奶牛養(yǎng)殖種養(yǎng)循環(huán)技術(shù)探索綜述

□劉素華 李鴻志（河北省永清縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）

□張勝利（河北省畜牧總站）

種養(yǎng)循環(huán)確實(shí)存在明顯的堵點(diǎn)、痛點(diǎn)。一方面，種植業(yè)需要施入大量化肥，化肥減量面臨很大困難，改變農(nóng)民使用化肥的習(xí)慣也很難，有機(jī)肥替代化肥還是在試點(diǎn)起步階段，另一方面，養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞污特別是污水難以合格、低成本的消化處理，隨意排放污染環(huán)境造成污染。無(wú)論是糞污做成有機(jī)肥，還是污水處理成灌溉用水，都面臨著大幅提高廢棄物成本的問(wèn)題，最終用到養(yǎng)殖環(huán)節(jié)成本明顯高于化肥，從而造成種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)難以形成良性循環(huán)。

一、種養(yǎng)結(jié)合種養(yǎng)循環(huán)推廣的主要障礙

（一）種植業(yè)利用養(yǎng)殖業(yè)糞污的法律制約

《水污染防治法》、《土壤污染防治法》、“土十條”等法律、法規(guī)對(duì)于畜禽糞污的利用提出“達(dá)標(biāo)排放”、“加強(qiáng)對(duì)畜禽糞便、沼渣、沼液等收集、貯存、利用、處置的監(jiān)督管理”、“加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)的管理，對(duì)農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)督檢查”等嚴(yán)格要求，在畜禽糞污利用上更多的考慮趨利避害，特別是對(duì)于種植業(yè)的危害因素識(shí)別和監(jiān)管更為偏重。使得在糞污資源化利用的研究和推廣上畏手畏腳，在資源化利用的道路上有法難依，打法律擦邊球。從“畜禽污染防治”到“畜禽糞污資源化利用”不只是一個(gè)提法上重大變化，而是在對(duì)待畜禽糞污認(rèn)識(shí)上的重大改變。糞污不再是“污染”，而是放錯(cuò)了、用錯(cuò)了的“資源”。

（二）種植業(yè)利用養(yǎng)殖業(yè)糞污的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制約

通過(guò)收集和梳理《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）、《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017）、《城市污水再生利用農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》（GB20922-2017）、《城市污水再生利用 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》（GB 20922-2007）、《灌溉水中氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯限量》（GB 22573-2008）、《灌溉水中甲苯、二甲苯、異丙苯、苯酚和苯胺限量》（GB 22574-2008）等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了綜合整理分析。

種植業(yè)施入的有機(jī)肥料包括多種限量性項(xiàng)目，主要包括總砷、總汞、總鉛、總鎘、總鉻等。

農(nóng)田灌溉用水的控制標(biāo)準(zhǔn)包括5日生化需氧量（BOD）、COD、懸浮物、陰離子表面活性劑、PH值、全鹽量、氯化物、硫化物、總汞、鉻、鎘、總砷、鉛、糞大腸桿菌、蛔蟲卵等16項(xiàng)指標(biāo)。

重金屬和有害因子是在種植業(yè)上必須剔除的。

《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)BOD、COD的灌溉用水指標(biāo)過(guò)高，致使養(yǎng)殖業(yè)污水若按照農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn)還田處理成本太高，并且很多工藝不完善，去除了很多氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，致使糞污中的營(yíng)養(yǎng)元素白白流失，造成資源流失。

（三）養(yǎng)殖業(yè)糞污的處理工藝存在問(wèn)題

奶牛場(chǎng)的污水來(lái)自干濕分離產(chǎn)生的污水、沖洗奶廳的糞水等，目前我國(guó)畜禽養(yǎng)殖廢水的治理主要有SBR法污水處理工藝、CASS法污水處理工藝、A/O法、曝氣生物濾池、MBR法、生物接觸氧化法等污水處理工藝。最常用的有兩種模式：一種是厭氧-自然處理模式，適用于中小型規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng);另一種是厭氧-好氧-MBR處理模式，適用于大中型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)或養(yǎng)殖區(qū)。

現(xiàn)有MBR處理方式的缺點(diǎn)：

處理時(shí)間長(zhǎng)。比如污水預(yù)處理階段就需要20.8小時(shí)，MBR處理過(guò)程就得20個(gè)小時(shí)以上。

處理成本高。雖然各個(gè)污水處理設(shè)備廠家，在設(shè)計(jì)方案中都表明每噸水處理成本1.7～4元不等，但據(jù)實(shí)際測(cè)算，僅電費(fèi)一項(xiàng)，每噸水處理成本就超過(guò)4元，再加上絮凝劑和人工費(fèi)，每噸水成本將近6元。另外，設(shè)備維修費(fèi)和超濾膜更換等費(fèi)用也很高，每更換一次超濾膜，也需要十幾萬(wàn)元。

