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畜禽粪便有机肥加工技术及设备的研究

返回列表作者:凯域机械来源:https://www.yjfsb1688.com/industry/445.html发布日期:2020-09-10

    我国畜禽养殖业发展迅速,畜禽粪便对环境造成的污染已成为畜牧业发展中亟待解决的问题。文章提出了山西重点探索发展畜禽粪污有机肥加工技术的研究,设计了畜禽粪污有机肥加工技术路线、技术开发和设备研制的各项措施。

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一、畜禽粪污有机肥行业发展现状:

    有机肥主要用于为植物提供生长所需的营养。畜禽粪污经过加工,消除了粪污中的有毒有害物质,保留了大量有益物质,包括多种有机质以及氮、磷、钾等微量元素。畜禽粪污有机肥不仅肥效长,能为农作物提供全面营养,还可改良土质,有效改善土壤的理化性状和生物活性,防止土壤板结和酸化。

畜禽粪污有机肥料行业与其他肥料行业一样,有一定的季节性、地域性,行业发展极度依赖农业和总体经济的发展水平。经济发展水平较高的地区比较重视食品安全,对有机肥的需求逐年增加;农业发达的地区,农民对有机肥的施用带来的效益更为明确,更愿意施用较为环保的有机肥料,以达到土地良性循环、发展持续农业的目的。

近年来,为满足农作物种植优质高产需求,有机肥的施用比例和使用量会大幅提高。随着消费升级、节能降耗、绿色有机食品需求的增加,随着人们对食品安全、食品口感及健康问题的不断重视,随着政府对有机农业的大力支持,随着生产技术的不断升级,我国有机肥行业将迎来快速发展时期。

目前我国有机肥使用率占比尚不足 10%,有机肥市场整体规模偏小,有机肥行业刚刚迈入成长期,发展前景十分可观。预计未来 10 年,我国畜禽粪污有机肥生产将呈现逐年上升趋势,市场空间巨大,行业发展前景广阔。

二、国内外畜禽粪污处理技术发展现状

1.国外畜禽粪污处理技术发展现状

随着大型畜禽养殖场的增多,投放农田的粪污总量超过了农田的消纳能力,找不到出路的粪便随意堆积造成了严重的环境污染,引起了政府的高度重视。很多国家制定相应的管理条例,以立法的方式对畜禽粪污的处理加以规范管理。条例规定大型的畜禽养殖场必须有粪便和污水的贮存、处理和利用设施,在水源附近不得堆施粪肥,污水不加处理不能随意排放等。同时发达国家补贴畜禽粪便加工厂,以政策引导方式推进畜禽粪便的资源化利用。

国外畜禽粪污的处理主要按照“资源化”的原则进行,采用生物法、物理法或化学法等工艺对畜禽粪污进行综合利用。常见的综合利用方式是作饲料、作肥料或作能源。能源化利用主要是作燃料,一种是将干燥后的畜禽粪污直接燃烧用来取暖和发电,另一种是将畜禽粪污厌氧发酵,生产出沼气,为生活生产提供能源。

以沼气工程为核心的生态农业已被广泛推广应用。在意大利,养殖场如果没有与其饲养规模相配套的土地消纳粪污,就必须采用氮素消除技术处理粪污。畜禽粪污的饲料化利用主要是鸡粪的饲料化,国外鸡粪饲料化已商品化。

在传统农业中,畜禽粪污作为肥料被广泛应用于农业生产中,但畜禽粪污不适于直接用作肥料,在还田前需经进一步加工处理,才不会对环境和农作物造成危害。肥料化利用常见的方法有堆肥法、复合法和干燥法。

2.国内畜禽粪污处理现状

目前,国内对畜禽粪污的处理利用主要是制作饲料、加工肥料和能源开发 3 种方式。

2.1饲料化处理

畜禽粪便中含有粗蛋白、粗纤维、矿物质、微量元素和多种维生素等养分,特别是粗蛋白含量很高,粪便经加工处理可成为很好的畜禽饲料。畜禽粪便饲料化的方法主要有干燥法、青贮法和生物法。

干燥处理主要方法有:自然干燥、高温干燥和低温干燥。自然干燥成本低,但干燥时间过长,容易受天气等环境因素影响;高温干燥采用高温快速干燥机进行加热,干燥速度快,灭菌效果好,但能耗较大;低温干燥是将畜禽粪便运到低温干燥机中,低温干燥后的粪便适于贮存。

2.2肥料化处理

畜禽粪污具有资源属性,可还田利用、制作有机肥。畜禽粪污肥料化利用可进一步提升土壤有机质含量、改善农产品质量、保障农田可持续生产能力。传统农业中一般将畜禽粪便进行简单的堆积发酵,发酵完成后施入农田,这种方法降低了种植成本,也使畜禽粪便得到处理,但是这种处理方式粪便发酵不充分,影响作物生长,且容易造成二次环境污染。

