規(guī)模化奶牛場不同糞污處理技術模式分析

文/張盛南 王永穎 王 煦 王鴻英＊

（1 天津市飼草飼料工作站；2 天津市奶業(yè)發(fā)展服務中心）

隨著我國奶牛養(yǎng)殖的規(guī)模化發(fā)展，規(guī)模養(yǎng)殖帶來的牛場糞便、污水等廢棄物排放對環(huán)境的污染問題日益突出。近年來，為了防治養(yǎng)殖污染，推進養(yǎng)殖廢棄物的綜合利用和無害化處理，國家相繼出臺《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術政策》等一系列政策、法規(guī)和技術標準，推動養(yǎng)殖業(yè)污染物的減量化、無害化和資源化發(fā)展。

新形勢下，規(guī)模化奶牛場糞污治理工程應以生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟為目標，以養(yǎng)殖場糞污為資源，全方位、多層次、多功能、快速率地開發(fā)糞水資源，有效地處理好養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量糞便、污水，減少并消除對周圍環(huán)境的污染。經(jīng)過調(diào)研，目前規(guī)模奶牛場的糞污清理方式，主要有人工清糞、刮板清糞、水沖清糞、拖拉機鏟車清糞、吸糞車清糞等，新建的大型規(guī)模奶牛場主要以機械刮板清糞為主。處理模式主要有“種養(yǎng)一體處理模式”“沼氣工程模式”“循環(huán)利用模式”“污水納管模式”和“有機肥模式”，糞污的最終出口以直接或間接還田為主。本文選取天津市3 個具有典型代表性的規(guī)模奶牛場作為實際應用案例，介紹了3 種不同糞污處理技術的工藝流程、技術特點及設施設備，分析不同處理模式的優(yōu)缺點，為奶牛場糞污處理利用提供參考。

1 沼氣工程模式

1.1 A奶牛場的基本情況

A奶牛場占地面積731 畝，總建筑面積約70 000 ㎡。符合防疫要求，建有4 個區(qū)域：1 個生產(chǎn)區(qū)、1 個辦公生活區(qū)、1 個飼料儲藏區(qū)（含后勤供應區(qū)）和1 個糞污處理區(qū)。生產(chǎn)區(qū)包括犢牛舍、育成牛及成母牛舍、飼喂棚、產(chǎn)房、擠奶廳。采用高強度鋼結構標準牛舍，自由臥欄；引進國際先進的并列式擠奶機，TMR采用集中配送飼喂方式。奶牛常年存欄量5 000 頭，其中成母牛2 900頭，后備牛2 100 頭。

1.2 A奶牛場的排污量

根據(jù)設計最大養(yǎng)殖規(guī)模和第一次全國污染源普查《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》核算標準，污染物估算見表1。

1.3 A奶牛場的工藝技術方案

干清糞便采用運糞車轉(zhuǎn)運至堆糞棚制肥料、做基質(zhì)或直接售賣；污水采用調(diào)節(jié)篩，將固液分離后分為兩路，一路進入兩級厭氧發(fā)酵后進入回沖管路，另外一部分貯存集中后進入多級生物凈化塘深度處理后作為水肥資源回用于種植業(yè)，非灌溉季節(jié)和豐水期，進一步好氧強化處理和多級塘生物凈化后作為中水資源用于農(nóng)田灌水；固液分離后的干物質(zhì)送至曬場制牛床墊料。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)前端新增保溫增溫設施提升系統(tǒng)發(fā)酵溫度，保障寒冷季節(jié)的系統(tǒng)運行。

表1 A奶牛場污染物估算表

工藝流程是牛場糞污、夏季噴淋水和擠奶廳污水經(jīng)回沖管網(wǎng)進入糞污收集溝，經(jīng)格柵過濾后進入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的糞污由篩分系統(tǒng)篩分，約50%固形物分離，該固形物含水率在80%左右，送至晾曬場曬干后作為牛床墊料；剩余的干物質(zhì)與水混合進入暫存池，取120 立方米進入?yún)捬醢l(fā)酵深度處理系統(tǒng)，進行去除TS深度處理，經(jīng)過USR和UASB兩級處理和好氧脫氮處理后作為回沖稀釋備用水。多余的水由暫存池分流至污水貯存池作為灌溉季節(jié)的肥水使用，該部分水在非灌溉季節(jié)通過多級生物塘深度凈化處理，通過混灌池的配水應用于種植業(yè)（圖1）。運動場和育成牛舍的干清糞則由運糞車輸送至堆糞場堆漚腐熟或直接售賣，牛糞可用作制備有機肥或用作食用菌種植基質(zhì)或用作蚯蚓養(yǎng)殖基質(zhì)，最終與種植業(yè)結合，發(fā)揮糞污獨有的肥料作用。

1.4 A奶牛場糞污處理技術模式分析

基于水沖糞形式產(chǎn)生的高濃度廢水，需要進行兩級以上的厭氧發(fā)酵處理，基于養(yǎng)殖場規(guī)模大，廢水產(chǎn)生量大，在不能及時被消納的前提下，需要建立幾個較大生物凈化貯存塘，在凈化水質(zhì)的同時發(fā)揮廢水在非灌溉季節(jié)的貯存周轉(zhuǎn)作用。