投資成本高。建設(shè)一座日處理量800噸的污水處理廠，不算土地成本，基建和設(shè)備投資1200萬(wàn)元，按使用壽命10年計(jì)算，每噸水成本折舊費(fèi)4.1元。

（四）缺少種養(yǎng)結(jié)合的效果評(píng)價(jià)機(jī)制

種養(yǎng)結(jié)合的效果最終還是要通過(guò)種植業(yè)實(shí)現(xiàn)，細(xì)分到大田作物、果樹、蔬菜等方面。效果指標(biāo)一個(gè)體現(xiàn)增產(chǎn)或者不減產(chǎn)，另一個(gè)是如何做到化肥減量。這需要大量的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。而目前，權(quán)威性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏少，對(duì)于種養(yǎng)結(jié)合技術(shù)的科學(xué)推廣未能提供有力支撐，更多是停留在經(jīng)驗(yàn)和個(gè)例上面。

（五）種植業(yè)和奶牛養(yǎng)殖業(yè)的關(guān)注點(diǎn)不同

種植業(yè)關(guān)注的是肥料營(yíng)養(yǎng)成分和有害因素不能超標(biāo)，肥料成分主要包括氮、磷、鉀、鈣、鎂、銅、鐵、錳、鋅、硼、鉬、氨基酸、腐殖酸，有害因素主要是包括5日生化需氧量（BOD）、COD、懸浮物、陰離子表面活性劑、pH值、全鹽量、銅、鋅、硒、氟化物、氰化物、石油類、揮發(fā)酚、苯、三氯乙醛、丙烯醛、硼、鎳、氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、異丙苯、苯胺的控制性項(xiàng)目指標(biāo)。奶牛養(yǎng)殖業(yè)主要關(guān)注污水處理工藝和效果，污水處理后的5日生化需氧量（BOD）、COD、總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總磷、固形物等指標(biāo)。關(guān)注點(diǎn)不同、不統(tǒng)一，種和養(yǎng)要緊密結(jié)合，面臨很大難題。

二、糞污中控制性項(xiàng)目對(duì)于種植業(yè)的影響

種植業(yè)水肥施入主要包括26項(xiàng)控制性項(xiàng)目，5日生化需氧量（BOD）、COD、懸浮物、陰離子表面活性劑、pH值、全鹽量、銅、鋅、硒、氟化物、氰化物、石油類、揮發(fā)酚、苯、三氯乙醛、丙烯醛、硼、鎳、氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、異丙苯、苯胺，一旦超標(biāo)，都對(duì)種植業(yè)造成不同危害。

氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、異丙苯、苯胺等的危害主要為刺激眼及上呼吸道，高濃度時(shí)可麻醉中樞神經(jīng)系統(tǒng)。結(jié)合已開展的小麥水培試驗(yàn)、小區(qū)試驗(yàn)及油菜盆栽試驗(yàn)等結(jié)果，灌溉水中對(duì)小麥種子的萌發(fā)、出苗、產(chǎn)量和油菜的產(chǎn)量有一定影響，并隨著濃度的增加而趨于顯著。

pH限值為5.5～8.5。長(zhǎng)期灌溉pH值低于5.5的水，可抑制土壤中的硝化細(xì)菌，硝化作用減弱，氮肥得不到充分釋放，磷酸鹽的肥效降低，鈣鎂等鹽易遭淋失。在偏酸性條件下，會(huì)提高土壤中重金屬毒物可溶性，易被作物吸收致害。長(zhǎng)期灌溉pH值大于8的水，氮肥易被氨化，土壤中的鈉離子開始活躍，對(duì)作物根系有抑制作用。

含鉛過(guò)量會(huì)對(duì)植物造成危害，主要表現(xiàn)為葉綠素下降，暗呼吸作用上升，從而阻礙植物的呼吸和二氧化碳的同化作用。高濃度的鉛不僅使農(nóng)作物生長(zhǎng)受阻、花期延遲、抽穗期和成熟期推遲、籽實(shí)畸形、產(chǎn)量降低等，而且還會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

鎘抑制作物根系生長(zhǎng)，降低葉綠素含量和光合作用，干擾碳代謝、植株水分狀況和養(yǎng)分吸收，甚至直接影響作物生理指標(biāo)，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量與質(zhì)量。鎘與其他的重金屬相比，較易被植物吸收進(jìn)入食物鏈，容易造成農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)和食品安全問(wèn)題。

