鴨糞干濕分離效果不佳的根源解析
日期：2025-09-10 來(lái)源： 鴨高創(chuàng)咨詢公眾號(hào)
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眾所周知，鴨糞處理是行業(yè)公認(rèn)的難題。其性狀粘稠、含水率高且油脂含量突出，不僅給前處理階段的干濕分離帶來(lái)極大阻礙，也對(duì)后端水處理造成諸多限制，導(dǎo)致整體處理成本居高不下。事實(shí)上，鴨糞并非無(wú)處理方案可循，真正的難點(diǎn)在于缺乏低成本、高效率且符合可持續(xù)發(fā)展要求的解決路徑。
本文將基于一篇文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，重點(diǎn)探討鴨糞干濕分離難度大的原因。該文獻(xiàn)以養(yǎng)殖業(yè)中常見的豬、牛、羊、鴨、雞五種畜禽糞便為研究對(duì)象，聚焦其危害性突出、資源化處理難度大等共性問(wèn)題，在對(duì)比分析它們基本理化性質(zhì)及特征的基礎(chǔ)上，專門用一章內(nèi)容深入探討了在脫水處理與利用方面存在的難點(diǎn)。其中，關(guān)于這五種畜禽糞便脫水性能的對(duì)比研究，不僅為解析鴨糞干濕分離難題提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，也能為固液分離技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的創(chuàng)新研發(fā)提供重要的參考支撐。
一、畜禽糞便粒徑分布
為了研究不同畜禽糞便固體顆粒粒徑大小的占比及差別，以過(guò)篩稱重的方式測(cè)定了五種畜禽糞便的粒徑，結(jié)果如圖1所示。
圖1 畜禽糞便粒徑占比示意圖
由圖1可見，豬糞和鴨糞中小顆粒固體含量最高，≤0.15mm的顆粒占比分別為48.59%和52.97%，牛糞、羊糞、雞糞中小顆粒固體含量相對(duì)較低，分別為34.94%、25.54%和29.36%。
在0.15～0.5mm和0.5～1.0mm的顆粒范圍內(nèi)，鴨糞的含量占比均高于其他四種糞便，分別占比21.09%和23.89%；豬糞、牛糞、羊糞和雞糞在0.15～0.5mm的范圍內(nèi)占比均處于4.79%～5.9%之間，在0.5～1.0mm的范圍內(nèi)占比在11.58%～16.38%之間，含量占比呈高度相似狀態(tài)。
在≥1.0mm的大顆粒范圍內(nèi)，豬糞、牛糞、羊糞和雞糞的占比分別為33.92%、48.69%、52.32%和49.36%，而鴨糞僅占2.05%，遠(yuǎn)低于其他四種畜禽糞便。
原因可能是鴨子有兩個(gè)胃，分別是腺胃（前胃）和肌胃（砂囊），消化系統(tǒng)具備更強(qiáng)的“物理研磨+化學(xué)分解”能力，對(duì)食物顆粒的破碎更徹底，并且鴨糞含水率高（通常在 85% 以上），且因腸道分泌的黏液及未消化的油脂較多，糞便質(zhì)地粘稠。這種特性會(huì)導(dǎo)致：即使有少量未完全破碎的顆粒（接近 1mm），也會(huì)被粘稠的基質(zhì)包裹、黏連，難以形成獨(dú)立的“大顆?！?。
綜上所述，這一特點(diǎn)也解釋了為何鴨糞干濕分離難度大——細(xì)小顆粒與水分、黏液的結(jié)合更緊密，難以通過(guò)常規(guī)篩分實(shí)現(xiàn)固液分離。其他四種糞便因1.0mm以上的大顆粒物占比很高，故在處理前先進(jìn)行粗過(guò)濾，更有利于糞便資源利用和后續(xù)處理。
二、畜禽糞便高濃廢水懸浮固體粒徑分布
養(yǎng)殖場(chǎng)糞污的存在狀態(tài)和清糞工藝有較大關(guān)系，干清糞和糞尿分離收集方式通常產(chǎn)生的污水量較小，而水沖糞和水泡糞基本都會(huì)產(chǎn)生大量的糞污高濃廢水，后續(xù)水處理的難度較大。養(yǎng)殖場(chǎng)糞污高濃廢水含固率通常在2%～5%之間，因此根據(jù)不同新鮮畜禽糞便的含水率不同，將糞便均稀釋成含固率為2%的高濃廢水，并測(cè)定廢水中懸浮固體顆粒粒徑大小，結(jié)果如圖2可示。
