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区域性畜禽粪污处理中心工艺路线选择分析

2024-08-03 41 上传者：管理员

摘要：畜禽粪污集中处理工艺主要分为好氧处理工艺和厌氧处理工艺。为筛选出一条经济适用的工艺路线，本文根据不同畜禽粪污处置项目的运行情况，从投资、占地面积、沼液产量、经济效益及投入产出等方面定量分析两种工艺的运行参数，总结两种粪污处置方式的优缺点及适用情形。基于此提出区域性畜禽粪污处理中心应选用好氧发酵工艺作为主要处理设施或附属设施，否则无法形成处理闭环；湿式厌氧工艺和干式厌氧工艺在吨处理量投入产出方面差别不大，但湿式厌氧工艺产生的沼液量较大，在处理量小且沼液能够有效利用的情况下可以使用湿式厌氧工艺，否则干式厌氧工艺优势更大；当厌氧工艺和好氧工艺在同一项目使用时，需注意厌氧系统不能消耗过多的有机质，以免好氧过程生产的有机肥中有机质含量可能达不到有机肥相关标准。

关键词：
好氧堆肥
干式厌氧
环境管理
畜禽产业
畜禽粪污
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畜禽产业的快速发展，为居民肉蛋奶的供应作出了巨大贡献，同时畜禽养殖的规模化、集约化和产业化发展产生了大量粪污，给周围生态环境带来较大压力。畜禽粪污资源化利用能够从根本上减少粪污污染，保障畜禽业健康、稳定发展。目前，畜禽粪污处理资源化利用的路径主要分为厌氧处理工艺和好氧处理工艺，厌氧工艺主要生产沼气，好氧工艺主要生产有机肥。畜禽粪污综合处理中心是粪污治理模式创新的有益探索。在养殖密集区建设区域性畜禽粪污处理中心的优势在于能够将区域粪污集中处理，生产效率较高，方便管理，末端污染可得到有效控制，生产的有机肥产品可反哺区域内的种植业，加快构建种养结合产业发展模式，促进农牧循环可持续发展[1]。

针对畜禽粪污资源化利用及处理工艺已开展了较深入研究，罗娟等[2]针对当前规模化养殖场畜禽粪污处理技术模式区域差异，构建了一套衡量畜禽粪污处理的综合评价指标体系，认为东北地区宜采用前分离肥料模式和前分离垫料模式，西北地区宜采用肥料模式和前分离垫料模式，华北地区宜采用厌氧发酵模式。周海宾等[3]统计调研发现，畜禽固体粪便处理普遍采用堆（沤）肥处理技术，液体粪污处理主要采用厌氧发酵和贮存发酵技术，粪污处理后还田是主要利用方向。陆则基等[4]提出针对清粪工艺、畜禽养殖规模和最终消纳方式的不同来选择合适的处理工艺。

目前畜禽粪污综合利用能力已有较大提升，在实际应用过程中，由于地域性的差异及特定项目研究样本量较少，采用哪种工艺或组合工艺处置效果更佳，暂未得出统一的结论。基于上述原因，本文采取理论分析与实践相结合的方式，深度剖析厌氧工艺和好氧工艺在处理畜禽粪污时的优势和劣势，定量分析项目中各因素对环境的影响，从而确定重点影响因子，寻求更为合理的资源化利用技术手段，旨在为区域性畜禽粪污处理中心技术路线优化提供参考。

1、材料与方法

1.1处理工艺

1.1.1好氧工艺

好氧堆肥是畜禽粪污处置较普遍使用的技术，利用好氧微生物菌种分解粪污中的有机质，使其分解成二氧化碳和水等无害物质，同时释放热量，杀死粪便中的虫卵和大肠杆菌等有害物质。有机肥发酵需要控制水分和温度，发酵时由于畜禽粪污需要调节碳氮比且自身水分率较高，必须与辅料一同添加，达到一定碳氮比范围、含水率和孔隙率要求后，才有利于物料充分与氧气结合，达到更好的好氧发酵条件[5]。有机肥掺混辅料主要是农作物秸秆或副产品，如玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、稻壳和花生壳等。一般区域性畜禽粪污处理中心好氧堆肥产物应满足最新的有机肥料相关标准。

1.1.2厌氧工艺

厌氧工艺是处理有机类废弃物的常用工艺，有机物在厌氧环境中通过微生物的代谢活动被分解为甲烷和二氧化碳等物质。厌氧发酵一般分为3个阶段：第一阶段是水解发酵阶段，微生物先将复杂的有机质在酶的作用下进行水解，切断大分子物质的分子链，使其成为较小的分子，以单糖和氨基酸为主；第二阶段主要发挥作用的是产酸菌，其与上一阶段已分解的小分子量分子继续发生反应，产生乙酸和氢气；第三阶段是在甲烷菌的作用下，酸和溶解性氮氧化物分解成氨、碳酸盐、二氧化碳、氢气和甲烷等[6]。

