規模牧場糞肥綜合利用工藝及案例分析

文/寧宗拔 那 蕊 李俊衛 王浚峰 高繼偉 曹錦萍 呂小琳

（北京京鵬環宇畜牧科技股份有限公司）

規模牧場糞肥綜合利用工藝及案例分析

文/寧宗拔 那 蕊 李俊衛 王浚峰 高繼偉 曹錦萍 呂小琳

（北京京鵬環宇畜牧科技股份有限公司）

牧場的糞尿處理和利用方式多種多樣，各有特點。其中種養結合的糞肥利用方案可以讓種植業為養殖業提供飼料原料的同時，把養殖業產生的糞尿作為種植作物的營養，實現種養的有機結合。要實現種養結合的關鍵是簡單有效地將養殖業中的糞尿污水，變成對種植作物有利用價值的營養元素——糞肥。針對種養結合的糞肥利用方案，從設計理念和依據以及設計工藝和案例分析、討論規模牧場如何實現糞肥的利用，實現種養結合，減少化肥農藥的使用，發展高產、優質、高效、生態、安全的現代生態農業。

規模牧場；糞尿處理；工藝；種養結合；生態；現代農業

當前，養殖廢棄物的處理問題是畜牧業最受關注的熱點。一方面，許多環保不達標的牧場面臨拆遷的境地，規模牧場的糞尿污水處理難題已經成為制約牧場發展的瓶頸。另一方面，種植業也面臨著土壤板結、化肥農藥濫用、農產品品質低劣等問題。為了解決行業目前面臨的這兩大嚴峻問題，本文將從糞肥綜合利用工藝設計依據、工藝設計、案例分析三方面，討論種養結合的糞肥綜合利用模式。

1 種養結合理念及工藝設計依據

1.1 種養結合理念及政策支持

畜牧業和種植業的關鍵問題是生態農業的發展問題，生態農業是生態文明的重要部分。隨著國家對生態文明建設的重視，以及農業供給側結構性改革的深入進行，如何解決畜牧業產生的環保難題已經刻不容緩。

2016年12月21日，習近平總書記主持召開了中央財經領導小組第十四次會議，聽取了農業部關于畜禽養殖廢棄物處理和資源化的匯報，提出加快推進畜禽養殖廢棄物處理和資源化，這不但關系6 億多農村居民的生產和生活環境，關系農村能源革命，而且關系能不能不斷改善土壤地力、治理好農業面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事。會議提出，要堅持政府支持、企業主體、市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向，力爭在“十三五”時期，基本解決大規模畜禽養殖場糞污處理和資源化問題。

2016年12月30日，農業部部長韓長賦主持召開了農業部常務會議，會議傳達學習了習近平總書記在中央財經領導小組會上的重要講話精神，會議確定2017年重點工作之一是落實《開展水果蔬菜茶葉有機肥替代化肥行動方案》，把畜禽養殖廢棄物處理和資源化作為農業面源污染治理的重中之重。

為了畜禽養殖廢棄物的規范化利用，國家出臺了《畜禽規模養殖污染防治條例》《到2020年化肥使用量零增長行動方案》《全國農業現代化規劃（2016-2020年）》等一系列政策法規。2016年8月，農業部網站發布了《關于推進農業廢棄物資源化利用試點的方案》通知，方案中估算，全國每年產生畜禽糞污38 億噸，綜合利用率不到60%，最少有15.2 億噸糞污浪費[1]。畜禽糞肥蘊藏千億元市場空間，種養結合模式儼然是行業內隱藏的千億級獨角獸。

1.2 種養結合的科學依據

糞肥利用之所以能夠被提到國家高度的根本原因，是因為糞肥本身蘊含的價值和能夠肥沃土壤的屬性。

1.2.1 糞肥的營養成分

動物采食飼料后，被消化吸收后剩余的營養物質會殘留在糞便中，此外，動物腸道內的微生物群也使糞便更富營養，據測算，每公斤鮮牛糞含有有機質145 g，氮（N）3.2 g，磷（P2O5）2.5 g，鉀（K2O）1.6 g。因此，動物糞尿中含有大量對作物有利的營養物質（表1），經過處理后可以為作物提供優質肥料。據美國有關機構測算，1 頭奶牛每年可生產價值294 美元的肥料。

相關機構基于過去30 年進行的實地測試和科學研究指出，將畜禽糞便作為植物養料使用可改善作為農作物生長基質的土壤。糞便可提高土壤肥度，并穩定土壤物理性質。糞便中有機物質可改善土壤的顆粒結構，從而提高植物根系對土壤的穿透能力，使土壤對水和營養物質的保存能力提高，排出土壤中多余水分的土壤孔隙系統也將得以鞏固。

