畜禽粪便处理方法及资源化简介.ppt

畜禽粪便处理方法及资源化简介,一、畜禽废弃物对环境的影响,畜禽废弃物对环境的影响主要是在畜禽饲养与加工过程中,大量排泄物和废弃物由于处置不当或处置不及时而进入环境所造成的。畜禽废弃物进入环境产生污染的主要途径:一是废弃物在储存和运输堆积过程中,由于雨水的冲刷和淋洗作用导致营养物质的流失;二是畜禽废弃物堆放和处置过程中不稳定物质的挥发;三是畜禽生产加工过程中废水、废气或固体废弃物(粪便、死尸和绒毛等)的直接排放,会对水源、土壤和空气等产生不同程度的影响。,1.1空气污染畜禽粪便对空气的污染主要是粪便有机物厌氧分解所产生的恶臭、有害气体以及携带病原微生物的粉尘。恶臭和有害气体主要包括NH3,CH4,H2S,(NH4)2S和粪臭素等。研究表明,家禽粪便中20%30%的氮为铵态氮,易挥发损失。NH3的挥发提高了雨水的pH值,使更多的SO2溶于雨水,形成(NH4)2SO4,而(NH4)2SO4在土壤中被氧化,释放HNO3和H2SO4,使酸沉降量增加了2.5倍。病原微生物主要是细菌和病毒。空气中大量的病原微生物易造成一些疫病流行,严重影响生产和经济效益,同时危害周围居民的健康。,1.2水体污染畜禽废弃物对水体的污染也越来越严重,主要表现为有机污染、N和P污染。养殖场废水主要是尿液与冲洗污水,是高浓度的有机废水,污染负荷大,排放集中，且净化处理难,对农业生态环境和水体环境的影响在畜牧业中起主导作用。实践表明,未经处理的粪污含有大量的N和P等营养物质,流入河流和池塘,可造成水体的富营养化,使水中藻类大量繁殖,溶解氧降低,导致鱼类死亡。另外,畜禽粪便中还含有大量的病原微生物,这些微生物进入水体,会影响水质,引起水生生物发病,危害人体健康。,1.3土壤污染据测定,在家禽的粪便中包含铝、钡、钙、铬、锡、铜、铁、钾、镁、铂、钠、镍、氯、磷、铅、硫、铝、钒和锌等21种微量元素。这些物质进入土壤,超过环境容量时,就会产生环境污染。对土壤理化性质的影响,主要是畜禽粪便施入田地后有机质的累积和阳离子交换量的增加,使无机盐积累,土壤中不易移动的磷酸在土壤下层富积,引起土壤板结。,1.4生物污染畜禽粪便及废水中含有大量的病原微生物、致病菌、寄生虫卵等。实践表明，由于畜禽粪便没有得到及时的处理，使环境中滋生蚊蝇，病原种类增多，菌量增大，使病原菌和寄生虫蔓延，最终导致畜禽传染病和寄生虫病的蔓延与发展。,二、畜禽废弃物处理技术,2.1、减量化和无害化技术减量化就是通过一定的技术,使废物体积减小或质量减小,以便于运输与处置。无害化是通过一定的技术将其中有害物质杀灭或去除,如杀菌和除臭等。,（1）焚烧法因畜禽粪便中含有机物质,采用类似垃圾焚烧处理技术,使其灰化,达到减量和杀灭有害病原体的目的。但处理过程中会产生有害气体,同时使许多营养物质流失,且耗能多,投资大,因此不易推广。,（2）干燥法干燥法是利用热能、太阳能、风能等能量，对畜禽粪便进行处理，使畜禽粪便在一定 时间内除去大部分水分。干燥的目的，不仅在于减少粪便中的水分，而且还要达到除臭和灭菌的效果。因此，干燥后的畜禽粪便大大降低了对环境的污染。且干燥后的畜禽粪便可加工成颗粒肥料，或作为畜禽的饲料，具有多种用途。