农业废弃物资源化技术——饲料化

资源与环境学院杜志勇[e-mail]《农业废弃物资源化技术》——环境工程专业限选课思考与讨论•集约化畜禽养殖中固废处理的最佳途径？畜禽固废处理最佳途径——资源化•肥料化（有机-无机复混肥）•饲料化（热喷、膨化）•燃料化（沼气、焚烧）秸秆饲料化技术的回顾•微生物贮存技术（微贮）•青贮法技术（青贮）•氨化法•热喷法秸秆饲料化——氨化和热喷技术青岛农业大学资源与环境学院杜志勇[e-mail]氨化法•秸秆氨化处理技术，就是在秸秆中加入一定比例的氨水、无水氨（液氨）、尿素等，在密闭条件下通过它们的作用，破坏木质素与纤维素之间的联系，促使木质素与纤维素、半纤维素分离，使纤维素及半纤维素部分分解、细胞膨胀、结构疏松，从而提高秸秆的消化率、营养价值和适口性的加工处理方法。氨化作用与机理•碱化作用•氨化作用•中和作用氨化作用与机理•碱化作用碱化作用可使木质素和纤维素之间的酯键断裂，打破它们的镶嵌结构，溶解半纤维素和一部分木质素及硅酸盐，纤维素部分水解和膨胀，反刍家畜瘤胃液易于渗入，消化率提高。氨化作用与机理•氨化作用氨吸附在秸秆上，增加了秸秆粗蛋白质含量。氨随秸秆进入反刍家畜的瘤胃，微生物利用氨合成微生物蛋白质。通过氨化处理秸秆，可减缓氨的释放速度，促进瘤胃微生物的活动，氨进一步提高秸秆的营养价值和消化率。氨化作用与机理•中和作用氨呈碱性，与秸秆中的有机酸化合，中和了秸秆中的潜在酸度，形成适宜瘤胃微生物活动的微碱性环境，可中和微生物分解纤维素时产生的低级脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸），改善秸秆的适口性，提高家畜对秸秆的采食量和利用率。氨化秸秆的主要方法——窖氨化法•窖(池)氨化法是我国目前推广应用最为普遍的一种秸秆氨化方法，其处理秸秆的操作规程(1)窖(池)氨化法的优点•①可以一池多用，既可用来氨化秸秆，也可用来青贮，而且还可多年使用；•②便于管理，避免了老鼠啃坏薄膜；•③可以节省塑料膜的用量，降低成本；•④容易测定秸秆重量，便于确定氨源(如尿素)的用量。(2)窖的设计•窖的大小根据饲养家畜的种类和数量而定。•经过各地测算，每立方米的窖可装切碎的风干秸秆(麦秸、稻草、玉米秸)150千克左右。•一般说来，牛日采食秸秆的量为其体重的2％～3％之间。氨化秸秆处理技术的实例•窖的大小：例如，一头300千克的架子牛，日采食秸秆在7千克左右。根据这些参数，再考虑实际情况(每年氨化次数、养畜多少等)，然后设计出窖的大小。•窖的形式：多种多样，可建在地上，也可建在地下，还可一半地上一半地下。建窖以长方形为好，如在窖的中间砌一隔墙，即成双联池则更好(图左)。双联池的优点是可轮换处理秸秆。若用此窖搞青贮，还可减轻取用青贮喂畜过程中二次发酵。建造一个4立方米的双联池约200元，一般农民均可负担。一个2立方米的池子(窖)可装麦秸300千克，双联池可交替使用，氨化一池可供两头架子牛吃1个月。如制作青贮饲料，一池可贮1000千克。氨化窖的剖面结构如图右所示。•1.泥土2.塑料薄膜3.秸秆4.窖壁(3)操作方法•先将秸秆切至2厘米左右。一般的原则是，粗硬的秸秆(如玉米秸)切得短些，较柔软的秸秆可稍长些。每100千克秸秆(干物质)用5千克尿素(或10千克碳铵)、40-50千克水。把尿素(碳铵)溶于水中搅拌，待完全融化后分数次均匀地洒在秸秆上，入窖前后喷洒均可。如果在入窖前将秸秆摊开喷洒则更为均匀。边装窖边踩实，待装满踩实后用塑料薄膜覆盖密封，再用细土等压好即可(图2)。尿素氨化所需要时间大体与液氨氨化相同或稍长一些。尿素（碳铵）氨化秸秆流程图尿素（碳铵）氨化秸秆流程图技术关键•用尿素作氨源，要考虑尿素分解为氨的速度。它与环境温度、秸秆内生脲酶多少有关。•温度越高，尿素分解为氨的速度越快，宜在温暖的地区或季节采用。•一般认为，要是尿素分解快，在氨化过程中最好加些脲酶丰富的东西，如豆饼粉等。氨化秸秆的主要方法——堆垛氨化法•堆垛氨化法是将秸秆堆成垛、用塑料薄膜密封进行秸秆氨化处理的方法，亦称堆剁法、垛贮法。