畜禽废弃物的无害化处理与资源化利用技术进展_上_
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畜禽粪便的主要固体物质是有机物 , 其 中含有机碳高达 25 %～30 % (干基) 。借用 垃 圾 焚 烧 处 理 技 术 , 在 焚 烧 炉 ( 800 ～
1 000 ℃) 下充分燃烧成为灰渣 , 产生的热量 可用于发电等 。这种方法可使畜禽粪便在较 短时间内减量 90 %以上 , 并杀灭粪便中的 有害病菌和虫卵 。但投资大 , 处理费用昂 贵 , 燃烧时释放大量 CO2 和其它有害气体 , 对大气环境有不良影响 。一些有利用价值的 营养元素被烧掉 , 造成再生资源的浪费 , 故 极少应用 。 112 干燥法
(3) 烘干法 : 将鸡粪倒入烘干箱内 , 经 70 ℃烘 2 h 、140 ℃烘 1 h 或 180 ℃烘 30 min , 可达到干燥 、灭菌 、耐贮藏的效果 。但快速 干燥和烘干法能耗较大 , 并且高温条件下氮 会有损失 。通常人工干燥法适用于大型畜禽 养殖场 。
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Байду номын сангаас
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
专题讲座
不利于堆肥过程中微生物的生长 , 若 CΠN 比过低 , 则堆肥产品会影响农作物生长 。在 保持 C∶N 为 30∶1 时 , C∶P 应该保持在 120∶1 ～240∶1 之间 , 在这条件下对禽畜废弃物堆 肥最有利 。 ⑤O2 (通风) 。由于在微生物利 用禽畜废弃物中的有机物进行好氧分解过程 中 , 需要提供大量的电子受体 , 而氧气就是 堆肥过程中最主要的电子受体 。一般认为 , 在堆体中的氧含量保持在 5 %～15 %之间比 较适宜 ; 氧含量低于 5 %会导致厌氧发酵 ; 氧含量高于 15 %则会使堆体冷却 , 导致病 原菌的大量存活 。因此 , 通风供氧是堆肥工 艺设计考虑的主要问题 。
沼气发酵 。沼气发酵是由多种微生物在 没有氧 气 存 在 的 条 件 下 分 解 有 机 物 来 完 成 的 。不同发酵原料和条件下沼气微生物的种 类会有所不同 。主要有发酵细菌 、产氢产乙 酸菌和产甲烷菌三大类 。畜禽粪便是沼气发 酵的主要和优质原料 , 分解速度相对较快 , 产气效果好 。沼气发酵适宜的畜禽粪污水总 固体浓度为 5 %～8 % , 适合于高水分粪污 的处理 。与好氧高温发酵相结合 , 基本上能 用生物发酵方式减量化无害化处理畜禽养殖 的粪便污水 。
(1) 自然堆 、沤发酵 : 这是一种比较传 统的生物发酵法 。由于翻堆次数少 , 发酵不 均匀也不彻底 , 堆放时间长 , 不适规模养殖 场。
(2) 好氧高温发酵 (高温堆肥) : 好氧 高温发酵具有对有机物分解快 , 降解彻底 , 发酵均匀 。发酵温度高 , 一般在 55～65 ℃, 高的可达 70 ℃以上 。脱水速度快 , 脱水率 高 , 发酵周期短 。经试验一般经 15 d 左右 高温 发 酵 , 畜 禽 粪 便 含 水 率 即 从 70 % ～ 80 %降至 40 %～50 % , 杀灭病菌 、寄生虫卵 和杂草种子及除臭效果好 , 但起始发酵适宜 的粪料含水率为 55 %～65 %。
