規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖污水收集處理與利用現(xiàn)狀研究

摘 要：針對(duì)規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖污水污染物濃度高、處理工藝運(yùn)行成本大、利用標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，通過文獻(xiàn)查閱梳理等方式，綜述了奶牛養(yǎng)殖污水的產(chǎn)生與收集、糞水處理、擠奶廳污水處理、污水還田利用及寧夏糞污處理現(xiàn)狀等內(nèi)容，提出了奶牛養(yǎng)殖污水微生物強(qiáng)化處理、分類分質(zhì)就地就近循環(huán)利用等發(fā)展思路。

關(guān)鍵詞：奶牛； 糞水； 奶廳污水； 生物處理； 還田利用

中圖分類號(hào)：X713" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1002-204X（2023）11-0065-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.11.016

Collection， Treatment and Utilization of Wastewater from

Large-Scale Dairy Farming

Ji Lidong， Si Haili， Liu Julian， Li Lei

（Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract Aiming at the problems such as high pollutant concentration， high operation cost of treatment process and inconsistent utilization standards in large-scale dairy farming sewage， this paper reviewed the generation and collection of dairy farming sewage， manure water treatment in cow barn， sewage treatment in milking parlour， sewage return and utilization and the status quo of manure treatment in Ningxia through literature review. The development ideas such as intensive treatment of microorganism in dairy farming sewage， local recycling and utilization of classification and quality were put forward.

Key words Dairy cows; Manure water; Milk hall sewage; Biological treatment; Return to field utilization

畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展?jié)M足了人們對(duì)肉、蛋、奶的需求，并為發(fā)展我國(guó)經(jīng)濟(jì)提高城鄉(xiāng)居民生活水平作出了貢獻(xiàn)，但養(yǎng)殖業(yè)糞污的隨意排放已造成我國(guó)新的環(huán)境污染問題[1-2]。奶牛養(yǎng)殖業(yè)是畜牧業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)之一，其養(yǎng)殖廢水的主要來源有①牛尿；②牛舍沖洗水；③奶牛降溫所用的噴淋水；④擠奶廳沖洗管道、奶罐，以及地面的廢水[3-4]。奶牛養(yǎng)殖污水不但氨氮濃度高、色度深，含有大量的細(xì)菌等，還有其化學(xué)需氧量（COD）的排放量遠(yuǎn)高于工業(yè)生活污染廢水排放量的總和，是一種難處理的高濃度有機(jī)廢水，必須進(jìn)行有效處理方能排放或利用[5]。

1 奶牛場(chǎng)污水的產(chǎn)生與收集

1.1 污水的產(chǎn)生

規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場(chǎng)每天的廢水產(chǎn)生量根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模大小不同，產(chǎn)生量也不同，奶牛場(chǎng)原始污水主要為奶牛糞便、尿液，以及牛舍、奶廳沖洗水等的混合物[6]，擠奶廳是奶牛場(chǎng)的“心臟”，其運(yùn)行的好壞直接關(guān)系到泌乳牛的健康和奶牛場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益[7]。為保證擠奶廳的環(huán)境衛(wèi)生，需在擠奶廳投入大量清水和清洗劑，擠奶廳清洗主要包括擠奶設(shè)備、貯運(yùn)設(shè)備、擠奶臺(tái)，以及待擠區(qū)沖洗[8]，擠奶廳污水還包括蹄浴保健、環(huán)境消毒用水等。其中：擠奶設(shè)備的清洗是擠奶廳清洗流程的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，擠奶臺(tái)和待擠區(qū)沖洗用水量較大，貯運(yùn)設(shè)備（擠奶桶、盛奶桶、奶槽、運(yùn)輸奶罐等及其管道）每次使用后都需要清洗，流程一般為溫水清洗—熱堿（或酸）水循環(huán)清洗消毒—清水沖洗。具體污水產(chǎn)生量見表1。

牛舍沖洗水量與所用清糞工藝有關(guān)。目前我國(guó)規(guī)模化奶牛場(chǎng)主要有干清糞和水沖糞2種清糞工藝， 不同清糞工藝牛舍沖洗水用量不同，干清糞工藝每天牛舍的沖洗用水量較水清糞少。奶牛場(chǎng)2種不同清糞工藝牛舍沖洗水量消耗情況見表2。

