規(guī)模化奶牛場糞污集中處理技術(shù)

張繼剛

（遼寧省瓦房店市動物疫病防控中心 116300）

隨著我國集約化奶牛養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展，奶牛養(yǎng)殖過程出現(xiàn)較多問題，其中糞污問題日益嚴(yán)重，已成為我國農(nóng)業(yè)污染的主要來源。養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生大量的糞便和污水，若得不到有效處理，將會嚴(yán)重影響奶牛飼養(yǎng)環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，增加奶牛疾病發(fā)生率，影響奶牛機體健康，甚至?xí){周邊居民的健康安全。由此可見，做好奶牛糞污集中處理，避免二次污染，有利于提高養(yǎng)殖場綜合能力，保障畜產(chǎn)品質(zhì)量安全，降低疾病風(fēng)險，促進(jìn)養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)奶牛養(yǎng)殖業(yè)和環(huán)保共同發(fā)展。本文主要從奶牛糞污的危害、無公害處理原則、模式及糞污無公害處理技術(shù)等方面進(jìn)行闡述，以期提高奶牛糞污處理效率，降低環(huán)境污染。

1 糞污的危害

1.1 對土壤、水體的污染

奶牛養(yǎng)殖過程用水量極大，會產(chǎn)生大量廢水。養(yǎng)殖場中的糞便、尿液、生活用水中由于含有大量的N、P 等元素，會造成河水中藻類和其他水生生物大量繁殖，引起河水富營養(yǎng)化，進(jìn)而造成水中氨、氮含量增加，污染水體。

奶牛糞便中含有大量的營養(yǎng)元素，是較好的農(nóng)家有機肥，被廣泛用于田間農(nóng)作物生長。但養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便過多，農(nóng)田施用過量會導(dǎo)致土壤貯肥能力下降。土壤中殘留的氮、磷元素還會滲入到地下水中，造成水中磷酸鹽、硝酸鹽濃度升高，污染地下水源[1]。除此之外，糞便污水中含有的鈉離子和鉀離子會使土壤孔隙阻塞，導(dǎo)致土壤透氣、透水等性能嚴(yán)重下降，破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤最終出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，影響土壤質(zhì)量。

1.2 空氣污染

養(yǎng)殖場內(nèi)堆積的糞便在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量的NH3、硫化氫和甲硫醚等有害氣體，造成養(yǎng)殖場空氣質(zhì)量下降，導(dǎo)致奶牛免疫力下降，影響奶牛產(chǎn)品品質(zhì)[2]。

1.3 傳播人畜共患病

奶牛糞污中含有大量病原微生物、蟲卵、寄生蟲等，未經(jīng)處理排放至環(huán)境中會大大增加環(huán)境致病菌的種類和數(shù)量，導(dǎo)致致病菌大量繁殖，最終引發(fā)人畜傳染病。小規(guī)模養(yǎng)殖場由于不具備糞污處理技術(shù)，糞污直接排放到養(yǎng)殖場周邊環(huán)境中。這不僅對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，還增加了人畜共患病的發(fā)生概率[3]。

1.4 其他污染

奶牛糞便中含有大量的銅、鐵、鋅等重金屬元素，會對養(yǎng)殖場周邊環(huán)境造成重金屬污染。另外，養(yǎng)殖過程中抗生素、激素等藥物的大量使用也會造成藥物殘留污染，影響奶牛產(chǎn)品品質(zhì)。人類食用含藥物殘留的產(chǎn)品會嚴(yán)重影響健康。而未被動物機體吸收、分解的藥物會通過排泄物進(jìn)入環(huán)境，還會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變，影響生態(tài)平衡。

2 奶牛糞污處理現(xiàn)狀

2.1 建設(shè)規(guī)劃不合理

由于養(yǎng)殖人員過度追求養(yǎng)殖效益，導(dǎo)致環(huán)境管理投入較低，建廠前未進(jìn)行合理的廠址選擇。另外，對糞便、尿液等污染物的處理設(shè)施投入較低，造成周邊環(huán)境污染嚴(yán)重。

