畜禽粪便处理设备livestock and poultry manure treating equipment

对畜禽粪便的物理化学性质进行处理的设备。处理的目的是为了更有效地利用粪便并避免其对环境的污染。
发展简史 早在11世纪初，中国民间已开始应用沤肥技术来处理粪便。1925年，英国农学家霍华德(Albert Howard)在印度建立了系统而完善的堆肥技术，成为固态粪便最早的科学处理。最早出现的液态粪便处理设备是贮粪池和化粪池。1963年，用于污水处理的氧化沟开始用于液态畜禽粪便处理。1965年出现了建立在畜舍缝隙地板下的氧化沟。70年代开始利用机械对畜禽粪便进行固液分离。
1806年戴维(Humphrey Davy)提出了从畜粪中产生沼气的报告。1890年德国农场开始生产沼气。20世纪50年代后各国广泛进行了沼气的研究和生产。
1920年美国第一次报道以混合围栏饲养的形式用猪粪喂饲肉牛。1932年开始出现以机械干燥法将鸡粪处理成颗粒状肥料或饲料。将畜禽粪处理成饲料的其它方法尚处于研究阶段。
中国于20世纪80年代初开始研究集约化畜牧场的畜禽粪便处理，开始利用鸡粪制作配合饵料养鱼，并研制成利用太阳能和机械搅拌的鸡粪干燥设备，和利用微波加热的鸡粪干燥设备。
粪便特性及处理方法 各种不同畜禽的粪便排量及粪便的物理、化学性质有所不同，见表1。其中每日排粪量包括尿液，以每1000千克畜禽体重计；其他各项也是包括尿液在内的特性。以毫克/升为单位的5日生化需氧量BOD₅，是每1升污水在20℃并被通气的情况下细菌分解有机物5日所需氧气的毫克数，是衡量污染程度的指标。用细菌分解或用水稀释可减少畜禽粪便的生化需氧量。

表1 畜禽排粪量及粪便特性

畜禽种类	排粪量 （千克）	含水率 (%)	容重 (千克/米3)	5日生化需氧量(BOD5) (毫克/升)	挥发性固体排量 （千克）	总固体排量 （千克）	氮磷钾排量（千克）
							N	P2O5	K2O
奶 牛 肉 牛 肥 猪 羊 蛋 鸡 肉 鸡	82 60 65 40 52.5 70	87.3 88.4 90.8 75 74.8 74.8	1 044 1 010 1 010 1 094 1 010 1 010	21 600 26 900 30 300 24 600 67 300 —	8.6 6.0 4.8 8.5 9.25 12.5	10.4 6.9 6.0 10.0 13.25 18	0.41 0.34 0.45 0.45 0.725 1.2	0.166 0.250 0.34 0.15 0.625 0.615	0.325 0.289 0.355 0.39 0.35 0.45

