乡村粪污和秸秆处理及资源化利用一体化方案

陈燕子

湖北省武汉市生物发酵工程师

（注册执业证号：武汉市人事局武证中字8045007004）

1.00乡村粪污分类和特点

1.10家庭粪污：

这类粪污以家庭成员的粪便为主。分为室内卫生间便后用水冲洗，排放到室

外粪池密封存储的粪污或者室外露天粪坑存放的粪污。水分≥80％。其中包

括有：自然混合的家庭生活废水或者室外雨水。其有机质含量通常≥50％；

有机氮素含量≥20％。粪池密封存储的粪污，不论在原池存放；还是由封闭

沟渠排放到公共水体；大多可自然发酵产生沼气。如果遇到明火，则可产生

沼气燃烧爆炸，出现伤害事故。农村室外露天敞口式粪坑存放的粪污，粪坑

大多修建于居住地之外比较隐蔽的场所。粪污自然发酵氧化，散发臭气,滋

生蝇蛆，是污染空气，传染疾病的发源之地。是现代时期，乡村厕改的主要

对象。

1.20混合粪污：

这类粪污含有家庭成员粪便和家庭养殖禽畜粪便混合成分；其中包括有生活

废水和雨水。现代时期，政府实行沼气建设补贴，大多农户建有沼气池，农

户实现了资源化利用。但是，沼气发酵受低温季节气候影响，存在沼气产气

不足，沼肥利用有限，常出现沼水任意排放，污染环境问题。

1.30沟渠淤泥：

这类废弃物主要指：乡村居住地人畜粪污和生活废水排放到公用水渠或者流

入公用水体产生的沉淀废弃物。淤泥含有丰富的有机质和有机氮、磷、钾养

分元素，是一种优质有机肥，有农户将淤泥用于耕地施用。现代时期，有人

对淤泥进行过研究，发现淤泥含有多种重金属元素。其中：汞(水银)、镉、

铅、铬以及类金属砷是有毒性的元素。用于耕地施用后，农作物残留有毒元

素。可采取生物螯合技术，解决这一问题。

1.40集约化养殖动物粪污：

这类粪污主要指：圈养禽畜动物粪便。分为禽类动物粪便、草食动物粪便和

生猪粪便三种类型。禽类饲料以粮食和农副产品为主要组合成分。饲料停留

于消化道时间很短，养分消耗不完全，粪便含有大量氨氮臭味成分和糖分，

很容易诱发各种疾病。草食类动物以牧草为主要饲料来源。牧草饲料进入两

个消化道吸收养分，粪便含有大量短链植物纤维素，可发酵糖分很少。生猪

饲料跟禽类饲料相同，生猪饲料的蛋白质成分比较多，消化饲料养分比禽类

时间要长许多，粪便所含氨氮臭味成分和淀粉质糖分比禽类粪便少许多。 集

约化养殖动物粪污主要特点是：圈养禽畜动物，需要使用大量药物防疫，粪

便含有一定剂量的重金属和抗生素成分。用于生产有机肥原料，如果施用没

有充分发酵腐熟的粪便有机肥，可使农作物残留重金属，农作物失去病虫害

抗性功能，产生不良后果。

1.50禽畜动物粪污主要技术参数

  1) 猪粪

猪粪中含水量为81.5%，有机质为15.0%，氮素为0.60%，磷为0.40%，钾为0.44%。养分含量较高，均衡、性柔、肥效劲大而长，为“暖性肥”。猪粪的质地较细，成分较复杂，含蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐。猪粪含氮素较多，碳氮比例较小(14：1)，一般容易被微生物分解，释放出可为作物吸收利用的养分。腐熟后施入冷凉的土壤及沙质土、粘质田可改良土壤。

2)牛粪

牛粪中含水量为83.3%，有机质为14.5%，氮素为0.32%，磷为0.25%，钾为0.16%。由于牛粪水分含量高，氮素低，分解缓慢，发酵温度低，肥效迟缓，属“冷性肥”。为提高牛粪质量，可将鲜牛粪稍加晒干，再加入马粪混合堆积，最好加入磷矿粉，可获优质的有机肥。

3)马粪

马粪中水分含量为75.8%，有机质为21.0%，氮素为0.58%，磷为0.30%,钾为0.24%。马粪质地粗，疏松多孔，水分少，有机质分解快，发酵温度高，常称谓“热性肥”，马粪常作为温床的酿热材料，用以提高苗床的温度，促使幼苗生长发育。

4)羊粪

羊粪中含水量为65.5%，有机质为31.4%，氮素为0.65%，磷为0.47%，钾为0.23%。羊粪养分含量高，分解快，属于“热性肥”。需注意两点：一、圈内积存，不能露晒，随出随施随盖土。二、与猪、牛粪混合堆肥、肥效长、平稳。

