施正香 国家奶牛产业技术体系岗位科学家

中国农业大学农业部设施农业工程重点实验室

施正香，中国农业大学教授。主要研究方向：畜牧工程、畜禽养殖工艺与环境、动物福利。先后主持或参加了十一五科技支撑计划项目课题“畜禽新型工业化健康养殖工艺技术与关键设备研究开发”等国家级项目12项，参与了“国家中长期科技发展规划-农业科技问题研究”、“2000-2015年我国农业科技发展纲要”等编写工作。曾获省部级二等奖5项，发明专利3项，发表学术论文100余篇，出版教材/著作12部。完成了牧区牛羊棚圈与干草库建设、农用通风设备检测、畜禽场生产工艺与工程防疫技术等国家标准6个。

一、奶牛场粪污处理概况

奶牛场粪污处理利用的主要特点

我国奶牛养殖场的粪污处理过程和猪场、鸡场等养殖场不一样，主要体现在以下几个方面：

第一，奶牛的饲料消化率高，粪便中粗纤维含量高，所以选择的处理方式肯定要有区别。

第二，牛场相对于猪场、鸡场来说，污水量大的多，在这种情况下，粪污治理应该重点放在解决污水问题上，而不是关注固体部分。

第三，使用运动场从奶牛福利角度讲没问题，但有了运动场后，粪污收集和处理上会带来一定的问题，尤其是是雨季，场地冲刷导致污水量大增，不容易做到雨污分流，在这种情况下，《环保法》实施以后，对于运动场模式的粪污究竟怎么处理需要关注。

第四，2005年中国牛场开始转型，开始采用散栏式舍饲饲养模式。牛床一般都需要垫料，而垫料的种类很多，如沙子、橡胶垫、草、秸秆、锯末、牛粪再生垫料等。由于牛床垫料的不同，后续的粪污处理也应该不同。

第五，我国幅员辽阔，不同地区采用的处理与利用方式差异很大，必须因地制宜的选择处理方式。

第六，我国很多牛场为了应付环保问题，十有八九都会建沼气工程，但是建的多，用的少。很多小场几乎处于停运状态，这是我们应该正视的问题。

存在的突出问题

第一，场区规划布局不合理影响场区卫生和环境。除了比较关注粪污以外，我们原本做的更多的是奶牛场的规划、设计、牛舍的环境控制，牛场规划设计如果没有做好，排污系统对场区影响肯定比较大。

第二，关注运动场粪污的收集和防渗的问题。运动场粪便收集不是很难，但几乎所有牛场都不考虑渗漏问题。一方面，雨水较多地区或雨水相对集中的地区使用运动场，牛体卫生、牛奶质量会产生很大影响，而且粪污也无法收集，场区脏乱差问题解决不了，尤其是雨季;从环保角度考虑，地下渗漏很厉害。如果牛场在这个地方建了20年以上，那么周边土壤污染、水污染必然会非常严重，对周边环境的影响很大。对周边环境的影响也将是环保监控的目标对象，而不只是监控排污口的情况。

第三，清粪工艺和后续的粪污处理工艺之间的不匹配。

第四，粪污处理工艺选择的不合理，将导致处理运行成本过高。

第五，粪污处理各环节上，我们的作业环境差，导致设备故障率太高，很多系统无法运行。

第六，很多奶牛养殖小区卫生状况很差，污水随意排放，小区内净污道不分，粪便堆放在运动场，场里很脏，一方面影响粪污处理，更重要的是影响场区环境质量和场区防疫问题，这些方面都应该加强管理。

但就养殖业而言，最主要的还是种养脱节问题，种养结合不够，缺少粪污高效利用的途径，导致粪污治理方面的压力非常大。

二、国外奶牛生产粪污处理与利用模式

丹麦

丹麦按照养分平衡、养分管理思路确定养殖规模，严格按照有多少土地和土地对氮肥的需求，再确定牛的养殖规模。丹麦大规模场很少，基本都是家庭牧场的形式。丹麦的家庭牧场环境很好，看不到堆粪厂、污水处理厂，场里整洁、干净。

全国设有22集中个沼气发酵站，每个发酵站负责5km以内的畜禽养殖户粪污处理。农户免费向沼气站内提供畜禽粪污，免费获得相当量的有机肥料。沼气站由公司经营，通过沼气发电、供热来获取利润。各个环节都有好处，整个系统建的非常完善。