注：排粪量、挥发性固体排量和总固体排量是每1000千克畜禽体重的每天排量

处理畜禽粪便的方法主要有：❶生物处理法。是利用细菌分解来减少处理后畜禽粪液的BOD₅，从而减少粪便对环境的污染。
❷物理处理法。对粪便进行固液分离和干燥，以改变粪便的物理性质。
❸化学处理法。利用化学药剂对粪便进行净化和消毒。此外，根据对畜禽粪便处理的完全性程度又可分为不完全处理法和完全处理法。不完全处理指处理后的产品未能完全净化，用于一般的农牧场。完全处理是处理后产品得到完全的净化，适用于无农田的集约化饲养场。
处理目的 主要有： ❶农田的施肥不能常年进行而有一定的时间性，经常需要进行贮存后施入农田；
❷有的农田靠近水源、鱼塘或居民区，必须将畜禽粪便的污染性(BOD₅)降低后施入农田；
❸畜禽粪便含有一定的营养物质，可以将其处理后掺入其他饲料进行喂饲；
❹将畜禽粪便的液、固部分分别处理成冲洗水和垫草代用品来循环使用；
❺将畜禽粪便进行处理后生产沼气，或高温分解成燃油，以作为能量来源；
❻无农田的集约化饲养场需要对畜禽粪便进行完全处理，以免污染公共环境。目前，处理成肥料仍是主要的方式，作为饲料和能源的粪便处理所占比例还很小。
处理设备类型 有堆肥设备、贮粪设备、化粪池、氧化沟、沼气发生设备、干燥设备、机械分离设备、多级生物处理设备等。
堆肥设备 将畜禽粪便和植物茎秆等有机物进行堆积，经细菌的作用使有机物分解为稳定的有用物质。根据堆内氧气情况，可分充气式和厌气式两种堆制方式。充气式堆肥又可分条堆式和封闭容器式。
条堆充气式堆肥设备包括堆肥场、运输设备和翻动设备。形成的堆肥呈高1.5～2米，宽2.5～4米的长条堆状，顶部可按休止角形成30°坡顶，多雨气候下应成半圆顶或盖顶棚防雨。每2～3天翻动一次，以充入空气保证好气性细菌的活动。堆积可用装载机进行，翻动可采用装载机或专用的倒粪机。倒粪机是装有带齿滚筒的跨在肥堆上的自走式机器，在向前移动的同时将条堆翻转混合。堆肥的最佳参数为： 有机物碳氮比26:1～35:1，含水率50～60%，堆内温度38～55℃。整个堆肥时间约需6周，产品无臭味。
封闭容器充气式堆肥设备是一种带搅拌装置和强制通气装置的密闭容器，畜禽粪便在容器内由搅拌装置定期搅拌(每隔30分钟运转10分钟)并用风机通气，由好气性细菌分解为稳定物质，堆肥时间10～15天。这种设备机械化程度高，但投资和能量消耗都大。
厌气式堆肥常堆成高2—3米，宽5～6米，长达50米的粪堆，不进行翻动，堆内温度较低，堆肥时间约需4～6月，堆肥过程中散发臭味，最终产品含水率较大，但氮损失较少。
现代的堆肥一般都为充气式。它生产出的已消灭虫卵和草籽的高效肥料和土壤改良剂，常用于温室土壤和需要进行土壤改良的农牧场。也用于需要将堆肥后产品渗入垫草循环使用的饲养场；干旱地区围栏饲养的大型肉牛场；厚垫草平养的鸡场；无农田而需将禽畜粪便作完全性处理的集约化饲养场等。
贮粪设备 畜禽粪在贮粪设备中贮存，并在合适的时间（秋收后和春播前）施入农田。按照粪便状态可分固态粪便贮存设备和液态粪便贮存设备两种。
固态粪便含干物质大于25%，其贮存设备包括坚硬水泥地面、堆积墙和装载机。往往用于加垫草的拴养牛舍。堆粪地面向着墙有1:50的坡度，墙高1.5米左右，底部有排水缝隙，外部靠墙脚有排水沟，经排水管将粪内液体和雨水排入粪水池。堆积和取粪可借助于装载机。
液态粪便含干物质在10%以下。其贮存设备有三种： ❶畜舍内地下粪坑。建立在猪舍或肉牛舍缝隙地板下，为混凝土结构，容量为5～12月（通常为半年）的排粪量，深在1.8米以下。设有通风设备。使用前应放入10～30厘米水。卸空前2～4小时应进行搅拌，一般利用专用立轴离心式粪水泵进行搅拌和卸空。
❷室外敞开的地下贮存池。一般为土结构，侧边坡度1:2～1:3，如土质易渗透，可用就地融接的塑料薄膜衬里，也可以混凝土砌成。贮存期为1年以内。常用于散放隔栏饲养奶牛舍。用拖拉机前悬挂刮板将粪推入牛舍内端部接收坑，用离心式或柱塞式粪水泵及地下管道输入贮存池。搅拌和卸空与上同。周围应设1.5米高的围栏。
❸室外地上贮粪池。一般由凹形板块联接而成，板块由搪瓷钢板、镀锌钢板、覆有环氧树脂的钢板或覆有玻璃层的钢板制成。一般由工厂成套生产，直径4.6～18米，高1.2～4.8米，容量19～1227米3。地上贮粪池及其附属设备如图1(a)。在畜禽舍的端部有接收坑，粪便由刮板送入接收坑，再由粪水泵通过地下管道和单向阀进入贮粪池。贮粪池另有一泵作搅拌和卸料用[图1(b)]。贮量按半年加20%余量考虑。由于设置方便，地上贮粪池在发达国家应用较多。
化粪池 用来使畜禽粪便稳定，降低其污染性，并起贮存作用。化粪池按照分解作用的类型可分充气式和厌气式两种。
充气式化粪池由好气性细菌对粪便进行分解，根据充气的方式它又可分自然充气式和机械充气式。自然充气式化粪池深度较浅，在1.2米以下，由水表面自然通气或水面藻类植物光合作用提供氧气。当利用藻类植物提供氧气时最佳温度为20～35℃。它不需动力，但占地面积大，每1 000千克活重畜禽需310～720米²。机械充气式化粪池深度为2～5米，利用充气机将空气充入化粪池，充气机有旋转涡轮式和压气式等。机械充气式化粪池的BOD₅降低率可达80～90%。它占地面积小，但能量消耗大(每1 000米³池容积需动力7.4千瓦)，所需容积为每1000千克活重畜禽45～75米³。充气式化粪池要求固体含量少(0.3～0.5%)，可用作完全性处理的第二或第三级化粪池。