根据热源和加热方式的不同，干燥法分为自然干燥、高温快速干燥、机械干燥等。鸡的消化道短，吸收能力差，饲料的多数营养物质(约 70%)未被消化，以粪便的形式排出体外，因而国内外常用干燥法对鸡粪进行处理。虽然干燥法有较多优点，但它只能侧重解决某一方面的问题，而不能从整个生态环境系统的角度来考虑问题，因而很难从根本上解决环境污染问题。,（3）除臭法目前已识别畜禽粪便产生的有味气体主要归属于含硫化合物、含氮化合物、挥发性脂肪酸和酮类等。一般认为,氨气、二氧化碳、甲烷和硫化氢是导致空气污染与气味的主要原因。采取在畜禽粪便中添加福尔马林、乙烯、碳酸氢钠、甲基溴化物等药剂杀死病菌，减少氨气的挥发，处理后产物用于饲喂反刍家畜。但化学处理技术一次性投资大、产品成本高，难以取得良好的经济效益，不能顺利为市场接受。,2.2 综合技术一般来说,干燥、除臭等技术只达到了废弃物的减量化和无害化目的,而综合技术既能够使废物减量化、无害化,又利用了其中的资源,主要包括好氧堆肥、发酵等。,（1）堆肥堆肥是处理各种有机废弃物的有效方法之一,是将畜粪等固体有机废弃物按一定比例堆积起来,调节堆肥物料的C/N比,控制适当水分、温度、氧气与酸碱度,在微生物作用下进行生物化学反应而自然分解,随着堆肥温度的升高杀灭其中的病原茵、虫卵和蛆蛹,处理后的物料作为一种优质有机肥料。,发酵法生物处理技术是利用微生物分解畜禽粪便中的有机物从而实现其无害化和资源化的技术方法，是处理畜禽粪便的有效而经济的技术方法。利用自然界广泛存在的微生物，控制适当的条件，不但可使畜禽粪便中的有机物发酵腐熟生产有机肥得到利用，而且可获得沼气。根据处理过程中起作用的微生物对氧气的要求不同，生物处理可分为厌氧生物处理和好氧生物处理两类。,厌氧生物处理法。厌氧生物处理法是指在不提供游离氧的条件下，以厌氧微生物为主使畜禽粪便中的有机物进行降解并稳定化的一种生物处理方法，即厌氧发酵法。厌氧处理是目前处理畜禽粪便较为重要的环境技术。它的优越性在于，在消除畜禽粪便对环境污染的同时可获得可利用的能源和物质，它与好氧处理的共同点是必须在有微生物参与的条件下才能完成。利用自然微生物或接种微生物，在缺氧条件下，将有机物转化为二氧化碳与沼气。其优点是处理的最终产物恶臭味减少，产生的沼气可以作为能源使用。缺点是氨气挥发损失多，处理池体积大。,好氧生物处理法好氧生物处理法是指在提供游离氧的条件下，以好氧微生物为主，使畜禽粪便中的有机物降解并稳定化的生物处理方法。例如人工湿地、太阳能大棚发酵、动态充氧发酵等。高温好氧堆肥法处理畜禽粪便是目前研究较多、应用广泛而最有前景的方法之一，是畜禽粪便无害化、安全化处理的有效手段。采用高温好氧堆肥方法处理畜禽粪便的好处在于：好氧高温发酵具有对有机物分解快，降解彻底，发酵均匀的特点。其发酵温度一般在 5565，脱水速度快，发酵周期短，有机物分解彻底。含水率在 15d 左右既可以降到 40%50%，同时病原菌、寄生虫卵和杂草种子的杀灭效果也比较好。处理的最终产物臭气较少，且较干燥，容易包装、施肥。但起始发酵适宜的含水率应为 55%65%需要通气或翻堆，同时发酵中存在氨的挥发，会产生臭气降低肥效，堆肥需要的场地大等缺点。