牛粪变废为宝 垫料清洁回用

刘 洋

（哈尔滨华美亿丰复合材料有限公司，哈尔滨 150000）

1 绪论

畜牧业在我国国民经济中占有极其重要的地位，发展畜牧业不仅是一个经济问题，而且也是一个政治问题。为了适应整个国民经济发展的需求，增加农业生产所需要的“劳动力”和肥料，保证轻工业获得充足的原料来源，逐步满足人民日益增长的对肉类等的需求，增加国民经济和个人的收入，必须大力发展畜牧业生产。

经过改革开放四十年的努力，中国已成为世界第一大畜牧业生产和饲料工业生产大国。畜牧业总产值超过3万亿元，约占农林牧渔业总产值的1/3。饲料工业总产值首次突破8 000亿元，产量超过2.2亿t，约占全球总产量的1/4。约9 000万农户从事畜牧业，吸纳了大量的劳动力，成为带动农牧民增收致富的重要渠道。我国畜牧业在养殖规模和质量上都得到了快速发展，但与此同时，畜禽养殖所带来的环境污染问题十分严峻。受养殖模式、养殖成本等因素的影响，畜禽养殖过程中产生的污水、粪便、饲料残渣等污染物堆积如山，无法得到科学、集中的处理，对生态环境造成的负面影响尤为严重。畜禽养殖对水源的污染主要来自于畜禽粪便和养殖场污水。通过畜禽排泄物进入水体的COD量已超过生活和工业污水COD排放量的总和。奶牛养殖业是高效的畜牧业，在我国国民经济发展，农村经济发展、农村经济发展、农村致富和改善城乡人民生活等方面发挥着重要作用。

我国奶牛养殖业发展非常迅速，2012年我国奶牛存栏达到1 440万头，比2008年增长17%；奶类总产量达到3 810万t，比2008年增长0.8%。随着我国畜牧业快速的发展，集约化、规模化、专业化的奶牛的养殖模式逐渐取缔小规模的散养，然而规模化、集约化的奶牛养殖场带来粪污量大且相对集中的问题，成为制约牧业发展的重要影响因素，如何推进奶牛场废弃物的无害化处理和资源化利用成为广大研究人员关注的焦点。牛床是牛场重要的硬件设施之一，传统的牛床垫料如沙子、橡胶、秸秆等，因经济性、舒适性以及对后续处理利用设备损耗等不良影响，刺激了牛粪作为再生垫料的商业化应用。牛粪制作垫料解决了环境压力，实现粪污资源化利用的同时，因其舒适性增加奶牛躺卧时间，增加产奶量并减少肢蹄病。

2 奶牛卧床再生垫料生产设备

奶牛场粪污经不同处理加工成牛床垫料已成为粪污资源化利用的重要方式，但国内尚没有专门用于生产牛粪再生垫料的设备。哈尔滨华美亿丰复合材料有限公司与中国农业大学，哈尔滨工业大学合作，经过3年时间，投入研发资金千万元，开发出奶牛卧床再生垫料生产设备填补了我国在生产牛粪再生垫料设备的空白。获得了黑龙江省环保创新产品首台套殊荣，已列入《黑龙江省工业节能技术装备推广目录》和《国家先进污染防治技术目录》。设备首次将复合材料应用于制造牛床再生垫料发酵系统的主发酵仓上，使其具有高强、耐腐、质轻，节能、耐用等特点。

奶牛是牛场的第一生产力，牛床垫料能够提高卧床的舒适性，为奶牛提供一个柔软舒适的躺卧环境，增加奶牛的躺卧时间，这对于提高奶牛场的经济效益具有重要意义。粪污经过固液分离后，液体部分进入氧化塘发酵，固体部分通过垫料的方式实现清洁回用，不仅可以解决粪污存放与牛床垫料来源的问题，还可以降低后续粪污处理的难度。牛粪再生垫料制作的两个关键控制点为含水率与杀菌消毒。传统方式制作的牛粪再生垫料存在发酵时间长、含水率过高、杀菌不彻底的问题，奶牛卧床再生垫料生产设备可以解决上述问题，实现稳定生产。

该设备融合了复合材料制品制造技术、计算机自控技术、生物工程技术等多学科技术的交互式技术。以微生物好氧发酵技术为核心，利用微生物降解牛粪中所含的复杂大分子有机质，碳素是堆肥微生物的基本能量来源，也是微生物细胞构成的基本材料，通过奶牛卧床再生垫料生产设备的智能控制系统调节设备内部供氧的频率和时间，为好氧微生物提供一个最为适宜的生存环境，以保证其自身不断的新陈代谢使得设备内的牛粪保持在较高温度状态（55～70℃）。牛粪在奶牛卧床再生垫料生产设备经过好氧发酵，其含水率控制在50%以内，大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌及克雷伯氏菌等奶牛乳房炎致病菌去除率均达到100%。控制牛粪在设备内的停留时间是为了即保证牛粪再生垫料含水率的降低、致病微生物的杀灭同时又防止牛粪过度发酵，使牛粪再生垫料在理化性质方面，如：含水率、粒径分布更加符合奶牛躺卧的舒适性要求。与传统稻壳等垫料相比能够有效降低垫料在铺设过程中引起的扬尘现象，减少奶牛呼吸道疾病的发生概率，稻壳的主要组成成分是二氧化硅、木质素、纤维素等物质自身的吸水性较差，奶牛躺卧时潮湿感明显，牛粪再生垫料则较为疏松持水性较好，在相对较高的含水率条件下也能够减弱奶牛的潮湿感，增加奶牛的躺卧舒适度。同时经过奶牛卧床再生垫料生产设备生产的牛粪再生垫料粒径分布情况为＜1.0 mm占34.81%，1.0～2.0 mm占38.42%，＞2.0 mm占26.77%能够为奶牛提供一个更为舒适的躺卧环境，牛粪中的纤维在奶牛卧床再生垫料生产设备中得到了充分的软化，保证了牛粪再生垫料对于奶牛乳房不会产生任何不适感，从而保证奶牛乳房的健康。

