奶牛糞污資源化利用模式推廣

高 雁，曾 軍，霍向東，孫 建，李鳳鳴，劉建成，陳開旭，林 青

1 新疆農業科學院微生物應用研究所/新疆特殊環境微生物實驗室，新疆烏魯木齊 830091

2 新疆農業大學動物科學學院，新疆烏魯木齊 830011

0 引言

奶牛糞污是指奶牛場產生的廢水和固體糞便的總稱[1]。隨著我國奶牛養殖業的規?；?、集約化發展，奶牛場所產生的有機固體廢棄物、臭氣、高濃度有機廢水量也在逐漸增加[2]。奶牛糞污與生豬和家禽排泄的糞污相比，排放量遠遠高于豬和雞，平均可產生糞污60～95 kg/頭·天，是生豬糞污排放量的13.47 倍[3]；以每頭奶牛日產尿15 kg、糞33 kg來計算，其每天的污水產量達100 kg[4]，對自然環境造成巨大危害。奶牛糞污中富含粗纖維，合理處理不但可以作為牛床墊料回用，也是一種利用價值較高的資源。另外，在國家“碳減排，碳中和”政策的強勁推動下，各地區農業農村局都在積極引導當地農企業開展一系列的雙碳減排措施，探索出一條低碳生態養殖的發展道路。為此，本文對奶牛場糞污資源化利用模式進行歸納總結，為合理利用奶牛糞污，保護環境提供參考。

1 奶牛糞污的危害與利用價值

1.1 對自然環境的污染

1.1.1 對大氣的污染

奶牛在養殖過程中，其排泄物在貯存過程中，會排放和散發出許多有害氣體?；趷撼粑廴九欧艠藴屎蛺撼粑镔|氣味活度值，氣相色譜-質譜法分析得出氨氣、硫化氫、甲硫醚是其排泄的主要致臭物質[5]，這些物質不僅會降低養殖場及周邊環境的空氣質量，還會引發臭氣污染，促進全球變暖[6]。

1.1.2 對土壤環境的污染

從奶牛糞污的化學成分來分析，糞污中除了含有豐富的有機質外，還含有（40±10）%的木質素、纖維素[7]以及金屬離子和細菌、病毒、寄生蟲等病原體。若直接倒入田間或土壤內，奶牛糞污會影響土質，破壞土壤環境，進而造成農作物減產，品質降低，而某些病原體可在土壤中存活較長時間，會影響土壤菌群豐度或數量，進而改變土壤正常功能。

1.1.3 對水質環境的污染

奶牛糞污中污水含量較多，若直接排入到地表或地下水內，污水中富含的氮、磷等元素可直接增加水體濃度，造成地下水參數超標，影響地下水質量。若奶牛糞污直接排向河流，會導致其中的懸浮物增多，若水體中的磷含量超過0.2 mg/L則易引發藻類過度繁殖[8]，進而破壞河流內的生態環境。

1.2 奶牛糞污的利用價值

1.2.1 肥料價值

奶牛糞污富含營養物質，是農作物種植所需的天然肥料。飼料中的養分和有機質分別以80%和40%的糞污形式排出；氮、磷、鉀分別以75%、80%、85%的糞污形式排出；若飼喂量充足的牛場，其糞污中的營養價值含量更高[9]。若將牛糞和玉米秸稈以2∶3比例混合，堆肥發酵第三天可升溫達55 ℃，且該溫度能持續23 天，發酵過程中最高溫度可達69.7 ℃[10]。持續的高溫可殺滅其中的病原體，堆肥發酵制成的有機肥，可以與少量化學肥料配合使用，作為農作物播前整地的基肥。這種有機、無機配施體系可以提高土壤微生物的固氮能力、氮素水平和化肥氮的利用率[11]。而從農作物和植物對營養物質的吸收來講，奶牛液體糞污的營養成分吸收水平要高于固體糞污，因此奶牛場合理的保存奶牛尿液也是提高肥料利用效率的途徑之一。

1.2.2 飼料價值

奶牛糞便中氮元素主要以蛋白和非蛋白形式存在，含量較高；灰分、纖維素含量也較高，還有許多在奶牛消化系統中合成的維生素，因此，奶牛糞便回收和合理加工，可以作為動物飼料，如將牛糞和乳酸菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌混合，在發酵池內密封發酵（夏季3～7 天，冬季10～15 天）并精加工制成的魚蝦和禽鳥等動物飼料[12]，可以降低動物養殖成本，并實現奶牛糞便的循環利用。