现代养殖场对畜禽粪污的处理工艺有了较大提高,比如北京某养殖场采用酸化 + 高速滤池+ 生物氧化塘的处理方式,设计通过自然沉淀法对粪污水先进行固液分离,沉淀固体经过调整水分,添加肥料成分,进行堆肥处理,液体部分通过一个调节酸化池和两个串联的高速生物滤池进行厌氧好氧生物处理,处理后的污水进入生物氧化塘进一步降解贮存,进行农田灌溉。我国先进污染防治技术中关于畜禽粪污的处理技术有两种:一种是密闭式畜禽粪便高效发酵技术,指在畜禽粪便中添加一定量农业废弃物,如秸秆、稻壳等富碳废弃物,调整物料水分至 65%以下,碳氮比为(25~30)∶1,发酵周期为 7d,其中 65℃以上发酵保持 72 h 以上,设备全程密闭,发酵产物可深加工为有机肥。

畜禽粪污动态发酵生物干化技术是将复合微生物发酵菌剂加入畜禽粪污和秸秆的混合物料中,采用管式通风技术在卧旋式连续发酵设备内发酵产热,达到物料高温灭菌及水分蒸发的效果,产物可作为有机肥原料和垫床料,畜禽粪污在好氧发酵中除臭、灭菌,产生的水分及原有的游离水蒸发去除,无害化处理的畜禽粪污可成为有机肥加工原料。

目前,畜禽粪污有机肥生产产量还较低,生产及施用的人工成本和运输成本都比较高,技术开发还不成熟,真正的高质量的有机肥价格也较高,导致很多农民不愿意使用。因此畜禽粪污有机肥加工技术及设备还有待进一步研发。

2.3能源化处理

目前我国正在推进沼气和生物天然气工程建设,支持以畜禽粪污为主要原料的大中型沼气工程,生产的沼气可用于发电、集中供气和提纯制作生物天然气。与一些发达国家相比,我国尚未形成以绿色发展为导向的农业补贴政策,生物天然气、有机肥等产品生产和使用缺乏扶持措施。

例如沼气发电,虽然有生物质能源发电标杆电价补贴,但部分地区政策落实不到位。与此同时,粪污能源化利用产生的气、电成本较高,与天然气、大电网相比缺乏竞争力。

三、畜禽粪污有机肥加工技术研究

通过对部分地区有机肥生产厂家等地走访调研,对畜禽粪污有机肥加工技术现状进行分析研究,结合国内畜禽粪污有机肥加工工艺要求,探索适合我省的畜禽粪污有机肥加工技术。

  1. 畜禽粪污有机肥加工工艺路线

畜禽粪污有机肥的加工工艺流程:原料处理→无害化处理→混合配料→造粒→冷却筛选→计量封口→成品入库。其中:原料处理,即针对个别含水率过高的粪污进行水肥分离;无害化处理,即往粪污中加入发酵菌种,通过高温发酵,杀死粪污中的有害病菌和虫卵,彻底腐熟肥料;混合配料,即针对当地土壤结构,加入提高动物粪肥肥力的相关物资,如腐殖酸、氮、磷、钾肥,提高有机肥的肥力和适应性;造粒,即根据有机肥使用要求,对有机肥进行粉碎、混合、造粒。

经过预处理的畜禽粪污进入搅拌发酵装置发酵后,按一定比例添入适量的氮、磷、钾等元素,使所含微量元素达到有机肥生产标准,再经过搅拌、粉碎、成形、制粒、干燥、包装等加工工艺,将畜禽粪污加工成为肥效高、运输方便、使用安全和价格实惠的有机肥。

2.畜禽粪污有机肥加工技术开发

技术开发计划:

①研发探讨畜禽粪污有机肥的加工工艺,开发一套畜禽粪污发酵装置;

②利用研制的畜禽粪污发酵技术及装置进行畜禽粪污有机肥试生产,生产出的有机肥质量优于国家相关标准;

③探讨完整的畜禽粪污无害化处理及畜禽粪污有机肥的加工技术及工艺,制定合适的技术规范,与养殖企业合作,拟建设畜禽粪污有机肥生产线 1 条,年生产畜禽粪污有机肥 3 000~5 000 t;

④对开发成功的畜禽粪污发酵技术及装置进行推广。

3.畜禽粪污有机肥加工设备

主要研发一种适用于畜禽粪污的搅拌发酵装置,该设备由发酵罐主体、整体机架、输入搅笼、高压热风机、出料集料箱、旋风除橱、引风机等装置构成,该装置可以一次性完成粪污全量无害化处理、除臭、曝气、发酵,加工全过程可实现自动控制。

四、效益分析

从土地改革至今,我国的化肥施用量增长了 4.5 倍,仅2016 年化肥用量就达到 6 000×10 4 t。

而与之对应的粮食产量 30 多年来仅增加了 83%,化肥用量的增速远远超过了粮食产量增长。这从侧面反映出一个问题,化肥用量到一定程度后,其对粮食增长的贡献值已不大,而对耕地地力的破坏逐年增加。

畜禽粪便有机肥与化肥配合施用,正逐渐成为一种趋势。增大有机肥的施用,减少化肥的施用,既能促进粮食的增长,还能保护耕地的地力。以2016年为例,全年化肥用量为6000×104t,如果减少2000×104t化肥施用,增加2000×104t有机肥施用,每1t有机肥市场价在1200元左右,成本价在800元左右,1t利润为400元左右,2000×104t有机肥将产生80×108元的利润。

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