奶牛糞污資源化利用技術(shù)研究

張元　項勛　熊海謙

摘要 [目的]奶牛標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；B(yǎng)殖牧場產(chǎn)生大量糞污污染源，對農(nóng)牧業(yè)生態(tài)環(huán)境污染及奶牛健康問題影響日益嚴(yán)重，因此全面探索經(jīng)濟適用于本地的糞污處理技術(shù)，對奶牛養(yǎng)殖業(yè)科技創(chuàng)新與養(yǎng)殖業(yè)生態(tài)環(huán)保有重要意義。[方法]探索以種養(yǎng)結(jié)合、機械化處理奶牛糞污，從生產(chǎn)實際與科學(xué)技術(shù)結(jié)合進行全面總結(jié)分析，提出養(yǎng)殖業(yè)糞污處理的有效途徑與建議。[結(jié)果]奶牛糞污經(jīng)科學(xué)的因地制宜、種養(yǎng)結(jié)合及機械化處理實現(xiàn)了“糞污”向“糞肥”轉(zhuǎn)化。[結(jié)論]養(yǎng)殖業(yè)糞污處理應(yīng)因地制宜、種養(yǎng)結(jié)合多途徑多方式解決，創(chuàng)建養(yǎng)殖業(yè)以污染治理向資源利用、以種養(yǎng)分離向種養(yǎng)結(jié)合轉(zhuǎn)型升級的農(nóng)業(yè)牧場。

關(guān)鍵詞 奶牛糞污；機械化處理；綜合利用

中圖分類號 X713 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）03-0168-03

Abstract The standardization and large-scale farming of dairy cow produce a lot of dung pollution. It is becoming more and more serious because the pollution effect on the ecological environment and cow′s health，so it is very important to explore a comprehensive local dung treatment technology for scientific and technological innovation in dairy farming and ecological environmental protection in aquaculture. Through exploring the combination of planting and breeding，and the mechanized processing of cow′s dung，analyzing the actual production and technology，some effective methods and suggestions of dung treatment were put forward. The dung conversed to ″manure″ when it was treated by the combination of planting，breeding and mechanized processing. Livestock dung treatment should be adapted to local conditions and choose different ways to utilize pollution resource. The separate way of planting and breeding should upgrade to the combination way.

Key words cow dung pollution；mechanization treatment；comprehensive utilization

近年來，我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展，奶牛存欄和奶產(chǎn)品產(chǎn)量已居世界前列。2015年1月6日農(nóng)業(yè)部和浙江省政府在北京召開“浙江現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點省建設(shè)”新聞發(fā)布會[1]，率先在全國開展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)建設(shè)，這也預(yù)示現(xiàn)代生態(tài)畜牧業(yè)的新定位——生態(tài)循環(huán)功能的確定。黃岡市已成為湖北省最大的奶牛養(yǎng)殖基地，這對于促進本市畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、優(yōu)化農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和增加農(nóng)民收入起到了積極的推動作用。但是，在奶牛養(yǎng)殖過程中，產(chǎn)生大量的糞尿、污水、有害氣體等污染物如不科學(xué)處理，則會對大氣、水源、土壤造成嚴(yán)重的污染且導(dǎo)致奶牛傳染性疾病的流行，奶牛糞污經(jīng)科學(xué)處理后，可轉(zhuǎn)化為價值較好的肥料資源。因此，以科學(xué)技術(shù)、機械化手段將奶牛糞污變廢為寶，將畜牧養(yǎng)殖業(yè)與農(nóng)業(yè)種植業(yè)相結(jié)合，優(yōu)勢互補，促進農(nóng)牧業(yè)生態(tài)循環(huán)發(fā)展。

1 糞污處理的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 奶牛養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)狀

