规模化奶牛场粪污集中处理技术

2022-11-22张继刚

中国畜禽种业 2022年3期

张继刚

（辽宁省瓦房店市动物疫病防控中心 116300）

随着我国集约化奶牛养殖业不断发展，奶牛养殖过程出现较多问题，其中粪污问题日益严重，已成为我国农业污染的主要来源。养殖过程中产生大量的粪便和污水，若得不到有效处理，将会严重影响奶牛饲养环境，破坏生态平衡，增加奶牛疾病发生率，影响奶牛机体健康，甚至会威胁周边居民的健康安全。由此可见，做好奶牛粪污集中处理，避免二次污染，有利于提高养殖场综合能力，保障畜产品质量安全，降低疾病风险，促进养殖模式转变，实现奶牛养殖业和环保共同发展。本文主要从奶牛粪污的危害、无公害处理原则、模式及粪污无公害处理技术等方面进行阐述，以期提高奶牛粪污处理效率，降低环境污染。

1 粪污的危害

1.1 对土壤、水体的污染

奶牛养殖过程用水量极大，会产生大量废水。养殖场中的粪便、尿液、生活用水中由于含有大量的N、P 等元素，会造成河水中藻类和其他水生生物大量繁殖，引起河水富营养化，进而造成水中氨、氮含量增加，污染水体。

奶牛粪便中含有大量的营养元素，是较好的农家有机肥，被广泛用于田间农作物生长。但养殖场产生的粪便过多，农田施用过量会导致土壤贮肥能力下降。土壤中残留的氮、磷元素还会渗入到地下水中，造成水中磷酸盐、硝酸盐浓度升高，污染地下水源[1]。除此之外，粪便污水中含有的钠离子和钾离子会使土壤孔隙阻塞，导致土壤透气、透水等性能严重下降，破坏土壤结构，导致土壤最终出现板结现象，影响土壤质量。

1.2 空气污染

养殖场内堆积的粪便在发酵过程中会产生大量的NH3、硫化氢和甲硫醚等有害气体，造成养殖场空气质量下降，导致奶牛免疫力下降，影响奶牛产品品质[2]。

1.3 传播人畜共患病

奶牛粪污中含有大量病原微生物、虫卵、寄生虫等，未经处理排放至环境中会大大增加环境致病菌的种类和数量，导致致病菌大量繁殖，最终引发人畜传染病。小规模养殖场由于不具备粪污处理技术，粪污直接排放到养殖场周边环境中。这不仅对环境造成严重污染，还增加了人畜共患病的发生概率[3]。

1.4 其他污染

奶牛粪便中含有大量的铜、铁、锌等重金属元素，会对养殖场周边环境造成重金属污染。另外，养殖过程中抗生素、激素等药物的大量使用也会造成药物残留污染，影响奶牛产品品质。人类食用含药物残留的产品会严重影响健康。而未被动物机体吸收、分解的药物会通过排泄物进入环境，还会导致生态系统发生改变，影响生态平衡。

2 奶牛粪污处理现状

2.1 建设规划不合理

由于养殖人员过度追求养殖效益，导致环境管理投入较低，建厂前未进行合理的厂址选择。另外，对粪便、尿液等污染物的处理设施投入较低，造成周边环境污染严重。

2.2 粪污处理技术单一

由于粪污处理技术水平和方式较为落后，大多数养殖场直接还田处理。现阶段，在大规模养殖前提下，农田无法容纳过多污染物，造成环境严重污染，制约养牛业发展。

3 无公害处理原则

3.1 无害化

为减少粪污对养殖场土地、水体及空气的污染，提高奶牛产品质量，必须对奶牛粪污进行无害化处理。奶牛养殖过程中产生的粪污会造成水体富营养化，对自然环境危害极大。长期使用污水灌溉农作物还会导致农作物大面积减产。另外，粪便中氨气、硫化氢等气体会对空气造成污染，导致空气质量下降。因此，必须做好奶牛粪污的无害化处理，降低环境污染，保证生态平衡。