1.2.3 能源價值

奶牛糞污的能源利用應用較早，如牛糞發酵過程中可產生甲烷用于家庭取暖。由于奶牛糞污發酵過程產生的甲烷氣體是一種“綠色天然氣”，合理利用不僅滿足家庭天然氣的使用，還能作為再生資源為熱電廠提供豐富的電能、熱能。如現代牧業集團利用牛糞尿進行沼氣發電，年產沼氣發電量達4 300 萬度，占全年總用電量35%以上。

2 奶牛場糞污資源化利用模式

2.1 糞污全量收集還田利用模式

2.1.1 模式介紹

糞污全量收集還田利用模式是一種主要針對農田利用的糞污處理方式，即將奶牛場養殖過程中所產生的尿液、糞便和生產中的污水進行全部統一收集，然后通過管道流入到氧化塘內，這些糞污在氧化塘經過貯存和處理，可以將其中的液體糞肥作為農田水肥一體化的肥料，還可以通過糞肥撒播機進行高效還田[13]。奶牛糞污的氧化塘有兩種類型，分別為敞開式和覆膜式，處理后的糞污可與吸納環節進行下一步對接。

2.1.2 模式優點

一是成本低。奶牛糞污的收集、處理操作便利，奶牛場只需要配備自動刮糞回沖工藝即可完成糞便的收集。同時氧化塘的建造成本較低，奶牛通過自然氧化所耗費的費用更低。二是養分利用含量高。糞污全量收集還田利用模式是將奶牛養殖中的所有糞尿和污水進行全量收集，所有養分均在氧化塘內，因此可利用的養分含量高。

2.1.3 模式缺點

一是周期長，占地面積大。該模式下糞污的貯存時間至少為6 個月，因此氧化塘的面積要足夠大才能保障奶牛糞污的收集，這就需要奶牛場建址和布局時保留足夠的土地面積用于建設氧化塘。二是需要專業設備。該模式需要配備專業的攪拌機、農田管網、糞肥播灑機及配套機械設備，且農田距離氧化塘的距離不能太遠，以防增加額外的肥料運輸費用。

2.1.4 適用范圍

奶牛場糞污的總固體含量低于15%，奶牛場的糞污處理裝置為自動刮糞回沖工藝，奶牛場周邊具有足夠面積的農田。

2.2 糞污專業化能源利用模式

2.2.1 模式介紹

糞污專業化能源利用模式是一種能源可再生的處理方式，即規?；膛龌蛐^借助專門的糞污處理廠或企業，對奶牛糞污進行統一收集，利用糞污處理廠的沼氣生產設備對糞污進行厭氧發酵，產生沼氣、沼渣、沼液分別進行專業化利用[14]。其中沼氣可以作為發電、生物天然氣原料；沼渣可用于生產有機肥；沼液可制成水溶肥或就近還田利用，未利用的沼液通過深度處理后達標排放。

2.2.2 模式優點

一是運行效率高。由于該模式借助專業的糞污處理企業進行糞污的統一收集、集中處理，其專業化程度高，中小規模奶牛場可不再配套專業的糞污處理設施。二是能源化利用率高?？梢詫崿F發電機并網發電，如果年發電量高，可獲得較為可觀的收入。

2.2.3 模式缺點

糞污專業化能源利用模式的前期投資和后期處理成本較高。前期需要糞污處理企業具備或投資建設大型的沼氣工程；后期由于沼液產量豐富，需要安裝專業且數量足夠的沼氣發電機組，以保障實現后期的上網發電。

2.2.4 適用范圍

大型規模奶牛場且具備沼氣發電上網或生物天然氣進入管網條件的糞污處理企業。同時由于該模式一次性投資較高，需要政府給予資金支持。

2.3 糞便墊料回用模式

2.3.1 模式介紹

由于奶牛糞便富含粗纖維，奶牛場通過自動刮糞板清理糞便，由地下糞污輸送溝將奶牛糞污統一收集到糞污貯存池或氧化塘內，通過固液分離系統將固體糞便進行好氧發酵，其可以作為奶牛養殖中的牛床墊料，而固液分離系統處理后的污水則在氧化塘內進行貯存，作為農田作物灌溉施加水肥。

