奶牛場排泄物處理及綜合利用生態模式的結構與效益分析——基于鹽城市泰來神奶牛場調查分析

方仁建

（鹽城師范學院（新長校區），江蘇 鹽城 224051）

1 泰來神奶牛場現狀

（1）奶牛場養殖現狀。奶牛場擁有牛舍6幢，飼養床位1080個，現實際飼養奶牛708頭；16×2魚骨式擠奶廳1座，直冷式貯奶缸4只（可存奶18T）；800m飼料倉庫一座，生產能力2T/H的飼料加工機組一套，12m的TMR攪拌機一臺；5000m青貯池2座，20t/h的青貯取料機一臺；600m深水井一口，牛舍中全部使用了自動飲水器。

（2）奶牛養殖場廢棄物排放狀況。奶牛養殖場所產生的廢棄物主要有奶牛糞尿、沖洗污水及有害氣體(NH3、H2S、NO、SO2、NO2等)等惡臭物質。據測定,一頭500~600kg的成年乳牛,每天排糞量30~50kg,排尿量15~25kg,污水15~20L。奶牛糞尿中主要污染物有CODcr(化學需氧)、BOD5(生物需氧)、NH3-N(氨氮)、TP(總磷)、TN(總氮)等,其平均含量見表 1。規模化奶牛場為了運輸、供應及時方便,大多分布于城市郊區和人口稠密區,糞尿、污水產量集中,排放量大,沒有足夠的土地進行消納。例如,一個400頭成年母牛的奶牛場,加上相應的犢牛和育成牛,每天排糞30~40t,全年產糞1.1~1.5萬t,如用作肥料,大約需要253.3~333.3hm2土地才能消納。墾區規模化奶牛養殖場年產生牛糞超過400萬t,這些大量的廢棄物如不及時得到處理和利用,則會造成養殖場周邊地區水源、空氣、土壤的嚴重污染以及人畜共患病的傳播和流行,釀成“畜產公害”。

2 奶牛場牲畜排泄物資源化途徑

2.1 國內、外牲畜排泄物處理及綜合利用生態模式的分析

我國早期的中小型奶牛養殖場沼氣工程是在戶用水壓式沼氣池技術的基礎上發展的,地埋式,50～200m3,由數個單池組合而成,無單獨的儲氣柜。如綿陽市農科所農場沼氣工程(1980年),以牛糞為原料,12個單池,總容積1519m3,常溫發酵,沼氣以集中供氣的方式,解決了近百戶職工生活燃料。1982年建成的成都鳳凰山畜牧園藝場沼氣工程是我國最早的農場大型沼氣工程,該工程由農業部沼氣科學研究所設計。從80年代中期開始,上海農墾系統建設了一批我國數量最多的養牛場沼氣工程,多數采用全混合發酵工藝。由于上海工業微生物研究所和上海交通大學等單位的介入,也研發了一些新的發酵工藝和裝備。如上海交大在上海“五四”農場建成同心圓折流反應器,由于增加了原料在裝置中的流程,提高了牛糞原料的降解率,在近中溫發酵條件下,裝置池容產氣率達到018 m3·m-3d-1。1991年建成的上海星火農場大型奶牛場沼氣工程是當地的標志性工程,也是90年代國內最大的畜禽場沼氣工程。

在歐洲、美國等養殖業發達國家,奶牛糞污常規的處理方法是囤集較長時間后還田(半年以上),稱為自然處理。但是近年來調查發現,污染問題并沒有很好解決。德國、荷蘭、比利時等歐洲國家,在養殖業集中的區域,附近農田的氮、磷和重金屬元素超標的情況已經非常普遍,25%以上的地下水的硝酸鹽超過50mg·L-1。歐洲是目前農場沼氣工程技術最發達、推廣數量最多,技術最成熟的地區。歐洲沼氣工程數量較多的國家是德國、丹麥和英國。歐洲處理農村廢物的沼氣裝置分為兩類。一類稱為農場沼氣池(on-farm AD plants),另一類稱為集中厭氧消化系統(Centralized Anaerobic Digestion,簡稱CAD)，后一類近年來發展很快。美國發展沼氣工程起步較晚,目前約有40個農場沼氣工程投入運行(主要是處理奶牛場糞污)。印度是繼中國之后戶用沼氣數量最多的國家,已經建成近300萬口戶用沼氣裝置,此外還實施了一大批大中型沼氣工程。印度的戶用沼氣裝置主要用作生產農村能源,以牛糞為主要原料,沼渣沼液用作有機農肥。

2.2 泰來神奶牛場牲畜排泄物資源化處理與沼氣工程

（1）工程總體思路。針對項目實施地點的土地資源緊張，奶牛小區密集型模式生產，按常年存欄奶牛2200頭，每天排放的奶牛糞尿污水量的47%即60噸計。確立按照《規模化畜禽養殖場沼氣工程設計規范》設計能源環保型沼氣工程系統。實行牛尿與高濃度污水集中厭氧發酵消化處理，低濃度養殖廢水與沼液沼渣進行好氧處理的有機廢水分類處理工藝，降低處理成本；沼氣供暖與熱水綜合利用；沼液沼渣分級處理達標排放或循環利用，促進養殖廢水減量排放、改善養殖生態環境，提高資源利用率，實現可持續發展之目的。

