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首席专家谈农技 | 循环利用·变废为宝 科技破解养殖废弃物资源化难题

收录于合集: # 湾区时讯

学者网讯(编辑/刘秀 通讯员/黄萍)近日,《首席专家谈农技》直播系列活动【绿色循环农业专场】成功举行。本期节目聚焦养殖废弃物资源化与绿色低碳循环利用,邀请广东省现代农业产业技术体系绿色循环农业(含绿肥)共性关键技术研发创新团队首席专家顾文杰研究员,携副首席专家兼液体粪污资源化技术及产品研制岗位专家余光伟教授、固体粪污资源化技术及产品研制岗位专家李雅莹副研究员、资源化循环设备研制岗位专家张子军研究员,通过重点实验室、试验观测站及产学研合作基地等科研场景,详解养殖废弃物 “变废为宝” 的全链条技术路径,为农业绿色低碳发展提供实践范本。

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节目现场

广东省现代农业产业技术体系绿色循环农业创新团队由广东省农业科学院农业资源与环境研究所牵头,整合广东省科学院生态环境与土壤研究所、华南农业大学、广东省现代农业装备研究院等多家单位优势力量,组建“1首席+8岗位专家+1首席秘书”的核心架构。

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团队组成架构图

团队聚焦广东省种养分离、资源循环利用不足、智能化设备缺乏等产业痛点,覆盖养殖废弃物源头减量、固体/液体粪污资源化、面源污染防控、绿色循环模式构建等全产业链研究方向,同时,积极推动产学研合作,与20余家企业及高校共建“广东省固体废物资源化设备产业技术创新联盟”、“农业微生物产业研究院”等平台,并与各级农业部门、种植大户合作转化成果,为广东绿色循环农业产业提供全方位、强有力的科技支撑,助力产业低碳发展和生态产品价值实现。

首席专家顾文杰研究员介绍,养殖废弃物本质上是一个‘错位的资源’。其污染属性与资源属性一体两面,关键在于我们以何种视角和方式进行管理和利用。若处理不当,它确实是严重的环境负担:未经处理的粪污会产生高浓度的有机物、氮磷营养盐以及病原微生物,对水体、土壤和大气造成持久性污染,威胁生态环境和公共卫生安全。然而,若以循环经济的思维进行科学规划与处理,它就能转化为宝贵的资源:废弃物中所含的丰富有机质、氮、磷、钾等养分,正是种植业所亟需的。通过厌氧发酵可将其转化为清洁能源;通过好氧发酵可转化为高品质的有机肥,反哺农田,替代部分化肥,从而构建起‘养殖-废弃物处理-种植’的绿色循环农业。

不同细菌对枯萎病病原菌的抑制作用试验

微生物在养殖废弃物资源化过程中发挥着至关重要的作用。以好氧发酵为例,其整个过程主要是依靠微生物分解蛋白,纤维素等有机物质使堆肥升温,杀死病原菌和杂草种子,从而形成安全,稳定,有价值的资源产品。芽孢杆菌在好氧发酵的全过程都发挥着重要作用,同时很多芽孢杆菌还具有抗病促生作用,可以提高有机肥的品质和功效。放线菌在堆肥高温期分解纤维素的关键菌属,而木霉等则是堆肥腐熟期的重要菌属。另外,微生物还可以在抗生素降解,臭气消减中发挥重要作用。目前,绿色循环农业团队依托国家农业环境微生物种质资源库(广东)已经保藏有好氧发酵全过程所需的功能菌株。通过微生物强化技术助力养殖废弃物资源化利用提质增效。