2.2 糞污處理技術(shù)單一

由于糞污處理技術(shù)水平和方式較為落后，大多數(shù)養(yǎng)殖場直接還田處理?，F(xiàn)階段，在大規(guī)模養(yǎng)殖前提下，農(nóng)田無法容納過多污染物，造成環(huán)境嚴(yán)重污染，制約養(yǎng)牛業(yè)發(fā)展。

3 無公害處理原則

3.1 無害化

為減少糞污對養(yǎng)殖場土地、水體及空氣的污染，提高奶牛產(chǎn)品質(zhì)量，必須對奶牛糞污進(jìn)行無害化處理。奶牛養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞污會造成水體富營養(yǎng)化，對自然環(huán)境危害極大。長期使用污水灌溉農(nóng)作物還會導(dǎo)致農(nóng)作物大面積減產(chǎn)。另外，糞便中氨氣、硫化氫等氣體會對空氣造成污染，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降。因此，必須做好奶牛糞污的無害化處理，降低環(huán)境污染，保證生態(tài)平衡。

3.2 減量化

糞污減量化處理主要指降低糞污中病原微生物的種類和數(shù)量，降低銅、鋅等重金屬、激素抗生素等含量，降低有害物質(zhì)通過牛奶進(jìn)入人體的概率，減少其對機體造成的損害。

近日，安徽農(nóng)墾集團(tuán)公司印發(fā)《安徽農(nóng)墾鄉(xiāng)村振興規(guī)劃（2018-2022年）》，明確把發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作為安徽農(nóng)墾的首位產(chǎn)業(yè)。

3.3 規(guī)范化

糞污規(guī)范化處理主要是指處理方式科學(xué)、處理設(shè)備齊全、處理結(jié)果達(dá)標(biāo)。根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模選用合適的現(xiàn)代化處理設(shè)備，對糞便、污水等進(jìn)行無害化處理，降低對環(huán)境污染。

3.4 特色化

糞污特色化處理主要指各養(yǎng)殖場根據(jù)實際情況選擇適合本場的糞污處理模式。通?？刹捎枚喾N處理模式相結(jié)合的方法，如采用沼氣處理模式和高溫發(fā)酵相結(jié)合的方式進(jìn)行糞污集中處理[4]。

4 無公害處理模式

根據(jù)我國對奶牛養(yǎng)殖污染處理要求，奶牛場糞污處理應(yīng)堅持減量化、無害化、資源化原則。目前我國奶牛場對糞污的清除、處理工作量大。規(guī)?；B(yǎng)殖場內(nèi)糞污產(chǎn)量較高，其中清糞是糞污處理的首要環(huán)節(jié)，目前主要采用水沖式清糞和干清糞兩種工藝[5]。

水沖式清糞主要采用高壓水槍沖洗牛舍地面。糞水可通過糞溝或漏縫地板進(jìn)入化污池。該工藝技術(shù)簡單，但耗資較高，需水量大。

干清糞是指將奶牛糞便、尿液進(jìn)行分流。糞便經(jīng)人工或機械清除，尿液經(jīng)排尿溝流出。隨后對糞便和尿液進(jìn)行單獨處理。干清糞處理方式具有用水量較少、糞污中污染物含量低、有機肥肥效高等特點，且該處理方式可保持牛舍干凈清潔，無異味。

5 無公害處理技術(shù)

奶牛糞污包括固體糞便和污水兩部分。糞污利用應(yīng)遵循無公害化、資源化等原則，主要措施包括糞污肥料化、能源化、墊料回用等。

5.1 固體糞便處理技術(shù)

由于奶牛胃腸道功能發(fā)達(dá)，對飼料消化利用率高，因此，糞便中含有大量纖維。但由于糞便具有含水量低、異味重、氮元素含量高等特點，降解速度較慢。目前我國固體糞便處理技術(shù)通常包括物化處理、生物發(fā)酵處理及低等生物處理3 種。

物理化學(xué)處理主要是將糞便進(jìn)行風(fēng)干或高溫烘干后，將其作為燃料、墊料或肥料被利用。如在物理殺菌后可將糞便用做牛床墊料。不僅解決存糞便存放問題，同時還可降低墊料成本。奶牛糞便作為墊料具有舒適度高、透氣性好等優(yōu)勢，且不易磨損清糞和固液分離等設(shè)備，降低設(shè)備折舊費用。但由于受場地、氣候條件等因素的限制，該處理方式效率較低，且處理過程中容易產(chǎn)生二次污染。通過干濕分離將糞便與污水進(jìn)行分離處理，隨后分別進(jìn)行單獨處理。該過程處理成本較高、應(yīng)用少。大量糞污不建議使用該處理技術(shù)。