圖2 畜禽糞便高濃廢水懸浮固體粒徑分布示意圖
由圖2可見，畜禽糞便高濃廢水中懸浮固體粒徑大部分分布在0～25μm之間，豬糞、奶牛糞、羊糞、雞糞、鴨糞的占比分別達(dá)到了97.67%、81.28%、61.67%、89.81%、87.88%。五種糞水中體積密度最大的懸浮固體粒徑分別為5.92μm、18.7μm、21.2μm、4.58μm、6.72μm，奶牛糞水和羊糞水中較大粒徑的懸浮固體密度較高，與糞便中含纖維物質(zhì)較多有關(guān)。雞糞、鴨糞和羊糞的粒徑分布范圍較廣，最大懸浮固體粒徑分別達(dá)到163μm、352μm、272μm。
從上述數(shù)據(jù)來(lái)看，鴨糞高濃廢水中懸浮固體的特性是導(dǎo)致其干濕分離后 COD 仍居高不下且水質(zhì)較黑的關(guān)鍵原因。鴨糞高濃廢水中 87.88% 的懸浮固體粒徑分布在 0～25μm 之間，這類細(xì)小顆粒占比極高。由于粒徑微小，它們難以通過(guò)常規(guī)的干濕分離手段（如沉淀、過(guò)濾等）被有效去除，會(huì)大量殘留在水體中。而這些細(xì)小顆粒往往裹挾著大量有機(jī)物，進(jìn)而導(dǎo)致水體中 COD 值偏高和水質(zhì)偏黑。
三、畜禽糞便水分特征曲線
畜禽糞便中水分可分為重力水、毛細(xì)管水與吸附水以及內(nèi)部結(jié)合水，除去其中水分需要消耗一定能量，這種能量可以通過(guò)畜禽糞便與水之間的吸著力來(lái)表示。借鑒土壤水分特征測(cè)量方法，使用負(fù)壓式土壤濕度計(jì)可以對(duì)新鮮畜禽糞便的失水難度進(jìn)行測(cè)量。
濕度計(jì)的負(fù)壓值讀數(shù)較小時(shí)，表明失去的水分為重力水，水勢(shì)較低，易脫去；負(fù)壓值讀數(shù)較大時(shí)，表明畜禽糞便與水之間的吸著力大，脫去相同質(zhì)量的水分時(shí)需要消耗更高的能量，脫水難度較大。畜禽糞便含水率與水分負(fù)壓的關(guān)系如圖3所示。
圖3 畜禽糞便水分特征曲線
由圖3可見，畜禽糞便脫水性能差異性較大，其中五種畜禽糞便在
含水率70%以上時(shí)負(fù)壓值均在0～-6kpa之間，此時(shí)脫水較易，耗能較低，此部分水分以重力水為主；
在含水率在60%～70%之間時(shí)，濕度計(jì)負(fù)壓值逐漸增大，脫水難度變大，這部分水分以毛細(xì)管水和吸附水為主；
在含水率低于60%時(shí)，畜禽糞便脫水難度出現(xiàn)差異。
其中，羊糞和鴨糞含水率為50%左右時(shí)，負(fù)壓值迅速減小，接近-50kpa；豬糞、奶牛糞和雞糞負(fù)壓值下降較小，為-20kpa左右。
表明要使畜禽糞便含水率達(dá)到適宜移動(dòng)運(yùn)輸?shù)那闆r下，羊糞和鴨糞所需能量高，處理難度大，而豬糞、奶牛糞和雞糞所需能量較低，難度較小。五種糞便在含水率低于30%時(shí)，負(fù)壓值均在-50kpa以下，表明此部分水分以內(nèi)部結(jié)合水為主，很難脫去。
從上述數(shù)據(jù)中，我們也能清晰理解為何僅依靠干濕分離設(shè)備，很難將鴨糞的含水率降至60%及以下。
四、干燥法測(cè)機(jī)械脫水后畜禽糞便水分特征
由失水分壓法可知畜禽糞便干燥過(guò)程失水難度具有一定宏觀上的差異，故進(jìn)一步采用干燥法考察相同質(zhì)量下干燥脫水速率情況。樣品在干燥的過(guò)程中可分為四個(gè)階段，分別是預(yù)熱階段、恒速干燥階段、第一降速干燥階段和第二降速干燥階段。
干燥開始階段，樣品吸熱自身溫度逐漸升高，吸熱過(guò)程中，樣品中自由水開始蒸發(fā)，水分蒸發(fā)的速率也隨著升溫速率而加快并達(dá)到最大值，此階段被認(rèn)為是預(yù)熱階段。
隨后，樣品溫度和干燥速率保持基本不變，此階段為恒速干燥階段。
自由水在預(yù)熱階段和恒速干燥階段被完全脫除。然后，樣品進(jìn)入毛細(xì)管水脫除階段，因毛細(xì)管水與樣品間存在一定的結(jié)合能，脫水難度加大，干燥速率因此下降，毛細(xì)管水完全脫除，此為第一降速干燥階段。
毛細(xì)管水完全脫除后，樣品開始脫除吸附水，所需的能耗更大，干燥速率進(jìn)一步下降，此為第二降速干燥階段。