季节和天气的选择、原料和材料的准备等与窖氨化法基本相同。不同的是不需要水泥窖或土窖，可在平地上进行。(1)操作步骤•在干燥平整的地上把0.1～0.2毫米厚的无毒聚乙烯塑料薄膜铺开，再把秸秆分层整齐堆放。用尿素或碳铵作为氨源处理秸秆，一般是边堆垛边施放氨源，可以将氨源溶解于水中浇洒，也可采用边撒尿素或碳铵，边浇水。若用氨水处理，可一次垛到顶后再浇泼；用液氨氨化，是在堆垛、密封后用专门设备将氨气注入。(1)操作步骤•垛的大小可视情而定。大垛适合于液氨氨化，可节省塑料薄膜，容易机械化管理，但水不易喷洒均匀，且容易漏气：规格一般在长×宽×高为4.6米×4.6米×2米。为了便于通氨，可在垛中间埋放一根多孔的塑料管或胶管。小垛适合于尿素或碳铵氨化，规格一般在长×宽×高为2米×2米×1.5米。草垛也可以做成圆锥体型。无论那种规格，垛顶应作成屋脊型，以利于排掉雨水。垛下铺和上盖的塑料薄膜在每边留出1米，以便把两面的塑料膜折叠好，用泥土压紧、封住，不使漏气。(1)操作步骤如果采用液氨氨化，堆垛完成后注液氨。将硬塑料管与液氨管或氨瓶接通，按秸秆干重的3％通入氨气即可。目前我国采用的通氨方式主要有两种：一种是用氨槽车从化肥厂灌氨后直接开到现场氨化，另一种是将氨槽车中的氨分装入氨瓶后，再向秸秆中施氨。(2)堆垛氨化注意事项•①塑料薄膜选用所用的塑料薄膜要求无毒、抗老化和气密性能好，通常用聚乙烯薄膜，膜的厚度和颜色视情而定。如氨化粗硬的秸秆如玉米秸，应选择厚一点的薄膜(厚度0.12毫米)，若氨化麦秸则可选用薄一点的塑料膜。膜的宽度主要取决于垛的大小和市场供应情况。膜的颜色，一般以抗老化的黑色膜为好，便于吸收阳光和热量，有利于缩短氨化处理时间。(2)堆垛氨化注意事项•②液氨的安全操作液氨为有毒易爆材料，操作时应注意安全。操作人员应配备防毒面具、风镜、防护靴、雨衣、雨裤、橡胶手套、湿毛巾，现场应备有大量清水、食醋。盛氨瓶禁止碰撞和敲击，防止阳光曝晒。生物饲料的制作方法——复合预混技术生物复合预混合饲料（生物饲料转化剂）的特点是：•(1)将酶制剂、有益活菌群、激活剂和保护剂营养因子经先进工艺加工，能快速把秸秆等转化为生物饲料，属国内外首创。•(2)处理时间短，春、夏、秋三季1～3天，冬季3～7天。生物饲料的制作方法•(3)不受季节限制，一年四季都可使用。•(4)营养齐全，适口性好，易消化吸收。•(5)减少粪便臭味，改善畜禽卫生条件，治理环境污染。•(6)提高免疫功能，增强抗病能力。与常规的预混合饲料相比,常规的预混合饲料往往会影响畜禽肉,进而降低有关指标。秸秆转化为生物饲料的工艺方法•1.秸秆的选择.•不同动物的生物饲料可选择不同种类的秸秆。•食草性动物（如牛、羊、马、驴等）可利用玉米秸、稻秸、麦秸等低营养、高纤维和木质素的秸秆；•单胃动物、禽类和鱼类（如猪、兔、鸭、鹅、鱼等）可选择营养相对较高、粗纤维和木质素相对较低的材料,如花生秧、花生壳、稻糠、麦糠等为原料进行制作。不论哪种秸秆都应先去掉根部和泥土，除去霉烂变质部分，尽量保持秸秆的新鲜和清香。秸秆转化为生物饲料的工艺方法•秸秆的保存方法：•秋收时，将秸秆晾干、分类并垒成垛，顶部用塑料布或其他防雨设施盖好，以防漏、淋雨雪，可长期保存。2.牛羊生物饲料的制作方法（1）牛生物饲料用铡草机将秸秆切成3～5cm的短段，或用揉搓机揉搓成细丝状，称取75kg放到干净的水泥地面上。取0.5kg转化剂加到75kg清水中（冬季最好用30℃清水）充分溶解。将转化剂水溶液喷洒在已备好的经铡切或揉搓过的秸秆中，搅匀后装入塑料袋或其他容器中，边装边压实，最后将口扎紧或用塑料布密封放置阴凉处，厌氧发酵1～3天（冬季3～7天）后，就制成了营养丰富、易消化吸收的秸秆生物饲料，饲料呈黄色，具有浓郁的酒香和苹果酸香味。切忌在太阳光下面暴晒，因为太阳光的紫外线具有杀菌作用，影响有益菌和酶的作用。2.牛羊生物饲料的制作方法（2）羊生物饲料将秸秆粉碎成4～6mm的粗粉状或用揉搓机制成蓬松小块，按照上述的牛生物饲料的制作方法处理即可。