5.1.2 生物發(fā)酵

生物發(fā)酵處理是指利用好氧微生物將糞便中的有機大分子分解轉(zhuǎn)化為更易被消化、吸收的小分子。固體糞便可通過運糞車轉(zhuǎn)運至堆肥棚內(nèi)制作肥料或運送至?xí)駡鲋谱髋４矇|料。另外，固體糞便也可用作食用菌種種植基質(zhì)或蚯蚓養(yǎng)殖基質(zhì)?？蓪⑿竽翗I(yè)與種植業(yè)有機結(jié)合，充分發(fā)揮糞便的肥料作用。固液分離后的糞渣中含有大量纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，質(zhì)地蓬松柔軟。固液分離后，固體糞便含水率高達(dá)80%左右，在進(jìn)行曬干后方可作為牛床墊料，從而實現(xiàn)廢物資源化利用，降低養(yǎng)殖場墊料投入成本。該發(fā)酵處理方式主要為好氧堆肥。糞便在經(jīng)過好氧堆肥處理后可減少甲烷、一氧化氮的排放，降低氮元素?fù)p失，提高有堆肥品質(zhì)[6]。發(fā)酵時應(yīng)在糞便內(nèi)加入玉米秸稈。發(fā)酵前期應(yīng)控制好糞便含水量，含水量保持在50%～60%，不可過高或過低，影響微生物活性，造成堆肥效果差。堆肥區(qū)域應(yīng)選擇在地勢平坦、防雨、通風(fēng)良好的地區(qū)進(jìn)行。堆肥過程中應(yīng)定期進(jìn)行翻推，保證氧氣供應(yīng)。另外，還可通過厭氧發(fā)酵沼氣技術(shù)將糞便進(jìn)行能源化處理。將糞便注入?yún)捬醢l(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行脫水、脫硫處理，產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過水封罐后先后進(jìn)入氣水分離器和脫硫罐，最后進(jìn)入鍋爐或沼氣發(fā)電機。產(chǎn)生的沼液在稀釋后可作為肥料施用于農(nóng)田，改良土壤性質(zhì)，提高土壤肥力。

5.1.3 低等生物處理

低等生物處理是指利用蚯蚓等低等生物處理奶牛糞便，消除糞便中的污染因素，提高生物肥料品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，利用蚯蚓可提高肥料中磷、鉀的含量，減少二氧化碳等氣體的排放。另外，蚯蚓還可分解蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)素，降低糞便中氮、磷、銅的含量，減少土壤污染[7]。將其施用農(nóng)田中還可改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤透水性，防止土壤出現(xiàn)板結(jié)。其次，發(fā)酵處理后的糞便還可作為食用菌生長基質(zhì)，為食用菌生長提供營養(yǎng)。

5.2 污水處理技術(shù)

污水處理技術(shù)主要采用自然生態(tài)處理、生物發(fā)酵處理組合工藝處理及能源化轉(zhuǎn)化。

5.2.1 自然生態(tài)處理

自然生態(tài)處理是指利用生物穩(wěn)定塘、土壤滲濾、人工濕地等技術(shù)降低水中氮、鉀、磷等元素含量，從而實現(xiàn)凈化污水的目的。

5.2.2 生物發(fā)酵處理

生物發(fā)酵處理是指利用微生物降解污水中的有機物，從而降低污染。在實際污水處理過程中可采用厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵等技術(shù)進(jìn)行污水處理。收集的污水一部分通過厭氧發(fā)酵進(jìn)入回沖管路，另一部分進(jìn)入凈化廠內(nèi)進(jìn)行深度處理，隨后作為水肥用于種植業(yè)。另外，非灌溉季節(jié)可將污水進(jìn)行好氧處理和生物凈化處理，最后作為灌溉用水灌溉農(nóng)田。水沖糞方式產(chǎn)生的污水需進(jìn)行多級以上的厭氧發(fā)酵處理。處理后的污水可運送至農(nóng)田進(jìn)行施用，從而提高資源利用率，降低環(huán)境污染。