图1

美国

美国大牧场较多，跟我国类似，但不像我们集中度这么高。由于有很多土地资源，一般大型牧场还是跟周边的土地相结合的，大量的土地直接用来消纳粪肥，粪肥的处理很简单，只是把牛舍当中的粪统一刮到集粪池当中。集粪池设计容量主要取决于养殖规模和施用肥季节。进入集粪池的粪污，通过曝气处理，加速有机物的分解，从而使得它的臭味、固体部分快速的降解，然后变成液态，经过3～5个月后基本可以达到非常清量的肥水，通过大型的喷灌系统上地。

由于牛场和地结合的非常好，灌溉路径很短，大部分作为灌溉施用肥料，所有固体溶解在里面，土地养分容易达到平衡。当然，需要解决喷灌过程中喷头堵塞的问题。美国也有将污水处理后少量回用，主要用于粪沟冲洗;或者有部分污水进入城市管网处理。

图2

加拿大

加拿大的粪污处理跟美国类似，大部分也是种养结合方式，通过喷灌方式把肥料用掉。加拿大还有一个方面做的比较好，他们环境保护意识非常强，包括大型的氧化塘、集粪池，都是加盖或者上面有覆盖，不光为了处理过程当中形成有效的营养环境，重要的是怕气体外泄，可以用类似于棚布或者其它膜，也可以用粉碎的秸秆覆盖在表面。这种做法与当地法律法规的要求和人民的环保意识有关系，大量臭气的排放对环境的影响其实也很大。

在美国、加拿大，除了喷灌系统以外，更多的采用类似于注入式的方式施肥，这和喷灌最大的区别是什么呢?不会造成气体的扩散，全部埋进去，机械装备促使了粪肥的有效利用，这也是非常好的一个做法，无论是固体还是液体，都可以通过开沟注入的方式来实现。

图片3

三、奶牛场粪污处理重点关注技术环节

图4-7

我们不能只把眼光盯在末端应该采用什么样的处理方式，而要把整个过程控制起来，这样才能更好的帮助牛场把粪污的处理和利用的更好。

在粪污处理过程当中，我认为应该包括以下几个环节：第一，从粪污的收集就要注意减量化;第二，处理过程当中，怎么样实现无害化处理;第三，粪污利用过程当中，尽可能作为资源利用，可以降低处理成本;第四，粪污处理和利用过程中，一定要考虑场区、环境的安全，需要统筹考虑，而不是只考虑某一个环节的问题。

奶牛舍清粪方式

如果地面形式、清粪通道设计不同，收集过程以及粪污收集的洁净度或者粪污成分都会发生不一样的变化，我国最常用的是实体地面，有不同的清粪方式，采用刮板或铲车这两种方式目前是最多的。过去主要是人工清粪，耗时费力。

图8

由于清粪方式不一样，采用的收集方式不一样，导致后续存在的问题也不一样。我国普遍采用的方法包括人工清粪、铲车清粪、机械刮板清粪，个别场采用水冲粪方式。从牛场管理来说，水冲清粪是比较清洁的方式，从环保角度，是不允许的，新《环保法》禁止使用水冲清粪方式。当然，不同清粪方式带来的效果是不一样的。

刮板清粪 刮板清粪主要面临寒冷问题，还有一个最大问题就是在牛场建设过程中，追求“高大上”，牛舍做的很长、很大，刮板跟牛舍之间的配合程度不够，一般来说，刮板式清粪比较合理的刮粪距离应该是80～100米，但有的牛场牛舍做到200米甚至300米，使得刮粪行程所需要的时间和清粪时间无法很好的匹配，在不匹配情况下，牛舍环境质量就会受到很大影响，很多场往往没有关心这点。

图9-10

铲车清粪 铲车清粪在我国用的很多，但对于地面的损坏很厉害，对牛蹄包括防滑问题都带来很多麻烦，工人开车技术如果不是很好，周边设施也会被撞。另外，铲车清粪时间是很固定的，一天可能只清一次，最多两次，不可能清的很干净。

图11-12

漏缝地板清粪系统 国外比较崇尚采用漏缝地板清粪系统，国内采用漏缝地板方式的牛场很少，漏缝地板牛舍地面不会潮湿，没有粪污积累，牛蹄不会泡在粪水里，当然，漏缝地板也有其它问题，比如牛走路时可能存在舒适性问题。为此，需要对牛经常走或走得多的通道部位，加强舒适度设计，如铺橡胶垫等。

