奶牛场排泄物处理及综合利用生态模式的结构与效益分析——基于盐城市泰来神奶牛场调查分析

方仁建

（盐城师范学院（新长校区），江苏 盐城 224051）

1 泰来神奶牛场现状

（1）奶牛场养殖现状。奶牛场拥有牛舍6幢，饲养床位1080个，现实际饲养奶牛708头；16×2鱼骨式挤奶厅1座，直冷式贮奶缸4只（可存奶18T）；800m饲料仓库一座，生产能力2T/H的饲料加工机组一套，12m的TMR搅拌机一台；5000m青贮池2座，20t/h的青贮取料机一台；600m深水井一口，牛舍中全部使用了自动饮水器。

（2）奶牛养殖场废弃物排放状况。奶牛养殖场所产生的废弃物主要有奶牛粪尿、冲洗污水及有害气体(NH3、H2S、NO、SO2、NO2等)等恶臭物质。据测定,一头500~600kg的成年乳牛,每天排粪量30~50kg,排尿量15~25kg,污水15~20L。奶牛粪尿中主要污染物有CODcr(化学需氧)、BOD5(生物需氧)、NH3-N(氨氮)、TP(总磷)、TN(总氮)等,其平均含量见表 1。规模化奶牛场为了运输、供应及时方便,大多分布于城市郊区和人口稠密区,粪尿、污水产量集中,排放量大,没有足够的土地进行消纳。例如,一个400头成年母牛的奶牛场,加上相应的犊牛和育成牛,每天排粪30~40t,全年产粪1.1~1.5万t,如用作肥料,大约需要253.3~333.3hm2土地才能消纳。垦区规模化奶牛养殖场年产生牛粪超过400万t,这些大量的废弃物如不及时得到处理和利用,则会造成养殖场周边地区水源、空气、土壤的严重污染以及人畜共患病的传播和流行,酿成“畜产公害”。

2 奶牛场牲畜排泄物资源化途径

2.1 国内、外牲畜排泄物处理及综合利用生态模式的分析

我国早期的中小型奶牛养殖场沼气工程是在户用水压式沼气池技术的基础上发展的,地埋式,50～200m3,由数个单池组合而成,无单独的储气柜。如绵阳市农科所农场沼气工程(1980年),以牛粪为原料,12个单池,总容积1519m3,常温发酵,沼气以集中供气的方式,解决了近百户职工生活燃料。1982年建成的成都凤凰山畜牧园艺场沼气工程是我国最早的农场大型沼气工程,该工程由农业部沼气科学研究所设计。从80年代中期开始,上海农垦系统建设了一批我国数量最多的养牛场沼气工程,多数采用全混合发酵工艺。由于上海工业微生物研究所和上海交通大学等单位的介入,也研发了一些新的发酵工艺和装备。如上海交大在上海“五四”农场建成同心圆折流反应器,由于增加了原料在装置中的流程,提高了牛粪原料的降解率,在近中温发酵条件下,装置池容产气率达到018 m3·m-3d-1。1991年建成的上海星火农场大型奶牛场沼气工程是当地的标志性工程,也是90年代国内最大的畜禽场沼气工程。

在欧洲、美国等养殖业发达国家,奶牛粪污常规的处理方法是囤集较长时间后还田(半年以上),称为自然处理。但是近年来调查发现,污染问题并没有很好解决。德国、荷兰、比利时等欧洲国家,在养殖业集中的区域,附近农田的氮、磷和重金属元素超标的情况已经非常普遍,25%以上的地下水的硝酸盐超过50mg·L-1。欧洲是目前农场沼气工程技术最发达、推广数量最多,技术最成熟的地区。欧洲沼气工程数量较多的国家是德国、丹麦和英国。欧洲处理农村废物的沼气装置分为两类。一类称为农场沼气池(on-farm AD plants),另一类称为集中厌氧消化系统(Centralized Anaerobic Digestion,简称CAD)，后一类近年来发展很快。美国发展沼气工程起步较晚,目前约有40个农场沼气工程投入运行(主要是处理奶牛场粪污)。印度是继中国之后户用沼气数量最多的国家,已经建成近300万口户用沼气装置,此外还实施了一大批大中型沼气工程。印度的户用沼气装置主要用作生产农村能源,以牛粪为主要原料,沼渣沼液用作有机农肥。

2.2 泰来神奶牛场牲畜排泄物资源化处理与沼气工程

（1）工程总体思路。针对项目实施地点的土地资源紧张，奶牛小区密集型模式生产，按常年存栏奶牛2200头，每天排放的奶牛粪尿污水量的47%即60吨计。确立按照《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》设计能源环保型沼气工程系统。实行牛尿与高浓度污水集中厌氧发酵消化处理，低浓度养殖废水与沼液沼渣进行好氧处理的有机废水分类处理工艺，降低处理成本；沼气供暖与热水综合利用；沼液沼渣分级处理达标排放或循环利用，促进养殖废水减量排放、改善养殖生态环境，提高资源利用率，实现可持续发展之目的。

（2）工程建设内容。有机废水分类处理工程：根据畜粪废水具有良好的可生化性，废弃物中营养成份也比较齐全等特点，结合生态工程的要求，牛尿与高浓度污水经集中前处理进入厌氧发酵塔发酵处理，采用“废水厌氧消化生产沼气”和“厌氧发酵出水综合利用”的处理工艺。低浓度养殖废水直接进入好氧处理池利用沼液沼渣进行发酵降解达标排放利用，以减轻有机废水处理成本。

