規(guī)模化牧場(chǎng)糞污的危害及處理技術(shù)研究

（內(nèi)蒙古正時(shí)生態(tài)農(nóng)業(yè)·集團(tuán)·有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

當(dāng)前，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導(dǎo)向的高質(zhì)量發(fā)展新路子，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，糞污處理標(biāo)準(zhǔn)化作為推動(dòng)畜牧業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系著優(yōu)勢(shì)特色畜種的健康養(yǎng)殖。2016年，內(nèi)蒙古地區(qū)養(yǎng)殖糞污排放量占全國第4位，其中奶牛糞便排放量最大，排放總量約為6872.6×104t，占牲畜糞便總排放量的42.22%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其主要污染物為COD、BOD、TN以及TP，濃度均較高[1]，生態(tài)環(huán)境遭到污染，牲畜質(zhì)量安全受到威脅。因此，針對(duì)規(guī)模化牧場(chǎng)養(yǎng)殖過程中的糞污處理研究刻不容緩。

1 規(guī)模化牧場(chǎng)糞污的危害

隨著奶牛業(yè)的快速發(fā)展，規(guī)模化牧場(chǎng)的糞污產(chǎn)量也出現(xiàn)了大幅度增長。糞污隨意堆放或未經(jīng)處理還田或排放，不僅造成環(huán)境污染，而且影響奶牛業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[2]。奶牛排泄的糞、尿及沖洗水（包括沖洗牛舍與擠奶廳、清洗奶罐、噴淋降溫產(chǎn)生的污水）是牧場(chǎng)糞污的主要來源。糞污中含有大量有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮（NH3-N）和磷（P）等養(yǎng)分、病原微生物及鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、銅（Cu）等重金屬元素和獸藥殘留[3]。糞污在收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和還田利用過程中存在污染空氣、水體、土壤及傳播疾病等風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 空氣污染

規(guī)模化牧場(chǎng)家畜飼養(yǎng)量較大，產(chǎn)生的糞便較多，糞便中含有的蛋白質(zhì)、糖類和脂類等物質(zhì)，經(jīng)微生物分解可產(chǎn)生氨氣（NH3）和硫化氫（H2S）等有毒有害氣體，加之牛舍清洗不到位，隨著溫度升高，糞污味道混雜在空氣中，滋生細(xì)菌和大量蚊蠅，嚴(yán)重影響奶牛的正常生長和周邊的空氣質(zhì)量[4]。排放的甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）和氨氣（NH3）等還會(huì)引起“溫室效應(yīng)”和“酸雨”，破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

1.2 水體污染

在牧場(chǎng)的日常生產(chǎn)中，部分清水被用于牛舍沖洗，之后產(chǎn)生大量攜帶著糞便的污水。糞污中含有的氮（N）、磷（P）、鉀（K）以及重金屬和藥物殘留，都是污染水源的重要成分，如果未經(jīng)處理直接排入河流，將引起水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致魚蝦等水生動(dòng)物因缺氧窒息死亡[4]。此外，糞污長久堆積會(huì)使堆積點(diǎn)及附近土壤中的重金屬、氮（N）、磷（P）、鉀（K）積累過多，并會(huì)使氮（N）和磷（P）滲入地下，引起地下水的污染。

1.3 土壤污染

糞污中含有鉀鹽和鈉鹽，糞污堆積過多會(huì)使無機(jī)鹽累積過量，造成土壤微孔減少、孔隙阻塞，降低土壤的透氣性和透水性，土壤板結(jié)，嚴(yán)重時(shí)引起土壤的鹽堿化。糞污中含有 Cu、Fe、Zn和Mn等微量金屬元素及抗生素，進(jìn)入土壤后通過富集與“遷移效應(yīng)”進(jìn)入農(nóng)作物，對(duì)人畜健康構(gòu)成潛在威脅。