1.2.2 土壤的養分承載力

種養結合的關鍵在于將糞肥合理還田。因此，不僅需要對糞肥的營養成分進行分析，還需要對土壤的養分承載力進行分析。

據歐洲《歐共體硝酸鹽控制標準》，N的土地施用標準為170 kg/公頃，每年10月至來年2月禁止在田間放牧或將糞便排入農田。丹麥是歐洲乃至世界上做種養結合最成功的國家，丹麥農業研究機構Agro-tech數據顯示，未分離的糞尿污水為每公頃施用量＜140 kg N，分離后的糞尿為每公頃施用量＜168 kg N，一般來說，最大施用量約折合30 噸/公頃，即2 噸/畝。武漢市環科院在2007～2010年《畜禽養殖污染防治及其戰略研究》課題中分析出1頭豬產生的糞中的N、P含量，然后檢測土地種植一年需要多少N、 P，從而計算出土地可消納的豬糞量。經計算，如果不經過任何處理，武漢市1 畝土地可“消化”1頭豬或10 只雞或0.5 頭牛的糞便。這些國內外對糞肥的利用經驗和數據為牧場糞肥綜合利用的測算提供了有效的依據。

表1 牛糞中的有機質和主要營養成分

圖1 糞肥生產和綜合利用的工藝流程

大量數據表明，長期使用糞肥具有四個方面的效果，一是改良土壤，使土壤養分均衡、肥效上升；二是增產增質，使作物和農產品產量增加、質量提升；三是環境友好，可以循環利用、無毒無害；四是種養結合，實現可持續發展的生態有機產業鏈。

綜合利用糞肥，不僅能夠有效提升食品品質，也是提升養殖效益的有效途徑，這為規模牧場糞肥綜合利用提供了有力依據。

2 糞肥利用工藝設計

2.1 糞肥生產和綜合利用的工藝流程

糞肥綜合利用主要包括糞尿收集、預處理、糞肥加工、施用等四個單元（圖1）。糞尿收集采用“刮糞板+分離液回沖”，能夠節水、節約勞動力；預處理采用固液分離工藝；分離后的固體部分可以發酵做成固態有機肥或制作成牛床墊料，運輸清潔、施用便捷；分離后的液體可以進入防滲、雨污分離、糞肥高效熟化的覆膜存儲塘，成為液態有機肥；固態或液態有機肥可以通過撒糞車或者施肥管道，按需施用到農田，發揮出糞肥應有的價值。

2.2 糞尿收集工藝

機械刮板清糞系統通過電力驅動，鏈條帶動刮糞板在牛舍內來回運轉進行自動清糞，可以做到24 h不間斷運行，能保證牛舍的清潔，運行速度適中，沒有噪音，對牛群的行走、飼喂、休息不會造成任何影響，可以改善牛群生活環境、減輕肢蹄?。▓D2、圖3、圖4）。

2.3 糞肥預處理工藝

牛舍內糞尿及污水被收集到集糞池（圖5），進入糞肥預處理系統（圖6）。預處理系統主要由固液分離機、潛水攪拌機、潛水切割泵等三個部分組成，糞漿被攪拌均勻后由切割泵提升至固液分離機進行螺旋擠壓分離。糞肥經過固液分離預處理之后分離效果明顯，便于后續進一步加工處理成固態或液態有機肥，或制作成牛床墊料，是實現糞肥高效利用的重要環節[2]。

圖2 機械刮板清糞工藝圖（單驅動-端部糞溝布局）

2.4 固體有機肥生產工藝

固體糞肥生產系統主要采用自動翻拋堆肥工藝（圖7、圖8），具有能耗低、易操作、智能化、省人力的特點。單體發酵設備跨度更大，有效翻拋尺度更深，供氧充分，抑制厭氧菌，徹底控制臭氣發生?？杉尤敫咝ЬN，2 天內升至60 ℃，全部殺死病原菌、蛔蟲卵等[3]。

圖3 機械刮板清糞工藝的應用

圖4 分離回收液循環沖洗清糞工藝的應用

圖5 糞尿固液分離預處理工藝

圖6 糞尿固液分離預處理系統的應用

圖7 固體有機肥制作工藝

2.5 液態有機肥生產工藝

經過固液分離預處理之后，液體部分可以發酵制成液態有機肥。在歐洲很多國家，液態糞肥的存儲時間、存儲設施是否加蓋（以減少對周邊空氣的影響），土地的施肥量、施肥時間等都是有嚴格法律規定的（表2）。這些規定主要是為了避免糞肥在存儲過程中以及施肥過程中對土壤、水和空氣可能造成的不良影響，因此液態糞肥的存儲工藝設計極為重要[4]。

圖8 固體有機肥制作

液態糞肥采用覆膜存儲發酵生產的工藝模式（圖9、圖10）。該工藝具有以下特點：一是糞肥高效。密閉存儲，有效保留糞肥中的N；二是雨污分離。減量化的同時減少投資；三是隔離氣味。浮動膜的存在能明顯隔離氣味對周邊空氣的污染；四是質量可靠。專業的材料和施工，使用壽命可達30 年；五是環境安全。底膜、安全膜、報警系統保證對土壤、地下水無污染；六是方便快捷。就地挖坑夯實覆膜，單池覆膜3～5 天即可完成。