目前，黃岡市有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化奶牛牧場15個，存欄奶牛逾2萬頭，經(jīng)試驗測定，一頭500～600 kg的成年奶牛，每天排糞量30～50 kg，排尿量15～25 kg，污水15～20 L，全市奶牛全年糞污量為43.80萬～69.35萬t。全市奶牛牧場均為100頭以上規(guī)?；翀觯S污產(chǎn)生較為集中，奶牛業(yè)發(fā)展到現(xiàn)階段，主要表現(xiàn)為四大特點：一是規(guī)?；?、集約化全覆蓋。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，存欄數(shù)在100頭以上的奶牛場可以算作集約化、規(guī)模化養(yǎng)殖場[2]。二是信息化生產(chǎn)管理應(yīng)用程度較高，各牧場均使用“牛人管理系統(tǒng)”，但機械化程度參差不齊，科學(xué)處理糞污技術(shù)不足。三是受經(jīng)濟等因素制約，奶牛糞污處理相關(guān)配套工程設(shè)施不完善。四是農(nóng)業(yè)種植與牧業(yè)養(yǎng)殖脫節(jié)，規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖企業(yè)不開展種植或無田可種，造成糞肥排放較為集中，產(chǎn)生區(qū)域性相對糞肥過剩，處理成本和難度大。

奶牛場日常生產(chǎn)中主要產(chǎn)生糞尿、污水2個方面，奶牛為大型家畜，飼料采食量與糞尿排泄量較大，飼料能量和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為牛奶能量和蛋白質(zhì)的效率分別為20%和17%～42%，轉(zhuǎn)化為牛肉能量和蛋白質(zhì)的效率分別為5.2%～7.8%和8%[3]。黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司為標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、集約化千頭規(guī)模國營牧場，存欄奶牛為300頭。

1.2 奶牛規(guī)?；B(yǎng)殖污染源及對環(huán)境的危害

1.2.1 大氣污染。奶牛排泄物暴露在空氣中時所產(chǎn)生，散發(fā)到空氣中引起大氣環(huán)境污染，主要廢氣污染物為氨氣、硫化氫、甲基硫醇和三甲基胺等[4]有毒有害氣體，對地區(qū)空氣質(zhì)量、氣候變暖有一定影響，隨著規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖場的有毒有害氣體威脅到飼養(yǎng)人員及周邊居民身體健康，并影響畜禽的正常生長。

1.2.2 土壤污染。奶牛糞污所含有機物、重金屬離子、微生物等[5]，糞污未經(jīng)無害化處理直接傾倒，對土壤造成破壞性污染，降低了土壤的正常功能，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)和質(zhì)量超標(biāo)，農(nóng)作物從土壤中吸收污染源而影響身體健康。

1.2.3 水質(zhì)污染。畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的糞尿、沖洗水、雨水沖刷牛舍地面等，主要指標(biāo)有BOD5、COD、TP、TN與微生物等[6]，直接排放導(dǎo)致水中懸浮物增多而缺氧，影響河流的自我凈化能力，破壞水生物的生態(tài)環(huán)境，使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)減產(chǎn)，嚴(yán)重威脅飲水、農(nóng)業(yè)灌溉用水安全。

1.3 常見糞污處理與利用工藝

1.3.1 自然發(fā)酵。自然發(fā)酵堆肥較為傳統(tǒng)，利用自然環(huán)境中的微生物將糞污進行發(fā)酵的過程是無氧條件下借助厭氧微生物將有機質(zhì)分解，其成本相對較低但發(fā)酵時間較長，氣味較重，含雜菌，有害元素含量較高，種植使用時范圍有限制。

1.3.2 有機肥生產(chǎn)。畜禽養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展產(chǎn)生了大量的糞污，糞污中有害元素嚴(yán)重超標(biāo)，難以用傳統(tǒng)的還田方式處理。使用機械化處理將糞污采用好氧發(fā)酵處理生產(chǎn)有機肥[7]，在好氧微生物作用下使糞污中有機物質(zhì)穩(wěn)定化，具有較強好氧性發(fā)酵分解能力，發(fā)酵時間較短，糞肥發(fā)酵較徹底，氣味較輕，使用方便。

1.3.3 沼氣工程。利用厭氧菌的分解轉(zhuǎn)化作用[8]，以糞污經(jīng)過厭氧消化以獲取沼氣能源和治理環(huán)境污染，目前國內(nèi)研發(fā)引用的沼氣工藝主要有3種，分別為CSTR、USR、UASB工藝[9]。沼氣利用使畜禽養(yǎng)殖糞污得到充分利用，較大降低面源污染，同時產(chǎn)生清潔能源，其管理較為簡單、使用方便，但其前期投入較大。