汞及其化合物都是劇毒物質(zhì)。無(wú)機(jī)汞化合物通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，在肝、腎、腦等器官組織中富集，Hg2+可與蛋白質(zhì)的疏基結(jié)合，抑制酶的活性，使細(xì)胞代謝受到阻礙。甲基汞主要損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)危害大。

銅過(guò)量會(huì)導(dǎo)致植株褪綠黃化，造成葉綠體內(nèi)類囊體膜葉綠素含量降低，抑制光合作用，致使農(nóng)作物生長(zhǎng)初期發(fā)育緩慢，成熟期根基葉較正常植株萎縮，甚至死亡。土壤銅污染不僅對(duì)植物產(chǎn)生危害，甚至對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和人類的安全構(gòu)成一定的威脅。

鋅超標(biāo)可抑制土壤微生物、酶活性以及呼吸作用強(qiáng)度。過(guò)量的鋅可損壞植物根系，阻礙植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，并會(huì)影響作物對(duì)其他礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，造成作物失綠和生長(zhǎng)障礙，甚至死亡。

氟化物。根據(jù)小麥水培試驗(yàn)、小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)水中含氟量高達(dá)5毫克/升時(shí)，小麥發(fā)芽率低于80%，含氟灌溉水使小麥面粉、麥葉及土壤含氟量都相應(yīng)增加，氟的大量積累會(huì)使小麥葉緣、葉尖出現(xiàn)發(fā)黃癥狀。

三、固態(tài)糞污的處理

養(yǎng)殖場(chǎng)固態(tài)糞污處理沒(méi)有什么難度。糞污固液分離后，固態(tài)糞的含水率75%～80%，需要晾曬或者加入其他如干秸稈等干燥材料，碳氮比1∶25～30，將糞的含水量調(diào)節(jié)至60%～65%。采用條垛式堆積、槽式、罐式等，加入復(fù)合菌劑，內(nèi)部發(fā)酵溫度維持60℃保持7天時(shí)間，即殺滅有害菌。

發(fā)酵菌種包括低溫菌種和高溫菌種。

低溫菌種配伍主要包括：枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、屎腸球菌、產(chǎn)沅假絲酵母，在-30℃～10℃條件下有機(jī)肥快速發(fā)酵。

高溫菌種配方主要包括被：枯草芽孢桿菌、側(cè)式芽孢桿菌、乳酸菌群、酵母菌群、米曲霉、黑曲霉、假絲褐霉菌、放線菌。

腐熟好的牛糞既可以用作牛臥床墊料，也可以還田利用，還可以加入功能性菌劑生產(chǎn)微生物菌肥和全元復(fù)合有機(jī)肥。對(duì)于做顆粒有機(jī)肥等過(guò)度加工，因其成本高、市場(chǎng)規(guī)模小，不做提倡。

四、種養(yǎng)循環(huán)中的污水處理技術(shù)路徑

奶牛場(chǎng)的污水主要來(lái)自擠奶系統(tǒng)和奶罐清洗的酸堿廢液和固液分離的糞水。擠奶系統(tǒng)和奶罐清洗的酸堿廢液需要單獨(dú)儲(chǔ)存、單獨(dú)處理，或者采用新型清洗模式，《擠奶系統(tǒng)新型清洗模式和廢水處理技術(shù)模式初探》已經(jīng)講過(guò)，在此不贅述，本文只討論固液分離后的糞水。

（一）奶牛場(chǎng)污水處理的一般方法

奶牛場(chǎng)污水處理一般采用以下技術(shù)路徑：采用固液分離+溶氣氣浮（去除懸浮物）+化學(xué)沉淀+“厭氧-好氧”耦合處理工藝。

由于該廢水COD濃度較高，不宜直接采用生化處理。首先采用固液分離去除固體雜質(zhì)，再經(jīng)溶氣氣浮去除懸浮物，再經(jīng)化學(xué)沉淀去除廢水中的其他雜質(zhì)。

在“厭氧-好氧”耦合工藝中，廢水經(jīng)厭氧反應(yīng)后，大分子的固體物質(zhì)降解為小分子固體物質(zhì)，不溶性物質(zhì)降為溶解性物質(zhì)。經(jīng)厭氧反應(yīng)后，BOD5/COD值進(jìn)一步提高，使后續(xù)好氧生化反應(yīng)更加容易處理。厭氧階段不需加溫、不需攪拌，處理的效果較好，可去除70%～90%的有機(jī)物，剩余污泥量少（僅為好氧處理的1/5～1/10）。根據(jù)廢水的特性和以往的廢水處理的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)厭氧工藝處理后的廢水有機(jī)物濃度雖大大降低，但是達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因而后續(xù)需要設(shè)置可有機(jī)物的好氧處理單元。好氧出水經(jīng)過(guò)消毒，殺滅有毒有害微生物，然后按照灌溉標(biāo)準(zhǔn)排放。