图1 地上贮粪池及其附属设备

厌气式化粪池不加任何搅动或充气，在分解的同时进行沉淀分离。除了上表面液体有少量好气性细菌分解外，大部分液体和沉淀的固体皆由厌气性细菌进行分解。整个过程中BOD₅的降低率可达80%。厌气式化粪池不需要能量，可节省劳动力，所处理液体可以含较多的固体量，但其处理时间要求较长，要求化粪池容量大(约为机械充气式化粪池容量的1倍)。冬季分解作用差，经过严冬后春季有臭味。厌气式化粪池有时和充气式化粪池联合使用，BOD₅降低率可达97%。
化粪池常为土结构，池边坡度比为1:2，堤岸应有2.5～3.0米宽，以便于厩液施洒机进入。化粪池底应为粘土，为了防止渗透也可用塑料薄膜或丁基橡胶衬里。中部应有拖拉机通向底部的硬质坡道，以便定期清除沉淀的淤泥。化粪池开始使用时应加入1/3～1/2全容量的水，最好春季开始工作，逐渐均匀加入粪便。蒸发量过大时应加水稀释，液体部分每年在秋收后和早春洒入田间。沉淀的淤泥一般2～3年清理一次，有的可6～7年清理一次，清理的淤泥可施入田间耕入底层。
氧化沟 一种充气式生物处理设备，由好气性细菌进行粪便的分解。它是一个长形环状沟，沟的端部安有旋转滚筒，滚筒浸人液面7～10厘米。由滚筒的旋转提供氧气，并带动整个液态粪以0.3米/秒的速度旋转，使固体部分悬浮、混合，加速好气性细菌的分解作用。在畜牧场，氧化沟经常建在猪舍、牛舍和鸡舍的下方，以代替粪坑(图2)。处理后的粪便BOD₅降低率达90%，无臭味，可改善畜禽舍环境；沟深较浅(常为1米以内)，容易在畜舍下建造；处理效率高(滞留时间小于3周)；要求的容量小(每1000千克活重畜禽仅需1.3～8.5米³)。但它的能量消耗大。

图2 猪舍局部缝隙地板下的氧化沟

沼气发生设备 利用受控制的厌气性细菌将有机物(碳水化合物、蛋白质、脂肪)分解转化为简单有机酸和酒精，然后再转化为沼气和二氧化碳。生产沼气的设备组合如图3。
发酵罐是一个密闭的容器，为砖或钢筋混凝土结构。有粪液输入和输出管道，罐外设有热交换器对粪液进行加热以提高发酵效率。罐中有搅拌器，进行搅拌以使粪液温度均匀，有利于有机物的分解。产生的沼气引入贮气罐。贮气罐有上下浮动的顶盖，以保持沼气有一定的压力。在正常条件下，每1 000千克活重畜禽每天的粪便可产生沼气2.6～6.2米³。

图3 沼气发生设备

温度直接影响有机物发酵的速度，温度愈高，发酵时间愈短。一般温度为18～38℃，最佳温度为36℃，温度合适时所需时间约为3周。合适的pH值6.6～7.6，有机物的碳氮比为30:1～50:1，氮含量过多时会影响厌气性细菌的活动，所以利用畜禽粪便发生沼气，需要将畜禽粪稀释(见表2)。沼气发生设备在温暖地区运行良好；在寒冷地区沼气产生的能量约一半左右用于加热，同时设备投资也较高，影响沼气生产的经济性。产生沼气以后的粪液BOD5降低率为90%，可施入田间。

表2 利用畜禽粪发生沼气的主要参数

畜禽粪种类	稀释前干物质含量 (%)	稀释后干物质含量 (%)	每1米3粪便 需稀释水量 (米3)	喂入量 (千克挥发物/米3·天)	滞留时间 （天）	每1 000千克畜禽活 重所需沼气池容积 (米3)
蛋 鸡 育肥猪 肉 牛 奶 牛	25 9 12 13	6 4.5 9 9	3.2 1.0 0.35 0.4	2.0 2.0 3.0 3.0	22.0 17.0 24.5 25	4.8 2.4 2.0 2.9