1.4.1 技術特點

（1）優(yōu)點

被水洗和固液分離后的糞渣中木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的含量較大，質(zhì)地蓬松，是優(yōu)質(zhì)的回床墊料，廢棄物被有效的資源化利用，減少了牛場在墊料購置上的成本投入。

（2）缺點

圖1 A奶牛場工藝流程圖

表2 B奶牛場污染物估算表

一次性投資巨大，一般占到整個奶牛場投資的30%左右，對于大型規(guī)模化奶牛場需要在建設初期就考慮到糞污處理的問題，并且部分設施需要專業(yè)人員進行管理和維護，同時需要周邊提供大量可用于消納糞污的農(nóng)田。

1.4.2 投資與運行費用

設備土建投資費用、日常運行管理費、設備維護費用、凈化塘日常管理費、沼液利用運輸費、牛糞日常翻堆運輸費用。

1.4.3 適用范圍

適合于養(yǎng)殖規(guī)模較大、有能源需求的大型奶牛場，養(yǎng)殖廢棄物產(chǎn)生量大，處理難度大，牛床本身可以很好的消納牛糞制備的回床墊料，牛場需要有足夠的土地來建立可存留日產(chǎn)廢水量180 倍以上的多級生物凈化塘。

2 循環(huán)利用模式

2.1 B奶牛場的基本情況

B奶牛場占地370 畝，建筑面積約50 000 ㎡，設計存欄2 200 頭。場區(qū)附近有苜蓿地8 000 畝，玉米地2 000 畝，綠化植樹1 000 畝。環(huán)場區(qū)有一圈寬6 m，深4 m的防疫溝，防疫溝外是周邊農(nóng)田的灌溉水渠。

2.2 B奶牛場的產(chǎn)排污量

根據(jù)設計最大養(yǎng)殖規(guī)模和第一次全國污染源普查《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》核算標準。污染物估算見表2。

2.3 B奶牛場的工藝技術方案

擠奶廳和待擠廳的低濃沖洗廢水經(jīng)管網(wǎng)進入格柵和集水井，再進入調(diào)節(jié)池。牛舍內(nèi)改用水沖糞模式，大量污水和糞便混合后進入BRU系統(tǒng)。BRU系統(tǒng)由一臺固液分離機和一個好氧固態(tài)發(fā)酵罐組成，通過固液分離將固體輸送到好氧固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)好氧發(fā)酵高溫發(fā)酵20 h左右，出料直接回墊牛床。固液分離后的液體進入多級沉淀池沉淀后，進入?yún)捬鮾Υ嫣粒ㄟ^3 個月以上的污水儲存后混水進入周邊自有農(nóng)田內(nèi)（圖2）。

圖2 B奶牛場工藝流程圖

表3 C奶牛場污染物估算表

2.4 B奶牛場糞污處理技術模式分析

奶牛舍內(nèi)糞污采用水沖糞工藝，牛舍內(nèi)糞污用沖糞系統(tǒng)推送至糞溝。運動場糞污經(jīng)人工+機械收集后送至有機肥堆肥場，與BRU系統(tǒng)分開。糞溝的污水自流至集污池，集污池內(nèi)裝有攪拌器，糞污經(jīng)攪拌器攪拌均勻后，由切割泵送物料至BRU系統(tǒng)，物料在BRU系統(tǒng)經(jīng)過固液分離、高溫好氧自發(fā)酵、殺菌、除濕，最終形成牛床可以使用的墊料。固液分離生成的液體部分自流至出料池，出料池中設有攪拌器，出水經(jīng)固液分離機匯集至貯存池，貯存池分流部分污水回沖集污管溝，大部分進入多級沉淀厭氧池。擠奶廳酸堿肥水經(jīng)預處理后，單獨進入MBR系統(tǒng)，膜生物反應器（MBR）可降解有機質(zhì)，進一步凈化廢水。處理后的肥水通過進口灌溉系統(tǒng)對周邊青貯飼料種植區(qū)進行灌溉，施肥系統(tǒng)效率高，能耗少，節(jié)省人力資源。

2.4.1 技術特點

（1）優(yōu)點

B奶牛場帶動周邊養(yǎng)殖和種植戶，組織農(nóng)民規(guī)模化種植青飼，同時，每年可向農(nóng)民收購玉米、秸稈、苜蓿、干草、大豆、棉籽、胡蘿卜，糞污系統(tǒng)能夠有效改善外部環(huán)境，控制和減少環(huán)境污染，加快企業(yè)發(fā)展速度，提高社會總產(chǎn)值，實現(xiàn)治污與致富同步、環(huán)保與創(chuàng)收雙贏。建立了一套從前端預防、過程減量控制、末端資源化利用的規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染防控的體系，對改善周邊生態(tài)環(huán)境，保障農(nóng)產(chǎn)品安全供應，推動地方社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。

