变得异常困难，最终处理出水难以达到排放标准。

　　针对现有存在的一些不足，可研究设计新型固液分离机，完善分离机构，防止粪液直接冲入分离系统，增强筛网的防堵性，极大提高设备的工作效率和分离成效，降低固体含水率。

　　2.2 粉碎设备

　　畜禽粪便的发酵工艺要求需要加入一定的辅料(秸秆、树枝、稻壳、玉米芯等)。为了得到适宜好氧堆肥发酵的辅料粒径，需要对辅料进行粉碎处理，所以就需要用到粉碎设备。现有常用物料粉碎的设备主要有三种:锤片粉碎机、大小型铡草机、树枝粉碎机。锤片粉碎机通用性好，工作时物料由进料口进入粉碎室，首先由高速旋转的转子带动锤片对其进行打击、搓擦，而后进一步受到围绕粉碎室设置的筛片、齿板的撞击与搓擦作用，实现粉碎加工，当物料的粒度小于筛片筛孔直径时透过筛片由出料口排出。粮食加工后的废弃物，如稻壳、玉米芯等可通过锤片粉碎机就能达到满意的效果。铡草机由电机或内燃机作为配套动力。将动力传递给主轴，主轴另一端的齿轮通过齿轮箱、万向节等将经过调速的动力传递给压草辊，当待加工的物料进入上下压草辊之间时，被压草辊夹持并以一定的速度送入铡切机构，经高速旋转的刀具切碎后经出草口抛出机外。作物收割后的秸秆，由于其含长纤维，可通过铡草机切断粉碎，获得满意的粒径大小。树枝粉碎机利用活动齿盘和固定齿盘间的高速相对运动，被粉碎物经齿冲击、摩擦及物彼此间冲击等综合作用获得粉碎，被粉碎物可直接由主机磨腔中排出，粒度大小通过更换不同孔径的网筛获得。各种木材、木材下脚料、树枝树杈等可通过树枝粉碎机达到粉碎的目的。

　　粉碎设备的改进可以从合理优化定刀的切削角度，优化刀盘切削速度、刀片参数及刀盘上刀片和锤片的布置入手，使粉碎机构能对多样性的物料进行快速切削及揉搓。同时加大对进料机构的研究，解决进料困难，不易进入粉碎腔的问题。

　　2.3 混合设备

　　混合是指将固体粪便、辅料和各种调理剂按照预先设定的配方比例均匀混合的过程。对原料进行预混合，可以使堆体内各处均达到要求的碳氮比，确保微生物存活繁衍。根据被混合物料的性质，宜采用双轴无重力式混合机。该机卧式筒体内装有双轴旋转反向的桨叶，桨成一定角度将物料沿轴向、径向循环翻搅，使物料迅速混合均匀。减速机带动轴的旋转速度与桨叶的结构会使物料重力减弱，即使物料有比重、粒径的差异，在交错布置的搅拌叶片快速剧烈的翻腾抛洒下，也能达到很好的混合效果。如果该机能根据原料性质自动控制混合时间，就能取得更好的效果和效率。

　　3，发酵设备

　　畜禽粪便制有机肥的发酵方式包括:条垛式发酵、槽式发酵、塔体加热式发酵。条垛式发酵是比较原始的发酵方式，发酵周期长，发酵效果一般，占地面积大，但生产工艺简单，设备调试方便，费用低。槽式发酵可控性强，能有效缩短发酵周期，发酵效果好，但土建成本相对来说高，设备往往需要定制，安装费用较高。塔体加热式发酵密封性能稳定，可移动性强，发酵效果好，周期一般在一周以内，但设备投资成本高。

　　3.1 条垛式发酵设备

　　条垛式发酵设备主要是指条垛式翻堆机。条垛式翻堆机是一种适用于条垛式发酵的翻抛设备，一般需要较大的场地。条垛式发酵是将物料堆放成一定高度的条垛，不需要建造发酵槽，通过条垛式翻堆机的翻抛作用，将自然风从料堆两侧送入料堆，提供氧气，实现堆肥发酵。条垛式翻堆机主要由翻抛装置、行走驱动拖拉机、传动系统等组成，以内燃机驱动为主。条垛式发酵因物料堆积高度低，升温效果不好。由于室外堆积发酵，容易受季节和阴雨天影响。还有其尾气污染、臭气和渗水会带来环保问题。条垛式翻堆机比较适合粘紧物料的前处理，小规模生产，农场自用肥生产，无固定生产场所或临时生产用。条垛式翻堆机应在对堆料高度的自适应方面加大研究，使设备具有自适应控制功能，增强设备适应物料的能力。由于是有人驾驶设备，应配备带空调、空气过滤净化系统的驾驶舱，利于改善工作环境。

