規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖中糞污資源合理化利用的深入分析

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖已經(jīng)成為提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的重要方式，但此種養(yǎng)殖模式同時(shí)伴隨著大量糞污的產(chǎn)生，其處理與利用已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)上，奶牛糞便多以直接排放或簡(jiǎn)單堆積的形式進(jìn)行處理，不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，還浪費(fèi)了大量有機(jī)資源。因此，探索有效、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的糞污資源化利用技術(shù)對(duì)于促進(jìn)生態(tài)平衡、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。在我國(guó)推行綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略背景下，奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污資源化利用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速發(fā)展。該技術(shù)涵蓋了從初步收集處理到深度資源化利用等一系列環(huán)節(jié)，利用科學(xué)方法將奶牛糞便轉(zhuǎn)換為能源、肥料和其他有價(jià)值物質(zhì)，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的壓力，還可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。因此，探討如何高效地將規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污轉(zhuǎn)化為資源尤為迫切和必要。本文旨在深入分析現(xiàn)有糞污資源化利用技術(shù)，并探討其優(yōu)勢(shì)與具體方法，以期實(shí)現(xiàn)規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖的糞污資源化利用。

一、規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污資源利用的價(jià)值

1、環(huán)境價(jià)值

規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的糞污數(shù)量極多，若得到合理處理與資源化利用，其環(huán)境價(jià)值極為巨大。奶牛糞便中富含有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分，在自然條件下直接排放會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤退化等環(huán)境問(wèn)題，如果采用現(xiàn)代化處理技術(shù)如厭氧消化、堆肥化等，不僅能夠?qū)⑦@些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境友好的形態(tài)，還能夠有效控制惡臭氣體的產(chǎn)生，減少對(duì)周邊環(huán)境和居民生活的負(fù)面影響。而且糞污資源化利用有助于生態(tài)平衡，將糞污轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的有機(jī)肥料使用于農(nóng)田，能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)微生物多樣性，可恢復(fù)和保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，資源化利用也是一種循環(huán)農(nóng)業(yè)的實(shí)踐，有助于構(gòu)建可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，減少化學(xué)肥料的依賴，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的碳排放。

2、經(jīng)濟(jì)價(jià)值

從經(jīng)濟(jì)角度分析，奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污資源化不僅能減少環(huán)境治理成本，還能創(chuàng)造額外的經(jīng)濟(jì)收益。利用資源化技術(shù)將糞污轉(zhuǎn)化為生物能源（如沼氣）、有機(jī)肥料等產(chǎn)品，養(yǎng)殖場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)糞污的零排放，減少了因環(huán)境污染產(chǎn)生的治理成本，而且生物能源的生產(chǎn)還可以為養(yǎng)殖場(chǎng)提供部分能源需求，降低能源成本。同時(shí)糞污轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的有機(jī)肥料在市場(chǎng)中需求量大且價(jià)格相對(duì)較高，與化學(xué)肥料相比，有機(jī)肥料因其環(huán)保和可持續(xù)的特性更受農(nóng)戶的青睞，農(nóng)戶所生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品也會(huì)因使用有機(jī)肥料價(jià)格更貴。所以，從該角度分析養(yǎng)殖場(chǎng)可以通過(guò)銷售有機(jī)肥料獲取收入，不僅為養(yǎng)殖場(chǎng)帶來(lái)了直接的經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)也推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式向更加綠色可持續(xù)的方向轉(zhuǎn)變。

3、社會(huì)價(jià)值

資源化利用技術(shù)的推廣應(yīng)用有助于提高公眾對(duì)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的認(rèn)知。隨著環(huán)境問(wèn)題日益受到重視，公眾對(duì)于生態(tài)友好型產(chǎn)品和生產(chǎn)方式的需求日增，而糞污資源化技術(shù)是實(shí)踐循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的典型案例，有助于提升社會(huì)對(duì)于可持續(xù)發(fā)展理念的接受度。從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度分析，糞污資源化利用還能促進(jìn)就業(yè)和促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

