肉牛规模化养殖场污染源治理及粪污资源化利用

王学科，路贵畅，王宏伟

甘肃省泾川县畜牧兽医中心，甘肃泾川744300

近几年，甘肃泾川县围绕“泾川县肉牛高效养殖技术研究与推广”项目，持续强化政策扶持、资金投入、基础设施建设，进一步巩固了扩群增产成果。在养牛小区、重点村培育等新型养殖模式大规模应用的背景下，肉牛规模化养殖场新增牛存栏头数不断增加。但是，肉牛规模化养殖场污染问题仍然突出，制约了肉牛规模化养殖效益。因此，研究肉牛规模化养殖场粪污资源化利用措施具有非常突出的现实意义。

1 肉牛规模化养殖场污染源

甘肃泾川县肉牛规模化养殖场污染源是粪便。据粗略统计，甘肃泾川县肉牛规模化养殖场粪便年产量达数万吨，养殖场废水排放量达数万吨，占全县畜禽粪便年生产量、废水排放量的比重较大。加之多数专业化肉牛规模养殖场位于居民区，部分养殖场距离居民水源地较近，甚至少于50 m，养殖场内粪便污染源对居民生活安全造成了较大的威胁。

2 肉牛规模化养殖场污染源治理现状

2.1 现状优势

甘肃省泾川县位于甘肃东部，全县辖14 个乡镇212 个行政村。甘肃省泾川县是农业大县，农业主导产业包括苹果、蔬菜、肉牛，初步形成集果品、畜牧、蔬菜为主的农村经济体系。在现有农村经济体系中，“畜－沼－果”“畜－沼－菜”模式初步应用，为甘肃省泾川县循环农业发展提供了支持。

2.2 现状不足

肉牛规模化养殖场污染源仍然大量存在。部分肉牛规模化养殖场的粪便收集、运输、处理系统专业水平不足，导致粪便中携带的病原微生物、寄生虫卵、有机物污染河流、大气、土壤，对当地水生态系统和土壤生态系统均造成了较大危害[1]。比如，将不加处理的肉牛粪便直接还田，导致氮磷钾营养元素在土壤中富集，抑制土壤渗水，加速土壤板结，埋下农作物晚熟、早熟或毒害隐患。

3 肉牛规模化养殖场污染源治理方法

3.1 粪便发酵

发酵是肉牛规模化养殖场污染源治理的首选方法，也是甘肃省泾川县农村应用最传统的养殖污染源治理方法。

1）土层包裹发酵。常见的为土层包裹发酵，即先堆积粪便，再将一层土覆盖到粪便上，利用土壤隔绝空气对粪污氧化，形成厌氧发酵环境，降低肉牛粪便对大气的污染。

2）塑料膜包裹发酵。除土层包裹发酵外，甘肃省泾川县肉牛规模化养殖场还可利用塑料膜包裹发酵技术，即先堆积粪污，再将塑料膜覆盖在粪污表面，隔绝空气，实现厌氧发酵[2]。

3.2 除臭方法

除臭是肉牛规模化养殖场污染源治理的关键方法。

1）添加EM 制剂。当地可以要求养殖户在肉牛饲料内添加EM 制剂（或有益菌、微生态制剂、酶制剂、中草药添加剂、缓冲剂），改善肉牛肠道微生物菌群，提高肉牛消化吸收利用率，达到降低甚至消除肉牛粪便中异味的目的。

2）添加杀菌药物。当地可以要求养殖户在肉牛排泄后粪便清理过程中，添加碳酸氢钠、福尔马林、甲基溴化物、乙烯等杀菌药物或者除味酵素，抑制病原菌繁殖，控制有毒气体排放，净化空气环境。

3）建设防护林。利用植物吸收空气中异味的优良功能，可以在新建肉牛规模化养殖场、已建规模化养殖场周边建设防护林，在减轻风速的同时吸收、过滤有害气体，降低空气中污染源浓度，获得清新的空气环境。