在確定奶牛場(chǎng)污水日排放量參數(shù)時(shí)，需要分別考慮不同清糞工藝下的牛舍沖洗水、牛尿等污水量，再分別加上擠奶廳的污水產(chǎn)量即可大體上估算出每天奶牛場(chǎng)的污水排放量。據(jù)調(diào)查可知，1頭泌乳牛日排放尿量為15～20 L[10]，假設(shè)每頭奶牛每天擠奶3次，結(jié)合表1和表2可知，以存欄量3 000頭奶牛的規(guī)?；膛?chǎng)為例，干清糞工藝下每日產(chǎn)生污水360 m3，年排放量為1.3×105 m3；水沖糞工藝每日產(chǎn)生污水573 m3，年排放量為2.1×105 m3。

1.2 污水收集

目前畜禽糞污的清理收集工藝主要有干清糞和水沖糞工藝。干清糞實(shí)現(xiàn)了糞便和污水的分別收集貯存，分類處理[11]。較為先進(jìn)的糞污清理工藝采用刮糞地板+自動(dòng)控制系統(tǒng)，按照奶牛糞便排泄規(guī)律，自動(dòng)清理糞污；同步采用全漏縫橡膠地板+水沖糞+自動(dòng)回沖工藝，糞污地面清理后落入橫向糞溝，通過回沖水排至集污池，集污池污水?dāng)嚢杌靹蚧貨_[12]。

2 奶牛養(yǎng)殖污水處理

2.1 糞水處理

國(guó)內(nèi)的養(yǎng)殖污水處理利用主要有2種途徑：①采用生物處理方式降解污水中的大分子有機(jī)物質(zhì)后直接還田。采用厭氧工藝處理污水迄今已經(jīng)有百余年的發(fā)展歷史。20世紀(jì)80年代末，全混合、UASB、UBF、ABR和USR及兩步發(fā)酵等先進(jìn)工藝的采用，使厭氧裝置單池容積從數(shù)十立方米發(fā)展到上千立方米，為加強(qiáng)畜禽糞污厭氧生物處理技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化拓展了道路。李晨艷等[13]研究提出了全混式厭氧反應(yīng)器、厭氧折板反應(yīng)器等，分析了每種反應(yīng)器的工藝要求和適用范圍，為規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)選擇不同的糞水厭氧發(fā)酵反應(yīng)器提供了選擇。韓華等[14]提出豬舍尿泡糞無害化工藝設(shè)計(jì)，解決了水沖糞、傳統(tǒng)水泡糞用水量大的問題，也解決了干清糞勞動(dòng)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，實(shí)現(xiàn)了豬糞全量?jī)?chǔ)存發(fā)酵。但常規(guī)的厭氧發(fā)酵工藝產(chǎn)生的廢水CODcr仍然大于10 000 mg·L-1，懸浮物、氨氮等有機(jī)污染物濃度仍然較高，處理后的污水無法直接利用，需要匹配好氧生物處理+深度處理才能達(dá)到農(nóng)灌利用的標(biāo)準(zhǔn)或達(dá)標(biāo)排放，存在一次性基礎(chǔ)設(shè)施投資高、日常運(yùn)行成本昂貴、需要專業(yè)技術(shù)人員素質(zhì)高等問題，難以推廣應(yīng)用。②固液分離后的污水采用氧化塘貯存至6個(gè)月以上，衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后，配合機(jī)械還田或分離過濾達(dá)到滴灌要求后滴灌還田。馬艷茹等[15]通過對(duì)比分析新鮮糞水、儲(chǔ)存糞水、酸化糞水和酸化儲(chǔ)存糞水的特性，探討了畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞水經(jīng)酸化儲(chǔ)存后的還田應(yīng)用效果；丁京濤等[16]分析了養(yǎng)殖糞水長(zhǎng)期儲(chǔ)存過程中糞大腸菌群、電導(dǎo)率，以及化學(xué)需氧量的變化，分析糞水最佳儲(chǔ)存期。但對(duì)規(guī)?；哪膛ｐB(yǎng)殖場(chǎng)來說，此種模式需要匹配建設(shè)大容量的氧化塘和大量的土地，存在占地面積大、處理效率低等問題，抑制了貯存熟化利用模式的應(yīng)用推廣。

