电动自走式牛粪清理机研制与试验*

刘新军，杨清玲，田多林，张双侠

（新疆农业职业技术学院，新疆 昌吉州 831100）

牛场粪污处理不当会影响牛场环境的质量，导致粪污发酵，招来苍蝇等，引发牲畜传染病的蔓延，会影响牛的正常生长，提高牛的死亡率，最终影响到养殖户的综合效益。因此，养殖户需要重视牛场粪便污染问题，有效利用畜禽粪污收集和无害化处理技术，根据养殖规模、养殖方式以及养殖场周围特点等的差异性，采取科学的粪污处理方式，以提高清理牛场粪污的效率，改善牛场环境。

1 不同牛场的清粪工艺

1）牛场人工清粪工艺。小规模养殖场大多是人工清粪，工作人员利用笤帚和铁锹等工具收集牛粪，再利用人力装车清运。这种方式比较简单，灵活性较高，对于牛舍的要求比较低，但整体工作环境比较差，工作人员劳动强度大，整体工作效率比较低。随着规模化养殖的不断发展，机械化清粪工艺开始逐渐取代人工清粪[1]。

2）奶牛场机械化清粪工艺。规模化奶牛场养殖多采用舍饲散栏饲养模式，这种饲养模式的特点是舍内分区，明确划分了采食、躺卧以及清粪等区域，可满足牛的生物学特征，便于清粪管理，适合机械化清粪。针对舍饲散栏饲养模式，多采用固定链式刮粪板、机械铲车以及滑移装载机进行清粪，以提高管理工作的便利性。采用机械化设备清粪，可以维持舍内良好的环境，降低工作人员的劳动强度。使用滑移装载机清粪，因为滑移装载机的机身比较小，而且具有较大的马力，操作过程也非常灵活，所以适合应用于圈舍作业，安排一个驾驶员即可完成粪便清理工作，有利于降低整体劳动强度，同时保障了工作质量[2]。

3）肉牛场机械化清粪工艺。肉牛的舍饲饲养方式主要包括散栏饲养和栓系饲养方式，不同的饲养方式具有不同的特点，利用不同的养殖方式，对于圈舍提出的要求不同，因此也需要利用不同的清粪方式。①散栏饲养过程中通过利用多食槽方式，方便肉牛采食和饮水。若使用机械化清理粪便，牛的存在会影响到清粪工作，可以利用栅栏划分牛圈为两部分，在清扫过程中将牛赶到另外半个牛圈中，清理半个牛圈之后利用同一种方式清理剩下的牛圈，选用的清粪设备通常是机械铲车或者滑移装载机。②栓系饲养是利用双栏或多栏方式，单栏饲养方式占地面积比较大，当前使用率比较低。开展牛舍机械化管理，需要配置饲喂通道、料槽以及清粪通道等设施。通常是在牛床后安装清粪通道，提高粪便清理的机械化程度，可以为牛进出提供通道，主要通过修建水泥地面，设置路面坡度，同时设置防滑线条，控制清粪通道的宽度在1.5 cm~2.0 cm范围内，控制通道深度在10 cm~20 cm范围内，为清粪机械化作业提供便利条件[3]。

2 牛场机械化清粪技术

2.1 粪污收集技术

1）水冲粪工艺技术。水冲粪工艺技术是20世纪80年代从国外引进规模化养猪技术和管理方法时采用的主要清粪模式，利用这项技术可以及时清理牛场的粪便和尿液，而且可以减少人力资源投入量，有利于提高养殖场管理水平，保障牛场的洁净度，保障牛健康成长。水冲粪工艺技术劳动强度较小，可以保障整体作业的效率，有利于保护牛场工作人员的健康，适用于缺乏劳动力的牛场，但这种技术会耗费较多的水资源。

2）干清粪工艺技术。干清粪工艺是区别于水冲粪的一种清粪方式，指将动物的粪便和尿液排出后随即进行分流处理，利用机械或者人工收走干粪，同时利用下水道流出尿液，并且分别采取处理措施。干清粪技术主要包括人工清粪和机械清粪两种类型，人工清粪的过程中需要利用清扫工具和清粪车，使用的设备比较简单，无需电力资源，整体投入资金比较少，分离粪尿之后可以提高后续粪尿处理的便利性。利用机械清粪方式有利于降低整体劳动力强度，节省人力资源，提高整体工效。机械清粪主要包括铲式清粪和刮板清粪，投入量比较大，设备易发生故障，后续需要维修养护等费用[4]。

3）水泡粪工艺技术。该技术比水冲粪工艺节省用水和人力，工艺技术不复杂，不受气候影响。水泡粪工艺的基础为水冲粪技术，指的是在牛场排粪沟中注入水，储存一定时间之后，将出口阀门打开，从而排出沟中的粪水，将粪便顺利引入到粪便主干沟中，进入到地下贮粪池中，利用泵抽吸到地面粪池中。这种工艺劳动强度相对较低，而且可以保障整体工作效率，对比水冲粪工艺，可以节省较多的水资源。但是因为粪便长期在牛场停留，将会引发厌氧发酵的问题，从而产生较多的有毒气体，降低牛场的空气质量，需要配置通风设施。

4）生态发酵床技术。生态发酵床技术是指综合利用微生物学、生态学、发酵工程学、热力学原理，以活性功能微生物作为物质能量“转换中枢”的一种生态养殖模式。生态发酵床的过程主要是利用微生物复合菌群，其可以转化动物尿粪、尿废弃物为有价值的物质，同时可以完全降解动物的粪尿，实现清除污染物的目标。利用这项技术可以节省水电费用等，但是需要人工填埋粪便，同时需要定期翻倒物料，需要投入较多的人力资源，而且很难控制温湿度，不适合饲养密度较小的牛场，将会提高整体生产成本[5]。