3.3 烘 干

烘干是近期肉牛规模化养殖场污染源治理的新方法，主要是借助烘干机烘干粪便，烘干后的粪便可以装到袋子内，便于后期还田使用。

4 肉牛规模化养殖场粪污资源化利用措施

4.1 集中收集粪污

集中收集粪污是全方位推进肉牛规模化养殖与粪污资源化利用相结合的前提，也是肉牛规模化养殖粪污资源化利用长效机制的重要组成部分[3]。因此，当地应贯彻生态化、减量化、资源化、无害化相统一的原则，加强粪污集中收集配套设施的建设，为提升肉牛规模化养殖场粪污资源化利用率奠定基础。

1）建设收集场地。一般肉牛规模化养殖场粪污集中收集场地面积应达到200 m2以上、800 m2以内，并配备1 辆或多辆斗容超过0.9 m3的铲车。

2）计算粪污收集量。为确保肉牛规模化养殖场粪污收集效率，养殖场需要借鉴全国污染源普查中应用的“畜禽养殖业源产排污系数手册”关于产污系数、排污系数的要求，依据产污系数推算肉牛场产污量。产污系数特指在典型正常生产、管理条件下，肉牛规模化养殖场内单一肉牛在一定时间内产生的原始污染物量（含粪尿量、粪尿内多污染物量）。根据肉牛规模化养殖场肉牛排污系数计算要求，事先将肉牛规模化养殖场内的肉牛划分为出生犊牛、育成牛、乳母牛3 个阶段，计算公式如下：

式（1）中，FP 为规模化养殖场内每头肉牛产物系数（mg/d）；QF 为规模化养殖场内每头肉牛粪便产量（kg/d）；CF 为规模化养殖场每头肉牛在生犊牛或育成牛、乳母牛阶段粪便内含有污染物浓度（mg/kg）；QU 为规模化养殖场内每头肉牛尿液产量（L/d）；CU 为规模化养殖场内每头肉牛在生犊牛或育成牛、乳母牛阶段尿液中含污染物质量浓度（mg/L）。

一般4 头0～6 月龄犊牛产污系数可以折合成1头乳母牛产污系数，2 头6～8 月龄育成牛产污系数可以折合成1 头乳母牛产污系数，最终规模化养牛场粪污收集量为养殖场每天产粪尿总量与产污系数的乘积。根据规模化养牛场粪污收集量计算结果，养殖场可以调整粪污集中场面积以及粪污集中场配套设施配备数量[4]。

4.2 粪污预处理

在集中收集粪污后，当地可以根据粪污预处理要求，进行操作。

1）建设预处理场地。当地可以先建设轻钢结构的发酵棚，面积在1 100 m2左右，再建设砖混结构的管理房、轻钢结构的辅料存放与原料预混车间，面积分别在1 100、80 m2左右，并配备1 套槽式翻抛机、1 套50 kW 的380 V 供电设备、1 辆铲车。必要情况下，当地可以根据停车要求，利用彩钢板搭设50 m2左右的停车棚。

2）螺旋挤压分离。在预处理环节，根据牛粪颗粒细化、厌氧发酵产气率、甲烷产率、水力停留时间要求，可以选择螺旋挤压分离（或高速离心分离、带式压滤分离、筛分分离）[5]。螺旋挤压分离适用于规模化肉牛养殖场，需要在螺旋挤压式分离机变轴径变螺距结构内经重力过滤、高压压榨、挤压过滤3个环节分离固体、液体，分离后存储于调节池，液体经厌氧无害化处理，便于在施肥季节配比地下水稀释后灌溉；固体则进行生物发酵。

为确保固体粪污、液体粪尿分离效果，根据出料端部压力、变径螺旋轴分离段锥度、螺旋轴转速、分离筛笼栅条间隙对螺旋挤压式分离机分离效率的影响，设定出料端部压力为3 250 N，变径螺旋轴分离段锥度为2.68°，螺旋轴转速为60 r/min，分离筛笼栅条间隙为1 mm。参数调节完毕后，由进料斗喂入粪污，粪污喂入后，经套筒锁紧螺母紧固调压弹簧，在出料端组件开口位置紧密覆盖出料阀，形成密闭的空腔。在密闭空腔内，由调速电动机带动螺旋轴推动固体粪污向前方移动到分离套筒。在分离套筒位置，综合利用螺旋轴分离端轴径逐渐增加、叶片螺距逐渐减小、相对空间逐渐减小的特点，挤出粪便液体，液体经分离筛笼流出料口，同时在螺旋叶片、分离筛笼内壁紧密贴合下剪断、磨碎粪污内粗纤维；固体粪污在螺旋轴推动下向前方运动，经出料端口锥形腔高压再次挤出液体，最终固体粪污顶起出料阀盖排出螺旋挤压式分离机，完成固体粪污、液体的分离。