（2）工程建設內容。有機廢水分類處理工程：根據畜糞廢水具有良好的可生化性，廢棄物中營養成份也比較齊全等特點，結合生態工程的要求，牛尿與高濃度污水經集中前處理進入厭氧發酵塔發酵處理，采用“廢水厭氧消化生產沼氣”和“厭氧發酵出水綜合利用”的處理工藝。低濃度養殖廢水直接進入好氧處理池利用沼液沼渣進行發酵降解達標排放利用，以減輕有機廢水處理成本。

沼氣生物質能利用工程:通過沼氣鍋爐產生暖氣和熱水，暖氣用于奶牛養殖小區供暖設施，熱水用于生產與生活飲用、沐浴和清洗工具等。

沼液沼渣分級利用工程:沼液沼渣經過厭氧發酵，殺滅了有害病毒菌，并產生多種動植物所需的營養物質，經好氧發酵進一步分解厭氧發酵產生的有害物質，可用作優質有機肥供種植和水產養殖使用。好氧發酵后的沼液沼渣再通過生物過濾和水培植物凈化可達標排放或回收利用養殖清潔用水。實現奶牛小區養殖廢水的無害化處理和資源化循環利用，并改善養殖生態環境，節約養殖成本。

3 效益分析

（1）生態效益和社會效益。①為解決養殖場普遍存在的糞尿流失、污染河道等問題找到了一條科學的出路，畜禽場周圍的環境衛生也將因此得到很大程度的提高。隨著污水處理工程的實施，可削減污染物排放量，污水處理沼氣工程項目有著很好的生態效益。②由于使用糞尿還田和有機畜糞便肥料利用，可大大改善土壤的顆粒結構，從而增加了土壤的肥力，增加農作物的產量，符合可持續發展戰略的需要，同時農作物的產品質量也大大提高，口感較好，且化學污染少。③沼液的施用，形成良性生態循環系統，本項目實施后，畜禽污水經過厭氧發酵變成有機液肥還田生產農作物，可少施或不施農藥和化肥，形成“畜禽→污染→治理→肥料→飼料→畜禽”生態循環系統，是一種可持續發展的良好模式。④切斷有毒有害病菌的生長周期，畜糞經過治理后，殺滅了大量有毒害病菌，切斷其生長周期，有利于人畜身體健康。⑤畜糞便經過治理，變廢為寶，使有害有機糞污變為生產綠色無公害有機農副產品必須肥料，為我國農副產品出口創匯提供了有利條件。⑥為農業提供增產增收，提高品質的肥源。尿污水經過厭氧發酵后，形成氮、磷、鉀兼備的有機液肥，噴施于水果上，可防蟲，增產提高品質；用于蔬菜噴施上，可關閉植物生長細胞、抗旱增產增收。

（2）經濟效益。①該沼氣工程日產沼氣600m3，年產沼氣21.6萬m3，每年可增收節支10.8萬元。②每天排放的沼渣沼液約60t，年產沼肥2.16萬t，每年可增收節支43.2萬元。

上述兩項每年合計增收節支54萬元，扣除每年固定資產折舊16萬元，人工費用6萬元，設備運行與保養費用4萬元，每年可純盈利28萬元，投資回收期為11年。因此該項目具有良好的生態、社會、經濟效益。

4 未來發展建議對策

（1）提高環保意識,強化法律法規。加強環境保護的宣傳工作和環境保護法律法規的教育工作,提高全民的生態意識。規模化養殖場必須嚴格執行國家制定的有關環境保護管理規定,避免先污染后治理現象。

（2）依據減量化原則,采用最佳糞污處理技術。規模化奶牛場應積極推行干清糞工藝,使用固液分離技術,并加大污水處理設施的建設。固體糞便易采用好氧發酵處理方法,減少厭氧產生的惡臭。污水處理優先采用自然生物處理法,投資較少,運行費用低。

（3）多元化利用牲畜排泄物，達到充分利用。牛糞處理的與利用途徑有多。可以做肥料，用于生產有機肥；可以作能源，開發沼氣；可以作飼料，用于水產養殖；可以作雙孢菇的培養料等等。以后要積極地多元化利用牛糞資源，使其資源價值充分利用。

（4）技術開發創新,提高資源利用率。國家政府對環保企業應給予政策扶持和資金補貼,積極開發利用畜禽糞便資源,變廢為寶,大力發展沼氣工程、商品有機肥、飼料加工等循環經濟項目,提高奶牛糞尿的資源化率和綜合利用率。

（5）加強奶牛基地建設,發展生態奶牛場。規模化奶牛場、奶牛小區有利于先進的糞尿處理設備和技術的推廣應用。集中數量、集中區域養殖奶牛,實現人畜分離;不僅可提供優質安全食品、改善奶牛的飼養環境,還能提高農民生活環境質量。加大規模化奶牛場和奶牛小區的建設是奶牛養殖的必然趨勢。綜上所述,墾區規模化奶牛養殖要以循環經濟理論為指導,走兼有生態效益、經濟效益和社會效益的發展之路。

5 結語

該項目符合國家及江蘇省農業和農村發展的產業政策。項目建設將進一步帶動周邊牧場治理，減少畜禽糞便向環境的排放總量，對推進農業產業結構調整，提高農產品的國際競爭能力，創造一個良好的生態環境，具有十分迫切的現實意義；對改善農村投資環境，促進生態市建設，創建和諧社會都具有深遠的意義。有機污水厭氧發酵技術是當今先進而成熟的技術，采用的工藝設備可靠，是處理規模化畜禽養殖廢水的最佳選擇。本項目針對項目實施地點養殖密集、土地緊缺的現實，選擇能源環保型沼氣工程，具有良好的社會、生態和經濟效益。