1.4 傳播疾病

奶牛糞污中含有大量細(xì)菌、病毒和致病寄生蟲卵，其中有些病原可以導(dǎo)致人類的感染，如布魯氏分枝桿菌、結(jié)核分枝桿菌、大腸桿菌、牛生殖道彎曲菌、鉤端螺旋體、阮病毒（瘋牛病的病毒）以及戊型肝炎病毒等，如果對(duì)奶牛糞污管理不當(dāng)，容易造成奶牛場(chǎng)人畜共患病的蔓延。如果未處理的糞污任意堆放，還容易滋生蚊蟲。在這樣的環(huán)境下，奶牛的產(chǎn)奶量會(huì)受到較大的影響，奶牛場(chǎng)生活區(qū)職工的安全也會(huì)受到嚴(yán)重威脅，甚至引發(fā)公共安全問題。此外，糞污中殘留的抗生素類、激素類（內(nèi)源性激素）藥物對(duì)環(huán)境和人類健康存在潛在威脅。奶牛場(chǎng)糞污中含有較豐富的條件致病微生物及耐藥基因，糞污是病原微生物、耐藥基因潛在的儲(chǔ)存庫與傳播源[5]。

2 規(guī)模化牧場(chǎng)糞污處理技術(shù)

2.1 前期建設(shè)及目標(biāo)

糞污處理是一種投入較高、回報(bào)較低的生產(chǎn)過程，前期需要在資金、技術(shù)及設(shè)施上開展有計(jì)劃的投入。按照國務(wù)院2013年頒布的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》要求，筆者所在的規(guī)模化牧場(chǎng)全面實(shí)施“一控兩分三防兩配套一基本”（12321）建設(shè)[6]，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化改造，補(bǔ)齊糞污收集、輸送和儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)的設(shè)施建設(shè)，為糞污處理技術(shù)的實(shí)施奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

“一控”，即推行節(jié)水養(yǎng)殖技術(shù)，控制用水量，壓減污水產(chǎn)生量。“兩分”，即改造建設(shè)雨污分流、暗溝布設(shè)的污水收集輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雨污分離；采用固液分離設(shè)施，實(shí)現(xiàn)干濕分離。“兩配套”，即建設(shè)儲(chǔ)糞場(chǎng)和污水儲(chǔ)存池。“三防”，即“兩配套”設(shè)施應(yīng)當(dāng)符合防滲、防雨及防溢流的要求。“一基本”，即糞污處理最終實(shí)現(xiàn)無害化、資源化利用的目標(biāo)。

2.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)及優(yōu)勢(shì)

規(guī)模化牧場(chǎng)糞污量多，加之糞污含水率極高，不便糞污的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和利用。因此，多數(shù)牧場(chǎng)將固液分離系統(tǒng)作為糞污處理技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮其在糞污預(yù)處理中的優(yōu)勢(shì)作用。使用固液分離系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：大大降低糞污的含水率，方便糞污運(yùn)輸、存儲(chǔ)；分離后的固體經(jīng)簡單處理后可成為牛床墊料，為牧場(chǎng)省去使用沙子或其他材料作牛床墊料的費(fèi)用，節(jié)省投資，也可加工制作成有機(jī)肥出售，增加牧場(chǎng)收入；分離后的液體懸浮物(SS)含量大大降低，可作為牛舍地面或糞溝的沖洗水源循環(huán)使用，亦可作為灌溉用水還田，節(jié)約水資源。固液分離系統(tǒng)具體應(yīng)用在如下工藝中。

3 規(guī)模化牧場(chǎng)糞污處理具體工藝

3.1 “水沖+固液分離”工藝

該工藝是用水將牛舍內(nèi)糞污進(jìn)行收集輸送，然后通過固液分離機(jī)進(jìn)行分離，分離后的液體一部分作為循環(huán)水繼續(xù)用作牛舍沖洗水，多余的液體可實(shí)施沼氣工程、達(dá)標(biāo)排放工程，或者簡單存放后還田灌溉。分離后的固體一部分作為牛床墊料使用，多余部分可用于制作有機(jī)肥，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，增加經(jīng)濟(jì)效益。該工藝具有糞污無害化處理、資源化利用率高及生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，在奶牛養(yǎng)殖中被廣泛應(yīng)用。工藝流程圖見圖1。