1.4 國家對糞污處理相關(guān)政策的要求

畜禽養(yǎng)殖污染已經(jīng)成為較大的污染物總量組成部分之一，全國污染源普查公報顯示[10]，農(nóng)業(yè)污染源化學(xué)需氧量、總氮、總磷排放量分別占全國排放總量的47%、57%、67%；我國農(nóng)業(yè)污染排放主要來源于畜禽養(yǎng)殖業(yè)，其COD、TN、TP排放量分別占農(nóng)業(yè)源污染物排放總量的96%、56%、38%。國家相繼出臺2014年1月1日起施行《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》[11]、2015年4月13日《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面污染防治攻守、堅站的實施意見》[12]“一控兩減三基本”的目標(biāo)，基于此背景下，畜牧業(yè)糞污處理轉(zhuǎn)型升級是必然趨勢。

2 奶牛糞污處理工藝

黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司糞污處理主要方法為機械化自動清糞、固液分離、沼氣工程、污水處理、干糞污發(fā)酵及雨污分流等，實現(xiàn)糞污進行無害化、生態(tài)化處理，進而資源化利用，從而達到“糞污”向“糞肥”的轉(zhuǎn)化。黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司糞污處理工藝流程見圖1。

2.1 軌道式自動清糞便器

由電機減速器帶動8#熱鍍鋅槽鋼制作的軌道來驅(qū)動刮糞板清掃牛糞、配電柜配有相關(guān)檢測及智能控制元件，軌道推力為2.5 t，刮糞板運行速度為4.5 m/min，刮糞板往返1次工作時間為30 min，黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司存欄奶牛包括泌乳牛、干奶牛、青年牛及牛犢共計300頭，糞污日產(chǎn)量合計為15 t，其中固體部分為4 t，液體部分為11 t，年產(chǎn)糞污量合計為5 475 t，糞污處理全自動程序控制，無需人工現(xiàn)場控制。

2.2 固液分離系統(tǒng)

干濕分離機日最大加工糞量為28 t，固液分離系統(tǒng)主要包括攪拌機、切割泵、固液分離機、沖洗泵、空壓機、分離機濾網(wǎng)、液位控制及管路等設(shè)備，使用軌道式自動清糞便器將糞污刮送到奶牛舍集糞污池后，使用吸糞污車輸送至固液分離機，糞污收集后進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池內(nèi)安裝有切割泵和攪拌機，可對所有的糞污持續(xù)進行混合、攪拌，混合均勻后，由潛水切割泵輸送至固液分離機，經(jīng)過分離的固體進入下方固體料堆糟中，最后輸送至糞污發(fā)酵場；液體排放至儲液池沉淀，儲液沉淀池上清部分用以沖洗糞污管道及牛舍集糞污池，儲液池下部分回收至調(diào)節(jié)池。所有設(shè)備可由液位控制實現(xiàn)自動化處理。本牧場經(jīng)固液分離系統(tǒng)，經(jīng)處理后日分離干糞量為4 t，年分離干糞量1 460 t，其中530 t干牛糞經(jīng)晾曬、消毒處理后直接作為填充奶牛睡床墊料。

2.3 沼氣工程

依據(jù)國家沼氣建設(shè)政策，申報沼氣投資補助項目，按照“減量化、資源化、無害化”的原則設(shè)計[13]。主要建成設(shè)施有1 000 m3厭氧反應(yīng)器、二次發(fā)酵罐、沼氣貯氣柜及沼液、沼氣利用設(shè)施、有機肥生產(chǎn)設(shè)施。處理工藝采用“CSTR+二次發(fā)酵罐工藝”，沼氣用于本牧場及周邊發(fā)電、燃用，沼液用于附近水產(chǎn)養(yǎng)殖營養(yǎng)及農(nóng)業(yè)灌溉施肥，沼渣制作有機肥料，避免對環(huán)境產(chǎn)生污染。通過沼氣工程處理的糞污，年產(chǎn)沼氣10萬m3、發(fā)電量15萬kW·h、有機肥220 t、沼液4 015 t。

