前沿

近年来，我国规模化养殖场发展迅速，生产规模由几千头发展到几十万头。这种规模化的集中饲养方式，有利于提高饲养技术、防疫能力和管理水平，与传统方式即农户分散饲养相比，规模化饲养能够大大提高生产效率和饲料转换率，降低生产成本，从而增加经济效益。但是规模化养殖在提供肉食品，满足城乡人民生活的同时，也造成了粪尿过度集中和冲洗水大量增加，给环境带来了极大压力。在许多地区，畜禽养殖带来的污染已经或正在成为当地主要的污染源。

    本手册从牧场粪污量计算、粪污污染指标以及排放指标分析、粪污的收集工艺、粪污的处理工艺以及现有牧场粪污处理工艺等五部分讲述牧场粪污的处理。以下为详细介绍。

   一、牧场粪污量计算

1、牧场粪污的组成：

牧场粪污主要有两部分组成：奶牛粪尿、挤奶废水；挤奶废水又有三部分组成：挤奶厅设备冲洗水、挤奶台面冲洗水、待挤厅地面冲洗水。

2、奶牛粪尿及挤奶厅废水的计算表(以全群5000头奶牛为例)：

二、牧场粪污污染指标及排放指标

1、奶牛粪尿的污染指标                              单位：mg/l

2、挤奶厅废水的污染指标                               单位：mg/l

3、《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)中规定的污染物日均允许排放最高浓度：                                             单位：mg/l

通过以上污染指标和畜牧养殖业污染物排放指标对比可看出，奶牛粪尿的污染指标是国家规定排放指标的上百倍。怎样将这么高浓度的粪污降低至畜牧养殖排放标准或将牧场粪污怎样处理后能够回收利用，是接下来我们要介绍的主要内容：

一、    牧场粪污清粪工艺：

牧场需要清粪的场所主要有两部分，分别是牛舍清粪和挤奶厅待挤厅清粪。

1、     牧场牛舍粪污收集：

我国普遍采用的方法包括人工清粪、铲车清粪、清粪机器人、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。

1）人工清粪：人工清粪是最早的清粪方式，需投入大量人力，劳动效率地下。

优点：投资少、设备简单、无需电力、粪尿分离

缺点：劳动量大，生产率低、管理成本高

适用范围：极小型养殖小区，南北方均可。

2）铲式清粪：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。

优点：减轻劳动强度，节约劳动力，提高工效

缺点：一次性投资较大，运行维护费用大，清理次数有限，噪音大，能耗高。

适用范围：中小型规模化牧场，南北方均可。

3）漏粪地板及清粪机器人：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。

　　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。

优点：全自动清粪，节约劳动力，清理干净，基本无噪音

缺点：只适用于漏缝地板、投入成本高，维修难度大

适用范围：由于造价以及维修难度大，目前国内没有使用。

4）刮板清粪 ：规模化牧场大多采用的清粪形式。刮粪板目前有三种形式，钢丝绳刮粪板、链条刮粪板、液压式刮粪板。前两种形式都是循环闭合清粪方式，即一套驱动可以清理两条粪道。链条式刮粪板和钢丝绳式刮粪板运行原理相同，只不过是牵引刮粪板的物件不同。液压式刮粪板单向单通道清粪，双向往复运动的钢轨液压推动和电脑控制系统。他们具备的优缺点为：

优点：操作简便，运行速度适中，基本没有噪音，运行、维护成本低，节约劳动力，提高工效。

缺点：一次性投资较大，工作部件上粘满粪便，维修相对困难。

a)  钢丝绳刮粪板缺点：钢丝绳3个月要换一次，钢丝的毛刺容易刺伤牛蹄，维护费用较高。时常发生重心倾斜使粪便漏掉的现象。在北方寒冷地区容易结冰，造成设备无法使用。

适用范围：规模化养殖牧场、南方地区。

b)  链条刮粪板缺点：链条、滑轮需要定期更换、维护费用高。时常发生重心倾斜使粪便漏掉的现象。在北方寒冷地区容易结冰，造成设备无法使用。

适用范围：规模化养殖牧场、南方地区。

c)  液压刮粪板特点： 牛液压自动清洁系统不受气候、地形等特殊要素影响，刮粪板能一天二十四小时全天候定时自动工作，随时保持牛舍的粪道清洁。其刮板高度及运行速度适中，刮板运动中没有噪音，对牛群的行走、饲喂、休息不造成任何影响，运行、维护成本低，对提高奶牛的舒适度、减轻牛蹄疾病和增加产奶量都有决定性影响。

优点：无需设定行程，行程恒定；设置简单，PLC控制，一次设置，终身使用；清粪量大，清粪效果好；不伤地面，刮板与地面有2mm-3mm间隙；可在零下40度的寒冷的温度下正常运行，“自动运行”置位并且“防冻开关”打开时，系统会低于设定温度的情况下，每个设定时间前进1m，防止刮板被冻。运行维护简单、维护费用低。

缺点：一次性投入大。

适用范围：规模化牧场、南北地区均可，尤其可在极寒温度下使用。

三种刮粪板特点一览表：

1、     挤奶厅待挤奶厅清粪工艺：

干清粪

水冲式清粪（清水和回用水）

干清粪主要是针对待挤厅的清粪（因为挤奶厅对环境的要求极高，无论多大规模的牧场，挤奶厅都采用清水冲工艺清粪），一般小型牧场待挤厅采用干清粪工艺。因为小型牧场待挤厅的粪量小，人工清理方便、而且不用考虑后续的水处理。

水冲式清粪主要是在大型牧场（千头以上的牧场），因牧场规模大，一次性挤奶的奶牛数量多，完成一次挤奶，待挤厅的粪污的积累太多，人工清理负担太重，再者牛粪太多，奶牛踩上去容易滑倒。所以为了实现奶牛挤奶的同时进行清粪，挤奶厅待挤厅选用水冲清粪工艺。