2.2 擠奶廳污水處理

目前，奶廳廢水和奶牛養(yǎng)殖糞水同步收集貯存的，主要工業(yè)化處理模式為厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理，存在一次性投資高，日常運(yùn)行成本昂貴（處理成本為20～40元·m-2），大量投加有機(jī)絮凝劑有二次污染潛在風(fēng)險(xiǎn)等問題，難以推廣應(yīng)用。奶廳廢水污染物濃度僅為糞尿污染物濃度的1/10左右[17]，采用同樣的技術(shù)途徑處理，無疑對(duì)奶牛場(chǎng)糞污處理成本帶來巨大的壓力，高投低效，產(chǎn)投比低，養(yǎng)殖戶接受度很低。生物強(qiáng)化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用為解決奶牛污水量大、難處理的問題提供了最直接有效的解決方案。生物強(qiáng)化處理工藝是指向生化處理系統(tǒng)中投加高效菌種或載體，以提高系統(tǒng)中的微生物活性或濃度、強(qiáng)化生化處理效果的一種有效手段[18]。由于微生物處理污水具有應(yīng)用范圍廣、使用安全、無副作用等優(yōu)點(diǎn)[19-20]，因此，優(yōu)化活性微生物混合菌劑的培養(yǎng)條件并應(yīng)用于污水處理已成為許多學(xué)者研究的課題。吳金男等[21]以B′yond混合菌劑（由芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌等多種微生物菌群組成）作為液態(tài)發(fā)酵菌劑，通過擴(kuò)大培養(yǎng)作用于養(yǎng)殖場(chǎng)污水，對(duì)養(yǎng)殖廢水COD、氨氮、總磷的去除率分別達(dá)到56.87%、45.82%、75.66%，這表明微生物強(qiáng)化在污水處理中具有極好的應(yīng)用潛力。

3 污水還田利用

經(jīng)過固液分離或厭氧無害化處理的液體糞水還田利用是畜禽糞污綜合利用的主要技術(shù)模式之一[22]，但利用不好對(duì)土壤次生鹽漬化、地下水硝酸鹽超標(biāo)及碳氮排放都會(huì)帶來不利影響。如何實(shí)現(xiàn)液體糞水精準(zhǔn)高效還田利用，對(duì)于構(gòu)建長(zhǎng)效種養(yǎng)結(jié)合模式，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要影響。

液體糞水無害化還田不僅能解決畜禽糞水污染問題，還能提高土壤養(yǎng)分，改良土壤[23]，提高作物產(chǎn)量[24]，助力農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。杜坤等[25]基于玉米種植的生長(zhǎng)養(yǎng)分需求，測(cè)算了豬糞污農(nóng)田承載力；燕海朋等[26]揭示了自然儲(chǔ)存狀態(tài)下不同層級(jí)液體豬糞水中固形物粒徑分布、容重和含固率特征，總結(jié)了豬糞液體糞肥在水肥一體化設(shè)施中的糞肥管網(wǎng)漫灌技術(shù)和膜下滴灌技術(shù)2種應(yīng)用技術(shù)模式；孫吉翠等[27]研究提出液體糞肥可以直接兌水灌溉，也可以以基肥或追肥形式施用；李萍等[28]研究提出沼液與化肥配合使用可以疏松土壤，增加土壤的透氣性；翟亞明等[29]研究施用沼液降低了白菜葉片硝酸鹽含量，提升了產(chǎn)量和VC、可溶性糖含量；王瑋等[30]通過國(guó)內(nèi)畜禽厭氧消化沼液還田進(jìn)行比較分析，沼液對(duì)于不同農(nóng)作物施用具有不同的效果，但沼液還田存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水肥一體化技術(shù)的迅猛發(fā)展，若能將液體糞水施用與水肥一體化滴灌技術(shù)相結(jié)合，必將加速推動(dòng)糞肥高質(zhì)量還田，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。目前，液體糞水在水肥一體化滴灌技術(shù)設(shè)施中施用的主要制約因子是糞水中的固形物或懸浮物濃度太高，施用過程中極易導(dǎo)致管道堵塞，影響施肥效率和質(zhì)量。膜分離技術(shù)是污水處理常用的措施之一，但現(xiàn)有的膜處理工藝主要以營(yíng)養(yǎng)濃縮制肥為方向，糞源多以雞糞、豬糞等高蛋白原料為主。奶牛糞纖維素、半纖維素含量高，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低，熟化后的糞水營(yíng)養(yǎng)成分相對(duì)較低，運(yùn)用膜濃縮制肥的技術(shù)路徑，外源投入無機(jī)營(yíng)養(yǎng)太多，制肥經(jīng)濟(jì)效益太差，企業(yè)經(jīng)營(yíng)者沒有積極性。而運(yùn)用膜分離濃縮預(yù)處理技術(shù)—固形物分離過濾方法，將有害物質(zhì)和有益營(yíng)養(yǎng)分離開，實(shí)現(xiàn)有害物定向清除，有益營(yíng)養(yǎng)回收滴灌還田利用，可以真正實(shí)現(xiàn)糞水的高效處理利用，從營(yíng)養(yǎng)和水資源回用的角度看，都具有一定的經(jīng)濟(jì)性。孫欽平等[31]研究提出了曝氣+篩網(wǎng)+疊片式三級(jí)過濾對(duì)沼液進(jìn)行處理，可達(dá)到120目的滴灌要求；張青等[32]研究設(shè)計(jì)了智能化的沼液滴灌過濾技術(shù)及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)沼渣沼液分離，達(dá)到120目的滴灌要求；宋成芳等[33]研究提出對(duì)牛場(chǎng)和豬場(chǎng)混合沼液采用沉降+砂濾+保安過濾器+超濾組合處理工藝，處理過程不會(huì)破壞沼液中有效物質(zhì)的活性，濃縮液可作為無公害生物肥料的原料；尹福斌等[34]研究提出微濾+超濾+納濾工藝，可有效截留沼液中的鹽類、抗生素和有害菌，為液體糞肥膜選型提供了一定的技術(shù)參數(shù)。