厌氧发酵的影响因素主要有碳氮比、温度和pH值。根据进料含水率，畜禽粪污的厌氧发酵工艺主要分为湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵[7]，其中干式厌氧进料含水率在70.0%～92.0%，湿式厌氧进料含水率高于92%。两种发酵方式在原辅料配比、进料方式、搅拌强度、过程控制和沼液产生量等方面存在较大差异。

1.2工艺参数计算

好氧工艺和厌氧工艺的比较应建立在相同条件下，如相同的物料种类，近似的空间位置和环境条件，以及同一价格体系等。由于相同规模的区域性畜禽粪污处理中心的相关数据较难得到，因此，比较项目选择日处理量至少100.00 t的处理厂作为研究对象，不同处理量的数据再经过处理量折算进行对比[8]。处理物料均为牛粪，当使用其他有机物料作为原料时，工艺参数数据可能存在偏差。

厌氧发酵分为干式厌氧发酵和湿式厌氧发酵[9]，因此，厌氧工艺做数据推演时，干式和湿式两种工艺分别计算。

1.2.1厌氧发酵工艺参数

(1）干式厌氧工艺参数。某畜禽粪污处置项目使用干式厌氧发酵工艺，进料牛粪的含水率83.0%，日处理牛粪583.55 t，容积产气率按照3 Nm³/（m³·d）计算，干式厌氧发酵工艺参数计算结果如表1所示。

表1干式厌氧工艺参数

(2）湿式厌氧工艺参数。某畜禽粪污处置项目使用湿式厌氧发酵工艺，进料牛粪的含水率83.0%，日处理牛粪120.00 t，容积产气率按照1.5 Nm³/（m³·d）计算，湿式厌氧发酵工艺参数计算结果如表2所示。

表2湿式厌氧工艺参数

1.2.2好氧工艺参数

某畜禽粪污项目使用好氧发酵工艺，进料牛粪含水率83.0%，日处理牛粪583.55 t，发酵原料质量比为牛粪∶秸秆粉∶腐殖酸∶尿素∶菌剂为3 600∶700∶160∶10∶1，计算结果如表3所示。

表3好氧工艺参数

1.3工艺参数对比

综合以上数据，本文针对畜禽粪污处置采用的厌氧工艺（湿式与干式）将从投资、占地、沼液产量、经济效益及投入产出几个角度来进行综合对比分析，再针对厌氧工艺与好氧工艺从投资、利润及回收期几个角度进行综合对比分析。

2、结果与分析

2.1干式厌氧发酵与湿式厌氧发酵工艺对比

投资方面，120.00 t处理量的湿式厌氧发酵系统的设备投资约为1 596.00万元，583.55 t处理量的干式厌氧系统的设备投资约为3 346.00万元，折合吨处理量投资成本比为2.32(13.30/5.73）。占地面积方面，折合成相同处理量（583.50t）的厌氧发酵工厂，折合系数4.86，湿式厌氧和干式厌氧的占地面积比为2.86(1 088.7×4.86/1 850）。沼液产生量方面，折合成相同处理量（583.55 t）的厌氧发酵工厂，折合系数4.86，湿式厌氧和干式厌氧的沼液产生比例约为2.10(29.32×4.86/67.3），湿式厌氧比干式厌氧工艺高1倍多。经济效益方面，120.00 t处理量的湿式厌氧发酵系统的年天然气产值643.90万元，583.55 t处理量的干式厌氧系统的年天然气产值1 571.40万元，吨处理量产值比为1.99(146.67/73.86）。投入产出方面，结合以上数据可知在相同处理量条件下湿式厌氧比干式厌氧工艺投资高，收益也高，因此在投入产出角度分析，两种工艺没有明显差别（表1—2）。

2.2干式厌氧发酵与好氧发酵工艺对比

以日处理牛粪量583.55 t为计算依据，单纯使用好氧工艺总投资1 997.00万元，年利润约357.70万元，利润率8.8%(0.98/11.18），不计利息的回收期为5.6年（1 997.0/357.7），详见表3。而相同处理量的干式厌氧系统，总投资3 346.00万元，发酵时可不添加辅料，每日的原料成本1.16万元，日运行成本1.54万元，日天然气产值4.31万元，日利润1.61万元，年利润约587.65万元，利润率37.4%(1.61/4.31），不计利息的回收期为5.69年（3 346/587.65）,详见表1。

2.3厌氧发酵与好氧发酵的混合系统

同样日处理牛粪量583.55 t的干式厌氧和好氧发酵的混合系统，总投资为6 755.00万元（包含有机肥车间），发酵时可不添加辅料，每日的总成本为3.20万元（包含原料成本和运行成本），日天然气产值4.31万元，厌氧发酵后的产物采用堆沤肥方式，每天可产土肥约95.30 t，单价按200.00元/t核算，肥料产值为1.91万元，总产值为6.22万元。因此该混合系统日利润为3.02万元，年利润1102.30万元，利润率高达48.6%(3.02/6.22），不计利息的回收期为6.13年（6 755.0/1 102.3）。