,三、畜禽废弃物资源化利用,肥料化畜禽粪便中含有大量氮、磷、钾等营养元素，具有较高肥效，常作为优质有机肥用于蔬菜、瓜果、花卉等作物的栽培中，可以改良土壤结构、提高土壤肥力和农作物产量。粪便还田是我国农牧业传统的畜禽粪便处理方法，具有费用低、处理数量大、效果好等优点。鸡粪由于营养价值高、含水量低，得到充分的应用，而猪、牛粪由于含水量大、运输不便，还田利用率较低。,（1）直接施用法畜禽粪便直接施用的方法无需投资、简便易操作、易于农民利用，但是不便于大量施用，在使用上受到限制。（2）物理堆肥物理堆肥是通过人为控制堆肥所需条件，利用微生物对其进行腐化分解，生产出高效的有机肥料。物理堆肥的关键在于调节堆肥物料的碳、氮比例、颗粒大小，控制适宜的水分、温度、氧气和PH 值。采用堆肥技术处理畜禽粪便，与直接施用方法相比，最终产物臭气较少，水分含量小、容易包装和施用。,堆肥法可分为自然堆肥、好氧厌氧堆肥和生物堆肥。自然堆肥是粪便处理的传统方法，它通过微生物作用使畜禽粪便在数月内自然分解，微生物发酵产生的热量可以杀灭大部分病原微生物和寄生虫。自然堆肥操作简单、投资小，但需要较大场地，处理周期长，而且灭菌不彻底。,（3）生物堆肥生物堆肥是在畜禽粪便中接种微生物复合菌剂、将物理化学工艺和生物处理技术结合，使接种微生物快速分解粪便，抑制或杀灭病原微生物。由于人工添加了高效微生物菌剂，生物堆肥与自然堆肥相比堆肥效率高、发酵周期短、堆肥质量高。辽宁北方环保集团在产业化生产有机肥的过程中引进高效降解复合微生物菌剂，较单一菌种发酵相比提高了发酵温度45，缩短了发酵周期2-3 d，发酵后的肥料质量好肥效高，具有显著的经济效益。,1.用作有机肥及无机肥畜禽粪便通过生物好氧发酵与干燥处理,制成无公害高效活性有机肥。在国外许多国家(如日本和加拿大等国),畜禽粪便还田仍是处理利用的主要方向。日本之所以在短短几年内解决了畜禽粪便的污染问题,就是政府推动畜禽粪便还田运动,协调畜禽养殖业与种植业之间的关系。畜禽粪便经过减量化无害化处理后,制成优质的有机无机肥,进行无公害和绿色食品的生产,同时还可以进行有机肥与无机肥商品化生产。,禽畜粪便处理设备与有机肥生产,设备组成禽畜粪便处理设备可以在短期内，将禽畜粪便处理成有机肥，所以也称有机肥生产设备。主要由5部分组成；(1)混合搅拌料机；(2)螺旋输送机；(3)加压混炼机；(4)粉碎机；(5)电气控制系统。,工艺流程,该设备系统工作时，把禽畜粪便与配料按规定的比例送入混合搅拌料机，进行搅拌混合使其均匀，通过螺旋输送机进一步搅拌并送入主机加压混炼机，通过加压混炼机的加压摩擦，使该机体内的混合物温度自行升高，杀死或抑制低温菌，杀死蛔虫卵和有害菌，然后提供适当的空气和水分，为高温菌发酵创造适宜的条件，完成快速发酵，再通过粉碎机粉碎松散，最后送入堆置场堆放8-10天，即成为有机肥。,设备特点,（1）利用该设备与技术处理禽畜粪便，不受季节限制，一次性投资小，占地面积小，运行管理费用低。（2）禽畜粪便经过该设备，立即转成好氧发酵，没有臭味，是无害化处理。（3）充分利用资源，“变废为宝”生产有机肥。（4）禽畜粪便从被处理到有机肥产生仅需10天 左右，有机肥生产周期短。