“生物+氣流膜”發酵技術試驗示范應用案例

文│溫富勇 趙海明 張晶（北京市奶牛創新團隊 密云綜合試驗站）彭英霞（北京京鵬綜合試驗站）

當前，在畜禽養殖場糞污處理過程中，由于機械設備投資高、能源消耗高，養殖企業難以承擔運行成本，同時也制約了畜禽養殖場糞污“變廢為寶”的農業綠色循環發展理念，并給環境造成一定的影響。

北京市奶牛創新團隊密云綜合試驗站和北京京鵬綜合試驗站于2021年在北京地區首次開展“生物+氣流膜”靜態好氧堆肥發酵技術試驗示范，推進了畜禽糞污資源化利用，解決了高耗能、高成本的糞污處理模式，助推了農業綠色循環發展，具體情況如下。

一、奶牛場牛糞處理、奶牛臥床墊料情況調查

1.每日產生的牛糞和廢棄墊料給環境帶來負面影響。北京市密云區一奶牛場，存欄奶牛2000頭，是密云區一家畜牧業龍頭企業，每天為乳企提供30噸優質生鮮乳。近年來，養殖環節面臨的生態環保壓力越來越大，奶牛場糞污處理需要達到相關標準規定，一旦牛糞處理不好，可能會給生鮮乳品質量安全帶來影響，也可能對生態環境造成影響。

該牛場在“臥床墊料再生技術”應用前，每天對產生的46噸牛糞和6噸多廢棄臥床墊料的處理方式主要是干濕分離，即將分離的固態物質進行晾曬后用于奶牛臥床墊料。因2021年的多雨天氣對晾曬的不利，處理的墊料可能造成牛乳房炎，導致生鮮乳的體細胞數超過乳企要求的每毫升25萬個以上。該牛場日產糞污量如表1。

2.牛糞和廢棄墊料難以實現循環利用。牛糞和廢棄臥床墊料因受到外界環境污染，導致細菌超標。僅通過簡單的晾曬，大量病原菌病并未被殺滅，當再用于奶牛臥床墊料時，易引起牛乳房炎。在晾曬時，易產生臭味并影響環境，這種處理方式易受天氣影響，處理量小、水分含量高、臭味濃等不足，不適合農業的節能減排、低碳綠色循環的農業發展方向。

3.牛臥床墊料用量和費用調查。隨著現代化奶牛養殖進程的發展，奶牛臥床是提升奶牛產奶水平的必要措施，為保障奶牛臥床墊料的舒適度，每天需要給每個臥床增加新墊料5～8千克。據調查，該牛場2020年共購買稻殼2326.6噸用于奶牛臥床墊料，費用支出145.5萬元，因此每年購買臥床墊料增加奶牛企業的經濟負擔。

二、“生物+氣流膜”靜態好氧堆肥發酵技術處理牛糞的建設示范情況

1.篩選出節能、可持續、易操作的奶牛臥床墊料發酵處理模式。針對傳統處理模式的不足之處，筆者團隊經過1年的調研、考察，篩選出了利用糞污自身發酵生物能和分子生物膜選擇性通透原理的“生物+氣流膜靜態好氧堆肥發酵技術”。分子生物膜具有防雨，能使內部發酵蒸發的水分子蒸發到空氣中，從而降低牛糞的水分，并阻止膜內氨氣、硫化氫等臭味大分子氣體通過的特性。其為堆肥物料創造了一個真正的“氣候箱”，不受外界氣候的影響，通過生物熱能有效殺滅病原微生物，實現糞污的資源化利用。

2.臥床墊料需求量和牛場每天可利用生產墊料的計算。

（1）臥床墊料需求量計算。根據生產實踐，每頭成年母牛每日墊料補充量平均8千克（實際用量還需根據牛場對臥床舒適度的要求和管理來確定），牛場每日所需墊料量約10.4噸。

（2）該牛場每天可用于墊料生產的干物質：2000頭牛場日產牛糞46.32噸，臥床位＝1260個（泌乳牛）+183頭（干乳牛）+60頭（產牛）＝1300個。

日產牛糞干物質：新鮮糞便含水率按82%計算，46.32噸牛糞產干物質8.33噸。臥床墊料損失按6.0千克/天/位，臥床墊料含水率按50%計算，每天產生總干物質為3.9噸。每天可用于墊料生產的干物質約12.2噸。

3.設計處理規模。根據示范項目現場條件及要求，示范規模選用單條尺寸6米×30米×1.5米的槽體，考慮一定的堆料起高和單槽可發酵物料體積約300立方米。按進料容重0.4噸/立方米、含水60%，發酵周期約15天后損失10%估算，每槽能產生墊料86.4噸（折合每天產生5.76噸），每槽出料可提供約8天的牛床墊料，預計可滿足整個牛場50%左右的墊料需求。

4.處理效果。2021年9月3日至10月18日，發酵期15天，經過3個周期的運行，發酵溫度達50℃～70℃，水分從58%降到45%，降低了13%。發酵后的牛糞和墊料進行生物安全檢測，蛔蟲卵、大腸桿菌均未檢出，達到了《畜禽糞污無害化處理技術規范》要求，實現了糞污資源化利用。該項技術解決了傳統模式投資大、受場地影響的不足。

三、“生物+氣流膜”靜態好氧堆肥發酵技術的應用前景分析

1.推進了農業種養結合綠色循環發展的需求。該技術為推動農業農村部“化肥使用量零增長行動方案”提供了技術支持，為實現畜禽糞污轉變成安全有機肥料走到農田提供了需求空間。2021年，北京市對種養結合提出了新的要求，密云區是示范點之一，在以上利好政策下，首先要解決的是把畜禽糞便變成安全的有機肥。

2.彌補了傳統模式的受建設廠房限制、投資大、周期長的不足之處。“生物+氣流膜”發酵技術將分子選擇膜覆蓋在堆體上并將膜壓實形成氣倉，由于分子選擇膜具備透氣、透濕和保溫的功能，能確保堆體的水汽正常揮發，同時又能維持堆體一定的濕度和溫度，該模式克服了傳統發酵技術的一些不足之處。傳統方法進行有機固體廢棄物發酵處理需要建設專門的室內發酵槽、發酵車間和發酵專用機械，發酵配套基礎設施固定資產投入大；發酵異味控制難度大，需要增加額外的除臭基礎設施投資；發酵產品除菌不完全，殺滅率低，發酵周期長，發酵成本高。

表1 牛場全群日產糞尿量估算

3.低耗能。從13個周期的運行結果來看，牛糞達到了無害化處理要求，且運行耗能低，發酵300立方米牛糞18天耗電213度，平均每天耗電12度，實現了低耗能處理模式。

4.密云區耕地與年產生畜禽糞便消納量分析。國家標準《畜禽糞便還田技術規范》中闡述了畜禽糞便還田限量，按照還田限量和畜禽年干糞量，密云區畜禽養殖產生糞便需要的農田消納面積，見表2。

表2數據表明，密云區主要養殖的畜禽、奶牛、豬和蛋雞，年產生的糞便需要還田3.22萬畝～4.34萬畝。密云區有農田13多萬畝，還有果園，在消納畜禽糞便容量上有較大空間，主要問題是把畜禽糞便處理成安全的有機肥，實現糞污資源化利用，實現種養結合的綠色循環發展。

5.在北京地區起到了示范引領作用。“生物+氣流膜”發酵技術的試驗示范為畜禽糞便找到了節能減排的發酵處理模式，為畜禽糞污資源化利用起到示范引領作用。

表2 密云區畜禽養殖產生的糞便需要消納的農田