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猪业科学
SWINE INDUSTRY SCIENCE 2016年33卷第6期主题策划
F E A T U R E
高温好氧发酵法
陈佩芝1，盛清凯2
（1. 德国UTV 公司上海办事处，上海 201103；磁性刀架
2. 山东省农业科学院畜牧兽医研究所 山东省畜禽疫病防治与繁育重点试验室，济南 250100）
采用智能控制技术的GORE 膜覆盖系统可获得较高的有机物降解率，具有对气候、气溶胶和臭气的综合 防治功能，采用该技术的处理厂可以在各种气候条件和地理位置建造，且能快速建成。膜覆盖系统在匈牙利、美国、西班牙、瑞典、意大利、爱尔兰、芬兰、爱沙尼亚、德国和加拿大等国家被认可为封闭反应器式系统。
膜覆盖系统主要在3个方面：膜、通风和过程控制，与其他好氧发酵系统有明显区别。三者相辅相成，形成独特、经济和有效的高温好氧发酵系统。
1.1 膜
膜覆盖式系统的核心设备是盖在废弃物料堆上的复合膜。GORE 膜由特制
作者简介：陈佩芝，德国GORE Cover system 中国地区总代表，上海古井路165号，p.goertz@kompostanlagen.de.通讯作者：盛清凯 , 男，博士，研究员，E-mail:qksheng@163.
的e-PTEF(膨胀聚四氟乙烯)膜组合而成，它被夹持在两层牢固的聚酯膜中间。e-PTEF 膜上均布0.2 μm 孔径的微孔，而聚酯膜具有防紫外和耐腐蚀的特点。
用复合膜密封污泥高温好氧发酵处理料堆，可遮风挡雨避免恶劣气候的影响，同时又可让处理过程中产生的CO 2气体和水蒸气排出。膜的透水性影响处理过程水分的变化，既要防止物料过湿，又要保留充足的水分以便物料的降解。
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GORE 膜具有一定的绝缘作用和增压作用，能帮助系统保持温度，使料堆中的O 2浓度和温度分布均匀，有利于整个堆体都达到杀灭病原体的温度条件。
膜上0.2 μm 孔径的微孔是灰尘、气溶胶和微生物的有效物理屏障，阻止它们向外扩散。在处理过程中，膜的
内表面会生成一层冷凝水膜；尾气中大多数的臭气物质，如氨气、硫化氢、挥发性有机化合物(VOC)等，都会溶解于水膜中，之后又随水滴回落到料堆上，在那里继续被微生物分解。系列应用数据表明覆盖膜能将臭气浓度降低90%～97%，使排气中的微生物减少99%以上，因此能保护现场工作人员和周围居民的健康。
膜覆盖系统的一个特点是能将渗滤液与降水分开。渗滤液由一套沟槽系统收集，可以被储存和回灌；而降水被覆盖膜遮挡分流，可以根据当地法规收集利用或排放。
1.2 通风
为了满足好氧微生物对O 2的基本需求，膜覆盖系统采用中压、高压通风机向底座的通风沟鼓风。覆盖膜具有增压作用，使气体分布更均匀，气流穿透
设施配套后对有机肥的推广使用能起到很好的推动作用。
友：动物源性的有机肥能不能进口到中国，有没有一个统一的说法？现在网上查到的信息五花八门不知道哪个可信？
李教授：目前，了解到我国有一个有机肥出口标准（骨粉），有机肥进口没有相关标准。按照世界各国情况来看，有机肥的进口是受限制的，如鸡粪、牛粪有机肥有很多安全隐患，主要表现在由于发酵不彻底引起的病原菌等外来生物入侵，一般要受到国家防疫方面的管控。
电工包友：请问含水量比较大的猪粪是否一定要经过发酵处理才能还田，如果不发酵有什么危害？有没有比对性实验和一些相关数据？
李教授：据了解，国内外针对新鲜的粪便和堆肥后的产品的长期对比研究很少。中国农业大学做过猪粪和发酵后的产品的应用对比试验，研究结果表明发酵后的猪粪肥效高，发酵后养分降解比较彻底，速效养分含量高，养分比例比较平衡，发酵后的产品不含杂草种子，不会产生烧苗现象。总体来看，畜禽粪便发酵后产品肥效高、使用相对安全，在促进农作物生长和提高产品质量方面要好于不发酵粪便。从管理角度来说，国内外都要求动物粪便处理后才能进入农田，欧洲规定新鲜粪便不可以进行贸易，不能进入运输环节。我国目前管控还比较松，以后会逐渐走向专业化、工厂化处理，提倡发酵腐熟以后再还田。 友：目前从堆肥量产成复混肥的难点在哪儿？
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李教授：有机无机复混肥技术和产品在5年前是一个热点，但至今没有发展起来，主要原因一是化肥企业刚开始关注有机肥；二是有机肥的造粒产能很低，单个生产线一般2～3万t，跟大化肥企业的产能很难匹配。目前很多复混肥厂都是小规模生产，根据当地的农作物做一些专用复混肥，由于产能受限，目前很难成为一个主流肥料。随着施肥机械的开发和规模化农场的发展，在农场可以不造粒直接施肥，因此有机无机复混肥发展比较困难。最近几年复合微生物肥料或三元复合肥是一个发展的新方向。
（收稿日期：2016-06-02）
国外案例
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2016年33卷第6期 SWINE INDUSTRY SCIENCE 猪业科学