(6) 生物发酵的微生物群落 : 畜禽粪便 进行生物发酵的微生物菌群具有微生物多样 性 , 其发酵过程是非常复杂的 , 降解物质多 种多样 , 参与物质降解的微生物种类繁多 , 其中有些是有益菌类 , 但有的属有害菌类 , 甚至于有的菌为病原菌 , 因此 , 人工生产的 发酵菌剂进行接种时 , 其生产菌种必须进行 非病原微生物和急性毒性的菌种鉴定 , 以便 首先做到发酵菌剂的微生物菌种无害化 。 ① 酵母菌类 。热带假丝酵母 、产朊假丝酵母 、 酿酒酵母 、白地霉等 ; ②芽孢杆菌类 。枯草 芽孢杆菌 、蜡状芽孢杆菌 、地衣芽孢杆菌 、 嗜热芽孢杆菌 、固氮类芽孢杆菌 、多粘类芽 孢杆菌 、巨大芽孢杆菌 、胶质芽孢杆菌等 ; ③放线菌类 。链霉菌 、诺卡氏菌 、分枝杆菌 等 ; ④霉菌类 。木霉 、曲霉 、青霉 、根霉 、 毛霉等 ; ⑤其它细菌类 。假单胞菌 、粪产碱 菌 、乳杆菌 、光合细菌 、纤维单胞菌 、黄杆 菌 、棒状杆菌等 。
(3) 好氧低温发酵 : 这是德国 Biomest 公司开发的一种新型发酵法 。其加工原理是 用电脑控制的低温堆肥过程 , 发酵在密闭的 反应器中进行 , 发酵温度控制在 28～45 ℃, 发酵结束前短期内使料温升至 66 ℃以杀灭 物料中有害细菌 (如大肠杆菌) , 而让其它 有益细菌 (如可在土壤中由有机物产生腐植 质的细菌) 存活 。发酵过程短 (48 h) , 对 环境无污染 , 废气经生物滤器进行无害化处 理 , 产品无毒无臭 , 能耗比滚筒干燥法减少 35 % , 产品中可利用氮多 15 %、有益细菌 的含量多 95 %。对发酵物料的含水率要求 较高 , 必须控制在 55 %。
湿式厌氧发酵 。这是近年来开发出的一 种新型厌氧处理技术 , 已在欧洲得到应用发 展 , 是一种很有前途的厌氧技术 。要求畜禽 粪便含水量在 85 % , 进行热水保温中温厌 氧发酵 , 发酵周期为 18～20 d , 有机物分解 率为 72 %～ 77 %。若 进 行 高 温 厌 氧 发 酵 , 发酵 周 期 可 缩 至 15 d , 有 机 物 分 解 率 达 80 %～ 85 %。该技术自动化 、资源化程度 高 , 对环境污染小等优点 , 但投资 、运行费 用 、工艺控制要求较高 , 适合大型养殖场应 用。
青贮发酵 。采用青贮式发酵经济可靠 , 投资省 , 只需建造青贮窖或水泥池 , 能耗 少 , 处理费用低 。发酵前粪料需加调理剂 , 通常有草粉或秸秆粉和糠麸等 , 含水量调至 50 %～60 %。发酵时间较长 , 人工接种乳酸 菌 , 减少乳酸形成的时间 , 可缩短发酵周 期 , 并能保证发酵质量 。青贮式厌氧发酵养 分损失少 , 杀灭病菌和害生虫卵效果较好 , 但脱水干燥效果差 , 产量低 , 适合于小规模 畜禽养殖场 , 更适合于鸡场的鸡粪发酵 。
(2) 高温快速干燥 : 目前许多国家采用 快速干燥机 (或称脱水机) 进行人工干燥 。 其优点是可充分保留畜禽粪中的养分 , 一般 损失 4 %～ 6 % , 同时可达到除臭 、灭菌 、 去杂草的作用 。畜禽鲜粪中含水量为 70 % ～75 % , 经过干燥机处理后 , 在短时间内 (约 12 s) 受到 500～550 ℃高温作用 , 鸡粪 的含水量可降低到 13 %以下 。