當(dāng)表面結(jié)合水脫除完畢時(shí)，樣品質(zhì)量不再改變，此時(shí)需改變環(huán)境溫度至水的沸點(diǎn)以上才可脫除剩余水分，此部分水分為樣品的內(nèi)部結(jié)合水。
根據(jù)干燥脫水的原理，繪制畜禽糞便干燥脫水過(guò)程曲線如圖4所示。
圖4 五種畜禽糞便機(jī)械脫水后干燥法測(cè)定結(jié)果示意圖
（A-自由水；B-毛細(xì)管水；C-吸附水；D-內(nèi)部結(jié)合水）
由圖4可見，豬糞、奶牛糞、羊糞和雞糞在干燥初期均出現(xiàn)升速情況，自由水含量分別為0.392、0.913、0.435、0.304g/g(干基)，雖然糞便已經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水，仍含有一定量自由水，證明機(jī)械脫水并不徹底。
鴨糞的干燥曲線只有降速干燥過(guò)程，在相同條件的機(jī)械脫除重力水的情況下，未能檢測(cè)到鴨糞中自由水，應(yīng)與鴨糞均勻稀密的顆粒狀態(tài)有關(guān)。
因機(jī)械脫除的主要為畜禽糞便中的自由水，故熱干燥過(guò)程影響干燥速率的因素主要是結(jié)合水的存在形式，通過(guò)干燥曲線不同階段的臨界點(diǎn)可確定不同類型結(jié)合水的數(shù)量和占比。豬糞、奶牛糞、羊糞、雞糞和鴨糞中結(jié)合水總含量分別為2.405、2.449、2.541、2.239、1.723g/g(干基)，鴨糞中結(jié)合水總含量明顯低于其他四種糞便。
豬糞、奶牛糞、羊糞中結(jié)合水總含量相似，其中毛細(xì)管水占比分別為70.52%、89.96%、66.67%，吸附水占比分別為24.74%、8.29%、30.54%，內(nèi)部結(jié)合水占比分別為4.74%、1.75%、2.79%，平均干燥速率分別為1.491、2.203、1.526g·g-1·h-1，表明毛細(xì)管水的含量是影響干燥速率的主要因素，其含量越高，平均干燥速率越快。
雞糞和鴨糞的毛細(xì)管水占比分別為80.57%、76.44%，吸附水占比分別為17.02%、18.98%，內(nèi)部結(jié)合水占比分別為2.41%、4.58%，含量比例較為相似，平均干燥速率分別為1.367、1.069g·g-1·h-1，顯著低于豬糞、奶牛糞和羊糞的平均干燥速率，表明機(jī)械脫水后禽類動(dòng)物糞便干燥能耗要高于畜類動(dòng)物干燥能耗，干燥的難度相對(duì)較大。
這也正是鴨糞采用快速發(fā)酵機(jī)方案成本高于其他糞便的原因，同時(shí)也解釋了為何將其他糞便的快速發(fā)酵方案直接復(fù)制到鴨糞處理上，會(huì)出現(xiàn)較大成本偏差——鴨糞獨(dú)特的水分存在狀態(tài)和干燥特性，使其在快速發(fā)酵過(guò)程中需要消耗更多能量來(lái)突破結(jié)合水的束縛，處理難度和能耗的差異直接導(dǎo)致了成本的偏高與方案復(fù)制時(shí)的成本偏差。
五、結(jié)論
鴨糞干濕分離難，根源在于其獨(dú)特的物理特性與水分狀態(tài)。
一是顆粒細(xì)小，≤1.0mm顆粒占比達(dá)97.95%，尤其≤0.15mm顆粒超50%，且與黏液、油脂緊密結(jié)合，常規(guī)篩分難以分離；
二是高濃廢水中 87.88% 的懸浮固體粒徑在 0-25μm，易殘留導(dǎo)致分離不徹底；
三是水分脫除耗能高，含水率低于 60% 時(shí)負(fù)壓值驟升，且機(jī)械脫水后無(wú)自由水，結(jié)合水脫除速率慢、能耗大。
未來(lái)方向應(yīng)聚焦：研發(fā)適配細(xì)小顆粒的高精度分離技術(shù)（如新型膜過(guò)濾、高效絮凝工藝）；優(yōu)化設(shè)備對(duì)結(jié)合水的脫除能力，如耦合機(jī)械擠壓與低能耗熱干化；開發(fā)針對(duì)鴨糞黏液、油脂特性的預(yù)處理技術(shù)，降低固液結(jié)合力，提升分離效率。
參考文獻(xiàn)：王佳的論文《畜禽糞便理化性質(zhì)分析及固液分離脫氮除磷工藝研究》