奶牛糞污資源化利用技術研究

張元　項勛　熊海謙

摘要 [目的]奶牛標準化、規模化養殖牧場產生大量糞污污染源，對農牧業生態環境污染及奶牛健康問題影響日益嚴重，因此全面探索經濟適用于本地的糞污處理技術，對奶牛養殖業科技創新與養殖業生態環保有重要意義。[方法]探索以種養結合、機械化處理奶牛糞污，從生產實際與科學技術結合進行全面總結分析，提出養殖業糞污處理的有效途徑與建議。[結果]奶牛糞污經科學的因地制宜、種養結合及機械化處理實現了“糞污”向“糞肥”轉化。[結論]養殖業糞污處理應因地制宜、種養結合多途徑多方式解決，創建養殖業以污染治理向資源利用、以種養分離向種養結合轉型升級的農業牧場。

關鍵詞 奶牛糞污；機械化處理；綜合利用

中圖分類號 X713 文獻標識碼 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，我國奶牛養殖業蓬勃發展，奶牛存欄和奶產品產量已居世界前列。2015年1月6日農業部和浙江省政府在北京召開“浙江現代生態循環農業試點省建設”新聞發布會[1]，率先在全國開展現代生態循環農業建設，這也預示現代生態畜牧業的新定位——生態循環功能的確定。黃岡市已成為湖北省最大的奶牛養殖基地，這對于促進本市畜牧業產業升級、優化農村產業結構和增加農民收入起到了積極的推動作用。但是，在奶牛養殖過程中，產生大量的糞尿、污水、有害氣體等污染物如不科學處理，則會對大氣、水源、土壤造成嚴重的污染且導致奶牛傳染性疾病的流行，奶牛糞污經科學處理后，可轉化為價值較好的肥料資源。因此，以科學技術、機械化手段將奶牛糞污變廢為寶，將畜牧養殖業與農業種植業相結合，優勢互補，促進農牧業生態循環發展。

1 糞污處理的發展現狀

1.1 奶牛養殖業現狀

目前，黃岡市有標準化、規?；膛Ｄ翀?5個，存欄奶牛逾2萬頭，經試驗測定，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頭以上規模化牧場，糞污產生較為集中，奶牛業發展到現階段，主要表現為四大特點：一是規?；?、集約化全覆蓋。根據國家標準，存欄數在100頭以上的奶牛場可以算作集約化、規?；B殖場[2]。二是信息化生產管理應用程度較高，各牧場均使用“牛人管理系統”，但機械化程度參差不齊，科學處理糞污技術不足。三是受經濟等因素制約，奶牛糞污處理相關配套工程設施不完善。四是農業種植與牧業養殖脫節，規模化、標準化養殖企業不開展種植或無田可種，造成糞肥排放較為集中，產生區域性相對糞肥過剩，處理成本和難度大。

奶牛場日常生產中主要產生糞尿、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，飼料能量和蛋白質轉化為牛奶能量和蛋白質的效率分別為20%和17%～42%，轉化為牛肉能量和蛋白質的效率分別為5.2%～7.8%和8%[3]。黃岡梅家墩牧業有限責任公司為標準化、規模化、集約化千頭規模國營牧場，存欄奶牛為300頭。

1.2 奶牛規?；B殖污染源及對環境的危害

1.2.1 大氣污染。奶牛排泄物暴露在空氣中時所產生，散發到空氣中引起大氣環境污染，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，對地區空氣質量、氣候變暖有一定影響，隨著規?；笄蒺B殖業的發展，養殖場的有毒有害氣體威脅到飼養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，導致農作物減產和質量超標，農作物從土壤中吸收污染源而影響身體健康。

1.2.3 水質污染。畜禽養殖生產過程中產生的糞尿、沖洗水、雨水沖刷牛舍地面等，主要指標有BOD5、COD、TP、TN與微生物等[6]，直接排放導致水中懸浮物增多而缺氧，影響河流的自我凈化能力，破壞水生物的生態環境，使水產養殖業減產，嚴重威脅飲水、農業灌溉用水安全。