因而所有影响微生物生长的因素都将对堆肥 产生影响 , 其中以水分 、pH 值 、温度 、C∶ N∶P 和 O2 含量 (通风) 等为主要影响因素 。 ①水分 。好氧发酵最适宜的含水率为 50 % ～65 %。如果堆料的水分低于 40 % , 不利 于微生物的生长 ; 高于 70 %则使堆料的通 透性变差 , 造成好氧发酵不完全 , 甚至会导 致厌氧发酵 , 发酵升温缓慢 , 脱水效果差 。 当堆料初始水分含量达 55 %～65 %左右时 , 禽畜粪渣的好氧发酵降解较为合适 , 粪堆温 度快速上升 , 春 、夏 、秋季 1～2 d , 冬季 2 ～3 d , 堆温便可达 50 ℃～70 ℃。 ②pH 值 。 在粪堆发酵早期 , 控制 pH 值能极大地加快 反应速率 , 这样可避免由于反应停滞引起的 臭味问题 ; 微生物增长速率和蛋白质分解速 率在 pH 为 7～8 时最佳 , 而葡萄糖分解速率 在 pH 为 6～9 时最佳 。随着发酵进程的延 续 , NH3 浓度增加 , 堆料的 pH 会随之升高 。 ③温度 。环境温度对禽畜废弃物料堆发酵的 起始升温影响不大 。在 519 ℃以上的环境温 度下粪堆就可顺利升温 ; 但是达到高温期的 禽畜废弃物粪堆 , 因为易降解有机质含量减 少 , 使其产热量减少 , 此时若环境温度变化 剧烈 , 将会影响粪堆发酵过程的进行 。环境 温度降低至 5 ℃以下时 , 对禽畜废弃物粪堆 进行高温发酵影响较大 。在粪堆发酵过程 中 , 堆温应控制在 45～65 ℃之间 , 其中在 55～60 ℃之间较佳 。堆肥是一个放热过程 , 若不加控制 , 温度可达 75～80 ℃, 温度过 高会过度消耗有机质 , 影响堆肥产品质量 。 因此 , 常采用调整通风量的办法控制温度 。 ④C∶N∶P 。要使堆肥能够快速有效的发酵分 解 , 必须具备合适的 C∶N∶P , CΠN 比一般在 20∶1 到 30∶1 之间比较适宜 。若 CΠN 比过高 ,
专题讲座
防治肥料面源污染系列讲座
畜禽废弃物的无害化处理与资源化利用技术进展 (上)
近年来 , 随着城乡工农业的快速发展和 居民生活水平的提高 , 各种有机废弃物的排 放量日益增多 , 特别是 80 年代后期 , 畜牧 业生产由农户分散饲养向集约化养殖发展转 变 , 养殖场大量排放出来的畜禽粪便给生活 环境带来了严重污染 。我国目前有机固体废 弃物中占主要地位的是畜禽粪便 。据统计 , 2000 年全国畜禽粪便年排放量已超过 27 亿 t , 相当于工业废弃物年排放量的 314 倍 。 浙江省 2000 年畜禽粪便排放量已达 2 000 万 t 。目前集约化养殖场的有机废弃物约 30 % 左右得到初步处理和利用 , 70 %直接向环境 中排放 。如果忽视畜禽粪便的处理和综合利 用 , 它将对环境造成严重的污染 , 并影响养 殖业的可持续发展 。为了遏制农业面源污染 不断加重的态势 , 2001 年 5 月国家环保总 局发 布 了 《畜 禽 养 殖 污 染 防 治 管 理 办 法 》。 由此可见 , 畜禽养殖废弃物的无害化处理和 资源化利用已刻不容缓 。
(4) 厌氧发酵 : 利用厌氧或兼性厌氧微 生物以粪料中的原糖和氨基酸为养料生长繁 殖 , 进行乳酸发酵和乙醇发酵或沼气发酵 ,
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粪料含水量较低 (60 %～70 %) 的以乳酸发 酵为主 , 粪料含水量高 ( > 80 %) 的则以沼 气发酵为主 。其优点是无需通气 , 也不需要 翻堆 , 能耗省 , 运动费用低 。但发酵周期 长 , 占地面积大 , 脱水干燥效果差 。