2.2 粪便处理技术

1）粪便自然发酵直接还田。粪便自然发酵直接还田比较简单，且成本比较低，将畜禽粪便堆放在发酵池里，用秸秆将表面覆盖，经过长时间的自然厌氧发酵，到施肥季节时，直接施入地里。但是现在畜禽的养殖方式，基本上都是人工饲料，会用到很多添加剂。此外，为了防止畜禽感染疾病，会给它们注射很多药物。这些添加剂和药物一部分会随着畜禽的粪便排出体外，如果不将这些粪便加工处理，而是直接当农家肥施到田中，会给地里的土壤和农作物带来危害。

2）好氧堆肥生产有机肥。好氧堆肥是指在通气条件好，氧气充足的条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化以及分解的过程。将畜粪等固体有机废弃物按一定比例堆积起来，调节堆肥物料的C/N比，控制适当水分、温度、氧气与酸碱度，在适宜的环境因素下，利用好氧微生物分解粪便中的有机物，发酵出腐殖酸类肥料。好氧堆肥生产有机肥具有较高的生产效率，而且占地面积比较小[6]。

3）自动化高温发酵生产有机肥。通过密闭式发酵设备混合和搅拌粪污，具有较高的自动化程度，有利于控制有机肥产品的质量。通过高温发酵，可以杀灭病菌、寄生虫卵以及草籽等，避免发生二次污染问题。只需24 h即可完成发酵，有利于节省时间、提高整体生产效率、节省土地资源。

2.3 粪污处理技术

1）自然发酵之后还田利用。在牛场修建储存池，在储存池中排放污水和尿液之后可以进行沉淀、发酵，随后向周边农田中排放利用，可以将池底沉积的粪污制作有机肥，也可以和固体粪便一起进行有机肥生产。通过自然微生物作用，使各种有机废弃物腐烂、分解，成为腐殖质和无机物，作为有机物施入农田，虽然成本比较低，但是粪污处理程度较低，经常需要开展清淤工作，需要有足够农田地区消纳养殖场粪便，适合在小型养殖场中利用。

2）厌氧发酵——沼液沼渣农业综合利用。能源化利用是畜禽粪污资源化利用的重要途径，可以利用沼气工程将粪污变能源，通过对畜禽粪污进行收集，建设大型沼气工程，进行厌氧发酵，最终产生沼渣、沼液、沼气，利用沼气发电或提纯生物天然气，沼渣生产有机肥供农田利用，沼液农田利用或深度处理达标排放。粪污发酵之后开展固液分离工作，在厌氧池中引入污水进行发酵，但是需要周围有足够的农田消纳沼液和沼渣，同时需要修建存储池贮存沼液[7]。

3）厌氧—好氧—深度处理技术。首先厌氧发酵养殖废水，等待厌氧出水之后再通过好氧和自然处理系统综合处理，符合国家排放标准之后即可排放，可以应用于灌溉和场区回用。这种技术具有较高的适应性，经过处理之后可以符合相关排放标准，但是整体投资比较大，而且会耗费较多的能源，需要利用各种机械设备，因此增加了维护管理的难度。

3 牛场机械化清粪的设备

1）机械刮粪板。不同的清粪工艺，需要利用不同的机械刮粪板。针对漏缝底板清粪工艺，需要利用漏缝式机械刮粪板；针对水泥地面清粪工作，需要利用组合式刮粪板；如果清粪通道比较宽，需要利用折叠式刮粪板。机械刮粪板主要包括主机座、转角轮以及牵引绳等部分，在实际运行过程中，通过电机运转引导减速机运行，再利用链轮牵引刮粪板完成清粪工作。刮粪板可以连续地清粪，保障牛舍环境的清洁性。

2）机械铲车。当前，奶牛场应用机械铲车清粪较为普遍，机械铲车可以推粪、铲粪，满足牛场清粪要求。同时，机械铲车还可以装运粪便或者草料，实现一车多用。但是机械铲车的体积较大，要求牛舍具备较大的空间，而且在实际运行过程中会产生较大的噪声和尾气，当前牛场主要是应用工业3D铲车。

3）滑移装载车。滑移装载车是一种利用两侧车轮线速度差实现车辆转向的轮式专用底盘设备，体积比较小，操作灵活性强，主要用于作业场地狭小、地面起伏不平、作业内容变换频繁的场合，进行粪便清理、装载、运输系列作业，高效且无死角，清洁度高，省时省力[8]。

4）拖拉机前装载机构。整机结构紧凑、机动灵活，适合在狭窄场地作业，可完成大型机械不能完成的施工任务。机具工作装置与拖拉机连接为快速挂

接式，液压管路采用快换接头，安装拆卸十分方便。在拖拉机设置前装载机构，可通过装置铲斗、托板以及货叉等配件，突出拖拉机的多用性。本技术方案在一定程度上可实现牛场推粪或装草等工作[9]。

4 结束语

牛场发展越来越快，粪污排放急速增加，其排泄量超出环境的承受能力，粪污处理已成为当前亟待解决的问题。针对牛场清粪工作，不同规模的牛场需要利用不同的工艺措施和工作设备，而不同工艺和设备具有不同的优点和不足[10]，养殖户需要结合实际情况合理选择牛场机械化清粪技术和设备，满足牛场清粪的工作需求，提高牛场的环境质量，有利于更好地实现粪污处理与利用。