1.3 常見糞污處理與利用工藝

1.3.1 自然發酵。自然發酵堆肥較為傳統，利用自然環境中的微生物將糞污進行發酵的過程是無氧條件下借助厭氧微生物將有機質分解，其成本相對較低但發酵時間較長，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。畜禽養殖業的高速發展產生了大量的糞污，糞污中有害元素嚴重超標，難以用傳統的還田方式處理。使用機械化處理將糞污采用好氧發酵處理生產有機肥[7]，在好氧微生物作用下使糞污中有機物質穩定化，具有較強好氧性發酵分解能力，發酵時間較短，糞肥發酵較徹底，氣味較輕，使用方便。

1.3.3 沼氣工程。利用厭氧菌的分解轉化作用[8]，以糞污經過厭氧消化以獲取沼氣能源和治理環境污染，目前國內研發引用的沼氣工藝主要有3種，分別為CSTR、USR、UASB工藝[9]。沼氣利用使畜禽養殖糞污得到充分利用，較大降低面源污染，同時產生清潔能源，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政策的要求

畜禽養殖污染已經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]，農業污染源化學需氧量、總氮、總磷排放量分別占全國排放總量的47%、57%、67%；我國農業污染排放主要來源于畜禽養殖業，其COD、TN、TP排放量分別占農業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《畜禽規模養殖污染防治條例》[11]、2015年4月13日《關于打好農業面污染防治攻守、堅站的實施意見》[12]“一控兩減三基本”的目標，基于此背景下，畜牧業糞污處理轉型升級是必然趨勢。

2 奶牛糞污處理工藝

黃岡梅家墩牧業有限責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、干糞污發酵及雨污分流等，實現糞污進行無害化、生態化處理，進而資源化利用，從而達到“糞污”向“糞肥”的轉化。黃岡梅家墩牧業有限責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動刮糞板清掃牛糞、配電柜配有相關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，黃岡梅家墩牧業有限責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，糞污日產量合計為15 t，其中固體部分為4 t，液體部分為11 t，年產糞污量合計為5 475 t，糞污處理全自動程序控制，無需人工現場控制。

2.2 固液分離系統

干濕分離機日最大加工糞量為28 t，固液分離系統主要包括攪拌機、切割泵、固液分離機、沖洗泵、空壓機、分離機濾網、液位控制及管路等設備，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，糞污收集后進入調節池，調節池內安裝有切割泵和攪拌機，可對所有的糞污持續進行混合、攪拌，混合均勻后，由潛水切割泵輸送至固液分離機，經過分離的固體進入下方固體料堆糟中，最后輸送至糞污發酵場；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節池。所有設備可由液位控制實現自動化處理。本牧場經固液分離系統，經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

依據國家沼氣建設政策，申報沼氣投資補助項目，按照“減量化、資源化、無害化”的原則設計[13]。主要建成設施有1 000 m3厭氧反應器、二次發酵罐、沼氣貯氣柜及沼液、沼氣利用設施、有機肥生產設施。處理工藝采用“CSTR+二次發酵罐工藝”，沼氣用于本牧場及周邊發電、燃用，沼液用于附近水產養殖營養及農業灌溉施肥，沼渣制作有機肥料，避免對環境產生污染。通過沼氣工程處理的糞污，年產沼氣10萬m3、發電量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，一部分進入調節池與牛糞混合降解發酵；一部分進入厭氧消化池水解酸化，以厭氧性微生物將復雜有機物降解為簡單有機物，同時沉淀固態懸浮物；經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。其中調節池、厭氧池、沉淀池產生的污泥部分進入污泥井濃縮脫水后，進入沼氣工程的調糞池。黃岡梅家墩牧業有限責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田灌溉水標準循環利用，建設污水處理站日處理量60 m3/d。

2.5 糞污發酵場

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。建立糞污發酵場處理糞污具有實用、處理量大、成本低及處理技術和設施簡單易行等特點。其含的有機物質與農業種植生產中遺棄的稻草、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，發酵溫度達65 ℃時翻動，當發酵堆呈黑褐色，溫度降至常溫，發酵完成，周期為7 d左右[14]，本牧場糞污發酵場地充足，除去作為牛床墊料部分，年產有機糞肥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，也是節約資源，雨水經過分流后，可直接集中到集水池，經過自然沉淀，可作為天然的沖洗用水，雨水經過凈化、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