注： 稀释后粪液含氮量为3 000毫克/升

干燥设备 可将畜禽粪便从原有含水率干燥到含水率10～15%。干燥过程中有机物质损失少，能保持大部分蛋白质和其他营养物质，产品可以作为饲料或优质肥料，目前以干燥鸡粪为主。
畜禽粪便干燥设备有：❶气流式干燥机。由燃烧的重油或可燃气将空气加热到550～650℃。破碎成细小部分的粪便， 随热气流流动而逐渐干燥，气流逐渐冷却到100～150℃，并通过旋风分离器将干燥的粪便分开，粪便颗粒内部温度不超过55℃。干燥后粪便颗粒尺寸为2毫米左右。2.5～5万只鸡配用一台。
❷滚筒式干燥机。粪便由带齿搅龙喂入缓慢回转的滚筒，并被破碎。烧油或可燃气的燃烧器将空气加热，热空气进入滚筒内或滚筒下，作业温度为200～300℃，粪便滞留时间可根据进入粪便的含水率来进行调节，1.5～2.5万只鸡配用一台。
❸微波干燥机。由一移动带将粪便通过微波作用区，利用微波加热，干燥程度可以调节。由于微波是激发粪便中的水分子振动而引起发热，外界无热量传入，所以干燥很均匀。英国生产有可供40万只鸡鸡粪干燥用的连续式微波干燥机。
❹太阳能鸡粪干燥设备。塑料大棚利用太阳能提高棚内温度，棚内有水泥地面，上铺15厘米厚的鸡粪，两侧有导轨，导轨上支承可移动的搅拌装置，后者为绕水平轴线回转的带搅拌板的轴，移动的同时搅拌鸡粪，并由搅拌装置上的风机吹风，以加速鸡粪干燥。结构简单，能量消耗低，适用于10 000只鸡场。
机械分离设备 可将畜禽粪便分离成液态部分和固态部分。液态部分可进入贮粪池、化粪池或氧化沟等作进一步处理；固态部分可作为土壤改良物料施入农田，或干燥后作垫草或绝热建筑材料。机械分离经常是在畜禽粪便贮存前或进行生物处理前的一项工序，可减少生物处理设备中的沉淀物，减少其容积和延长其使用期，便于输送，减小堵塞，减轻污染和臭味等。但能量消耗大，投资高，常用于大型企业。机械分离设备主要有：❶固定筛式分离机。是一斜置的筛板，粪便沿筛面下滑时，液态部分通过筛孔落下，固态部分下滑排出。这种分离机不需动力，能分出35%的总固体量，但分离出的固态物较稀(一般干物质含量8%)，不能成型。英国生产的一种机型，另加有一液力压缩机进一步压缩分离，形成的固态物干物质含量可达40%。最大机型效率为180米³/小时牛粪浆，液力压缩机功率4千瓦。
❷振动筛式分离机。利用动力使筛子（平面筛）振动，分出的固态物干物质含量高于固定筛式(达16%)，但分离出的固体总量较少。英国一种机型的振动筛直径1.1米，分离干物质含量为1.2%的牛粪液时，液态物排出量2160千克/小时，固态物排出量270千克/小时，固态物可堆积成型，振动筛需动力0.75千瓦。
❸离心式分离机。利用离心力来进行固液分离，由于固态部分有较大的离心力，从而可将其和液态部分分开。其典型结构为一端带锥形的滚筒，内有螺旋输送器，两者分别传动，滚筒转速近3 000转/分，螺旋输送器的转速稍低于滚筒。当稀粪进入滚筒后，由于离心力作用，比重较大的固体被甩向滚筒圆周，由于螺旋输送器与滚筒的速度差，固态粪被螺旋输向一端，液体部分被输向另一端，两者都由各自的出口排出。离心式分离机能分离出干物质含量较大的固态物。英国生产的一种离心式分离机，重400千克，转子转速3 000转/分，生产率8米³/小时，所需功率5千瓦，分离出的固态物干物质含量达30%。有的离心式分离机固态物干物质可达45%。
❹压辊式分离机。利用挤压将粪便的固液分离。一般设两套压辊，每一套由表面带孔的滚筒和橡胶辊组成。经过胶辊和滚筒的挤压，液态部分从孔眼漏出，固态物被挤压后进入另一套压辊挤压最后排出。滚筒直径约300毫米，转速80转/分，生产率8米³/小时，功率为1千瓦。这种分离机比较适合于分离牛粪。
处理系统 各种处理设备的组合。随着畜禽种类、饲养方法、饲养场集约化程度、拥有农田面积、饲养人员素质等的不同，处理系统也会有很大的差异，需要进行综合分析考虑，确定出最经济合理的处理系统。常用的处理系统如下：
处理成固态粪肥的系统