1 畜禽养殖废弃物的减量化无害化处理技 术
1 000 ℃) 下充分燃烧成为灰渣 , 产生的热量 可用于发电等 。这种方法可使畜禽粪便在较 短时间内减量 90 %以上 , 并杀灭粪便中的 有害病菌和虫卵 。但投资大 , 处理费用昂 贵 , 燃烧时释放大量 CO2 和其它有害气体 , 对大气环境有不良影响 。一些有利用价值的 营养元素被烧掉 , 造成再生资源的浪费 , 故 极少应用 。 112 干燥法
(3) 烘干法 : 将鸡粪倒入烘干箱内 , 经 70 ℃烘 2 h 、140 ℃烘 1 h 或 180 ℃烘 30 min , 可达到干燥 、灭菌 、耐贮藏的效果 。但快速 干燥和烘干法能耗较大 , 并且高温条件下氮 会有损失 。通常人工干燥法适用于大型畜禽 养殖场 。
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Байду номын сангаас
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
专题讲座
不利于堆肥过程中微生物的生长 , 若 CΠN 比过低 , 则堆肥产品会影响农作物生长 。在 保持 C∶N 为 30∶1 时 , C∶P 应该保持在 120∶1 ～240∶1 之间 , 在这条件下对禽畜废弃物堆 肥最有利 。 ⑤O2 (通风) 。由于在微生物利 用禽畜废弃物中的有机物进行好氧分解过程 中 , 需要提供大量的电子受体 , 而氧气就是 堆肥过程中最主要的电子受体 。一般认为 , 在堆体中的氧含量保持在 5 %～15 %之间比 较适宜 ; 氧含量低于 5 %会导致厌氧发酵 ; 氧含量高于 15 %则会使堆体冷却 , 导致病 原菌的大量存活 。因此 , 通风供氧是堆肥工 艺设计考虑的主要问题 。
沼气发酵 。沼气发酵是由多种微生物在 没有氧 气 存 在 的 条 件 下 分 解 有 机 物 来 完 成 的 。不同发酵原料和条件下沼气微生物的种 类会有所不同 。主要有发酵细菌 、产氢产乙 酸菌和产甲烷菌三大类 。畜禽粪便是沼气发 酵的主要和优质原料 , 分解速度相对较快 , 产气效果好 。沼气发酵适宜的畜禽粪污水总 固体浓度为 5 %～8 % , 适合于高水分粪污 的处理 。与好氧高温发酵相结合 , 基本上能 用生物发酵方式减量化无害化处理畜禽养殖 的粪便污水 。
(1) 自然堆 、沤发酵 : 这是一种比较传 统的生物发酵法 。由于翻堆次数少 , 发酵不 均匀也不彻底 , 堆放时间长 , 不适规模养殖 场。
(2) 好氧高温发酵 (高温堆肥) : 好氧 高温发酵具有对有机物分解快 , 降解彻底 , 发酵均匀 。发酵温度高 , 一般在 55～65 ℃, 高的可达 70 ℃以上 。脱水速度快 , 脱水率 高 , 发酵周期短 。经试验一般经 15 d 左右 高温 发 酵 , 畜 禽 粪 便 含 水 率 即 从 70 % ～ 80 %降至 40 %～50 % , 杀灭病菌 、寄生虫卵 和杂草种子及除臭效果好 , 但起始发酵适宜 的粪料含水率为 55 %～65 %。