5）鸡粪

鸡粪中含水量为50.5%，有机质为25.5%，氮素为1.63%，磷为1.54%，钾为0.85%。鸡粪的养分含量很丰富，既有大量的有机质，又有含量较高的氮磷钾养分,鸡粪的氮磷钾含量相当于牛粪的5-6倍，所以鸡粪适合与各种粪料混合发酵做有机肥。

2.00植物类废弃物分类

 2.10植物原料类废弃物：

含废弃植物根、茎（各种秸秆）、叶、花、果、藤、皮和种子等。采收后的植物体分离或者不分离，形态完整或者不完整。新鲜或者干枯的农作物废弃物。各种自然生长的植物、竹、木及园林绿化植物等废弃物料。

2.11植物原料加工类废弃物：

植物体根、茎（各种秸秆）、叶、花、果、藤、皮和种子等，通过砍伐、收割分离、碾磨或者粉碎、浸泡、过滤或者沉淀提取有效成分后产生的固、液废弃物。采取烘焙、蒸煮、压榨、发酵（酿造）等方式提取有效成分后产生的皮、壳、粉、渣、芯、饼粕等废弃物料。

2.12植物食品类废弃物：

各种不可食用的生、熟植物类食品、食材或者饲料等废弃物料。

2.13自然凋亡植物类废弃物： 

自然生长发育凋亡堆积产生的废弃物料，包括根、茎、叶、花、果、

藤、皮和种子等。

2.14食用菌菌渣：

    采摘食用菌或者药用真菌后产生的废弃物。

3.00植物类废弃物主要经济技术参数

3.10原料水分含量要求：

新鲜废弃物水分：50％-70％左右。干枯废弃物水分：30％-50％左右。

3.20原料质量要求：

     有机物总含量：≥58％。其中：碳素（C）≥45％；氮素（N）≥22.5％。C:N=2:1

可供发酵还原糖：≥20％。可供微生物生长繁殖所需氮素营养：≥1.0％

3.30 NY525-2012国家规定发酵基质肥产品标准：

    有机质：碳素（C）≥45％。N\P\K总养分：≥5％。pH：≥6.8。水分：≤30％。

3.40原料发酵国标基质肥产品出品率：50％-70％左右。

4.00发酵有机肥经济效益概算参数：

1）原料收购成本价位：≤150元/t。

2）原料水分：≥60％

3）产品含水分标准：≤30％

4）原料发酵失水：≥50％（平均值）摊入成本：≤150元/t。

5）原料实际成本：≤300元/t。

6）生产用工成本：≤150元/t。

7）辅助原料成本：≤150元/t。

8）产品打包和生产动力成本：≤150元/t。

9）国标基质肥产品成本合计：≤750元/t。（国标基质颗粒肥：≤ 850元/t）

10）国标基质肥产品出库平均卖价：≥1000元/t。

11）国标基质肥利税价位：≥200元/t。

5.00：生物法处理乡村粪污和秸秆资源化利用与其他方式利用两个效益比较

▲：从表中比较情况可知；生物法和自然堆沤处理是最为有效办法。

6.00建立合作社经营是乡村生物法集中处理粪污和秸秆资源化利用最适合途径和经营方式

   1）发酵肥料生产合作社构成：实行股份制投资，合作社年终按股份分红给股民（村民）。由股民推选合作社主任，负责肥料厂生产和经营。

   2）肥料厂生产经营项目和产品：

第一：沼气发酵。

面向村民供应沼气和沼肥。

      第二：发酵堆肥和液态有机肥。

面向村民供应国标有机肥和液态有机肥。

3）经营方式：对换经营，易货贸易。

合作社面向股民（村民）按原料标准计价受理村民（股民）粪污或者

秸秆或者相关农业废弃物，合作社按标准沼气、沼肥（液态肥）、国

标固态有机肥等相关产品价位折算供给股民（村民）。例如：合作社受

理股民（村民）送交废弃物的结算款为100元，农户要求兑换固态有机肥，合作社的标准固态有机肥产品出库价位为：1000元/t，股民（村民）可兑换标准固态有机肥产品100公斤。如果需要兑换其他产品，可按产品价位计价供给其他相关产品。股民（村民）所交废弃物不足以兑换产品，可以付给现金。股民（村民）要求多购肥料产品，可以付款购买，合作社可以按产品出库价位供给。合作社将沼气管道安装到户，计价收费供气。股民（村民）可用粪污或者秸秆抵价用气。除沼气外，股民（村民）可以自用肥料。鼓励股民（村民）多购肥料产品。同时也鼓励股民（村民）从事农业废弃物易货贸易，兑换合作社肥料产品对外销售。对从事专业销售农户，合作社实行让利比例和相关优惠待遇。

