规模化牧场粪污的危害及处理技术研究

（内蒙古正时生态农业·集团·有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

当前，农牧业生产走生态优先、绿色发展为导向的高质量发展新路子，农牧业生产标准化，粪污处理标准化作为推动畜牧业生产标准化的关键环节，关系着优势特色畜种的健康养殖。2016年，内蒙古地区养殖粪污排放量占全国第4位，其中奶牛粪便排放量最大，排放总量约为6872.6×104t，占牲畜粪便总排放量的42.22%（质量分数），其主要污染物为COD、BOD、TN以及TP，浓度均较高[1]，生态环境遭到污染，牲畜质量安全受到威胁。因此，针对规模化牧场养殖过程中的粪污处理研究刻不容缓。

1 规模化牧场粪污的危害

随着奶牛业的快速发展，规模化牧场的粪污产量也出现了大幅度增长。粪污随意堆放或未经处理还田或排放，不仅造成环境污染，而且影响奶牛业的持续健康发展[2]。奶牛排泄的粪、尿及冲洗水（包括冲洗牛舍与挤奶厅、清洗奶罐、喷淋降温产生的污水）是牧场粪污的主要来源。粪污中含有大量有机质和铵态氮（NH3-N）和磷（P）等养分、病原微生物及镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）等重金属元素和兽药残留[3]。粪污在收集、储存、运输和还田利用过程中存在污染空气、水体、土壤及传播疾病等风险。

1.1 空气污染

规模化牧场家畜饲养量较大，产生的粪便较多，粪便中含有的蛋白质、糖类和脂类等物质，经微生物分解可产生氨气（NH3）和硫化氢（H2S）等有毒有害气体，加之牛舍清洗不到位，随着温度升高，粪污味道混杂在空气中，滋生细菌和大量蚊蝇，严重影响奶牛的正常生长和周边的空气质量[4]。排放的甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）和氨气（NH3）等还会引起“温室效应”和“酸雨”，破坏当地的生态环境。

1.2 水体污染

在牧场的日常生产中，部分清水被用于牛舍冲洗，之后产生大量携带着粪便的污水。粪污中含有的氮（N）、磷（P）、钾（K）以及重金属和药物残留，都是污染水源的重要成分，如果未经处理直接排入河流，将引起水体富营养化，导致鱼虾等水生动物因缺氧窒息死亡[4]。此外，粪污长久堆积会使堆积点及附近土壤中的重金属、氮（N）、磷（P）、钾（K）积累过多，并会使氮（N）和磷（P）渗入地下，引起地下水的污染。

1.3 土壤污染

粪污中含有钾盐和钠盐，粪污堆积过多会使无机盐累积过量，造成土壤微孔减少、孔隙阻塞，降低土壤的透气性和透水性，土壤板结，严重时引起土壤的盐碱化。粪污中含有 Cu、Fe、Zn和Mn等微量金属元素及抗生素，进入土壤后通过富集与“迁移效应”进入农作物，对人畜健康构成潜在威胁。

1.4 传播疾病

奶牛粪污中含有大量细菌、病毒和致病寄生虫卵，其中有些病原可以导致人类的感染，如布鲁氏分枝杆菌、结核分枝杆菌、大肠杆菌、牛生殖道弯曲菌、钩端螺旋体、阮病毒（疯牛病的病毒）以及戊型肝炎病毒等，如果对奶牛粪污管理不当，容易造成奶牛场人畜共患病的蔓延。如果未处理的粪污任意堆放，还容易滋生蚊虫。在这样的环境下，奶牛的产奶量会受到较大的影响，奶牛场生活区职工的安全也会受到严重威胁，甚至引发公共安全问题。此外，粪污中残留的抗生素类、激素类（内源性激素）药物对环境和人类健康存在潜在威胁。奶牛场粪污中含有较丰富的条件致病微生物及耐药基因，粪污是病原微生物、耐药基因潜在的储存库与传播源[5]。

2 规模化牧场粪污处理技术

2.1 前期建设及目标

粪污处理是一种投入较高、回报较低的生产过程，前期需要在资金、技术及设施上开展有计划的投入。按照国务院2013年颁布的《畜禽规模养殖污染防治条例》要求，笔者所在的规模化牧场全面实施“一控两分三防两配套一基本”（12321）建设[6]，进行了标准化、绿色化改造，补齐粪污收集、输送和储存等环节的设施建设，为粪污处理技术的实施奠定了物质基础。