（5）操作简单，维护方便。,畜禽粪便制饲料,畜禽类饲料化的可行性1.营养成份畜禽粪便的营养成份和消化率是多变的，取决于动物的种类、年龄、动物的不同生长期，粪便收集系统、粪便的贮存形式和时间长短，以及饲养管理方式和日粮配方。,此外还存在大量VB12，猪粪中VB12含量高达17.6ug/克(干重)。,2.畜禽粪便饲料化的安全性畜禽粪便是一种有害物的潜在来源，包括病源微生物(细菌、病毒、寄生虫)、化学物质(如真菌毒素)、杀虫药、有毒金属、药物和激素。生产实践表明，畜禽粪便饲料化安全性的焦点是金属和药物中毒。唯一出现的中毒现象是羊的铜中毒，因羊食用高铜的鸡粪而引起的，羊本身对铜的耐受性又很低，可通过控制饲料中铜的含量来防止此病的发生。总之，畜禽粪便经适当处理，禁用治疗期的粪便，在动物宰杀前减少粪便的使用量或停用，畜禽粪便饲料化是安全的。,3.对畜牧生产的畜产品的影晌鸡粪喂牛不影响鲜肉的等级和风味，鸡粪喂奶牛也不影响乳的成份和风味，猪粪喂猪和牛粪喂牛皆不影响肉质，仅是硬脂酸的变化。,畜禽粪便经适当处理可杀死病源菌，便于贮存、运输、改善适口性，并能提高蛋白消化率和代谢能。国外畜禽粪便饲料化早已商品化，很多加工处理方法和设备已获专利。,畜禽粪便饲料化方法,1.干燥法干燥法是一种传统的处理方法(可人工加热或白然干燥)。此法处理鸡粪的效率最高。（1）自然干燥法自然干燥法是将新鲜粪便在地面摊晒，以降低其水分含量，不能彻底杀灭病原微生物和寄生虫。（2）机械干燥法机械干燥法是用高温干燥机使粪便水分含量在短时间内降低，同时具有灭菌、除臭的作用。采用机械干燥法处理畜禽粪便用于饲料是目前应用较为广泛的畜禽粪便资源化利用方法之一。干燥法的设备简单，投资小，但能源消耗大。在加工过程中，灰尘大，存在氮的损失问题。,热喷法热喷法是通过使用热喷机，在其高温高压作用下，使粪便熟化并膨松，同时杀灭病菌、去除恶臭。,青贮法青贮法是将畜禽粪便与作物残体、作物秸秆、饲草或其它粗饲料一起青贮，需要有足够的水分和可溶性碳水化合物。青贮法能够提高适口性和饲料利用率，提高蛋白转化效率，青贮法生产的畜禽粪便饲料比干粪营养价值高。日本采用鸡粪青贮发酵法制作饲料，即用干鸡粪、青草、豆饼、米糠，按比例装入缸中，盖好缸盖，压上石头，进行乳酸发酵，经 35 周后，可变成调制良好的发酵饲料，适口性好，消化吸收率高，适于喂育成鸡，育肥猪和繁殖母猪。,3.需氧发酵此方法投资少，产品改变了粪便本身的很多特点，产生适合单胃动物的饲料。在处理过程中需充气、加热、产品干燥，所以消耗大量能源。用氧化沟处理，可省去产品的干燥过程，氧化沟的混合液体作为动物的饮水，动物日粮中的蛋白含量可减少15%。,4.分离法目前很多畜牧场皆采用冲洗式的清扫系统(尤是猪场)收集的粪便都是液体或半液体。若仍使用干燥法、青贮法处理粪便，势必出现设备、能源消耗过大的现象，采用分离法就能克服上述方法的缺陷。采用一定规格的筛选和适当的冲洗速度(吨/分钟)，可获满意的结果。过筛的猪粪含1112%粗蛋白，近75%是氨基酸，50%的能量是消化能，46%是代谢能，近17%和粗蛋白可被消化。这种饲料喂牛，其中的干物质、有机物、粗蛋白和中性化纤维比高质量的玉米青贮饲料中相应成份消化率高。