3 典型应用实例

在规模化奶牛养殖场使用奶牛卧床再生垫料生产设备主要有以下几个优势：减轻规模化奶牛养殖场粪污处理压力，奶牛粪渣达到全量清洁回用；减少规模化养殖场外购垫料费用，降低牧场经营成本；提供更加舒适的牛粪再生垫料，延长奶牛躺卧时间提高奶牛生产力。

3.1 应用牧场情况

优然牧业长青牧场位于黑龙江省肇东市海城乡海城村，占地34万平方米，现有牛舍8栋，现有奶牛约3 900头，其中泌乳牛约2 300头，后备牛约1 600头，牧场每天产生牛粪约80 t，污水约200 t，粪污进行固液分离处理，粪渣堆存在场区内，粪水存于氧化塘中，占地面积大，环境污染大，需频繁外运处理。牧场每天需求垫料约20 t，采购稻壳与锯末，成本高，增加了牧场废弃物的总量及其后续处理压力。牧场结合国内外现状，于2018年引进了奶牛卧床再生垫料生产设备，实现了牛粪再生垫料的生产及使用。

3.2 案例发展模式

3.2.1 牛粪垫料化利用模式

模式以牛场产生的粪污为原料，经哈尔滨华美亿丰复合材料有限公司奶牛卧床垫料再生设备处理，可生产出优质的奶牛卧床垫料，减轻了牛场粪污存放压力，减少了污染物对环境的破坏，解决了奶牛卧床垫料的来源，降低了奶牛卧床垫料成本，实现了奶牛粪污处理、利用方式由单一向综合转变、由低值向高值转变。

3.2.2 标准化生产、工厂化管理

再生垫料生产全程智能化管理，工艺参数监测、控制精准，实现了生产工艺标准化、产品质量标准化，可规模化复制，成本低廉，生产简便高效。

3.2.3 科学支撑、产学研融合

通过数字模拟奶牛卧床再生垫料生产设备主发酵仓内部牛粪好氧发酵全过程，不断优化设备整体构造以及工艺流程。

结合“快速生物好氧发酵技术”，通过生物热能使物料快速升温降水，节约烘干成本、降低能耗，同时杀灭物料中有害微生物和病原菌，生产的垫料清洁卫生，舒适度高，对奶牛乳房炎、肢蹄病具有较好的抑制作用，保障奶牛健康安全。

3.2.4 创新的第三方运营服务模式

结合实际情况，牧场采购安装了奶牛卧床垫料一体化生产系统，由华美亿丰专业团队负责系统的运营服务及卧床垫料的生产，牧场只需回购系统生产的合格物料，并定期对物料进行抽检，减少了牧场管理运营压力。

3.3 案例发挥作用

3.3.1 示范效果显著

牧场与企业的合作，实现了粪污发酵生产奶牛卧床垫料产业化，实现了牛粪再生垫料大量长期使用的示范，实现了牛场粪污资源化清洁回用模式，为推进畜禽养殖废弃物无害化的处理和综合利用，促进畜牧业的健康发展打下了坚实的基础。

3.3.2 打破国外垄断技术

牛粪再生垫料以其经济型、环保型的优点，受国内外牧场的广泛关注，奥地利、意大利等牛床垫料再生系统已经进入我国市场，系统价格高，生产周期长，一般规模化牧场难以接受。由哈尔滨华美亿丰复合材料有限公司生产的奶牛卧床再生垫料生产设备的成功运营使用打破了国外垄断技术，助力中国奶牛业的发展。

3.3.3 提高牧场的经济效益

奶牛再生垫料的使用，不仅降低了粪污处理成本，并节约了奶牛卧床垫料的采购成本，奶牛是牛场的第一生产力，卧床再生垫料能够提高卧床的舒适性，为奶牛提供一个柔软舒适的躺卧环境，增加奶牛的躺卧时间，从而增加营养效率和产奶量，这对于提高奶牛场的经济效益具有重要意义。

3.4 案例产生效益

牧场需求垫料约20 t·d-1，一直以来采用稻壳（430元·t-1）作为垫料每年垫料费用约300万元。现使用奶牛卧床再生垫料生产设备所生产的牛粪再生垫料（280元·t-1）后，每年在奶牛卧床垫料方面的投资为200万元，每年可节省100万元，并大大节省了原有粪污的处理成本。