4 寧夏養(yǎng)殖污水處理研究現(xiàn)狀

目前，寧夏按照源頭減量、過程控制、末端利用的治理路徑，通過強(qiáng)化政策、技術(shù)等各項(xiàng)措施，加快推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，并開展了大量基礎(chǔ)工作，取得了一些成果。主要集中在糞水無害化處理、農(nóng)田糞污承載力和沼液還田效果研究等方面。①在糞水無害化處理方面，寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所與寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司開展了“養(yǎng)殖廢棄物資源化高效利用技術(shù)及生物產(chǎn)品研發(fā)及示范”項(xiàng)目的研究與示范，圍繞寧夏回族自治區(qū)“1+4”特色產(chǎn)業(yè)，建立養(yǎng)殖廢棄物資源化循環(huán)利用技術(shù)模式，提出了基于生物增效產(chǎn)品的綠色安全施用技術(shù)，創(chuàng)建了養(yǎng)殖廢棄物綠色安全循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)；寧夏農(nóng)墾賀蘭山有限公司相關(guān)人員開展了“規(guī)?；膛?chǎng)糞水肥料利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，將沼液變?yōu)樯镆悍剩玫喂嗉夹g(shù)灌溉農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)了糞污100%循環(huán)利用。②在農(nóng)田糞污承載力研究方面，寧夏畜牧工作站相關(guān)人員通過對(duì)寧夏規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污養(yǎng)分含量和重金屬、 抗生素殘留量進(jìn)行檢測(cè)，綜合評(píng)估分析了各類糞污的安全性；寧夏同心縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心相關(guān)人員對(duì)吳忠市畜禽養(yǎng)殖耕地承載力進(jìn)行了測(cè)算，并對(duì)畜禽糞污環(huán)境污染預(yù)警進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，通過優(yōu)化種養(yǎng)結(jié)合和設(shè)置畜禽糞污耕地承載力預(yù)警來實(shí)現(xiàn)糞污資源化利用等。③在沼液還田效果研究方面，寧夏農(nóng)林科學(xué)院草畜工程技術(shù)研究中心相關(guān)人員將不同量的豬糞發(fā)酵沼液作為農(nóng)田灌溉用水替代部分氮肥用于番茄試驗(yàn)，結(jié)果表明，用沼液替代部分氮肥灌溉農(nóng)田，在短期內(nèi)對(duì)土壤環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生污染；寧夏大學(xué)相關(guān)人員研究提出，45%沼液配施55%化肥可有效改善土壤結(jié)構(gòu)，顯著提高土壤肥力，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量，可作為沼液配施化肥的最佳比例；寧夏吳忠市利通區(qū)農(nóng)村能源工作站相關(guān)人員研究提出沼渣、沼液配施可有效提高黃瓜產(chǎn)量和口感，對(duì)于保障蔬菜安全性生產(chǎn)和生態(tài)化發(fā)展提供了技術(shù)支撐；寧夏農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所相關(guān)人員研究提出發(fā)酵沼液對(duì)抑制黃瓜霜霉病有明顯效果，對(duì)于以沼液為原料殺菌劑的開發(fā)利用提供了科學(xué)參考；寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院相關(guān)人員研究提出“稻—沼—魚”模式下沼液施量對(duì)草魚和水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)的提高作用明顯，對(duì)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)具有重要的指導(dǎo)作用。但是，在奶牛養(yǎng)殖液體糞水全量?jī)?chǔ)存、物質(zhì)分離、糞肥還田方式和還田量，以及還田綜合技術(shù)評(píng)價(jià)方面研究較少。