沼气生物质能利用工程:通过沼气锅炉产生暖气和热水，暖气用于奶牛养殖小区供暖设施，热水用于生产与生活饮用、沐浴和清洗工具等。

沼液沼渣分级利用工程:沼液沼渣经过厌氧发酵，杀灭了有害病毒菌，并产生多种动植物所需的营养物质，经好氧发酵进一步分解厌氧发酵产生的有害物质，可用作优质有机肥供种植和水产养殖使用。好氧发酵后的沼液沼渣再通过生物过滤和水培植物净化可达标排放或回收利用养殖清洁用水。实现奶牛小区养殖废水的无害化处理和资源化循环利用，并改善养殖生态环境，节约养殖成本。

3 效益分析

（1）生态效益和社会效益。①为解决养殖场普遍存在的粪尿流失、污染河道等问题找到了一条科学的出路，畜禽场周围的环境卫生也将因此得到很大程度的提高。随着污水处理工程的实施，可削减污染物排放量，污水处理沼气工程项目有着很好的生态效益。②由于使用粪尿还田和有机畜粪便肥料利用，可大大改善土壤的颗粒结构，从而增加了土壤的肥力，增加农作物的产量，符合可持续发展战略的需要，同时农作物的产品质量也大大提高，口感较好，且化学污染少。③沼液的施用，形成良性生态循环系统，本项目实施后，畜禽污水经过厌氧发酵变成有机液肥还田生产农作物，可少施或不施农药和化肥，形成“畜禽→污染→治理→肥料→饲料→畜禽”生态循环系统，是一种可持续发展的良好模式。④切断有毒有害病菌的生长周期，畜粪经过治理后，杀灭了大量有毒害病菌，切断其生长周期，有利于人畜身体健康。⑤畜粪便经过治理，变废为宝，使有害有机粪污变为生产绿色无公害有机农副产品必须肥料，为我国农副产品出口创汇提供了有利条件。⑥为农业提供增产增收，提高品质的肥源。尿污水经过厌氧发酵后，形成氮、磷、钾兼备的有机液肥，喷施于水果上，可防虫，增产提高品质；用于蔬菜喷施上，可关闭植物生长细胞、抗旱增产增收。

（2）经济效益。①该沼气工程日产沼气600m3，年产沼气21.6万m3，每年可增收节支10.8万元。②每天排放的沼渣沼液约60t，年产沼肥2.16万t，每年可增收节支43.2万元。

上述两项每年合计增收节支54万元，扣除每年固定资产折旧16万元，人工费用6万元，设备运行与保养费用4万元，每年可纯盈利28万元，投资回收期为11年。因此该项目具有良好的生态、社会、经济效益。

4 未来发展建议对策

（1）提高环保意识,强化法律法规。加强环境保护的宣传工作和环境保护法律法规的教育工作,提高全民的生态意识。规模化养殖场必须严格执行国家制定的有关环境保护管理规定,避免先污染后治理现象。

（2）依据减量化原则,采用最佳粪污处理技术。规模化奶牛场应积极推行干清粪工艺,使用固液分离技术,并加大污水处理设施的建设。固体粪便易采用好氧发酵处理方法,减少厌氧产生的恶臭。污水处理优先采用自然生物处理法,投资较少,运行费用低。

（3）多元化利用牲畜排泄物，达到充分利用。牛粪处理的与利用途径有多。可以做肥料，用于生产有机肥；可以作能源，开发沼气；可以作饲料，用于水产养殖；可以作双孢菇的培养料等等。以后要积极地多元化利用牛粪资源，使其资源价值充分利用。

（4）技术开发创新,提高资源利用率。国家政府对环保企业应给予政策扶持和资金补贴,积极开发利用畜禽粪便资源,变废为宝,大力发展沼气工程、商品有机肥、饲料加工等循环经济项目,提高奶牛粪尿的资源化率和综合利用率。

（5）加强奶牛基地建设,发展生态奶牛场。规模化奶牛场、奶牛小区有利于先进的粪尿处理设备和技术的推广应用。集中数量、集中区域养殖奶牛,实现人畜分离;不仅可提供优质安全食品、改善奶牛的饲养环境,还能提高农民生活环境质量。加大规模化奶牛场和奶牛小区的建设是奶牛养殖的必然趋势。综上所述,垦区规模化奶牛养殖要以循环经济理论为指导,走兼有生态效益、经济效益和社会效益的发展之路。

5 结语

该项目符合国家及江苏省农业和农村发展的产业政策。项目建设将进一步带动周边牧场治理，减少畜禽粪便向环境的排放总量，对推进农业产业结构调整，提高农产品的国际竞争能力，创造一个良好的生态环境，具有十分迫切的现实意义；对改善农村投资环境，促进生态市建设，创建和谐社会都具有深远的意义。有机污水厌氧发酵技术是当今先进而成熟的技术，采用的工艺设备可靠，是处理规模化畜禽养殖废水的最佳选择。本项目针对项目实施地点养殖密集、土地紧缺的现实，选择能源环保型沼气工程，具有良好的社会、生态和经济效益。