二、規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污資源的利用策略

1、生產(chǎn)生物氣體

生物氣體指的是沼氣，主要成分為甲烷。首先可直接利用機(jī)械化設(shè)備收集糞便，如自動(dòng)刮糞機(jī)或者吸糞車，從牛舍中迅速收集糞污，或在養(yǎng)殖區(qū)域挖設(shè)自動(dòng)化排水溝渠，增加地面坡度，在重力作用下自動(dòng)將糞污收集到排水溝渠中，再匯集至糞污處理區(qū)域，集中利用吸糞車進(jìn)行收集，以此最大限度減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，保持收集過(guò)程的連續(xù)性和高效性。

收集后糞便隨即輸送至預(yù)處理區(qū)域。在預(yù)處理階段，應(yīng)先篩選去除大塊雜質(zhì)，如石塊和塑料碎片，以防止后續(xù)處理過(guò)程中對(duì)相關(guān)設(shè)備造成機(jī)械損傷。再進(jìn)行調(diào)水步驟，將糞便與水按2∶1至4∶1的比例進(jìn)行混合，以達(dá)到厭氧消化所需的適宜稠度和流動(dòng)性，并將其加熱或自然溫度調(diào)節(jié)將混合物溫度調(diào)整至適宜范圍內(nèi)，為微生物活動(dòng)創(chuàng)造有利條件。

厭氧消化階段是生物氣體產(chǎn)生的核心階段。此階段首先基于奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)每天產(chǎn)生糞便的量來(lái)決定消化器的容積，應(yīng)預(yù)留20%至30%以上的空間，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的處理高峰期或者未來(lái)規(guī)模擴(kuò)張的需要。例如，如果日均糞便產(chǎn)量為10噸，則消化器設(shè)計(jì)容積則需設(shè)計(jì)為在12至15噸之間。消化設(shè)備應(yīng)采用密閉式設(shè)計(jì)，避免氧氣進(jìn)入并保證生成氣體不外泄，此類罐體一般由鋼材、混凝土或特殊塑料制成，并且要有良好的耐腐蝕性能。并結(jié)合養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)原料輸入系統(tǒng)和沼液、沼渣排放系統(tǒng)，確保物料可以順利進(jìn)出，同時(shí)避免大顆粒物質(zhì)堵塞管道。運(yùn)行階段，厭氧消化前期應(yīng)將溫度控制在35℃至38℃，再將溫度提升至55℃至60℃，可采用加熱元件或換熱器來(lái)維持所需溫度。例如，在前期消化中，若發(fā)現(xiàn)反應(yīng)緩慢，則可適當(dāng)升高溫度至38℃左右;反之若發(fā)現(xiàn)微生物活動(dòng)過(guò)旺導(dǎo)致有害副產(chǎn)物增多，則可適當(dāng)降低溫度至35℃左右。

厭氧消化過(guò)程的理想pH值范圍在6.8到7.2之間，此方面可以通過(guò)添加堿性物質(zhì)如碳酸鈉或者酸性物質(zhì)如硫酸來(lái)進(jìn)行調(diào)整。消化過(guò)程中可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH值，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。比如，如果pH值低于6.5，則適量添加堿性物質(zhì)提高pH值;相反，如果超過(guò)7.5，則需添加酸性物質(zhì)。為提高厭氧消化過(guò)程的效率，應(yīng)合理控制厭氧消化過(guò)程的有機(jī)負(fù)荷率（OLR），即向消化器內(nèi)投加有機(jī)物質(zhì)的速率，具體可以以kgVS（揮發(fā)性固體）/m3·d計(jì)算，具體OLR取決于具體操作條件和目標(biāo)產(chǎn)品類型，對(duì)于糞污產(chǎn)生甲烷而言，可將該參數(shù)范圍控制在1-5 kg VS/m3·d內(nèi)。太高則會(huì)導(dǎo)致微生物處理不過(guò)來(lái)而引起“酸敗”，太低則會(huì)造成資源浪費(fèi)。同時(shí)為避免厭氧消化過(guò)程中，設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)沉積與結(jié)塊現(xiàn)象，可進(jìn)行攪拌，使內(nèi)部糞污均勻分布，具體可以使用機(jī)械攪拌或者水力攪拌等方式，并且要確保攪拌強(qiáng)度和頻率足夠但又不能破壞微生物群落結(jié)構(gòu)。考慮到厭氧整體過(guò)程需密封，所以攪拌方面可預(yù)先在設(shè)備內(nèi)部安裝相關(guān)設(shè)備，定期進(jìn)行攪拌。最后，為提升厭氧效率，可使用傳感器監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)如溫度、pH值、甲烷含量等，并通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，比如甲烷產(chǎn)量突然下降或者罐內(nèi)壓力異常上升，則要立即檢查可能原因并采取相應(yīng)措施，避免出現(xiàn)不良后果。

