消除畜產公害,防治畜牧污染,是農業可持續發展的一部分,日本早在1970年12月就公布了《廢棄物處理及清除法》。其中規定:在城市規劃地域內畜禽糞尿及其他廢棄物必須經過處理。日本在家畜糞尿及其他廢棄物必須經過處理。日本在家畜糞尿處理方面取得了不少成功的經驗。
一、干燥處理干燥處理是利用燃料、太陽能、風等能量,除去家畜糞中的水分,使含水率降低到可以堆積發酵的積度(55%)。通常采用塑料薄膜溫室進行干燥處理,利用太陽能和自然風具有的能量促進干燥。這種方式容易受氣象條件的影響,且設施占地面積較大。在日本關東以南的溫暖地區,每平方米溫室干燥訂每日的水分蒸發能力,夏季為4.5~5.0kg,冬季為1.0~1.5kg,冬季約為夏季的1/3~1/5。
二、堆肥處理
1、原理 畜糞施用前預先利用微生物分解糞中對作物不利的物質的操作稱為發酵。堆積發酵時,干物質分解產生的熱能,使材料溫度上升和蒸發材料的水分,促進病原菌、寄生蟲卵、雜草種子等的鐐滅及材料的干燥。此外,經過堆積發酵后,畜糞中易分解的有機物大部分被分解,既抑制了臭氣的產生,又分解了對作物不利的物質。
2、發酵處理方式 日本不同地區常見的發酵處理方式如圖所示。
3、發酵的必要條件
(1)營養源 畜糞中易分解性有機物是需氧微生物增殖的營養源。同時,這些易分解性物質被分解時,產生勢量。每公斤干物質分解,產生勢16.72~20.9MJ,可蒸發水量5~7kg。
(2)溫度 參與發酵的微生物,通常在30℃以上的環境溫度下,增殖變旺盛。冬季期間, 生物增殖被抑制,發酵處理能力低下。因此,在積雪、寒冷地帶的冬季,對發酵槽采取保溫、加溫等措施。
(3)水分 含水率過高過低時均不利于發酵處理。為此,有必要事先進行預備干燥、固液分離、混合輔助材料(水分調整材料:鋸屑、稻殼、返回堆肥等)等,調整水分在55%~70%,改善投入原材料的通氣性(空隙率在30%以上)。
(4)氧氣 氧氣的供給是氧微生物增殖不可缺少的,依靠微生物的增殖,糞中有機物被分解為穩定的物質。通過攪拌等翻轉材料,進行氧氣的供給,或采用鼓風機實行強制通風。供給氧氣,同時排出蒸發出的水蒸汽。通常氣立方米堆積材料的通過氣量為0.05~0.1m3/min,但過量通風易導致材料溫度下降。所以在冬季應盡可能減少攪拌次數。
4.促進發酵的方法
(1)改善物質的性質 常采用降低材料中的水分(溫室干燥、固液分離等)和添加輔助材料(水分調整材料:鋸屑、稻殼、返回堆肥等)的方法,提高其通氣性,使整體得到均勻的氧氣供給。
(2)通風 可通過添加輔助材料,提高混合材料的空隙率,使其具有良好的通氣性。此外,用強制通風,可促進腐熟,縮短處理時間。
(3)攪拌、翻轉 依據適度攪拌、翻轉使發酵處理材料和空缺均勻地接觸。同時有利于材料的粉碎、均質化。
(4)太陽能的利用及保溫 利用太陽熱能,可促使堆肥材料中水分的蒸發。密閉型發酵槽等可以設置在溫室內,用透明樹脂板作堆肥舍屋頂,盡可能利用太陽能,在冬季還可以防止被寒風冷卻。
5.通風方式 通風操作是向材料供給氧氣,促進需氧分解(發酵)和材料的干燥。一般采取強制通風,每立方米堆積材料通風量為0.05~0.1m3/min。通風裝置一般采用高壓型圓形鼓風機。如能保證材料有恰當的含水率、空隙率,用渦輪風扇也可充分通風,且降低了電費。
6.發酵設施
(1)開放型發酵設施 設置在溫室等房子內,用攪拌機在0.4~2.0m的深度強制翻轉攪拌處理,具有占地面積小,并可以用太陽能促進材料的干燥等優點。另一方面,為防止冬季散熱,可采用2m深的圓形發酵槽,發酵槽一半埋設在地下,即使在寒冷地的冬季也可以維持良好的發酵狀態。
(2)密閉型發酵設施 原料在隔熱發酵槽內攪拌、通風,讓共發酵。有縱型和橫型兩 種,占地面積比開放型小,為了維持一定的處理能力,材料在發酵槽內滯留天數比開施型短。此法適合畜糞為主的材料的發酵。本裝置是發酵和干燥處理并用的方式,雖然處理量低,但是可以處理含水率稍高的材料。
(3)堆積發酵設施 操作者利用鏟式裝載機等進行材料的堆積、翻轉操作,讓其發酵。與上述二者相比,此法自動化程度低,每天的分解量少,處理天數長,占地面積較大。多數是被用于上述二者含鋸等難分解有機物多的材料的前處理或處理。
三、固液分離處理運用理化方法除去包含于糞、糞尿混合液或污水等材料中固型物的操作稱為固液分離。在奶牛生產上通常采用固液分離機對奶牛糞或者糞尿混合液進行固液分離。用于乳牛糞或糞尿混合液固液分離機有螺旋壓力器式、滾筒壓力式(滾筒型)等。一般利用這些固液分離機分離固型物的含水率為75%~80%,分離固型物的含水率在80%以下時,可以直接堆積發酵;含水率在80%以下時,可以直接堆積發酵;含水率在80%以上的,有必要利用某些輔助材料(水分調整材料)混合后堆積發酵。分離的液體部分進行污水處理。
四、液狀堆肥處理(漿液處理) 糞和尿混合的材料稱為漿液。在奶牛場糞和尿多數混 合呈泥漿狀。此外,用固泫分離機處理的分離液也是泥漿狀的糞尿。這些材料通過表面曝氣或水中曝氣后,分解其中有機物,經一定時間貯留后散布到農田利用。
五、蒸發、濃縮處理該處理方式是利用太陽能、風能或發酵分解產生的熱能讓尿污水在空氣中蒸發,達到減少液體中的水分并濃縮目的。
六、臭氣(惡臭)對策順利地進行發酵處理是抑制糞尿處理過程中產生臭氣的基本對策。可通過糞尿分離、降低糞尿的水分,抑制腐敗性微牲(厭氧微生物)的活動、混入鋸屑等吸附材料,改善在畜舍的飼養管理技術等,可抑制糞尿產生臭氣。即使產生臭氣,做到臭氣發生源密閉化,其密閉空間每小時強制換氣10~20次,將產生的臭氣送入土壤除臭裝置或石棉除臭裝置等除臭。通過選擇恰當規模的除臭裝置,可得到良好的除臭效果。