該技術(shù)運(yùn)行包括能源消耗費(fèi)、藥劑費(fèi)、日常維護(hù)費(fèi)、人工費(fèi)，每噸污水處理費(fèi)用5.4元。加上設(shè)備折舊，每噸水處理成本10元。一個(gè)存欄1000頭的奶牛場(chǎng)，每天產(chǎn)生的污水60噸，處理費(fèi)用600元，每年的處理費(fèi)用20萬(wàn)元，對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)而言也是較大的負(fù)擔(dān)。

（二）奶牛場(chǎng)污水處理前后成分分析

據(jù)譜尼測(cè)試對(duì)污水處理前后34個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，氮磷鉀等主要營(yíng)養(yǎng)元素，處理前4186毫克/升，處理后281毫克/升，氮磷去除率93.3%；處理前BOD值為7480毫克/升、COD值為3090毫克/升，處理后BOD值為175毫克/升、COD值為706毫克/升，比農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)最高值分別高75%和353%。

1.污水控制性指標(biāo)合乎要求

污水處理前，氟化物、氰化物、石油類、苯、三氯乙醛、丙烯醛含量均小于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，揮發(fā)酚大于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，處理后，揮發(fā)酚為0.0056毫克/升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1毫克/升標(biāo)準(zhǔn)。全鹽量處理前8600毫克/升，處理后1920毫克/升，低于2000毫克/升標(biāo)準(zhǔn)。陰離子表面活性劑、氟化物、氰化物都在標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)以下。

2.營(yíng)養(yǎng)元素流失明顯

目前通行的污水處理工藝都是去除氮磷，并且去除率很高，致使處理后的污水營(yíng)養(yǎng)成分大部分流失，并且不僅是氮磷鉀元素，鈣處理前1160毫克/升，處理后172毫克/升，損失85%；鎂處理前666毫克/升，處理后97毫克/升，損失85.4%；銅處理前3.91毫克/升，處理后0.09毫克/升，損失97.6%；鐵處理前231毫克/升，處理后3.06毫克/升，損失98.6%；錳處理前16.4毫克/升，處理后0.61毫克/升，損失96.3%；鋅處理前12.6毫克/升，處理后0.246毫克/升，損失98%；硼處理前2.21毫克/升，處理后0.35毫克/升，損失84.2%。

3.與液態(tài)肥標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)

根據(jù)譜尼測(cè)試結(jié)果，奶牛場(chǎng)糞水與微量元素水溶肥相比，污水處理前鎂、銅、鐵、錳、鋅、硼、鉬含量合計(jì)2092毫克/升，處理后合計(jì)273毫克/升，明顯低于微量水溶肥標(biāo)準(zhǔn)2～30克/升標(biāo)準(zhǔn)（NY1107-2010）。因此，污水的處理工藝要進(jìn)行調(diào)整，主要是保留氨氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素，但是要降低COD和BOD值作物耐受值以下，并且要使處理設(shè)備小型化和運(yùn)行簡(jiǎn)單化、低成本化。

五、種養(yǎng)結(jié)合要建立新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

種養(yǎng)循環(huán)的污水不能完全按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行處理，因?yàn)橐话闾幚淼墓に囃顿Y高、運(yùn)行成本高，所產(chǎn)生的附加值極低，最終施入農(nóng)田的成本顯著增加，致使糞污作為資源難以高效的循環(huán)利用。

檢測(cè)養(yǎng)殖場(chǎng)處理前后污水中BOD、COD、氮、磷、鉀、鈣、鎂、銅、鐵、錳、鋅、硼、鉬、氨基酸、腐殖酸含量，同時(shí)檢測(cè)處理后污水的鉛、汞、鎘、鉻、硒、鎳的含量，建立完整數(shù)據(jù)庫(kù)。

BOD、COD是個(gè)變量，隨儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)短而變化，只需檢測(cè)處理后的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)即可。

污水無(wú)需處理成灌溉標(biāo)準(zhǔn)，需要做成種養(yǎng)結(jié)合液態(tài)肥即可。

奶牛養(yǎng)殖污水中物質(zhì)成分復(fù)雜，除了含有微量、常量元素以外，還含有大量有機(jī)物，主要包括VFA類、酸類、醛類、酮類、醇類、酯類、酚類、硫醇類、胺類、吲哚等。不同底物，分解條件不同，所以選準(zhǔn)資源化利用方法，針對(duì)奶牛場(chǎng)的污水處理效果才會(huì)最佳。