“生物+气流膜”发酵技术试验示范应用案例

文│温富勇 赵海明 张晶（北京市奶牛创新团队 密云综合试验站）彭英霞（北京京鹏综合试验站）

当前，在畜禽养殖场粪污处理过程中，由于机械设备投资高、能源消耗高，养殖企业难以承担运行成本，同时也制约了畜禽养殖场粪污“变废为宝”的农业绿色循环发展理念，并给环境造成一定的影响。

北京市奶牛创新团队密云综合试验站和北京京鹏综合试验站于2021年在北京地区首次开展“生物+气流膜”静态好氧堆肥发酵技术试验示范，推进了畜禽粪污资源化利用，解决了高耗能、高成本的粪污处理模式，助推了农业绿色循环发展，具体情况如下。

一、奶牛场牛粪处理、奶牛卧床垫料情况调查

1.每日产生的牛粪和废弃垫料给环境带来负面影响。北京市密云区一奶牛场，存栏奶牛2000头，是密云区一家畜牧业龙头企业，每天为乳企提供30吨优质生鲜乳。近年来，养殖环节面临的生态环保压力越来越大，奶牛场粪污处理需要达到相关标准规定，一旦牛粪处理不好，可能会给生鲜乳品质量安全带来影响，也可能对生态环境造成影响。

该牛场在“卧床垫料再生技术”应用前，每天对产生的46吨牛粪和6吨多废弃卧床垫料的处理方式主要是干湿分离，即将分离的固态物质进行晾晒后用于奶牛卧床垫料。因2021年的多雨天气对晾晒的不利，处理的垫料可能造成牛乳房炎，导致生鲜乳的体细胞数超过乳企要求的每毫升25万个以上。该牛场日产粪污量如表1。

2.牛粪和废弃垫料难以实现循环利用。牛粪和废弃卧床垫料因受到外界环境污染，导致细菌超标。仅通过简单的晾晒，大量病原菌病并未被杀灭，当再用于奶牛卧床垫料时，易引起牛乳房炎。在晾晒时，易产生臭味并影响环境，这种处理方式易受天气影响，处理量小、水分含量高、臭味浓等不足，不适合农业的节能减排、低碳绿色循环的农业发展方向。

3.牛卧床垫料用量和费用调查。随着现代化奶牛养殖进程的发展，奶牛卧床是提升奶牛产奶水平的必要措施，为保障奶牛卧床垫料的舒适度，每天需要给每个卧床增加新垫料5～8千克。据调查，该牛场2020年共购买稻壳2326.6吨用于奶牛卧床垫料，费用支出145.5万元，因此每年购买卧床垫料增加奶牛企业的经济负担。

二、“生物+气流膜”静态好氧堆肥发酵技术处理牛粪的建设示范情况

1.筛选出节能、可持续、易操作的奶牛卧床垫料发酵处理模式。针对传统处理模式的不足之处，笔者团队经过1年的调研、考察，筛选出了利用粪污自身发酵生物能和分子生物膜选择性通透原理的“生物+气流膜静态好氧堆肥发酵技术”。分子生物膜具有防雨，能使内部发酵蒸发的水分子蒸发到空气中，从而降低牛粪的水分，并阻止膜内氨气、硫化氢等臭味大分子气体通过的特性。其为堆肥物料创造了一个真正的“气候箱”，不受外界气候的影响，通过生物热能有效杀灭病原微生物，实现粪污的资源化利用。

2.卧床垫料需求量和牛场每天可利用生产垫料的计算。

（1）卧床垫料需求量计算。根据生产实践，每头成年母牛每日垫料补充量平均8千克（实际用量还需根据牛场对卧床舒适度的要求和管理来确定），牛场每日所需垫料量约10.4吨。

（2）该牛场每天可用于垫料生产的干物质：2000头牛场日产牛粪46.32吨，卧床位＝1260个（泌乳牛）+183头（干乳牛）+60头（产牛）＝1300个。

日产牛粪干物质：新鲜粪便含水率按82%计算，46.32吨牛粪产干物质8.33吨。卧床垫料损失按6.0千克/天/位，卧床垫料含水率按50%计算，每天产生总干物质为3.9吨。每天可用于垫料生产的干物质约12.2吨。

3.设计处理规模。根据示范项目现场条件及要求，示范规模选用单条尺寸6米×30米×1.5米的槽体，考虑一定的堆料起高和单槽可发酵物料体积约300立方米。按进料容重0.4吨/立方米、含水60%，发酵周期约15天后损失10%估算，每槽能产生垫料86.4吨（折合每天产生5.76吨），每槽出料可提供约8天的牛床垫料，预计可满足整个牛场50%左右的垫料需求。

4.处理效果。2021年9月3日至10月18日，发酵期15天，经过3个周期的运行，发酵温度达50℃～70℃，水分从58%降到45%，降低了13%。发酵后的牛粪和垫料进行生物安全检测，蛔虫卵、大肠杆菌均未检出，达到了《畜禽粪污无害化处理技术规范》要求，实现了粪污资源化利用。该项技术解决了传统模式投资大、受场地影响的不足。

三、“生物+气流膜”静态好氧堆肥发酵技术的应用前景分析

1.推进了农业种养结合绿色循环发展的需求。该技术为推动农业农村部“化肥使用量零增长行动方案”提供了技术支持，为实现畜禽粪污转变成安全有机肥料走到农田提供了需求空间。2021年，北京市对种养结合提出了新的要求，密云区是示范点之一，在以上利好政策下，首先要解决的是把畜禽粪便变成安全的有机肥。

2.弥补了传统模式的受建设厂房限制、投资大、周期长的不足之处。“生物+气流膜”发酵技术将分子选择膜覆盖在堆体上并将膜压实形成气仓，由于分子选择膜具备透气、透湿和保温的功能，能确保堆体的水汽正常挥发，同时又能维持堆体一定的湿度和温度，该模式克服了传统发酵技术的一些不足之处。传统方法进行有机固体废弃物发酵处理需要建设专门的室内发酵槽、发酵车间和发酵专用机械，发酵配套基础设施固定资产投入大；发酵异味控制难度大，需要增加额外的除臭基础设施投资；发酵产品除菌不完全，杀灭率低，发酵周期长，发酵成本高。

表1 牛场全群日产粪尿量估算

3.低耗能。从13个周期的运行结果来看，牛粪达到了无害化处理要求，且运行耗能低，发酵300立方米牛粪18天耗电213度，平均每天耗电12度，实现了低耗能处理模式。

4.密云区耕地与年产生畜禽粪便消纳量分析。国家标准《畜禽粪便还田技术规范》中阐述了畜禽粪便还田限量，按照还田限量和畜禽年干粪量，密云区畜禽养殖产生粪便需要的农田消纳面积，见表2。

表2数据表明，密云区主要养殖的畜禽、奶牛、猪和蛋鸡，年产生的粪便需要还田3.22万亩～4.34万亩。密云区有农田13多万亩，还有果园，在消纳畜禽粪便容量上有较大空间，主要问题是把畜禽粪便处理成安全的有机肥，实现粪污资源化利用，实现种养结合的绿色循环发展。

5.在北京地区起到了示范引领作用。“生物+气流膜”发酵技术的试验示范为畜禽粪便找到了节能减排的发酵处理模式，为畜禽粪污资源化利用起到示范引领作用。

表2 密云区畜禽养殖产生的粪便需要消纳的农田