3.2 减量化

粪污减量化处理主要指降低粪污中病原微生物的种类和数量，降低铜、锌等重金属、激素抗生素等含量，降低有害物质通过牛奶进入人体的概率，减少其对机体造成的损害。

近日，安徽农垦集团公司印发《安徽农垦乡村振兴规划（2018-2022年）》，明确把发展现代农业作为安徽农垦的首位产业。

3.3 规范化

粪污规范化处理主要是指处理方式科学、处理设备齐全、处理结果达标。根据养殖规模选用合适的现代化处理设备，对粪便、污水等进行无害化处理，降低对环境污染。

3.4 特色化

粪污特色化处理主要指各养殖场根据实际情况选择适合本场的粪污处理模式。通常可采用多种处理模式相结合的方法，如采用沼气处理模式和高温发酵相结合的方式进行粪污集中处理[4]。

4 无公害处理模式

根据我国对奶牛养殖污染处理要求，奶牛场粪污处理应坚持减量化、无害化、资源化原则。目前我国奶牛场对粪污的清除、处理工作量大。规模化养殖场内粪污产量较高，其中清粪是粪污处理的首要环节，目前主要采用水冲式清粪和干清粪两种工艺[5]。

水冲式清粪主要采用高压水枪冲洗牛舍地面。粪水可通过粪沟或漏缝地板进入化污池。该工艺技术简单，但耗资较高，需水量大。

干清粪是指将奶牛粪便、尿液进行分流。粪便经人工或机械清除，尿液经排尿沟流出。随后对粪便和尿液进行单独处理。干清粪处理方式具有用水量较少、粪污中污染物含量低、有机肥肥效高等特点，且该处理方式可保持牛舍干净清洁，无异味。

5 无公害处理技术

奶牛粪污包括固体粪便和污水两部分。粪污利用应遵循无公害化、资源化等原则，主要措施包括粪污肥料化、能源化、垫料回用等。

5.1 固体粪便处理技术

由于奶牛胃肠道功能发达，对饲料消化利用率高，因此，粪便中含有大量纤维。但由于粪便具有含水量低、异味重、氮元素含量高等特点，降解速度较慢。目前我国固体粪便处理技术通常包括物化处理、生物发酵处理及低等生物处理3 种。

物理化学处理主要是将粪便进行风干或高温烘干后，将其作为燃料、垫料或肥料被利用。如在物理杀菌后可将粪便用做牛床垫料。不仅解决存粪便存放问题，同时还可降低垫料成本。奶牛粪便作为垫料具有舒适度高、透气性好等优势，且不易磨损清粪和固液分离等设备，降低设备折旧费用。但由于受场地、气候条件等因素的限制，该处理方式效率较低，且处理过程中容易产生二次污染。通过干湿分离将粪便与污水进行分离处理，随后分别进行单独处理。该过程处理成本较高、应用少。大量粪污不建议使用该处理技术。

5.1.2 生物发酵

生物发酵处理是指利用好氧微生物将粪便中的有机大分子分解转化为更易被消化、吸收的小分子。固体粪便可通过运粪车转运至堆肥棚内制作肥料或运送至晒场制作牛床垫料。另外，固体粪便也可用作食用菌种种植基质或蚯蚓养殖基质。可将畜牧业与种植业有机结合，充分发挥粪便的肥料作用。固液分离后的粪渣中含有大量纤维素、半纤维素和木质素，质地蓬松柔软。固液分离后，固体粪便含水率高达80%左右，在进行晒干后方可作为牛床垫料，从而实现废物资源化利用，降低养殖场垫料投入成本。该发酵处理方式主要为好氧堆肥。粪便在经过好氧堆肥处理后可减少甲烷、一氧化氮的排放，降低氮元素损失，提高有堆肥品质[6]。发酵时应在粪便内加入玉米秸秆。发酵前期应控制好粪便含水量，含水量保持在50%～60%，不可过高或过低，影响微生物活性，造成堆肥效果差。堆肥区域应选择在地势平坦、防雨、通风良好的地区进行。堆肥过程中应定期进行翻推，保证氧气供应。另外，还可通过厌氧发酵沼气技术将粪便进行能源化处理。将粪便注入厌氧发酵罐内进行脱水、脱硫处理，产生沼气。发酵罐内产生的沼气经过水封罐后先后进入气水分离器和脱硫罐，最后进入锅炉或沼气发电机。产生的沼液在稀释后可作为肥料施用于农田，改良土壤性质，提高土壤肥力。