表2 歐洲部分國家對糞肥存儲及施用的規定

圖9 液態糞肥覆膜存儲發酵工藝

覆膜發酵存儲需要根據牧場的地域、規模、地形、牧場設計、功能的不同而具體設計和建設。覆膜存儲塘系統應采用特制的膜，各項指標均符合國家標準，還需滿足垃圾填埋場低密度填埋處理的標準[5，6]。

圖10 液態糞肥覆膜存儲發酵工藝的應用

2.6 有機糞肥施肥工藝

糞肥還田是養殖糞便及廢棄物的最佳去處。固體有機肥相對來說比較便于使用，液態糞肥具有數量大、運輸成本高等特點，處理不好還有臭味，這也是過去很多人都不愿意制作和使用液態糞肥的原因。

實際上采用施肥車或管道輸送等液態糞肥高效施用系統，可以有效解決這些難題。

采用液態有機肥施肥車的優勢：一是液體有機肥分布均勻；二是液體有機肥中易揮發成分氨的揮發度較低；三是液體有機肥施肥過程及施肥后均無不良氣味；四是避免了傳統罐車施肥中罐車容積小、施肥能源消耗高、施肥過程污染嚴重等問題。

圖11 “施肥車+管道輸送”的高效施肥系統

而養殖規模更大、配備土地更多的大型農場，可以采用“施肥車+管道輸送”的方式來使用液態糞肥（圖11）。在存儲塘的服務池旁邊裝設施肥泵，施肥管道從服務池開始鋪設到施肥田地，并連接到液體施肥車上，施肥泵持續的向在田地里工作的施肥車泵送液體有機肥，泵的輸送距離可達到4 km，施肥車無需來回運輸糞肥。

糞肥的施用要堅持安全使用、測土配方、按需施肥的原則，嚴格按照畜禽糞便還田技術規范的還田限量，依照檢測有機肥的營養含量，分析農作物的營養需要，測算耕地土壤的肥力來計算施肥量，并計算種植規模。

3 糞肥綜合利用案例

圖12 3 000 頭奶牛場的糞肥綜合利用案例

四方高科農牧有限公司位于山西省大同市南郊區楊家窯村，距大同市區30 km，占地面積750 畝，牧場存欄3 000 頭，產糞便量約為180 噸/天。項目使用種養結合生態循環利用模式，采用機械刮板糞便收集系統+固液分離系統+液體有機肥存儲塘系統+固體有機肥生產系統，以及有機肥施肥利用系統、牛床墊料生產系統。牛場周邊配備有玉米地、蔬菜基地、蝴蝶蘭基地、木瓜基地、葡萄園、杏樹園等相關種植業。該牛場2014年12月即被農業部列為“全國畜禽養殖糞污處理與利用技術示范基地”（圖12、圖13、圖14）。

4 小結

種養結合是糞肥的最終去路，也是最直接、最經濟的一條利用途徑。糞肥將是規模牧場賺錢的最為關鍵一環。畜牧業和種植業是農業的重要組成部分，關系著每一個人息息相關的生態環境、糧食安全和食品安全。實際上，畜牧業和種植業自古是生態農業這一條循環鏈上的，不能斷裂發展各行其是，而是應該有機結合，共謀高產、優質、高效、生態、安全的現代化生態農業[7]。C

圖13 3 000 頭奶牛場的清糞及固液分離預處理

圖14 牧場的有機肥制作和牛床墊料

[1] 中國人民共和國農業部. 關于推進農業廢棄物資源化利用試點的方案(EB/OL). http://www.moa.gov.cn/zwllm/zcfg/ nybgz/201609/t20160919_5277846.htm，2016-08-11.

[2] 彭英霞，王浚峰，高繼偉. 畜牧場固液分離及水沖系統簡介及設計要點[J]. 中國沼氣，2012，30（5）：38-42.

[3] 中華人民共和國衛生部. GB 7959-1987 糞便無害化衛生標準[S]. 北京：中國標準出版社，1988.

[4] 尚斌，董紅敏，陶秀萍. 畜禽養殖廢棄物貯存設施的設計[J]. 農業工程學報，2006，22（S2）：257-259.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. CJ/ T 276-2008 垃圾填埋場用線性低密度聚乙烯土工膜[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

[6] 李國林. 規?；膛霎a排污系數、污水存貯及土地消納量相關技術參數研究：[碩士論文][D].山東農業大學，2014.

[7] 陳映耀. 養殖場畜禽糞污處理方法[J]. 中國畜禽種業，2017（2）：52-53.

寧宗拔（1966-），男，碩士，廣西玉林人，高級畜牧師、高級工程師，主要從事畜禽糞污處理技術的研究和推廣工作。

2017-03-30）