（2）缺點

一次性投資大，設備設施占地面積較大，運行管護費用高，場區(qū)必須流轉(zhuǎn)大量自有農(nóng)田用于本場飼料的種植。

2.4.2 投資與運行費用

設備土建投資費用、日常運行管理費、設備維護費用、沼液利用運輸費。

2.4.3 適用范圍

適合于無能源需求、自有大量農(nóng)業(yè)用地進行特色種植或養(yǎng)殖的大中型（年存欄量大于1 000 頭）規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場。

3 納管排放模式

3.1 C奶牛場的基本情況

C奶牛場占地700 畝，建有研發(fā)中心和試驗牛舍，研發(fā)中心配有先進的實驗室儀器設備，包括全套奶牛胚胎移植設備，奶牛飼養(yǎng)常規(guī)化驗設施，目前存欄量為4 000 頭奶牛，其中成母牛2 200 頭，青年牛和小牛1 800 頭。

3.2 C奶牛場的產(chǎn)排污量

根據(jù)設計最大養(yǎng)殖規(guī)模和第一次全國污染源普查《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》核算標準。污染物估算見表3。

3.3 C奶牛場的工藝技術方案

3.3.1 污水處理路線

牛舍污水首先進入收集池，然后通過提升泵至螺旋擠壓分離機進行固液分離，分離后的水進入攪拌式勻漿池調(diào)節(jié)濃度。隨后由發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵并進行二次固液分離，分離水與擠奶廳廢水一同進入酸化調(diào)節(jié)池。由調(diào)節(jié)池處理后污水進入二級CSTR反應器再次發(fā)酵降解，發(fā)酵后自流到SASS池，SASS工藝是選擇優(yōu)勢微生物群體達到生物脫氮的目的。污水經(jīng)過生物降解后進入混凝沉淀池泥水分離，沉淀污泥打入污泥濃縮池，污水經(jīng)過穩(wěn)定塘和臭氧消毒后達到納管標準，其中一部分回沖擠奶廳，其他的進入天津城市污水管網(wǎng)，該場也是天津唯一授權進入市政污水管網(wǎng)的奶牛場（圖3）。

3.3.2 污泥處理路線

在整個工藝路線中，有四處排泥：發(fā)酵罐、CSTR、二沉池和混凝沉淀池，產(chǎn)生的污泥自流排入污泥濃縮池，由污泥泵打入臥式離心分離機進行污泥脫水。

3.3.3 沼氣處理路線

發(fā)酵罐和CSTR反應器所產(chǎn)沼氣經(jīng)過水封罐后，首先進入氣水分離器，然后進入脫硫罐，經(jīng)調(diào)壓后進入氣煤兩用鍋爐或沼氣發(fā)電機利用。

3.3.4 廢渣處理

牛舍糞污經(jīng)固液分離后產(chǎn)生的糞渣經(jīng)好氧堆肥處理后用作牛床墊料。

3.4 C奶牛場糞污處理技術模式分析

圖3 C奶牛場工藝流程圖

達標排放模式：該模式的工藝結構復雜，環(huán)環(huán)相扣，通過“源頭控制—過程減量—末端消納”的處理路線。嚴格處理達標后匯入污水管網(wǎng)。

牛場中水回用系統(tǒng)：污水經(jīng)厭氧發(fā)酵、好氧深度處理、膜反應器、混凝沉淀等深度處理步驟后進行臭氧消毒，最終用于牛舍和待擠廳的地面沖洗，為奶牛場節(jié)省大量用水。

養(yǎng)殖場采用干清糞工藝，糞便集中送至堆放場進行堆存，尿液、沖洗水等廢水通過二級沉淀固液分離后收集到集水井和調(diào)節(jié)池，通過水泵抽入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)，產(chǎn)生的沼氣可作為燃料利用，糞渣、沼渣送入堆放場處理，經(jīng)厭氧處理后的出水自流進入中間水池，出水經(jīng)提升泵及管道系統(tǒng)送入好氧處理系統(tǒng)進一步處理，根據(jù)好氧出水水質(zhì)情況，可直接作為回用水加以利用，或再經(jīng)泵或自流送入人工濕地系統(tǒng)進一步處理后進行魚類養(yǎng)殖用水等資源化利用。厭氧及好氧處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥將進入堆肥場進行堆肥處理。

3.4.1 技術特點

納管排放模式引進了全過程控制的新型糞污處理模式，結合多種先進處理工藝，保證出水水質(zhì)。

納管排放模式使養(yǎng)殖場每年減少糞便污染物排放12 萬噸，產(chǎn)生的沼氣代替了部分原煤燃燒，減少了二氧化氮等有害氣體排放；發(fā)酵肥與肥液代替了部分化肥使用，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。糞污通過固液分離與厭氧-好氧分級處理的技術工藝，在嚴格處理達標后匯入天津污水管網(wǎng)，由此，廠區(qū)環(huán)境得到明顯改善，對當?shù)厮幢Ｗo，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活環(huán)境起到顯著作用。

3.4.2 投資與運行費用

設備土建投資費用、日常運行管理費、設備維護費用、生態(tài)塘日常管理費、污水納管費、牛糞日常翻堆運輸費用。

3.4.3 適用范圍

納管排放模式適合于無或少量自有農(nóng)業(yè)用地的大中型規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場。