图13

采用漏缝地板不需要建非常大的氧化塘，只是建在牛舍底下，整个场区环境非常好。国外粪污收集系统跟国内不一样。在漏缝地板上，为了节约人工，清粪机器人用的很普遍，可以设定巡航路线，对粪污多的地方采用加强清理的办法。另外，也不需要其它特别复杂的操作，该充电充电，该保养保养。

配合漏缝地板还有一种方法，就是在地下粪沟里采用刮板系统，带来的最大好处是不会伤牛蹄，还可以实现快速刮粪。实体地面上快速刮粪是不行的，会碰到牛，很多清粪通道就是牛的活动通道，而在地下刮多快都可以实现，而且冻的问题就可以解决了。不同的清粪方式对粪污收集过程产生不同的影响。

图14-15

场区粪污输送、贮存

一个场区要想搞好环境，粪污从牛舍往粪污处理中心排放时，怎么保证场区环境干净?倘若粪污输送系统做成暗管形式，整个场区环境就保障了。要保证管道系统不堵塞，让它处于正常的工作状态。场区粪污输送渠道位于挤奶通道下方，宽度依据流量而定，深度保证在冻层以下。

图16-18

粪污处理方式

粪污处理过程无外乎采用物理、化学处理，或者生物学处理，各种各样工艺都是这几种方式不同的组合。在奶牛场，粪污处理过程中最紧要的工作就是固液分离，无论是前固液分离，还是后固液分离，从降低处理成本角度来讲，非常必要。不管采用什么方式，一定要有这样的环节，可以减少污水当中有机物的含量，从而降低污水的处理成本，这是十分关键的。当然，固液分离设备的差异很大，如果选一个好的固液分离设备，后续处理会减轻很大的压力。

图19-21

固体部分分离出来后，最好的去处是做肥料，采用一种最简单的方式就是堆肥。这套系统本身就不是很贵，处理过程又比较简单，只需要配套很简单的设备，比如采用槽式堆粪方式。

固体部分，对于牛场来说也适合做垫料，但如果没加任何处理，固液分离后就作为牛床垫料实际上是不科学的。牛床再生垫料系统把固液分离过程和垫料生成过程联合在一起，通过这套系统可以保证固体部分得到有效利用，而且可以解决垫料的安全问题。

液体部分，可以处理的就是耗氧和厌氧。选择沼气工程时，如果区域温度比较低，最好采用地下工程，有利于保温，处理过程中不需要添加很多附加热源就可以处理。如果气候条件比较好，采用地上工程也可以。相对来说，地下工程投资比地上工程大，但运行过程中，特别是对于寒区来说，地下工程运行成本、能耗肯定小。

另外一种方式是耗氧处理，即氧化塘的方式。氧化塘的池容量一定要足够，有的地方三个月就可把污水抽出去用，像北方有的存放5个月以上，要结合当地的情况考虑采用什么方式。氧化塘处理有一个附加问题就是非常臭，如果不做曝气处理，臭味的影响也很大。

对于污水，一个是液态肥施肥。另外，回用是非常好的，牛场水的循环利用完全是可行的，特别是粪污输送这套系统，如果采用暗沟，用水循环冲粪沟，污水排放量可以大大减少，而水处理压力也会大大减少。

图22-24

场区内的清洁与安全

第一，场区规划布局时要做好功能分区。粪污处理的地方最好的是放侧面，一定要注意主导方向问题和地形坡向问题。牛场粪污量很大，如果不考虑地形坡向，能耗会非常大。

第二，一定要注意场区净污分区、雨污分流问题。很多场净污道不分，对生物安全带来很大隐患。

第三，要考虑循环利用中的生物安全问题。

奶牛场粪污治理技术模式总结

1.种养结合模式

概念：采用干清粪或水泡粪方式收集粪污。干清粪时，固体粪便经堆肥或其他无害化方式处理，污水与部分固体粪便进行厌氧发酵、氧化塘等处理，在养分管理的基础上，将有机肥、沼渣沼液或肥水应用于大田作物、蔬菜、果树、茶园、林木等;采用水泡粪方式的，粪污进行厌氧发酵、氧化塘处理，还田应用于农业生产。

在种养结合模式下，需要注意以下几个关键因素：自有土地与可利用土地;土地承载力;当地的自然气候条件，用肥条件、用肥习惯等。

2.循环利用模式

概念：采用干清粪、控制生产用水，减少养殖过程用水量;场内实施污水暗道输送、雨污分流和固液分离，减少污水处理压力;处理后的污水主要用于场内冲洗粪沟或圈栏等。固体粪便通过堆肥、基质生产、牛床垫料、燃料等方式处理利用。