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力增强，所需通风量减少。一般用一台风机为一个料堆通风供氧。处理量越大，通风布风系统越经济。
1.3 过程控制
处理过程根据料堆中的氧气浓度和发酵温度控制通风，主要控制通风量和通风时间。所需氧浓度和温度信息用不锈钢探头插入物料堆中测定。数据传入计算机及时反映处理过程现状并记录在案。处理过程可以实现遥控。微生物的活性维持，可以通过温度控制在适当水平，即设定控制温度，当测试值低于控制温度时，加大通风供氧，增强微生物活性，增加产热量；当测试值高于控制温度时，减少通风供氧，降低微生物活性，使温度回落。
2 GORE 膜覆盖系统与其他堆肥技术的比较
2.1 减少臭气
堆肥过程中最严重的负作用之一是产生大量各种臭气。若无任何减排措施，排气中可测出的臭气物质的浓度在每立方米5 000～20 000臭气单位的范围。大多数欧洲国家要求堆肥设施达到远低于此的限值。一项由德国联邦环境基金会（DBU）和University of Stuttgart’s insitute 资助的、关于住宅区污水和废弃物管理的研究项目，有私企代表参加、经过数年的研究，旨在回答一个问题：在减排能力方面，膜覆盖正压通风式堆肥系统是否等同于采用密闭构筑物的堆肥系统。
应用企业通过系列测定数据表明，采用膜覆盖和正压鼓风堆肥方法的臭气排放量远低于采用封闭式结构单元加生物滤池的堆肥方法。从满足减少臭气排放量的角度出发，膜覆盖可被认为是最先进的技术。据此，甚至可以提高环保标准。
2.2 减少生物气溶胶
堆肥是通过微生物的作用将有机废弃物转变为稳定的、低挥发性的土壤改良材料，处理过程越有效，产品就越稳定。为加速堆肥过程，必须增强系统中微生物的活性。由含微生物的微粒子组成的气体排放物称作气溶胶，如由细菌、嗜热放线菌、真菌或其孢子（如曲霉菌）组成。如不加防范，生物气溶胶可能造成健康危害, 应尽可能做好现场工人和周围居民的保健工作。n0492
有专业测试机构测试结果证明膜覆盖可近乎完全地去除生物气溶胶，即使在有机物强烈分解期，膜覆盖也能将排放气体中的气溶胶降低至最低限值水平之下。比较实际工程，测试结果显示，达到防止生物气溶胶散发的目的，采用膜覆盖、正压鼓风技术比采用封闭构筑物加生物滤池技术更有效。
2.3 产品卫生
达到规定温度要求的堆肥过程的最终产品，称作合格堆肥。在德国，约有500家堆肥设施，其中有34家采用上述膜覆盖和正压通风技术，在市场上出售他们的产品，商品的品质认证标志为German (Fed
eral Compost Quality Assurance Organisation)。已有证书和持续的质量监测，证明采用膜覆盖技术的设施可以生产卫生化的产品，彻底杀灭沙门氏菌和杂草种子。鉴于德国质量监测部门未发现此类问题，可以认为膜覆盖系统的产品质量符合卫生化标准。
2.4 工作健康和安全
工作安全法规要求确保工作人员不受任何可避免的危害。因此，密闭的车间应配备空气交换系统，以免在车间中工作的人员接触高浓度的臭气和气溶胶，对健康产生负面影响。提高空气交换倍数导致相当可观的运行费（供电、设备维修等）。在这方面，膜覆盖技术不需要任何附加措施即可满足工作安全法规的要求，因分解反应在膜下进行与人隔离，而且在强烈分解期间不揭开膜。防止臭气和气溶胶散发的工作被膜系统一并完
成，不必附加费用。在采用膜覆盖技术的
图1 UTV 堆肥厂
设施中工作的人员可以享受近似室外的空气条件，远优于结构密闭的环境。
与密闭车间系统相比，膜覆盖系统可以更简便、更安全、更经济地达到工作安全法规的要求。前者由于空间和构造等原因，操作者不得不接近暴露的发酵原料。与相对较小型的、原料不可接触的、配备生物滤池的堆肥反应器相比，膜覆盖系统的气体污染物排放也较低，更能满足工作安全法规的要求。
2.5 保护邻居
采用膜覆盖技术，不仅现场工作人员可以摆脱不快甚至有害的气态污染物，周围居民也同样受益。至今为止，大多数选用膜技术的工厂都是因为其优越的防止臭气和气溶胶的能力。通常能化解多年因采用开放式条堆与邻里产生的矛盾，和谐工厂与周围居民间的关系。
3 应用
在高温好氧发酵领域，德国GORE 公司处于领先地位。全球已有20多个国家的成百家企业采用GORE 膜覆盖式堆肥系统，处理规模为3 000 t ～260 000 t/a，总产量超过2 000 000 t/a。处理各种不同的物料，用得较多的是有机废弃物的机械-生物处理（MBT），作为将废弃物转化为能量处理的预处理，以及用作厌氧消化处理残渣的后处理。
4 小结
GORE 膜覆盖系统已被证实具有独特的优势：封闭式堆肥系统；膜覆盖、压力通风和氧气控制的分解技术，仅一到两次翻堆；几乎适用于各种类型的有机废弃物，如，植物/生物废弃物、污泥和残余废弃物；减少排放量和气味达＞90%，模块式，生产能力灵活；建厂灵活 , 操作简单；适用于不同原料和设备规模的综合解决方案；设计和安装时间短，最长3个月；可移动，也适用于技术测试, 季节性或特殊原料；运行成本低, 几乎无后续维护费用；已经在世界不同气候带上的20多个国家的成百多个堆肥厂取得了成功。
（收稿日期：2016-05-24）
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