规模化奶牛牧场粪污资源化利用方法与技术

马 金，刘晓军

（1.甘肃前进牧业科技有限责任公司，甘肃张掖 734000；2.甘肃电投河西水电公司，甘肃张掖 734000）

1 基本情况

甘肃前进牧业科技有限责任公司成立于2008年，是由甘州区长安镇前进村党总支创建、村民参与入股兴办的股份制企业。公司总部位于张掖市甘州区长安镇前进村，是一家集荷斯坦奶牛繁育、规模养殖、鲜奶生产、市场销售、牧草种植、乳品加工，以及奶牛养殖技术信息咨询服务为一体的综合型农牧企业。甘肃前进牧业现存栏荷斯坦奶牛36 000头，日产鲜奶500吨。荷斯坦奶牛品种主要从澳大利亚和新西兰引进，群体良种率达90%以上，泌乳牛占群体的40%以上，种群结构良好。现有饲草基地3.5万亩，其中苜蓿5 000亩，青贮玉米30 000亩。2020年流转土地0.7万亩，实际4.2万亩。2010年以来，公司先后被评为国家级农业产业化龙头企业、农业农村部部级奶牛标准化示范场、甘肃省奶业协会会长单位、甘肃省省级种畜牧场、省级农业标准示范区、国家农业科技园区重点示范基地，2016年被中国奶协评为国家级优质奶源基地、学生饮用奶奶源基地。

2 推行粪污处理技术工艺的重要意义

粪污资源化利用是奶牛养殖牧场关键技术环节，可进一步提高牧场资源循环利用水平，有效控制降低生产成本、减少动物粪便对生态环境损害。推行粪污处理技术工艺，是贯彻落实绿色、生态、循坏发展理念的重要举措，对推动农业废弃物资源化、减量化、无害化处理、资源化利用，对进一步提升牧场科学养殖水平、推动资源回收高效率利用、保护生态环境等方面都具有重要意义。

3 粪污处理技术工艺

3.1 预处理

预处理是粪便无害化资源化处理前关键一步，主要目的是调节粪便水分含量以及进行氮化、碳化处理。

3.2 好氧发酵

好氧发酵按工艺类型通常可分为一次性发酵和二次性发酵。一次性发酵是发酵堆肥原料在发酵设施中一次完成生物降解的全过程。二次性发酵是原料先后在不同的发酵设施中完成生物降解的全过程。堆肥是一系列微生物活动的过程，包含着矿质化和腐质化过程，一般利用堆肥温度作为堆肥过程的评价指标。堆肥可以分为升温、高温、降温和腐熟四个阶段。

3.2.1 一级发酵。一级发酵是粪便处理的第一阶段，该工序的主要目的是利用微生物过程，将粪便中相对容易分解的有机物进行分解的过程，一级发酵可以在露天场地进行，也可以在发酵池中进行。在一级发酵中，为达到快速升温作用，通过需要向发酵池中输入氧气，提高粪便中微生物活性，提高氮元素、碳元素成分，加速细胞繁殖分解产生热量。

3.2.2 二级发酵。二级发酵也称腐熟阶段，主要是针对一级发酵后一些难以分解的有机会进行二次处理的过程，最终目的是将其变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物。相比一级发酵，二级发酵时间较短，也不需要额外处理，只需进行适度搅拌和翻堆。

3.3 后处理

经过两级发酵后，牧场粪便已经基本转变为堆肥成品，主要工序已经完成，后处理过程主要是对成品进行分拣、干燥、剔除杂物、粉碎、造粒以及压缩、打造的过程。根据不同要求，上述工序可以删减。

3.4 贮存

堆肥发酵受场地和时间限制，一般应准备180天产量的贮存设施。

4 高温好氧堆肥参数确定

影响堆肥过程主要参数包括水分、温度、时间、供养、碳氮比、pH值等。

4.1 水分

水分是预处理阶段最重要指标参数，根据过往经验和生物分解原理，堆肥粪便含水量控制在40%～60%之间较为适宜，最佳含水量则为35%～45%之间最佳。堆肥粪便含水量过高，超过70%时，将无法达到好养发酵环境，容易产生厌氧反应，生物分解速度将大幅下降，同时生产异味；但堆肥粪便含水量过低，低于35%以下时，生物活性将降低，不利于微生物生长，同样不利于有机物分解。

4.2 温度

温度是堆肥粪便发酵的另一项重要指标，直接影响发酵速度和质量，堆肥粪便的最佳温度为控制在55℃～65℃之间并持续5d以上。低于50℃，生物活性明显降低，飞边腐熟时间将大幅延长，降低发酵效率；而大于75℃，则容易释放有害物质。