“一控”，即推行节水养殖技术，控制用水量，压减污水产生量。“两分”，即改造建设雨污分流、暗沟布设的污水收集输送系统，实现雨污分离；采用固液分离设施，实现干湿分离。“两配套”，即建设储粪场和污水储存池。“三防”，即“两配套”设施应当符合防渗、防雨及防溢流的要求。“一基本”，即粪污处理最终实现无害化、资源化利用的目标。

2.2 关键环节及优势

规模化牧场粪污量多，加之粪污含水率极高，不便粪污的运输、存储和利用。因此，多数牧场将固液分离系统作为粪污处理技术的关键环节，充分发挥其在粪污预处理中的优势作用。使用固液分离系统的主要优势体现在以下几个方面：大大降低粪污的含水率，方便粪污运输、存储；分离后的固体经简单处理后可成为牛床垫料，为牧场省去使用沙子或其他材料作牛床垫料的费用，节省投资，也可加工制作成有机肥出售，增加牧场收入；分离后的液体悬浮物(SS)含量大大降低，可作为牛舍地面或粪沟的冲洗水源循环使用，亦可作为灌溉用水还田，节约水资源。固液分离系统具体应用在如下工艺中。

3 规模化牧场粪污处理具体工艺

3.1 “水冲+固液分离”工艺

该工艺是用水将牛舍内粪污进行收集输送，然后通过固液分离机进行分离，分离后的液体一部分作为循环水继续用作牛舍冲洗水，多余的液体可实施沼气工程、达标排放工程，或者简单存放后还田灌溉。分离后的固体一部分作为牛床垫料使用，多余部分可用于制作有机肥，延伸产业链，增加经济效益。该工艺具有粪污无害化处理、资源化利用率高及生态经济效益高等特点，在奶牛养殖中被广泛应用。工艺流程图见图1。

水冲系统主要包括冲洗阀、冲洗泵、冲洗管路和控制系统等配套设备设施，牛舍地面必须带有坡度，粪沟也必须保证一定的宽度、深度和坡度，牛舍温度必须在0℃以上。因此，该系统更适合在南方使用。该系统需要的人力少、劳动强度小、劳动效率高、能频繁冲洗，易保证牛舍的清洁和奶牛的卫生。此外，污水能重复利用，能有效保证牛舍内的清洁，如果在污水中增加消毒剂还能对牛舍地面起到杀菌的作用。

固液分离系统主要包括搅拌机、切割泵、液位控制及管路等配套设备设施，水冲系统收集的粪污经搅拌机搅拌均匀后，由切割泵送入固液分离机进行分离，所有设备可由液位控制实现自动化工作。

3.2 “机械刮板+固液分离”工艺

该工艺是将牛舍地面粪污的收集由水冲系统改为机械刮板系统，固液分离系统并没有发生变化。机械刮板系统对牛舍地面和粪沟的工艺要求相对简单，而且能做到一天24 h清粪，时刻保证牛舍的清洁。机械操作简便，工作安全可靠，其刮板高度及运行速度适中，基本没有噪音，对牛群的行走、饲喂及休息不造成任何影响。运行、维护成本低，对提高奶牛的舒适度、减轻牛蹄疾病和增加产奶量都有决定性影响。电动机械刮粪板清粪是我国牧场当前发展的方向，其先进性、实用性、可靠性及高性价比终将被牧场接受。机械刮板系统在南北方均可适用。该工艺已成功运用于天津市、呼和浩特市等地的牧场。

3.3 “固液分离+生物质燃料”工艺

该工艺的具体流程与“机械刮板+固液分离”工艺的前期处理一致，只是在后期增加了牛粪生物质燃料压块设备，该设备可将固液分离后产生的多余固粪做成燃料加以使用，燃烧后的灰烬含镁（Mg）、钾（K）和钠（Na）等元素，都是上好的无机肥料，有很高附加值，而且牛粪燃烧后的气体经检测含硫0.16%～0.22%，远低于煤1%～3%，是一种安全环保清洁能源，该工艺的使用真正实现了 “植物→奶牛→牛粪→燃料→肥料”的自然循环，是未来再生能源的一个重要发展方向。随着国家对节能减排的严格要求，该工艺将成为规模化牧场的最佳选择。目前该工艺已成功运用于黑龙江省的有些牧场。工艺流程图见图2。

4 展望

粪污是放错位置的宝贵资源。提高粪污资源化利用效率，一方面能有效减少规模化牧场对周围生态环境造成的破坏，另一方面还能发挥粪污废物资源应有的利用价值。本文所述工艺已成功运用于南北方各大牧场，而且运行稳定、可靠，抗外界环境干扰能力强，赢得了牧场经营者的青睐，符合规模化牧场的可持续发展思路，必将成为粪污处理技术的发展方向。