3、结论与讨论

部分大型畜禽粪污处理中心因沼液问题未得到很好解决导致生产受限，沼液产生量直接影响粪污处理厂的稳定运行[10]。从占地面积考虑，相同处理量条件下，湿式厌氧处理设备的占地面积是干式厌氧处理设备占地面积的2.86倍，在场地受限的条件下，干式厌氧反应工艺更具优势。实践中，如果一个区域性畜禽粪污处理中心单纯配置厌氧设备，厌氧发酵后的混合物处理因无法形成闭环而成为新的问题。因此，如果采用厌氧工艺，在其后端必须配置好氧发酵处理设备，以解决发酵后的混合物处置问题[11-12]。综合分析，单纯使用干式厌氧工艺或好氧发酵工艺在投资回收期上基本相当，使用两种工艺的混合模式的投资回收期较单纯使用两种模式的较长，但能够形成产业链闭环[13]且利润率较优。经过回收期后，干式厌氧与好氧发酵的组合工艺具有明显的优势，获取利润更大。

本文针对畜禽粪污处置采用的厌氧工艺（湿式与干式）从投资、占地面积、沼液产量、经济效益及投入产出几个角度来进行综合对比分析，再针对厌氧工艺与好氧工艺从投资、利润及回收期几个角度进行综合对比分析。通过上述分析发现，区域性畜禽粪污处理中心建议选用好氧发酵工艺，不管是作为主要处理设施还是附属设施，以形成处理闭环；而湿式厌氧工艺和干式厌氧工艺在吨处理量投入产出方面差别不大，但湿式厌氧工艺产生的沼液量较大[14]，因此，在处理量小且沼液能够有效利用并有出口的情况下建议使用湿式厌氧工艺，否则干式厌氧工艺优势更大；当厌氧工艺和好氧工艺在同一项目使用时，需注意厌氧系统不能消耗过多的有机质，否则后续的好氧过程生产的有机肥中有机质含量可能达不到相关国家标准[15]，当遇到这种情况时需在好氧系统增加原始物料（牛粪），实际运行时须摸索最优的解决方案。

参考文献:

[1]魏鼎才,李光辉,随顺涛,等.我国畜禽粪污资源化利用综述及发展探析[J].四川农业与农机,2024(1):4-7,43.

[2]罗娟,赵立欣,姚宗路,等.规模化养殖场畜禽粪污处理综合评价指标体系构建与应用[J].农业工程学报,2020,36(17):182-189.

[3]周海宾,丁京涛,孟海波,等.中国畜禽粪污资源化利用技术应用调研与发展分析[J].农业工程学报,2022,38(9):237-246.

[4]陆则基,周敏,左媛媛,等.三种畜禽粪污资源化利用模式对比[J].中国动物检疫,2023,40(1):52-54,64.

[5]吕丹丹,席北斗,李秀金,等.不同混合比牛粪玉米秸中温干发酵产沼性能[J].环境工程学报,2012,6(6):2055-2060.

[6]汤毅晖.畜禽粪污资源化利用方案及经济性分析[J].上海节能,2021(11):1298-1301.

[7]刘烨,韦建吉,曾庆东,等.畜禽粪污堆肥系统的应用及优化方案[J].现代农业装备,2022,43(5):60-65.

[8]马云蕾.畜禽粪污资源化利用模式的探讨与发展[J].中国畜牧业,2024(1):84-85.

[9]金赵明.浅析湿式厌氧与干式厌氧发酵技术及相关案例[J].环境保护与循环经济,2018,38(5):29-31.

[10]王菲,王顺利,刘克锋,等.不同碳氮比对牛粪秸秆干法厌氧发酵产气及肥效的影响[J].北京农学院学报,2015,30(3):62-66.

[11]刘晓芳,丁晓,严梦羽.牛粪好氧堆肥发酵及其肥料化利用实践探讨[J].畜牧兽医科技信息,2022(11):55-57.

[12]郭振乾,祁世会.高温好氧发酵技术在畜禽粪污处理中的应用[J].甘肃畜牧兽医,2022,52(4):61-64.

[13]王霞琴,柳阳阳,刘涛,等.好氧堆肥系统的设计及研究[J].云南化工,2023,50(10):35-37.

[14]付程,郭占斌,付义琦,等.好氧堆肥技术与厌氧发酵技术研究进展[J].热带农业工程,2023,47(5):165-169.

文章来源:张丹丹,张国辉.区域性畜禽粪污处理中心工艺路线选择分析[J].安徽农学通报,2024,30(14):49-52.

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期刊名称：安徽农学通报

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国内刊号：34-1148/S

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创刊时间：1995年

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