水沖系統(tǒng)主要包括沖洗閥、沖洗泵、沖洗管路和控制系統(tǒng)等配套設(shè)備設(shè)施，牛舍地面必須帶有坡度，糞溝也必須保證一定的寬度、深度和坡度，牛舍溫度必須在0℃以上。因此，該系統(tǒng)更適合在南方使用。該系統(tǒng)需要的人力少、勞動(dòng)強(qiáng)度小、勞動(dòng)效率高、能頻繁沖洗，易保證牛舍的清潔和奶牛的衛(wèi)生。此外，污水能重復(fù)利用，能有效保證牛舍內(nèi)的清潔，如果在污水中增加消毒劑還能對(duì)牛舍地面起到殺菌的作用。

固液分離系統(tǒng)主要包括攪拌機(jī)、切割泵、液位控制及管路等配套設(shè)備設(shè)施，水沖系統(tǒng)收集的糞污經(jīng)攪拌機(jī)攪拌均勻后，由切割泵送入固液分離機(jī)進(jìn)行分離，所有設(shè)備可由液位控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。

3.2 “機(jī)械刮板+固液分離”工藝

該工藝是將牛舍地面糞污的收集由水沖系統(tǒng)改為機(jī)械刮板系統(tǒng)，固液分離系統(tǒng)并沒有發(fā)生變化。機(jī)械刮板系統(tǒng)對(duì)牛舍地面和糞溝的工藝要求相對(duì)簡單，而且能做到一天24 h清糞，時(shí)刻保證牛舍的清潔。機(jī)械操作簡便，工作安全可靠，其刮板高度及運(yùn)行速度適中，基本沒有噪音，對(duì)牛群的行走、飼喂及休息不造成任何影響。運(yùn)行、維護(hù)成本低，對(duì)提高奶牛的舒適度、減輕牛蹄疾病和增加產(chǎn)奶量都有決定性影響。電動(dòng)機(jī)械刮糞板清糞是我國牧場(chǎng)當(dāng)前發(fā)展的方向，其先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性及高性價(jià)比終將被牧場(chǎng)接受。機(jī)械刮板系統(tǒng)在南北方均可適用。該工藝已成功運(yùn)用于天津市、呼和浩特市等地的牧場(chǎng)。

3.3 “固液分離+生物質(zhì)燃料”工藝

該工藝的具體流程與“機(jī)械刮板+固液分離”工藝的前期處理一致，只是在后期增加了牛糞生物質(zhì)燃料壓塊設(shè)備，該設(shè)備可將固液分離后產(chǎn)生的多余固糞做成燃料加以使用，燃燒后的灰燼含鎂（Mg）、鉀（K）和鈉（Na）等元素，都是上好的無機(jī)肥料，有很高附加值，而且牛糞燃燒后的氣體經(jīng)檢測(cè)含硫0.16%～0.22%，遠(yuǎn)低于煤1%～3%，是一種安全環(huán)保清潔能源，該工藝的使用真正實(shí)現(xiàn)了 “植物→奶牛→牛糞→燃料→肥料”的自然循環(huán)，是未來再生能源的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著國家對(duì)節(jié)能減排的嚴(yán)格要求，該工藝將成為規(guī)模化牧場(chǎng)的最佳選擇。目前該工藝已成功運(yùn)用于黑龍江省的有些牧場(chǎng)。工藝流程圖見圖2。

4 展望

糞污是放錯(cuò)位置的寶貴資源。提高糞污資源化利用效率，一方面能有效減少規(guī)模化牧場(chǎng)對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成的破壞，另一方面還能發(fā)揮糞污廢物資源應(yīng)有的利用價(jià)值。本文所述工藝已成功運(yùn)用于南北方各大牧場(chǎng)，而且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，抗外界環(huán)境干擾能力強(qiáng)，贏得了牧場(chǎng)經(jīng)營者的青睞，符合規(guī)模化牧場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展思路，必將成為糞污處理技術(shù)的發(fā)展方向。