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黑水虻相关转化产品

此外,顾文杰介绍到昆虫生物转化技术也是当前重要突破方向之一。通过构建“昆虫养殖-有机物质转化-高值产物利用”技术链,可将畜禽粪便、餐厨垃圾等废弃物在8-15天内实现有机废弃物的快速减量和高值化利用。生产的黑水虻幼虫等产品含有丰富的蛋白和油脂,可作为饲料蛋白,也可以作为饲料添加剂。同时产生的虫沙中富含甲壳素等多种有益成分,是生产有机肥的良好原料。该技术延伸了有机废弃物处理的链条,实现了能量的逐级利用,大大提高了有机废弃物资源化利用的产值。

白云基地试验田

在广州市从化区可年产1.2万吨有机肥的专业化畜禽废弃物处理公司,固体粪污资源化技术及产品研制岗位专家李雅莹副研究员重点介绍了有机肥的作用、分类、执行标准以及固体粪污好氧发酵的技术要点。好氧发酵技术需调整物料碳氮比、含水率和内部通风情况,粪污差异主要体现在碳氮比、含水率和质地,针对不同畜禽粪污特性可采取差异化预处理方案,更利于后续发酵工艺高效运行。

此外,李雅莹特别提到好氧发酵需攻克难点主要是腐熟度/无害化程度把控、碳氮养分保存和臭气处理。腐熟度/无害化程度是养殖废弃物是否能成为合格有机肥的重要指标,堆体在高温期能达到的温度和持续时间是调控这一指标的关键,需根据原料特性、工艺等进行调整,在现场可通过“看温度、闻气味、看状态”的三步法,结合做发芽试验来对堆体的腐熟度进行判断。做好堆体碳氮养分保存可有效提高有机肥品质,这可通过覆膜、原料预处理优化、工艺优化等多步骤协同达成。发酵过程产生的臭气可通过现场喷淋除臭菌剂、集中收集后经生物滤池/滤塔等多种方式搭配使用,从而提高场地氨气、硫化氢等恶臭气体的去除率。

要高质量完成养殖废弃物的资源化过程,落实到具体操作上,更多的要依靠设备。资源化循环设备研制岗位专家张子军研究员展示了目前常用的全自动化生产线核心设备 ——9GLF滚轮式翻堆机,通过“之字形轨迹”实现发酵槽100%无死角翻抛,配合7台鼓风机组成的立体曝气网,实时根据堆温调节曝气时间(每日通风20分钟、间隔20分钟),确保氧气渗透深度>1.5米。全流程智能控制系统由三菱 PLC、西门子变频器及48个传感器构成,可实现物料含水率≤30%时翻抛提速20%,100米内无线遥控操作,将传统经验操作升级为数字决策。

IMG_256带式压滤机

翻抛机

其中,除臭环节采用“源头减量-过程控制-末端治理” 模式:源头优化温氧控制抑制NH₃生成,过程用生物质炭吸附,末端通过生物滤池+滴滤塔,H₂S去除率达92%,废气去除率超95%,实现达标排放。

华南农业大学余光伟教授在厌氧发酵示范基地介绍,粪污经厌氧发酵(“水解酸化-产氢产乙酸-产甲烷”三阶段)产生沼气、沼液、沼渣。沼液因含有较高浓度氨氮(500-1500mg/L)及丰富碳氮磷钾等营养元素,直接排放会导致水体富营养化等环境问题,同时造成资源浪费。因此沼液处理的思路已经由“污染治理”向“资源化利用”转变,多元化、高值化和智能化是沼液资源化利用的趋势。团队研发“发酵-贮存-施用-评估”智能一体化设备,开发沼液悬浮物生物絮凝技术(保留氮磷、防管道堵塞)、藻菌共生体系(制备微藻生物肥)等“沼液+”技术和产品,已形成“养殖场-沼液-安全利用”全链条体系。余光伟教授还介绍,沼液还田已经有长足的发展,“猪-沼-果”、“沼液+滴灌”等沼液还田模式目前以己经在粤西地区大规模推广应用。

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沼液还田模式

从固体粪污到液体粪污,从微生物技术到智能设备,现代农业搭载科技的力量让养殖废弃物“变废为宝”。


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