每立方米經(jīng)過(guò)預(yù)處理后含水稀釋糞便可以產(chǎn)出約200到400立方米甲烷（具體數(shù)值取決于原料組成及處理?xiàng)l件，波動(dòng)較大）。對(duì)于未及時(shí)使用的沼氣，則需使用高壓罐體進(jìn)行存儲(chǔ)，以在需求增加時(shí)迅速供應(yīng)沼氣，上述流程不僅實(shí)現(xiàn)了奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污資源的最大化利用，還為農(nóng)場(chǎng)帶來(lái)了額外的經(jīng)濟(jì)利益，并減少了環(huán)境污染。

2、制備有機(jī)肥料

規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)中，糞便和尿液是主要的廢物來(lái)源，其富含有機(jī)物、氮、磷、鉀等植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，而制備有機(jī)肥料就是將這些廢物轉(zhuǎn)換為對(duì)作物生長(zhǎng)有益的物質(zhì)的過(guò)程。首先，收集過(guò)程中，將牛糞和尿液以及養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)其他有機(jī)廢棄物如稻草、飼料殘?jiān)然旌希瑧?yīng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥料的營(yíng)養(yǎng)平衡。考慮到混合物中碳氮比對(duì)于后續(xù)的發(fā)酵過(guò)程極為重要，可將碳氮比約為25∶1至30∶1。如果碳氮比過(guò)低，可以添加稻草或鋸末等富含碳的物質(zhì)來(lái)調(diào)整，如果碳氮比過(guò)高，則需添加富含氮的物質(zhì)，如尿液，進(jìn)行調(diào)整。

混合物經(jīng)過(guò)初步調(diào)整后，進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，具體流程與生物氣體發(fā)酵較為相似，區(qū)別為發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)，且后續(xù)資源利用類別不同。可直接將調(diào)整好的混合物放入?yún)捬醢l(fā)酵罐中，發(fā)酵罐需保持無(wú)氧狀態(tài)，可通過(guò)封閉發(fā)酵罐并排除罐內(nèi)空氣實(shí)現(xiàn)。發(fā)酵過(guò)程中，溫度控制在35℃至55℃之間。較高的溫度有利于加速有機(jī)物分解過(guò)程，但也可能導(dǎo)致有益微生物的活性降低，同時(shí)保持適宜的濕度，將濕度控制在60%至70%為宜，過(guò)高或過(guò)低的濕度都會(huì)影響微生物的活性和發(fā)酵效率。在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵罐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的甲烷等氣體，此類氣體需要通過(guò)安裝在發(fā)酵罐上的氣體收集系統(tǒng)收集，以避免環(huán)境污染并可以作為能源回收利用。和生物沼氣發(fā)酵的區(qū)別為發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的液體需要定期排放，以避免液體中積累的有害物質(zhì)影響發(fā)酵效率，排放的液體經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，可以作為灌溉水使用或進(jìn)一步處理用于制備液體有機(jī)肥。此發(fā)酵過(guò)程通常持續(xù)20至30天，發(fā)酵完成后的有機(jī)物需要經(jīng)過(guò)后熟處理。后熟是指在發(fā)酵完成后，將有機(jī)肥料置于通風(fēng)良好的環(huán)境中，繼續(xù)進(jìn)行曝氣堆肥化處理，以降低有機(jī)物中殘余的有害物質(zhì)含量，提高肥料的穩(wěn)定性和安全性。后熟過(guò)程中，應(yīng)定期翻堆以保證堆體內(nèi)部和表面的微生物均能獲得足夠的氧氣，促進(jìn)有機(jī)物的進(jìn)一步分解和成熟。后熟過(guò)程一般需要1至3個(gè)月，具體時(shí)間應(yīng)根據(jù)堆體的溫度、濕度以及有機(jī)物的分解程度來(lái)確定，但不應(yīng)少于2個(gè)月，以最大限度減低內(nèi)部有害物質(zhì)含量。