5 建議

5.1 加強(qiáng)養(yǎng)殖污水處理利用技術(shù)創(chuàng)新

生化處理工藝運(yùn)行成本高，大量投加有機(jī)絮凝劑，污泥活性差，氯離子等有害物質(zhì)殘留高，泥水再利用二次污染風(fēng)險(xiǎn)大。通過厭氧發(fā)酵后沼液衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)需要長(zhǎng)期的貯存熟化，還田利用由于含有大量膠體、懸浮物而堵塞滴頭，污染土壤及地下水。應(yīng)加強(qiáng)微生物強(qiáng)化處理菌劑、配套技術(shù)工藝、運(yùn)行控制等生物處理模式、沼液滴灌還田營(yíng)養(yǎng)回收利用技術(shù)工藝的研發(fā)與組裝應(yīng)用，在污染物高效降解的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保與耕地質(zhì)量培育協(xié)同發(fā)展。

5.2 強(qiáng)化糞水還田環(huán)境與安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

加強(qiáng)奶牛養(yǎng)殖糞水收貯運(yùn)、處理、還田利用各環(huán)節(jié)營(yíng)養(yǎng)元素，全鹽、重金屬、抗生素、抗性基因等主要污染物長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)評(píng)價(jià)糞水還田對(duì)土壤次生鹽漬化、土壤污染、地下水硝酸鹽超標(biāo)及農(nóng)產(chǎn)品健康安全效應(yīng)，支撐構(gòu)建可持續(xù)的奶牛糞水還田利用模式。

5.3 建立固液氣廢棄物協(xié)同一體處理模式

現(xiàn)有廢棄物單項(xiàng)處理技術(shù)工藝高投低效，處理成本高，存在問題多，利用效果差。建立奶牛固液氣廢棄物處理利用系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路，開展固液氣源頭互補(bǔ)配合、工藝協(xié)同補(bǔ)缺、產(chǎn)物內(nèi)用外輸高效利用，推進(jìn)廢氣排放與回收補(bǔ)水再利用、沼氣能源利用與墊料烘干發(fā)酵增溫補(bǔ)溫結(jié)合，牛糞與病死尸體協(xié)同高值化處理等，構(gòu)建奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物生物處理分質(zhì)分類循環(huán)利用創(chuàng)新模式，從根本上解決奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)味道差、糞污橫流環(huán)境污染、乳房炎高發(fā)、圈舍臥床墊沙多再利用難等問題。

5.4 建立種養(yǎng)循環(huán)綠色發(fā)展技術(shù)體系

開展種養(yǎng)循環(huán)綠色低碳栽培技術(shù)、清潔流域資源高效利用與特色產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、綠色發(fā)展評(píng)估指標(biāo)體系等技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)農(nóng)林牧廢棄物系統(tǒng)處理利用和土壤障礙調(diào)理、耕地質(zhì)量培育和農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展有機(jī)結(jié)合，樹立系統(tǒng)觀念，構(gòu)建以物質(zhì)流、信息流、經(jīng)濟(jì)流循環(huán)平衡為核心的種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)模式。

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責(zé)任編輯：周慧

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)立東（1980—），男，寧夏中寧人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用方面的研究。

收稿日期：2023-09-06