 7.00乡村粪污和秸秆集中资源化利用技术参数

 7.10沼气发酵技术参数

1）适合沼气发酵原料：人、畜粪便和生活废水。

2）沼气发酵原料固液浓度（TS）：≥10％。

3）沼气发酵原料有机质含量：≥45％。其中：C:N≥20:1。

4）沼气发酵pH：6.5-7.8。温度：25℃-45℃。

7.20沼气产量计算

1)理论计算公式

沼气产量＝废水浓度（kgCOD/m³）×设备去除率（%）×废水日排放量（m³/d）×产沼气率。其中，产沼气率为0.7 m³/kgCOD（理论值）

2)其他沼气产量计算方式

按养殖规模计算：一般估算：5头猪、1头牛、150只鸡的混合或者不混合粪便可产1m³沼气。按照池容计算：一般估算：6m³、8m³、10m³的沼气池容积可分别产1.2m³、1.6m³、2m³沼气。

按照池中的干物质计算：如每公斤猪粪(干物质)产气量为0.43m³/kg。

按照去除的污染物计算：如每去除1公斤COD可产生约0.35m³沼气。

按照原料固液浓度（TS）计算：

沼气池需进池调配成干物质含量（TS）为8%的粪污水料液，根据日粪污干物质产量和水力滞留期（20天），需要沼气池有效容积为800m³。 计算公式如下：

沼气池有效容积=（干物质日产量×水力滞留期）/发酵料液浓度

=（X×20d）/8% =800m³

粪污干物质量（X）为3.2t/d，粪便中干物质在厌氧反应阶段被降解50%，经固液分离后进入沼液约20%， 转化为沼渣的干物质为总量的30%，新鲜沼渣含水率为65%，则：

日产沼渣量：（3.2t/d×30%)÷（1-65%）=2.74t/d

沼液日产量：（3.2t/d÷8%）-3.2t/d×50%-2.74t/d=35.66t/d

部分沼液回流去调节池调节粪水料液浓度，可减少清水用量并提高粪水料液中产沼气细菌的含量，沼液回流量按20t/d计。因此，每天需要排放的沼液量为：35.66-20＝15.66t/d。

沼气与燃煤热值换算：

沼气与热值为4000K燃煤的换算公式为：

燃煤量＝沼气产量×沼气含甲烷率×甲烷热值÷4000K

根据美国麦卡蒂教授的推算：每去除1千克COD，在理想状态下可产甲烷0.35m³，折合含甲烷60%的沼气为0.583m³；每去除1千克BOD产生的沼气稍高，约为1m³左右。

1m³沼气可产热值20514KJ

标准煤热值为29306KJ

20514/29306=0.714

（1m³沼气等于0.714kg标准煤）

7.30乡村粪污和秸秆废弃物发酵有机肥和沼气发酵综合处理工艺流程

7.40好氧发酵有机肥生产设备

7.41发酵设备

1）平地条垛式发酵：

原料在平地呈条垛式堆置。采用车轮式翻抛机专用设备翻抛条垛物料。条垛宽度需根据翻抛机型号设计；一般为1米-3米。条垛高度一般为0.8米-1米左右。条垛长度不限。混合原料常温密度：≥350公斤/立方米。混合原料水分控制标准：≤70％。条垛占地面积单位重量：≥350公斤/㎡。平地条垛式发酵具有用地面积比较大的特点；适合于闲置土地建堆发酵生产。

2）水泥池堆置发酵：

原料在水泥池内平铺堆置。采用电控行走式翻抛机专用设备翻抛物料。水泥池规格需根据翻抛机型号设计；水泥池宽一般为3米-6米。池内物料堆置高度：一般为1米-1.5米左右。发酵池长度不限。混合原料常温密度：≥350公斤/立方米。混合原料水分控制标准：≤70％。物料占地面积单位重量：≥350公斤/㎡。水泥池堆置发酵具有用地面积比较小，原料投入可多的特点。可采用安装通风管道，机械通风供氧厚层堆料发酵设备或者翻抛机翻抛供氧发酵生产。适合于大批量投料生产。

3)    发酵床：

此设备是在禽畜动物饲养栏内平地下修建砖砌水泥砂浆抹面地槽，在地槽内铺放粉碎秸秆料和粉状农副原料混合的物料。混合物料中接种有堆肥发酵菌。禽畜动物排泄的粪污存留在混合物料之上。禽畜动物采食混合物料中的饲料时，翻动混合物料混合粪污，由此实现供氧发酵效果。当混合物料吸纳粪污达到饱和时，更换混合物料。转运出发酵料，室内堆置继续发酵成为有机肥半成品。地槽下挖深度为30厘米，长度和宽度与养殖栏大小相同。物料占地面积单位重量：≥350公斤/㎡。

≡完≡