2.4 污水處理站

污水處理通過污水溝匯集于集水池中，一部分進入調(diào)節(jié)池與牛糞混合降解發(fā)酵；一部分進入?yún)捬跸厮馑峄?，以厭氧性微生物將?fù)雜有機物降解為簡單有機物，同時沉淀固態(tài)懸浮物；經(jīng)厭氧處理后的污水再由泵進入接觸氧化池分解；接觸氧化池出水自流進入沉淀池沉淀；沉淀池中出水經(jīng)明渠過流紫外消毒后排入氧化塘；氧化塘處理污水后全部灌溉牧草種植基地，不對外排放。其中調(diào)節(jié)池、厭氧池、沉淀池產(chǎn)生的污泥部分進入污泥井濃縮脫水后，進入沼氣工程的調(diào)糞池。黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司實行雨污分流處理，雨水進入集水池，污水使用處理站處理后達到農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)利用，建設(shè)污水處理站日處理量60 m3/d。

2.5 糞污發(fā)酵場

奶牛糞污中主要成分為粗纖維、粗脂肪、粗蛋白、無氮浸出物等有機成分。建立糞污發(fā)酵場處理糞污具有實用、處理量大、成本低及處理技術(shù)和設(shè)施簡單易行等特點。其含的有機物質(zhì)與農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)中遺棄的稻草、麥稈進行混合、堆積，將濕度控制為50%～70%，堆放寬、高為2.0 m×1.5 m，長度無限制，發(fā)酵溫度達65 ℃時翻動，當(dāng)發(fā)酵堆呈黑褐色，溫度降至常溫，發(fā)酵完成，周期為7 d左右[14]，本牧場糞污發(fā)酵場地充足，除去作為牛床墊料部分，年產(chǎn)有機糞肥1 230 t。

2.6 雨污分流

雨水采用明渠排放，污水采用暗溝輸送，雨污分流是“減量化”減少污染，也是節(jié)約資源，雨水經(jīng)過分流后，可直接集中到集水池，經(jīng)過自然沉淀，可作為天然的沖洗用水，雨水經(jīng)過凈化、緩沖回流使用，可以提高地表水的使用效益，同時也極大降低糞污排水量，減少奶牛糞污水處理成本，提高糞污水處理效率。

3 奶牛糞污的綜合利用效益

黃岡本土養(yǎng)殖密度高，糞污不能得到有效處理和消納，帶來養(yǎng)殖業(yè)區(qū)域性環(huán)境污染。黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司將糞污經(jīng)過科學(xué)處理后，將300頭奶牛產(chǎn)生的糞污全部回收利用，通過糞污固液分離平臺、機械化設(shè)備處理擴大延長了消納區(qū)域，是實現(xiàn)糞污全利用和零排放的重要舉措，同時也是養(yǎng)殖業(yè)糞污總量減排的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)處理的干糞污大部分經(jīng)發(fā)酵制作糞肥直接還田作為有機種植栽培基質(zhì)使用，對改良土壤、增加土地肥力是最便捷、易行、經(jīng)濟的方式，另一部分干糞經(jīng)晾曬、消毒后是一種好的牛床墊料，同時節(jié)約養(yǎng)殖成本；液體糞污進入沼氣工程處理后，沼氣用于牧場發(fā)電照明、鍋爐燃料及生活服務(wù)，沼液用于牧草、水果、蔬菜、苗木等種植肥料；通過雨污分流，極大減少了糞污量，通過回收利用，增加了水資源使用效益。

3.1 經(jīng)濟效益

3.1.1 清潔能源。沼氣年收益：產(chǎn)沼氣10萬m3，凈收益為1元/m3，則沼氣利用年凈收益為10萬元。沼液年收益：產(chǎn)沼液4 015 t，凈收益為50元/t，則沼液年凈收益為20.075萬元。沼渣收益：年產(chǎn)沼渣220 t，凈收益為400元/t，則沼渣年凈收益為8.8萬元。雨水收集利用：年收集雨水1 860 t，凈收益為2.2元/t，則雨水年凈收益為4 092元。

3.1.2 有機糞肥。年產(chǎn)有機糞肥1 760 t，凈收益為380元/t，則有機糞肥年凈收益為66.88萬元。

3.1.3 牛床墊料。干牛糞經(jīng)晾曬、消毒處理后，作為奶牛床墊料使用，年循環(huán)利用530 t。經(jīng)試驗晾曬、消毒，干牛糞體積約2 m3/t，干牛糞墊料凈收益40元/m3，則干牛糞墊料年凈收益為4.24萬元。