黃岡本土養殖密度高，糞污不能得到有效處理和消納，帶來養殖業區域性環境污染。黃岡梅家墩牧業有限責任公司將糞污經過科學處理后，將300頭奶牛產生的糞污全部回收利用，通過糞污固液分離平臺、機械化設備處理擴大延長了消納區域，是實現糞污全利用和零排放的重要舉措，同時也是養殖業糞污總量減排的重要環節。經處理的干糞污大部分經發酵制作糞肥直接還田作為有機種植栽培基質使用，對改良土壤、增加土地肥力是最便捷、易行、經濟的方式，另一部分干糞經晾曬、消毒后是一種好的牛床墊料，同時節約養殖成本；液體糞污進入沼氣工程處理后，沼氣用于牧場發電照明、鍋爐燃料及生活服務，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 經濟效益

3.1.1 清潔能源。沼氣年收益：產沼氣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。干牛糞經晾曬、消毒處理后，作為奶牛床墊料使用，年循環利用530 t。經試驗晾曬、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 生態效益和社會效益

奶牛養殖在向規?；藴驶皩I化的發展同時，因為帶來了牧場污染的相對集中，嚴重影響到生態環境及奶牛健康。黃岡梅家墩牧業有限責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、雨污分流及糞污發酵制作有機肥料等方法科學處理，有效推動了牧場環保的發展，又取得了較好的經濟效益，促進了奶牛養殖、有機種植相結合跨越發展，糞污的處理帶來經濟效益，在當地形成了較好的示范效應；奶牛糞污得到充分利用開發，降低牧場面源污源，有效降低奶牛疾病發生與傳播，牧場衛生環境得到全面優化；解決了牧場清潔能源的問題，節約能源成本，提高了牧場利潤；將“糞污”轉化為“糞肥”用于種植業，加強了對土壤改良與保護，極大降低了化肥等使用量，較好提高了作物產量與質量，建立了可循環發展的有機產業鏈，對促進農牧業生態環境良性循環和可持續發展起到了重大作用。

4 畜禽養殖業糞污處理建議

4.1 以“綠色、協調、可持續”理念為導向，發展生態農牧業

農業生產過程中，養殖業糞污、種植業化肥等成為污染的主要來源，按照“綠色、協調、可持續”理念，把污染治理與資源循環利用有機結合，促進“污染物”向“資源化”轉化，形成經濟、科學、多層次、多功能的良性循環。

4.2 因地制宜，種養結合，促進種植業與養殖業互動共生

科學規劃養殖場所，大力倡導“種養結合”模式，推進養殖牧場與周邊種植業配套建設，養殖業生產的糞污通過科學處理生產的糞肥就地就近還田，因地制宜選擇養殖場規模，遵循自然規律完善配套可消納養殖業產生“糞肥”的種植土地保有量，土地保有量不足的牧場，完善設施設備，機械化、工藝化處理，如沼氣工程、干濕分離、養殖蚯蚓、種植蘑菇等方式，充分利用糞肥種植開發牧草資源，既解決畜禽“吃”的飼料問題，又解決“排”的糞污問題。

4.3 完善養殖業糞污處理政策法規，建議納入公益環保事業管理

糞污處理要根據實際情況出發，糞污處理設施設備成本高，投入大，要充分考慮成本和投入產出比。畜牧業規模已發展為農業的半壁江山，養殖業的發展直接關系到民生保障，呼吁建立由政府主導、市場運作、共同參與的處理模式，將養殖業糞污處理納入政府公益環保事業管理，上升到環保高度統一規劃分類、分批、分區域進行管理。

4.4 糞污處理應多方式、多途徑相結合

糞污處理過程中，各地氣候環境、地利條件、設施設備有較大差異，應充分發揮自身優勢，使用多種方式、多種途徑相結合模式“降成本，補短板”，進一步優化畜禽養殖結構，實現可持續發展。

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