5.1.3 低等生物处理

低等生物处理是指利用蚯蚓等低等生物处理奶牛粪便，消除粪便中的污染因素，提高生物肥料品质。研究发现，利用蚯蚓可提高肥料中磷、钾的含量，减少二氧化碳等气体的排放。另外，蚯蚓还可分解蛋白质、脂肪等营养素，降低粪便中氮、磷、铜的含量，减少土壤污染[7]。将其施用农田中还可改良土壤结构，提高土壤透水性，防止土壤出现板结。其次，发酵处理后的粪便还可作为食用菌生长基质，为食用菌生长提供营养。

5.2 污水处理技术

污水处理技术主要采用自然生态处理、生物发酵处理组合工艺处理及能源化转化。

5.2.1 自然生态处理

自然生态处理是指利用生物稳定塘、土壤渗滤、人工湿地等技术降低水中氮、钾、磷等元素含量，从而实现净化污水的目的。

5.2.2 生物发酵处理

生物发酵处理是指利用微生物降解污水中的有机物，从而降低污染。在实际污水处理过程中可采用厌氧发酵、好氧发酵等技术进行污水处理。收集的污水一部分通过厌氧发酵进入回冲管路，另一部分进入净化厂内进行深度处理，随后作为水肥用于种植业。另外，非灌溉季节可将污水进行好氧处理和生物净化处理，最后作为灌溉用水灌溉农田。水冲粪方式产生的污水需进行多级以上的厌氧发酵处理。处理后的污水可运送至农田进行施用，从而提高资源利用率，降低环境污染。

有机制污染物含量较高的污水可以使用多种工艺进行处理。如采用折流厌氧反应和间歇式好氧工艺可有效去除污水中COD、NH3-N 等污染物[8]。污水在经过严格的厌氧发酵、好氧处理、沉淀、臭氧消毒等过程后，最终方可用于牛舍或养殖场其他区域的地面冲洗，实现养殖场水资源循环利用，进而有效降低养殖场的用水成本。

除此之外，还可选用生物发酵处理与自然生态处理相结合的方式进行污水处理。养殖过程中收集到的废水经二级沉淀后进入厌氧发酵系统。经厌氧发酵处理后的水进入中间水池。随后进入好氧处理系统进行下一步处理。根据处理后的水质情况可将其直接用作回用水或将其运送到人工湿地系统进行后续处理，最后可将其用于鱼类养殖。该污水处理技术也称为纳管排放技术。该粪污处理模式通过将多种处理工艺的有机结合，可保证处理后的水质情况。该处理方式可有效降低养殖场每年向环境中排放的粪污总量。处理过程中产生的沼气可代替燃煤，有效降低有害气体的排放。发酵后产生的肥料和肥液可替代化肥使用，从而有效提高经济效益和生态效益，进而有效改善当地气候，保护当地水源，改善农业生产环境。

5.2.3 能源化转化

对粪污进行微生物厌氧发酵可产生沼气，从而实现能源转化。发酵过程中要注意发酵温度的控制，55℃的厌氧发酵可提高沼气的产量和质量。

6 投资成本分析

粪污处理成本主要包括建设成本、运输成本、设备成本等。如垫料、固液分离设备、长途运输、污水处理等。土壤还原法需建立氧化塘，在经过无公害化处理后方可用于农作物生长。该处理方式主要投入为土地资源、设备资源。设备占地面积小，建设成本较低，预期效益高。但若长距离运输，则会增加运输成本。另外，该方法粪污利用率低，处理时间长，适合短距离运输。生物发酵处理技术一次性投资巨大。大型养殖场建设前需考虑粪污处理问题及后续设备维护、管理工作及周边用于消纳粪污的农田面积。投资与运行费用包括设备投资、日常运营、设备维护管理、粪污运输等。分离技术主要是利用沼气发电。但该方法对人工和设备投入要求高，且设备折旧费用高。前期需建设发酵池、储存池等。发酵床处理技术投入主要为建设高架发酵床牛舍。该技术粪污发酵时间较长，成本高，但后期处理不会产生任何污水，处理成本低，处理效果好。纳管排放模式主要成本包括设备建设费用、日常运营费用、设备管理维护费用、生态塘建设管理费用、污水管理费用等。该处理技术适用于无自有农业用地或只有少量农业用地的大中型奶牛养殖场。