3.2 生態(tài)效益和社會效益

奶牛養(yǎng)殖在向規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化的發(fā)展同時，因為帶來了牧場污染的相對集中，嚴(yán)重影響到生態(tài)環(huán)境及奶牛健康。黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司牧場通過機械化自動清糞、固液分離平臺、沼氣工程、污水處理站、雨污分流及糞污發(fā)酵制作有機肥料等方法科學(xué)處理，有效推動了牧場環(huán)保的發(fā)展，又取得了較好的經(jīng)濟效益，促進了奶牛養(yǎng)殖、有機種植相結(jié)合跨越發(fā)展，糞污的處理帶來經(jīng)濟效益，在當(dāng)?shù)匦纬闪溯^好的示范效應(yīng)；奶牛糞污得到充分利用開發(fā)，降低牧場面源污源，有效降低奶牛疾病發(fā)生與傳播，牧場衛(wèi)生環(huán)境得到全面優(yōu)化；解決了牧場清潔能源的問題，節(jié)約能源成本，提高了牧場利潤；將“糞污”轉(zhuǎn)化為“糞肥”用于種植業(yè)，加強了對土壤改良與保護，極大降低了化肥等使用量，較好提高了作物產(chǎn)量與質(zhì)量，建立了可循環(huán)發(fā)展的有機產(chǎn)業(yè)鏈，對促進農(nóng)牧業(yè)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展起到了重大作用。

4 畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污處理建議

4.1 以“綠色、協(xié)調(diào)、可持續(xù)”理念為導(dǎo)向，發(fā)展生態(tài)農(nóng)牧業(yè)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，養(yǎng)殖業(yè)糞污、種植業(yè)化肥等成為污染的主要來源，按照“綠色、協(xié)調(diào)、可持續(xù)”理念，把污染治理與資源循環(huán)利用有機結(jié)合，促進“污染物”向“資源化”轉(zhuǎn)化，形成經(jīng)濟、科學(xué)、多層次、多功能的良性循環(huán)。

4.2 因地制宜，種養(yǎng)結(jié)合，促進種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)互動共生

科學(xué)規(guī)劃養(yǎng)殖場所，大力倡導(dǎo)“種養(yǎng)結(jié)合”模式，推進養(yǎng)殖牧場與周邊種植業(yè)配套建設(shè)，養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的糞污通過科學(xué)處理生產(chǎn)的糞肥就地就近還田，因地制宜選擇養(yǎng)殖場規(guī)模，遵循自然規(guī)律完善配套可消納養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生“糞肥”的種植土地保有量，土地保有量不足的牧場，完善設(shè)施設(shè)備，機械化、工藝化處理，如沼氣工程、干濕分離、養(yǎng)殖蚯蚓、種植蘑菇等方式，充分利用糞肥種植開發(fā)牧草資源，既解決畜禽“吃”的飼料問題，又解決“排”的糞污問題。

4.3 完善養(yǎng)殖業(yè)糞污處理政策法規(guī)，建議納入公益環(huán)保事業(yè)管理

糞污處理要根據(jù)實際情況出發(fā)，糞污處理設(shè)施設(shè)備成本高，投入大，要充分考慮成本和投入產(chǎn)出比。畜牧業(yè)規(guī)模已發(fā)展為農(nóng)業(yè)的半壁江山，養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到民生保障，呼吁建立由政府主導(dǎo)、市場運作、共同參與的處理模式，將養(yǎng)殖業(yè)糞污處理納入政府公益環(huán)保事業(yè)管理，上升到環(huán)保高度統(tǒng)一規(guī)劃分類、分批、分區(qū)域進行管理。

4.4 糞污處理應(yīng)多方式、多途徑相結(jié)合

糞污處理過程中，各地氣候環(huán)境、地利條件、設(shè)施設(shè)備有較大差異，應(yīng)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，使用多種方式、多種途徑相結(jié)合模式“降成本，補短板”，進一步優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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[14] 畜禽糞便堆肥腐熟度評價指標(biāo)體系研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（3）：549-554.