(6) 生物发酵的微生物群落 : 畜禽粪便 进行生物发酵的微生物菌群具有微生物多样 性 , 其发酵过程是非常复杂的 , 降解物质多 种多样 , 参与物质降解的微生物种类繁多 , 其中有些是有益菌类 , 但有的属有害菌类 , 甚至于有的菌为病原菌 , 因此 , 人工生产的 发酵菌剂进行接种时 , 其生产菌种必须进行 非病原微生物和急性毒性的菌种鉴定 , 以便 首先做到发酵菌剂的微生物菌种无害化 。 ① 酵母菌类 。热带假丝酵母 、产朊假丝酵母 、 酿酒酵母 、白地霉等 ; ②芽孢杆菌类 。枯草 芽孢杆菌 、蜡状芽孢杆菌 、地衣芽孢杆菌 、 嗜热芽孢杆菌 、固氮类芽孢杆菌 、多粘类芽 孢杆菌 、巨大芽孢杆菌 、胶质芽孢杆菌等 ; ③放线菌类 。链霉菌 、诺卡氏菌 、分枝杆菌 等 ; ④霉菌类 。木霉 、曲霉 、青霉 、根霉 、 毛霉等 ; ⑤其它细菌类 。假单胞菌 、粪产碱 菌 、乳杆菌 、光合细菌 、纤维单胞菌 、黄杆 菌 、棒状杆菌等 。
(3) 好氧低温发酵 : 这是德国 Biomest 公司开发的一种新型发酵法 。其加工原理是 用电脑控制的低温堆肥过程 , 发酵在密闭的 反应器中进行 , 发酵温度控制在 28～45 ℃, 发酵结束前短期内使料温升至 66 ℃以杀灭 物料中有害细菌 (如大肠杆菌) , 而让其它 有益细菌 (如可在土壤中由有机物产生腐植 质的细菌) 存活 。发酵过程短 (48 h) , 对 环境无污染 , 废气经生物滤器进行无害化处 理 , 产品无毒无臭 , 能耗比滚筒干燥法减少 35 % , 产品中可利用氮多 15 %、有益细菌 的含量多 95 %。对发酵物料的含水率要求 较高 , 必须控制在 55 %。
湿式厌氧发酵 。这是近年来开发出的一 种新型厌氧处理技术 , 已在欧洲得到应用发 展 , 是一种很有前途的厌氧技术 。要求畜禽 粪便含水量在 85 % , 进行热水保温中温厌 氧发酵 , 发酵周期为 18～20 d , 有机物分解 率为 72 %～ 77 %。若 进 行 高 温 厌 氧 发 酵 , 发酵 周 期 可 缩 至 15 d , 有 机 物 分 解 率 达 80 %～ 85 %。该技术自动化 、资源化程度 高 , 对环境污染小等优点 , 但投资 、运行费 用 、工艺控制要求较高 , 适合大型养殖场应 用。
青贮发酵 。采用青贮式发酵经济可靠 , 投资省 , 只需建造青贮窖或水泥池 , 能耗 少 , 处理费用低 。发酵前粪料需加调理剂 , 通常有草粉或秸秆粉和糠麸等 , 含水量调至 50 %～60 %。发酵时间较长 , 人工接种乳酸 菌 , 减少乳酸形成的时间 , 可缩短发酵周 期 , 并能保证发酵质量 。青贮式厌氧发酵养 分损失少 , 杀灭病菌和害生虫卵效果较好 , 但脱水干燥效果差 , 产量低 , 适合于小规模 畜禽养殖场 , 更适合于鸡场的鸡粪发酵 。
(2) 高温快速干燥 : 目前许多国家采用 快速干燥机 (或称脱水机) 进行人工干燥 。 其优点是可充分保留畜禽粪中的养分 , 一般 损失 4 %～ 6 % , 同时可达到除臭 、灭菌 、 去杂草的作用 。畜禽鲜粪中含水量为 70 % ～75 % , 经过干燥机处理后 , 在短时间内 (约 12 s) 受到 500～550 ℃高温作用 , 鸡粪 的含水量可降低到 13 %以下 。