成熟后的有機(jī)肥料中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素，但在實(shí)際使用前還需進(jìn)行篩選和包裝，去除較大的未完全分解的物質(zhì)和雜質(zhì)，保證肥料的質(zhì)量，最后再根據(jù)市場(chǎng)需求，將有機(jī)肥料包裝成不同規(guī)格的產(chǎn)品，以便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥料方面的資源化利用。

3、糞污水處理再利用

規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污中，液體含量較高，所以可直接將糞便和尿液等廢水進(jìn)行處理過(guò)程轉(zhuǎn)化為可用于農(nóng)田灌溉或作為工業(yè)用水資源。糞污水處理主要包括初步處理、生物處理、固液分離、進(jìn)一步的凈化和消毒等步驟。具體而言，糞污水從養(yǎng)殖場(chǎng)收集后，進(jìn)行初步處理，使用格柵或篩網(wǎng)過(guò)濾大顆粒固體如飼料殘?jiān)⒚l(fā)等，以防這些物質(zhì)堵塞后續(xù)處理設(shè)備，再使用沉淀池去除水中的沉積物和浮動(dòng)物，此過(guò)程需要根據(jù)水流量和池體設(shè)計(jì)調(diào)整停留時(shí)間，通常為幾小時(shí)到1天不等。

生物處理階段，可采用厭氧消化和好氧消化。厭氧消化是在無(wú)氧條件下，利用微生物分解有機(jī)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過(guò)程（生物氣體發(fā)酵過(guò)程），此過(guò)程不僅能減少?gòu)U水中的有機(jī)物質(zhì)，還能產(chǎn)生可作為能源利用的生物氣體。好氧消化則是在有氧條件下，利用微生物氧化有機(jī)物質(zhì)，此過(guò)程需要充分的氧氣供應(yīng)和適宜的溫度控制。好氧處理系統(tǒng)包括活性污泥系統(tǒng)、生物濾池或旋轉(zhuǎn)生物接觸器等，依托此類系統(tǒng)可以有效降低廢水中的生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD），使水質(zhì)得到改善。以好氧處理系統(tǒng)中的活性污泥系統(tǒng)為例，可將預(yù)處理后的廢水引入初沉池，沉降更細(xì)小的懸浮固體，減少進(jìn)入生物處理單元的固體量，進(jìn)一步提高后續(xù)處理的效率。將清理過(guò)的廢水被引入曝氣池，此階段對(duì)廢水進(jìn)行充分曝氣，以提供足夠的溶解氧，支持好氧微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)。微生物利用廢水中的有機(jī)物作為食物源，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和生物質(zhì)（活性污泥），同時(shí)添加額外的微生物種群和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如磷和氮）以促進(jìn)微生物的增長(zhǎng)和活動(dòng)。為提高曝氣效果，可將活性污泥處理系統(tǒng)的溫度控制為20℃至30℃、pH值控制在6.5至8.5，溶解氧水平保持在2至4 mg/L以上。最后，將曝氣后的混合液引入二沉池，利用活性污泥進(jìn)行沉降。沉降的污泥一部分回流到曝氣池中以維持所需的微生物濃度，其余則作為剩余污泥排出系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理或處置。