2.3.2 模式優點

一是減少糞污后續處理難度。該模式生產的牛床墊料主要原料為牛糞，替代了先前的沙子、土塊等，減少了后續輸送的管道堵塞，也不易在貯液池底部沉積，減少了后期管道清理次數。二是節省牛床墊料費用。固液分離系統處理后的牛糞一般經過20 h左右的好氧發酵即可出料制成牛床墊料，生產速度快，墊料費用低。三是墊料舒適度高。牛糞制成的墊料質地柔軟，比橡膠墊料的舒適性高。牛糞臥床墊料厚度為15～20 cm，一般每周增加1 次，以保障牛糞墊料的厚度增加舒適度；若墊料上的糞污較多則需要及時更換[15]。

2.3.3 模式缺點

雖然發酵過程中的高溫處理可以殺滅牛糞中的多數病原微生物，但若不徹底，奶牛在接觸過程也可能會出現病菌感染癥狀。

2.3.4 適用范圍

具有一定規模的奶牛場；奶牛場糞污處理系統為固液分離系統。

2.4 異位發酵床模式

2.4.1 模式介紹

異位發酵床模式是指在奶牛場欄舍外建立的發酵床，鋪入墊料和微生物菌種，通過糞污輸送系統將糞污抽送到該發酵床內，通過微生物菌種實現奶牛糞污的發酵分解和無害化處理，其發酵后的產物即為有機肥，可以用于農作物種植。奶牛養殖中產生的尿液和污水量較多，造成奶牛糞污相對稀薄，需要將牛糞污、墊料和微生物菌種按一定比例進行調制，以保障發酵床正常的發酵能力[16]。

2.4.2 模式優點

一是促進奶牛健康。與傳統的發酵床相比，異位發酵床模式是一種舍外（場外）發酵床，奶牛飼養與其糞污降解進行分開處理，可以減少因糞污造成的地面潮濕、病原菌滋生和長時間臥床等問題，降低奶牛肢蹄病、乳房炎和寄生蟲病感染幾率。二是減少污染排放量。將奶牛糞污中的有機物分解成水、二氧化碳，減少氨氣、硫化氫等有害氣體的排放量。

2.4.3 模式缺點

一是發酵功能不易控制。由于奶牛糞污的含水量高，若含水量超過70%容易影響發酵床內微生物生長，當水分過多還會有糞污溢出，產生惡臭。另一方面，異位發酵床的發酵分解時間較長，適宜溫度在（55±10）℃，而我國北方冬季低溫低，會降低微生物的活性，影響發酵功能[17]。二是成本較高。異位發酵床模式需要足夠面積和厚度的墊料，該費用成本較高。

2.4.4 適用范圍

南方規?；膛?；奶牛場糞污處理系統為刮糞板干清糞工藝。

2.5 污水肥料化利用模式

2.5.1 模式介紹

奶牛場將奶牛糞污經過干清糞工藝分離成污水和固體牛糞。污水在厭氧發酵下可生產沼氣、沼液，也可在氧化塘貯存，借助壓力系統進行農田水肥一體化灌溉；固體通過就地發酵（制作腐熟農家肥）或其他途徑利用。

2.5.2 模式優點

在污水肥料化利用模式下，污水經過厭氧發酵可以生產沼氣，若配套相應消納面積的果園或農田，不僅能減少糞污直接排放對土壤環境的污染，解決污水處理難度，還降低了農作物化學肥料的使用，實現農作物的無公害生產。

2.5.3 模式缺點

在污水肥料化利用模式下，北方適宜使用氧化塘貯存奶牛糞污，南方適宜厭氧發酵，但是都需要配套貯存設施；為實現水肥一體化還需要配置輸送管網。

2.5.4 適用范圍

奶牛場周邊具有足夠面積的農田；奶牛場糞污處理系統為刮糞板干清糞工藝。

3 小結

隨著我國奶牛業標準化和規模化的發展，糞污資源化利用是減少糞污環境污染和實現變廢為寶的主要途徑。奶牛場糞污處理需要做好“源頭減量”“過程控制”“末端處理””三個環節的把控，降低奶牛場糞污的排放量，減少糞污對大氣、土壤和水質環境的破壞。奶牛場糞污資源化利用模式種類較多，不同模式的技術優點和缺點不同，奶牛場需要根據不同區域的奶牛業發展特點、飼養工藝和地區環境承載力選擇適宜的奶牛糞污資源化利用模式，對于奶牛規模化水平較高的地區可通過“糞便墊料回用”模式節約成本，而奶牛規?；捷^低可以通過“污水肥料化利用”模式實現肥水一體化施用，進而實現奶牛養殖經濟效益和生態效益的雙贏。