,5.其它方法calvert提出用藻、酵母、细菌和真菌以及昆虫、蛆虫将粪中的氮转化为蛋白质的方法是可行的，但存在饲养和处理费用过高的间题。此外，厌氧发酵法因设备复杂、投资大、生产技术上仍存在一系列问题，没有被广泛使用。,畜禽粪便生产动物蛋白,蝇蛆以分解动植物遗体和排泄物为生，是大自然的天然清洁工，而本身又是一种高品质动物饲料。因此，利用禽畜粪便饲养蝇蛆，再将蝇蛆作为饲料喂养禽畜可形成生态农业，并产生循环经济效益。以蝇蛆昆虫取食利用粪便腐败物质的生物特性,生产蝇蛆产品,使粪便中的物质充分转化成虫体蛋白质或脂肪加工回收,蛆虫作为水产养殖饵料。同时,生产蚯蚓,加工成蚓粉,也是一种较好方法,但缺点是收集不易,劳动力投入大。近年来,美国科学家已成功在可溶性粪肥营养成分中培养出单细胞蛋白。,牛、马、猪、鸡和鸭等粪便经简单发酵后均可用来养殖蝇蛆。饲养蝇蛆所用禽畜粪便以新鲜的为好。用于养殖蝇蛆的粪便湿度保持在65%70%比较适宜，若湿度过大可掺入麦麸、米糠或木屑调节。(1)新鲜猪粪(3 d 以内)70%+鸡粪(一星期以内)30%(2)屠宰场新鲜猪粪 100%(3)猪粪 75%+豆腐渣 25%(4)鸡粪 50%+猪粪 25%+豆腐渣 25%(5)麦麸 70%+鸡粪 30%(6)麦麸 70%+猪粪 30%(7)麦麸 80%+人粪 20%,饲养基质混合均匀后可加入 0.1%0.5%的 EM 菌堆好，盖上塑料薄膜，发酵 24 48 h。用石灰或稀盐酸调节 pH 至 6.5 7 后即可使用。混合好的培养基质接种蝇卵后即可进行饲养，培养基质的厚度保持在 7 10 cm，表面可高低不平，以利于通气。得到的鲜蛆可直接喂鸡、鸭、鹌鹑、观赏鸟类、牛蛙、蝎子、特种鱼、对虾、鳝鱼、貂等。,分离蝇蛆后剩余的蛆粪蓬松、无臭味、不再招引苍蝇，是优良的生物有机肥料。蛆粪可作为有机肥直接应用于农业或花卉等生产行业，对于暂时不用的蛆粪则可通过晒干或烘干等方法来储存备用。蛆粪作为肥料可使土壤摆脱使用化肥带来的板结、团粒结构退化等问题，提高了土壤肥力。,畜禽粪便制沼气,微生物发酵沼气的机理微生物发酵沼气是由多种产甲烷菌和非产甲烷菌共同完成的。大致可分为三个阶段:第一阶段是液化阶段，由于各种固体有机物不能进入微生物体内被微生物利用，因此必须在好氧和厌氧微生物分泌的胞外酶和表面酶（纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶）的作用下，将固体有机质分解为分质量较小的单糖、氨基酸、甘油和脂肪酸，这些分质量较小的可溶性物质就可以进入微生物细胞内被进一步分解利用；,二阶段是产酸阶段，由产氢产乙酸细菌群利用第一阶段产生的各种可溶性物质，氧化分解成乙酸、和分子氢等，这一阶段主要产物是乙酸，约占以上；第三阶段是产甲烷阶段，由严格厌氧的产甲烷菌群完成，将第二阶段分解出来的乙酸等简单有机物分解成甲烷和二氧化碳，其中二氧化碳在氢气的作用下还原成甲烷。,动物粪便预处理方法热处理与热化学处理热处理是采用不同的温度对动物粪便进行处理。用不同的温度预处理粪便，即热处理。在热处理的基础上添加酸或碱来处理粪便，称为热化学处理。