好氧處理后，將糞污資源進(jìn)行固液分離，可采用濾帶壓榨或機(jī)械篩網(wǎng)等技術(shù)，將處理過(guò)的水從固體物質(zhì)中分離出來(lái)，以減少水中的懸浮固體含量，為進(jìn)一步的水質(zhì)凈化打下基礎(chǔ)。后續(xù)凈化可使用活性炭過(guò)濾、反滲透或其他膜處理技術(shù)，以有效去除水中的微生物、余留的有機(jī)物及某些溶解性物質(zhì)，提高水質(zhì)至可再利用的標(biāo)準(zhǔn)，具體流量、壓力和處理時(shí)間需根據(jù)具體的技術(shù)要求和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。最后消毒處理可通過(guò)紫外線、臭氧或氯化處理殺死或去除水中的細(xì)菌和病毒，確保水質(zhì)安全無(wú)害。紫外線消毒不添加任何化學(xué)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境友好，但需要確保水質(zhì)較為清澈（避免光線折射）以保證消毒效果，氯化處理則是添加一定量的氯氣或氯化物，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)殺滅微生物，其處理效果受水中有機(jī)物含量和pH值的影響。

4、構(gòu)建蟲(chóng)肥共生系統(tǒng)

蟲(chóng)肥共生系統(tǒng)可將養(yǎng)殖廢棄物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥和蛋白質(zhì)飼料，該系統(tǒng)主要利用特定昆蟲(chóng)（如黑水虻）的生命周期實(shí)現(xiàn)廢物的生物轉(zhuǎn)化。此系統(tǒng)的構(gòu)建與生成生物氣體或制備有機(jī)肥料不同，收集工作需要每日進(jìn)行，以確保廢物的新鮮度。預(yù)處理則利用機(jī)械篩選去除大塊雜物和初步的水分調(diào)節(jié)，以達(dá)到昆蟲(chóng)生長(zhǎng)所需的濕度條件，即70%至80%之間。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的廢物轉(zhuǎn)移到特定的蟲(chóng)肥培養(yǎng)容器中，此容器需設(shè)計(jì)為易于通風(fēng)、保濕且能夠維持一定的溫度，以適應(yīng)黑水虻等昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)需要。溫度可控制在25℃至30℃之間，容器內(nèi)部可使用遮光網(wǎng)、保溫材料等方式調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境。以黑水虻幼蟲(chóng)為例，將其引入到這些容器中，開(kāi)始消化和轉(zhuǎn)化廢物。黑水虻幼蟲(chóng)具有將有機(jī)廢物高效轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的能力，其生命周期大約為2至4周，此期間需要密切監(jiān)控容器內(nèi)的環(huán)境條件，確保幼蟲(chóng)能夠健康成長(zhǎng)。隨著幼蟲(chóng)的成長(zhǎng)，其會(huì)將廢物轉(zhuǎn)化為富含氮、磷和鉀的蟲(chóng)肥，在幼蟲(chóng)成熟后，可采用機(jī)械篩選或自動(dòng)化分揀設(shè)備將其從容器中分離，幼蟲(chóng)可用作家禽或水產(chǎn)養(yǎng)殖的高蛋白飼料。剩余的蟲(chóng)肥需要進(jìn)一步處理以穩(wěn)定化和成熟，可控制堆肥的溫度和翻堆頻率來(lái)促進(jìn)微生物活動(dòng)，從而進(jìn)一步分解有機(jī)物，堆肥過(guò)程通常持續(xù)2個(gè)月到3個(gè)月不等，成熟的蟲(chóng)肥可用于農(nóng)田土壤改良，增加土壤肥力。

綜上所述，本文從規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)的角度出發(fā)，分析了其糞污資源的價(jià)值，以及相應(yīng)的資源利用技術(shù)方法。實(shí)踐中，可將糞污資源進(jìn)行生物氣體生產(chǎn)，制備有機(jī)肥料，對(duì)于糞污資源中的液體，可進(jìn)行處理后用于灌溉，對(duì)于其中的固體廢物，還可構(gòu)建蟲(chóng)肥共生系統(tǒng)，如利用紅蚯蚓等生物將糞便轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的蚯蚓糞肥，最大限度利用糞污資源。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)及可再生能源需求日益增長(zhǎng)，未來(lái)規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)可積極采納新技術(shù)、新理念，探索糞污資源的其余利用方法，以實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，以促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（作者單位：751100 寧夏回族自治區(qū)吳忠市利通區(qū)畜牧獸醫(yī)技術(shù)服務(wù)中心）