　　3.2 槽式发酵设备

　　槽式发酵设备主要指槽式翻抛机。槽式翻抛机是一种与发酵槽相配套的翻抛设备。发酵槽两侧的顶部安装有轨道，翻抛机可以在轨道上前后运行。一般槽式翻抛机的配备是一机多槽，翻抛机在发酵槽之间的转运可以通过移行机来实现。槽式翻抛机主要由机架、翻抛装置、行走机构、电缆卷筒装置、电控系统等组成，以电力驱动为主。槽式发酵系统具有占地空间小、堆肥深度高(0.8~2.5 m)、升温快和处理能力较大等优点，在国内广泛使用，是我国畜禽粪便堆肥用的主要翻抛设备。槽式发酵过程中能够保持、保证形成中温-高温-中温-高温交替的状态，有效缩短发酵周期。在翻抛机上设置了添加菌种的装置，能在发酵过程中均匀的按比例喷洒。同时可在槽底铺设通风管，增加通气量。还有设备使用电力，无尾气污染，臭气和渗水也可以有效控制。槽式翻抛机适用于精细化规模化生产，利于生产管理和生产成本的控制。

　　槽式翻抛机可在行走安全性、翻抛系统的可靠性、对堆肥物料的适应性和运行的自动化程度等方面进行改进研究。生产出产品效率高，运行平稳可靠，坚固耐用，翻抛均匀，受到市场好评的翻抛机。

　　3.3 塔体加热式发酵设备

　　塔体加热式发酵设备采用封闭式运行。将畜禽粪便、辅料、菌剂以及回流物料按照一定比例混合均匀，使含水率达到60%~65%的要求后进入立体好氧系统，通过调节原料的水分、氧气含量和温度变化，使物料进行充分的好氧发酵分解，分解过程中释放的热量能够使物料自身温度增高，温度最高能够达到80℃，物料中的水分随着温度的上升被蒸发，部分有机物被分解，从而使物料堆体体积减小，到达物料的减量化处理。该设备可布置检测和控制装置，可以实现发酵过程中不同发酵阶段的精确控制，有利于目标生物菌繁殖、扩充、发酵和畜禽粪便分解。设备的辅助加热可确保在低温环境下正常运行。但该发酵塔对制作材料要求高，制造成本相应也高，而且还配备了自动检测、控制装置，维护保养成本也高。高昂的费用不大符合我国的国情，使用量也日趋减少，客户用的不多，制造厂家生产的也不多。塔体发酵设备要想获得快的发展应在降低价位、实现操作方便、好维护和低能耗方面下功夫。

　　4，制粒成型设备

　　制粒成型是中国较欧美等地区独有的环节，颗粒肥料具有良好的商品属性，在储运过程中不会自动分级，具有缓释性，可以为土壤创造团粒结构。目前市场上主要的有机肥制粒方法主要有挤压造粒和团聚造粒。挤压造粒常用的设备为对辊挤压造粒机，它是有机肥造粒机中应用较广的造粒机，属挤出滑模型，能够连续生产一次辊压成型。物料从进料斗加入，经对辊挤压成型，脱模造球，再传送到破碎筛工作室，筛下和分离成品颗粒，然后返回料与新料混合，再进行造粒。此外挤压造粒设备还有平模制粒机和环模制粒机。团聚造粒常用的设备为圆盘造粒机和转鼓造粒机。圆盘造粒机是一种成熟的有机肥造粒设备，造粒盘盘角采用整体圆弧结构，进入圆盘的物料由雾化喷嘴，喷洒适量的液体，经造粒盘旋转，制成颗粒成品，形成一定量后随圆盘旋转惯性甩出。造粒盘设有三个出料口，便于间断生产作业。转鼓造粒机筒体内部有特殊结构，把需成粒的物料通过筒体的旋转运动，在筒体内产生滚动旋转，在一定的湿度、温度下粘聚成球，完成制球工序。

　　制粒后一般需要干燥和冷却。常见的干燥设备有滚筒干燥机、流化床干燥机、气流干燥机等，目前滚筒干燥机用的较多。若是生物有机肥，受菌剂限制一般选择低风量多段式低温干燥。制粒成型设备可以加入干燥模块和冷却模块，使之成为多功能一体式复合机，能简化工艺流程，节省设备成本。