因而所有影响微生物生长的因素都将对堆肥 产生影响 , 其中以水分 、pH 值 、温度 、C∶ N∶P 和 O2 含量 (通风) 等为主要影响因素 。 ①水分 。好氧发酵最适宜的含水率为 50 % ～65 %。如果堆料的水分低于 40 % , 不利 于微生物的生长 ; 高于 70 %则使堆料的通 透性变差 , 造成好氧发酵不完全 , 甚至会导 致厌氧发酵 , 发酵升温缓慢 , 脱水效果差 。 当堆料初始水分含量达 55 %～65 %左右时 , 禽畜粪渣的好氧发酵降解较为合适 , 粪堆温 度快速上升 , 春 、夏 、秋季 1～2 d , 冬季 2 ～3 d , 堆温便可达 50 ℃～70 ℃。 ②pH 值 。 在粪堆发酵早期 , 控制 pH 值能极大地加快 反应速率 , 这样可避免由于反应停滞引起的 臭味问题 ; 微生物增长速率和蛋白质分解速 率在 pH 为 7～8 时最佳 , 而葡萄糖分解速率 在 pH 为 6～9 时最佳 。随着发酵进程的延 续 , NH3 浓度增加 , 堆料的 pH 会随之升高 。 ③温度 。环境温度对禽畜废弃物料堆发酵的 起始升温影响不大 。在 519 ℃以上的环境温 度下粪堆就可顺利升温 ; 但是达到高温期的 禽畜废弃物粪堆 , 因为易降解有机质含量减 少 , 使其产热量减少 , 此时若环境温度变化 剧烈 , 将会影响粪堆发酵过程的进行 。环境 温度降低至 5 ℃以下时 , 对禽畜废弃物粪堆 进行高温发酵影响较大 。在粪堆发酵过程 中 , 堆温应控制在 45～65 ℃之间 , 其中在 55～60 ℃之间较佳 。堆肥是一个放热过程 , 若不加控制 , 温度可达 75～80 ℃, 温度过 高会过度消耗有机质 , 影响堆肥产品质量 。 因此 , 常采用调整通风量的办法控制温度 。 ④C∶N∶P 。要使堆肥能够快速有效的发酵分 解 , 必须具备合适的 C∶N∶P , CΠN 比一般在 20∶1 到 30∶1 之间比较适宜 。若 CΠN 比过高 ,
专题讲座
防治肥料面源污染系列讲座
畜禽废弃物的无害化处理与资源化利用技术进展 (上)
近年来 , 随着城乡工农业的快速发展和 居民生活水平的提高 , 各种有机废弃物的排 放量日益增多 , 特别是 80 年代后期 , 畜牧 业生产由农户分散饲养向集约化养殖发展转 变 , 养殖场大量排放出来的畜禽粪便给生活 环境带来了严重污染 。我国目前有机固体废 弃物中占主要地位的是畜禽粪便 。据统计 , 2000 年全国畜禽粪便年排放量已超过 27 亿 t , 相当于工业废弃物年排放量的 314 倍 。 浙江省 2000 年畜禽粪便排放量已达 2 000 万 t 。目前集约化养殖场的有机废弃物约 30 % 左右得到初步处理和利用 , 70 %直接向环境 中排放 。如果忽视畜禽粪便的处理和综合利 用 , 它将对环境造成严重的污染 , 并影响养 殖业的可持续发展 。为了遏制农业面源污染 不断加重的态势 , 2001 年 5 月国家环保总 局发 布 了 《畜 禽 养 殖 污 染 防 治 管 理 办 法 》。 由此可见 , 畜禽养殖废弃物的无害化处理和 资源化利用已刻不容缓 。
(4) 厌氧发酵 : 利用厌氧或兼性厌氧微 生物以粪料中的原糖和氨基酸为养料生长繁 殖 , 进行乳酸发酵和乙醇发酵或沼气发酵 ,
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粪料含水量较低 (60 %～70 %) 的以乳酸发 酵为主 , 粪料含水量高 ( > 80 %) 的则以沼 气发酵为主 。其优点是无需通气 , 也不需要 翻堆 , 能耗省 , 运动费用低 。但发酵周期 长 , 占地面积大 , 脱水干燥效果差 。
1 畜禽养殖废弃物的减量化无害化处理技 术