4.3 粪污资源化利用

在减量化、资源化、无害化方针的支持下，“节－保－用”模式是肉牛规模化养殖场粪污资源化高效利用的主要模式。

1）构建循环精进模式。“节－保－用”模式是以肉牛规模化养殖为基础，以沼液、固粪为主导，集合区域环境容量要求，考虑农田土地消纳能力，构建集肉牛规模化养殖、发酵牛床、沼肥、种植为一体的循环精进模式。

在肉牛生产、环境保护、粪污资源化利用的良性循环模式下，发酵牛床由1 个休息区域、1 条室内采食通道、一定高度挡墙组成，挡墙位于卧床、采食道之间，高度0.25 m 左右，为混凝土材质；中间为行走通道，宽度在3 m 左右，便于机械进出卧床、牛只进出卧床。为保持卧床表面干燥，需要利用小型拖拉机翻耕卧床，每日翻耕2 次，并混合垫料[6]。对于肉牛采食通道上的粪便，经铲车清理，后期堆放发酵。

2）堆肥发酵。小型肉牛规模化养殖场的固体粪污发酵方式为，每星期3～5 次翻抛提升发酵效率，发酵周期在40～60 d。

中型肉牛规模化养殖场可以选择反应器堆肥发酵模式，先准备粪肥一体化发酵设备，再将固体粪污放置到反应器内，完成7～12 d 的好氧发酵，获得有机肥，自动化控制发酵周期，阻断臭气溢出通道。

大型肉牛规模化养殖场的固体粪污发酵方式为槽式堆肥发酵，依据有机肥生产流程，先将粪污集中运输至槽式堆肥场地，再借助翻抛机定期翻开抛送，连续发酵20 d。发酵完毕后，对肥料进行混合、烘干、制粒与加菌工艺，获得有机肥，为当地蔬菜、水果种植产业提供足量有机肥。

3）建设沼气系统。若大型肉牛规模化养殖场周边具有消纳沼液、沼渣的农田，则可以建设沼气系统，以粪污混合物为原料，生产沼气、沼液、沼渣，其中沼气可以用于燃气、发电，沼液、沼渣可以深加工为液体肥，支持农业生产，落实绿色养殖方针。

4）利用生产基质。对于产业链延长能力较为突出的肉牛规模化养殖场，可以固体粪污为原料，堆肥发酵后作为蘑菇等农产品生产基质，或者直接作为动物蛋白体生产原料，如苍蝇蛆、蚯蚓等，动物蛋白转化后直接还田，进一步促进粪污增值，形成良好的生态循环系统。

5）生产液态有机肥。对于肉牛产生的粪水，则直接在发酵床上混合，经暗管进入沼气池、氧化储存池，厌氧发酵后还田，厌氧发酵时间为3～6 个月。为加快粪水发酵速度，可以利用畜禽流体粪污快速发酵剂与等量红糖、5 倍量温水混合激活24 h 及以上后，在15 d 内完成液体粪水发酵，自动上翻清淤，快速清除粪水臭味。在确定发酵完成液态有机肥达到NYT 2596《沼肥》标准后，可以将发酵后粪水简单过滤后应用于农田浇灌，或者作为叶面肥喷施，实现肉牛规模化养殖中粪水的资源化利用。

5 结语

肉牛规模化养殖场污染源治理涉及收集、运输、分类利用、生物发酵、土壤肥料等多环节的协调配合。在长期调查、研究肉牛规模化养殖场粪污污染源的同时，相关人员应依托基础污染数据，探索肉牛规模化养殖场粪污资源化利用措施，并针对性细化粪污资源化利用标准，加大粪污资源化利用设施投入，为甘肃省泾川县肉牛规模化养殖行业的可持续发展提供保障。