有機制污染物含量較高的污水可以使用多種工藝進(jìn)行處理。如采用折流厭氧反應(yīng)和間歇式好氧工藝可有效去除污水中COD、NH3-N 等污染物[8]。污水在經(jīng)過嚴(yán)格的厭氧發(fā)酵、好氧處理、沉淀、臭氧消毒等過程后，最終方可用于牛舍或養(yǎng)殖場其他區(qū)域的地面沖洗，實現(xiàn)養(yǎng)殖場水資源循環(huán)利用，進(jìn)而有效降低養(yǎng)殖場的用水成本。

除此之外，還可選用生物發(fā)酵處理與自然生態(tài)處理相結(jié)合的方式進(jìn)行污水處理。養(yǎng)殖過程中收集到的廢水經(jīng)二級沉淀后進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)。經(jīng)厭氧發(fā)酵處理后的水進(jìn)入中間水池。隨后進(jìn)入好氧處理系統(tǒng)進(jìn)行下一步處理。根據(jù)處理后的水質(zhì)情況可將其直接用作回用水或?qū)⑵溥\送到人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，最后可將其用于魚類養(yǎng)殖。該污水處理技術(shù)也稱為納管排放技術(shù)。該糞污處理模式通過將多種處理工藝的有機結(jié)合，可保證處理后的水質(zhì)情況。該處理方式可有效降低養(yǎng)殖場每年向環(huán)境中排放的糞污總量。處理過程中產(chǎn)生的沼氣可代替燃煤，有效降低有害氣體的排放。發(fā)酵后產(chǎn)生的肥料和肥液可替代化肥使用，從而有效提高經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，進(jìn)而有效改善當(dāng)?shù)貧夂?，保護(hù)當(dāng)?shù)厮?，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

5.2.3 能源化轉(zhuǎn)化

對糞污進(jìn)行微生物厭氧發(fā)酵可產(chǎn)生沼氣，從而實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化。發(fā)酵過程中要注意發(fā)酵溫度的控制，55℃的厭氧發(fā)酵可提高沼氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。

6 投資成本分析

糞污處理成本主要包括建設(shè)成本、運輸成本、設(shè)備成本等。如墊料、固液分離設(shè)備、長途運輸、污水處理等。土壤還原法需建立氧化塘，在經(jīng)過無公害化處理后方可用于農(nóng)作物生長。該處理方式主要投入為土地資源、設(shè)備資源。設(shè)備占地面積小，建設(shè)成本較低，預(yù)期效益高。但若長距離運輸，則會增加運輸成本。另外，該方法糞污利用率低，處理時間長，適合短距離運輸。生物發(fā)酵處理技術(shù)一次性投資巨大。大型養(yǎng)殖場建設(shè)前需考慮糞污處理問題及后續(xù)設(shè)備維護(hù)、管理工作及周邊用于消納糞污的農(nóng)田面積。投資與運行費用包括設(shè)備投資、日常運營、設(shè)備維護(hù)管理、糞污運輸?shù)?。分離技術(shù)主要是利用沼氣發(fā)電。但該方法對人工和設(shè)備投入要求高，且設(shè)備折舊費用高。前期需建設(shè)發(fā)酵池、儲存池等。發(fā)酵床處理技術(shù)投入主要為建設(shè)高架發(fā)酵床牛舍。該技術(shù)糞污發(fā)酵時間較長，成本高，但后期處理不會產(chǎn)生任何污水，處理成本低，處理效果好。納管排放模式主要成本包括設(shè)備建設(shè)費用、日常運營費用、設(shè)備管理維護(hù)費用、生態(tài)塘建設(shè)管理費用、污水管理費用等。該處理技術(shù)適用于無自有農(nóng)業(yè)用地或只有少量農(nóng)業(yè)用地的大中型奶牛養(yǎng)殖場。

7 結(jié)語

綜上所述，做好奶牛糞污無公害處理工作才能實現(xiàn)我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。遵循高效環(huán)保、生態(tài)循環(huán)原則，采取有效措施解決糞便、污水的污染問題，實現(xiàn)資源再利用，保護(hù)生態(tài)平衡，從而提高經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。