4.3 供氧

氧是好氧微生物生存必要的条件，供氧量的多少与微生物活动的强烈程序和有机物的分解速度及堆肥粒度密切相关。因此，对发酵设施内供氧是十分必要的，目前业内增加供养主要有加强环境通风、电力搅拌翻转、通过风机对堆肥粪便直接供养等方式。静态发酵强制通风时，每立方米物料通风量取0.05NM3/min至0.2m3/min，通常采用非连续通风方式，堆层每升高1m，风压增加1 000Pa～1 500Pa。

4.4 碳氮比

碳氮比是影响微生物活性的重要指标，国际简称为C/N。目前业界公认的堆肥原料的碳氮比在20：1到30：1之间。超过30：1后，堆肥粪便中碳元素过高，将限制发酵细菌与微生物活性，降低发酵时间，同时不利于达到成品化肥指标。反之，若比重低于20：1，碳元素含量过低，则容易导致氮元素与氧气相结合，产生刺鼻挥发性氨气（NH3），导致氮元素急速流失，更不利于化肥指标。为有效调整堆肥原料炭氮比，经常采用添加秸秆废弃物等方式进行调节。必要时还可添加酶制剂（甘肃奥林贝尔生物科技有限公司生产），以促进发酵过程的正常进行。

4.5 pH

堆肥原料的酸碱度（pH值）也是影响发酵效率的重要指标。经系统实验和研究，目前公认堆肥原料的pH值介于6.5～8.5，最佳值在7.0～8.0之间，呈中性偏弱碱性。在这一范围内pH值最有利于粪便进行好养分解。需要注意的是，不同于其他几项指标，pH值是一项动态变化性很大的指标，与发酵温度、时间都有一定关联。矛盾的是，堆肥粪便开始发酵后，加入其他混合制剂很难起到明显调节作用。因此该环节中初始阶段工作就非常重要，必须提前调节到位。

4.6 时间

时间也是好养发酵过程需要重视指标，根据堆肥粪便含水量的不同、碳氮比的不同以及气候环境的不同，粪便发酵时间也有所差异。在标准环境和湿度，各项指标都在正常范围的情况下，好养发酵的一级发酵与二级发酵时间都应不少于10d。除发酵时间外，堆肥风干、固化、储存时间也要统筹考虑，确保成品化肥质量。

4.7 腐熟度

衡量堆肥成熟程度的参数。所谓腐熟度即堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化后达到稳定的程度。堆肥腐熟度评价指标分为物理学指标、化学指标和生物学指标。物理学指标包括温度、气味、颜色；化学指标包括化学需氧量、挥发性固体含量、易降解有机质、腐殖度、碳氮比等；生物学指标包括微生物活性测试和发芽试验。目前，业内对于腐熟度尚无统一标准，堆肥成熟的标志是物料呈黑褐色，无臭味，手感松散，颗粒均匀为准，同时蚊蝇、病原菌、寄生虫卵、病毒以及植物种子均被杀灭。

5 堆肥成品指标与牧场粪尿及废水无害化处理

5.1 堆肥成品指标

（1）碳氮比应小于20∶1；（2）含水率20%～35%；（3）符合国家卫生要求规定；（4）耗氧速率趋于稳定；（5）腐熟度应大于等于Ⅳ级。

5.2 堆肥制品储藏标准

①堆肥产品存放时，含水率应不高于30%，袋装堆肥含水率应不高于20%；②堆肥产品的含盐量一般应在1%～2%；③成品堆肥外观应为茶褐色或黑褐色、无恶臭、质地松散，具有泥土芳香气味。

5.3 牧场粪尿及废水无害化处理工艺

（1）收集：养殖废水及生活污水通过管道进入沉淀池。（2）沉淀：将废水通过三级沉淀池沉淀后，将沙土沉淀后，进入固液分离池。（3）搅拌切碎：在固液分离池用搅拌切割泵将混合粪污搅拌切碎，打入固液分离机。（4）固液分离：通过固液分离机将粪污分离成液体部分和固体部分，液体进入液体生物肥发酵池，固体部分进入堆肥场。

6 结语

采取好养发酵技术，对牧场分辨进行无害化、资源化处理，扎实推进种养结合的循环农业技术，可以更加科学合理地利用种植业和养殖业产生的生物资源，有效改善土壤结构，提高土壤肥力，减少农业废弃物对环境的污染，提升农业对生态环境的调节功能。而利用动物粪便制作的天然有机肥，还可以进一步推动减量或禁施化肥、农药、兽药、添加剂用量，提升乳品品质，建设生态友好农业，实现清洁田园、清洁家园，推进生态友好型美丽乡村建设。