3.猪、鸭生物饲料的制作方法•最好取用花生秧、豆秧、稻糠、玉米秸、花生壳等为原料，粉碎成30～40目的细粉末状，制作方法与牛羊生物饲料制作方法相同。4.兔、鱼生物饲料的作用方法•以造粒为主，无造粒条件的，兔生物饲料粉状也可以。香蕉皮可做肉鸡饲料添加剂•菲律宾一家养鸡场通过试验证实，香蕉皮可用做肉鸡饲料的添加剂。该养鸡场将香蕉皮切碎，在阳光下晒干，再碾成粉末，分别以5%、10%、15%、20%的比例添加到肉鸡饲料中，进行饲喂试验。结果表明，香蕉皮用做饲料添加剂，能提高饲料的转化率，加快肉鸡的生长，降低养鸡成本，提高经济效益，其中以在饲料中加入10%的香蕉皮粉效果最好。海南部分农民用低价滞销香蕉喂猪热喷饲料的开发利用•热喷饲料是指把动物不能直接食用的非常规饲料资源，经过热蒸与喷放处理，转化为动物能够食用的饲料。•开发热喷饲料，不与农业争土地，不与工业争资金，可变废为宝，对进一步开发和利用饲料资源具有重要意义。怎样制作热喷饲料？有什么好处？•制作热喷饲料的过程：将初步破碎或不经破碎的粗饲料装入压力罐内，用1471至1961千帕的压力，持续1至30分钟，然后突然减至常压喷放，即可得热喷饲料。•好处：经该处理，可提高牛对粗饲料的采食量和有机物质消化率。饲料加工技术——热喷技术•热喷是将物料（秸秆、饼粕和鸡粪等）•装入饲料热喷机内，向机内通入热饱和蒸气，经过一定时间使物料受高压热力的处理，•然后对物料突然降压，迫使物料从机内喷爆于大气中，•从而改变其结构和某些化学成分，并经消毒、除臭，使物料变为更有价值的饲料的一个压力和热力加工过程。热喷工作原理•物料在热喷处理时，利用蒸气的热效应，在高温下使木质素熔化，纤维素分子断裂、降解，同时因高压力突然卸压，产生内摩擦力喷爆，使纤维素细胞撕裂，细胞壁疏松，从而改变了粗纤维的整体结构和化学链分子结构。•因为在热喷处理时，物料在高压罐内要经受1～15分钟、压力0.39～1.18兆帕、温度145～190℃、含水量25%～40%的状态，使物料纤维细胞间木质素溶解，纤维结晶度降低。•当突然喷爆时，木质素就会熔化，同时发生若干高分子物质的分解反应，再通过喷爆的机械效应，应力集中于熔化木质素的脆弱结构区，导致壁间疏松、细胞游离，物质颗粒便会骤然变小，而总面积增大，从而达到质地柔软和味道芳香的效果，提高了家畜对秸秆饲料的采食量和消化率。热喷装置的构造及工艺流程•原料经铡草机切碎，装入储料罐内，经进料漏斗，被分批装入安装在地下的压力罐内。•将其密封后通入0.5～1.0兆帕的低中压蒸气（蒸气由锅炉提供并由进气阀控制），维持一段时间（1～30分钟不等）后，控制排料阀进行减压喷放，秸秆经排料管进入泄力罐。•喷放出的秸秆可直接饲喂或压制成型。该设备热喷秸秆时的生产率为每小时300～400千克，耗煤量每小时50千克，热喷1吨玉米秸成本约为20元。热喷工艺条件•主要包括三个要素，即处理的压力、保温时间和喷放压力。•因此，其热喷的效果在于选择适当的上述3项指标及其配合应用。•经探索，中压区（1.57～3.33兆帕）、短时间（1～5分钟）处理各类秸秆（葵花盘除外），其消化率均有较大的提高。•但是，生产中出于对设备安全、价格和管理等因素的考虑，多采用低压力（小于1.57兆帕）和长时间（3～10分钟）的处理工艺，其消化率提高的幅度小于中压区（约相当于中压区效果的60%～80%），但适合于我国目前的实际情况。喷放压力热喷饲料的类型•热喷粗饲料•热喷饼粕饲料•热喷粪便饲料•热喷动物副产物饲料•热喷氮化饲料热喷粗饲料•我国有着丰富的粗饲料资源，如秸秆、秕壳等。这些物质坚硬,粗而有异味，动物不愿采食。但经过热喷技术加工，就可以将基料纵向溶解，撕裂为絮状，并消除表皮角质层或硅细胞对消化的障碍，从而提高适口性与利用率。•一般，可使粗饲料有机物的消化率提高30%以上。热喷饼粕饲料•棉籽饼、菜籽饼的蛋白质中赖氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸的数量较多，但因有毒、