热化学处理法多用于处理鸡粪和牛粪，试 剂主要有NaOH、H2SO4和氨水等。,化学处理对动物粪便进行化学处理，主要利用加酸和加碱来处理。用硫酸预处理牛粪是一个很有效的方式，硫酸可以使纤维素类物质很容易的释放单糖。,机械处理机械处理是用小孔径的筛子将粪便中固体基质和液体基质分离。以未经处理的猪粪为对照，研究固相组分和液相组分产甲烷的能力，结果固相组分和未处理猪粪的甲烷生产率几乎一，生物降解率也基本一样，甲烷含量相差无几。而液相的生物降解率和甲烷产量显著增加。,超声波处理在厌氧消化过程中，超声波已广泛应用于提高生物固体物质的水解效率。,动物粪便沼气化利用工艺单相发酵与两相发酵按发酵阶段可以将发酵工艺分为单相发酵工艺和两相发酵工艺，单相发酵工艺将产酸与产甲烷阶段在同一个装置中完成。两相发酵工艺是将水解、产酸和产甲烷阶段分别安排在两个不同的装置中。,由于厌氧发酵过程中的产酸菌群和产甲烷菌群在在营养要求、生理代谢、等方面都存在很大的差异在单相厌氧装置中不能发挥两大菌群的作用，而将产酸与产甲烷分离的两相工艺，使得两种菌群在两个不同的装置中，各自在最适的环境下生长，能显著提高活性。,单级发酵与多级发酵单级发酵工艺将产酸发酵和产甲烷发酵在同一个装置中完成，与单相发酵基本一样；而多级发酵是将多个发酵装置串联而成，第一级主要进行发酵产气，未被利用的物料进入后级装置进行发酵。,传统的单级反应器操作简单，但与其它反应器相比，其效率非常低。两相系统对高的有机负荷非常敏感，并且相的分离过程花费较大，尽管两相系统对难降解物质的生物降解率提高了，但是产酸菌群与产甲烷菌群互养的关系被破坏了，这是这个系统的局限性，能够引起产物对产酸相的抑制。,为了克服单级与两相消化系统的存在的问题，可以采用连续消化的方式，就是将多个甲烷反应器串联在一起。一般都采用两级装置。,畜禽粪便发电,大部分以粪便为原料的发电设施的基本工作程序是将粪便放在厌氧发酵池中,培养细菌,再靠这些细菌把粪便中的碳水化合物转化为以甲烷和一氧化碳为主要成分的沼气;最后把沼气导入发电设备中燃烧发电。,加拿大多伦多动物园正在为建一座生物发电厂招标。厂址选在动物园的旁边，动物粪便将成为发电原料。这座加拿大最大的动物园每年可向发电厂“贡献”约 1 000 t 动物粪便，用作发电厂原料。粪便发酵产生的部分热量用于动物园建筑和动物笼舍供暖。动物园方面预计每年可节省约 130 万美元购买天然气的支出。,畜禽粪便产乙醇,畜禽粪便中含有丰富的纤维素资源，可以把它作为乙醇化的材料。国外禽畜粪便乙醇化已见报道，而我国这方面还是空白。,由于畜禽废物对环境污染的特殊性,不能走先污染后治理的老路,应以预防为主,防治结合。我国畜禽粪处理是在参照和引进国外先进技术、针对我国具体国情和经济状况基础上发展起来的,由于处理难度较大和各地情况差异,目前尚难以有适合全国各地的新型高效处理技术。随着人们生活水平的提高和对环保要求的进一步严格,特别是随着我国生物技术水平的不断提高、有关机械及设备的进一步改进,形成高效低耗畜禽粪处理技术是完全有可能的。可以预料,畜禽粪便的资源化、无害化处理和综合利用是今后畜禽粪便处理利用的方向,将对我国农业可持续发展、农产品产量品质的提高以及环境污染的治理产生极的推动作用。,