这个模式在今后粪污处理当中应该是大量推广的一种模式。包括场内循环、场外循环、区域内的循环。要想循环利用，就得按照循环利用模式选择工艺和装备，而不是用种养结合方式就可以形成循环利用。

3.达标排放模式

概念：采用干清粪方式，养殖场污水通过厌氧、好氧等工艺处理后，出水水质达到国家排放标准要求，固体粪便通过堆肥等处理利用。要达到国家排放标准和城市污水排放标准。

4.其他处理模式

如集中处理(类似于丹麦)、多种模式并举(多元化)治理。如果是多元化处理模式，处理设施的配置上去了，工程量就上去了，有些场可以考虑种种渠道并举，而不是采用单一的模式。

奶牛场粪污治理技术典型案例

案例一：循环利用模式——山西大同四方高科

目前存栏量5000头，采用固液分离。实施“雨污分离，干湿分离，粪尿分离”，削减污染物排放总量。牛场所产生的粪渣和污水，回填垫料和循环水利用——资源化。

泌乳牛床平均每天补充垫料0.1m3，按泌乳牛3000头，每年需垫料10万m3，锯木垫料80元/m3，节约垫料800万/年。每天循环水80吨，年节水3万吨。

图1 循环利用模式工艺流程

舍内机械刮板清粪，粪污进入暗沟后用循环水冲洗;粪污—暗沟—室内集粪池(切割泵和搅拌机)—混合搅拌均匀—潜水切割泵提升—固液分离—固体落到传送带上;传送带将固体粪便—堆放场发酵—晾晒—含水量小于30%后用作垫料—回填牛床;多次循环利用后的高浓度污水—氧化塘存放。

案例二：种养结合模式——宁夏贺兰山平吉堡第六牧场

宁夏比其它地区气候条件好，每年降水量很少，只有150～180毫米。牛场发展很快，比较干燥的气候环境对养牛有利，宁夏的土地比较贫瘠，可消纳较多的肥水。贺兰山六牧属于农垦系统，自己也有地，在这种情况下，采用最简单的处理方式就可以解决粪污问题。也即固液分离，固体部分做堆肥，液体部分存放在氧化塘，在用肥季节施用。

图2 种养结合模式工艺流程

案例三：多元化处理利用模式——上海瀛博奶牛场

上海对环保要求非常高，所以牛场在粪污处理上必须要做好。上海牛奶集团在崇明有2万多头奶牛，共10个牧场。上海瀛博奶牛场是其中之一。牛奶集团将奶牛产业分成四个体系管理，即奶牛生产部、牛奶加工部、技术研发部、牧业保障部。其中牧业保障部解决两个问题：一是粪污问题;二是饲料配给问题，做的很规范。

牛场不需要自己做粪污处理部分，而是成立了一个专门的公司——金禾再生资源有限公司。所有牛场把粪污排出来后托管给金禾公司专门经营，这样很好地解决了因牛场专业化程度不够所带来的粪污处理运行不稳定、处理成本过高等问题。对于牛场来说，只需要把原料通过管道系统送到处理中心就可以，其它事情不用管。对于处理中心来说，选择多元化处理技术模式，虽然前期投入较大，但可以实现粪污的高效利用和低成本处理。

金禾除了采用沼气工程外，还包括达标排放处理工程和牛床垫料再生系统。各个系统之间进行了很好的衔接，如将沼气工程处理后的沼液也可进入牛床再生垫料系统中进行固液分离，这样使得污水中的有机物浓度得到降低。处理以后的污水都排入氧化塘。根据用肥需求通过管网施入周边农田。沼气发电一部分用于维持粪污处理中心使用，另一部分供牛场使用。如果污水量超出农田承载力后，启用工业污水深度处理系统，实现达标排放。而采用的奥地利BRU系统，不但提高了固液分离效果，而且生产的垫料可以安全用于牛床，实现了真正的循环利用。该公司目前有两套BRU系统，每套系统处理能力可满足2000头牛场规模要求。粪污处理通过专门化机构经营，效果、效益都得到保障。

图3 粪污处理与利用工艺流程

对于这些比较好的模式，在处理和利用的过程中，一定要结合自身的条件来选择合适的模式。总之，粪污处理肯定是我们要做的，不要省下粪污处理这部分的费用。

(本文根据施正香教授在国科司达特年会粪污论坛专场授课整理)

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