1）水冲清粪（回用水）示意图

2）水冲清粪（清水）示意图

二、粪污处理工艺：

2、牧场粪污处理工艺

牧场的粪污处理工艺与清粪工艺是密切相关的，清粪工艺的不同，粪污处

工艺也相应有所改变，根据粪污处理的原则，采用的粪污处理模式有生态循环种养结合模式、能源生态型和能源环保型粪污处理模式。

1）     生态循环以及种养结合模式：采用前提是固液分离后的废水中的抗生素、重金属不超标且有足够的土地消纳。

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。

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，或者用于肥料。循环利用后的高浓度污水—氧化塘存放，在农田灌溉时用于灌溉。

   a ）固液分离技术介绍：目前固液分离采用的形式有螺旋挤压、筛分、多辊挤压等形式，针对牛床垫料采用的不用物料，采用的形式也不一样。

1、两辊分离机：

1） 　动力为1.5 千瓦（KW）

2） 高1625mm，宽2040mm，长1800mm

3） 拣选单位630mm，圆孔孔径：1.5 /2/2.5mm

4） 处理能力10立方/小时

5） 链式控制滚动，挤压桶配备加强型皮带

6） 全保护型装置

7）自动冲洗系统，包括强力泵和电磁阀

7） 螺旋筛分分离机

机器特点：

1）、不锈钢材质的斜筛分箱体，倾斜角度可微调，耐腐蚀，使用寿命时间长；

2）、高强度耐腐蚀螺旋输送挤压搅龙，高效输送挤压分离物料，搅龙前端焊

接耐磨材质，减少搅龙磨损；

3）、不锈钢材质的主搅龙筛网，与主搅龙配合运作，进一步分离物料；

4）、出料口两侧安装配重锤，可依据固态物质的不同要求调节干湿度；

5）、摆线减速电机驱动主搅龙转动，高传动比，结构紧凑， 运转平稳噪声低；

6）、机器配置爬梯和平台，以便观察机器运转情况及清理机器；

7）、平台上的配电柜操控简单方便，配置了电机综合保护器、紧急按钮、电

压表、电流表，保证机器的安全使用；

8）、配置污水潜水绞刀泵，抗堵塞撕裂机构能够有效地保证直径为 25－60

毫米大小的固体颗粒及棉纱、杂草等纤维顺利通过；

9）、配置污水泵升降支架，便于污水泵的维护和调整。

10）、只需提供一个水平固化地面即可完成机器安装，无需复杂施工，简单方

便，降低投入费用。

11）、分离后的牛粪固体含量为 20-30%，每小时出料量为 4-8 立方米。

B)牛床垫料系统介绍：

牛床垫料快速回收系统为一种半开放式有氧发酵技术，世界上称之为“筒内发酵技术”。主要原理是这个系统可提供促进微生物在有机物料中增殖的环境，依据发酵时间的不同，发酵物料可被加工成牛床垫料或发酵有机肥。

图1

从牛舍清理出来的粪污在粪污池内进行均匀搅拌后，被泵抽入到本系统的固液分离机，分离的固体不断进入发酵滚筒，同时，在程序的自动控制下，风扇将筒内发酵所需氧气送入筒内。不需任何加热，滚筒内的温度会自动上升至60℃，之后，控制程序会自动启动风扇和改变发酵罐的转速，防止发酵增温过高，控制适宜温度范围。根据物料最终是用作牛床垫料还是发酵有机肥的用途的不同，物料的发酵时间范围为1-3天的时间。发酵完成的垫料直接由出料口的提升机出料。

2）能源生态型：即牧场粪污经过厌氧发酵后，沼气外销或上网发电，沼渣做牛床垫料或有机肥，沼液配制成液态有机肥，施肥与周围的种植园区，大型牧场需要有自己的配套种植区，一方面方便的牧场的粪污处理，另一方面为牧场提供了优质绿色环保的有机饲料。工艺流程如图所示。

a)  沼气厌氧工艺介绍：采用的主要形式有：CSTR工艺、PFR工艺。

混合消化器（Continuous Stirred Tank Reactor ，简称CSTR）也称连续搅拌反应器系统，是一种完全混合消化器。本工艺可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。该工艺的反应原理及反应器内部结构如下所述。

  1. 原理:反应器采用上进料下出料或者下进料上出料的方式，内设立式搅拌机。消化器内的搅拌装置不仅可以使原料在消化器的流动呈全混合状态，而且能够让发酵原料和微生物完全混合。该反应器采用恒温连续投料或半连续投料运行。与常规消化器相比，CSTR使活性区遍布整个消化器，传质效果与微生物活性明显提高，发酵效率比较高，还缩短了水力滞留期（HRT），中温条件下，HRT约15d～30d。

2. 特点

（1）原料适应性广。广泛适用于畜禽粪便和各种有机垃圾，适合于城市污水厂污泥稳定化处理，

(2)也用于高浓度、高悬浮物、难降解有机废水的处理。

(3)抗冲击负荷。消化池具有完全混合的流态，原料与底物的接触充分，发酵速率高，容积产气率较高。

(4） 消化器内温度分布均匀。

（5）无法分离水力停留时间和固体停留时间，不能滞留微生物。

（6） 厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构简单、耗低、运行管理方便。

（7） 由于有强制机械搅拌，在高浓度状态仍可有效控制原

（8） 消化池体积大。

      由于CSTR反应器在高浓度进料时，搅拌可能会导致部分生物料随出液排出，因此，为了获得更高的物料利用率一般会设置二次发酵罐，工艺组成为CSTR与二次发酵一体化，即在二次发酵池顶部装配双层膜气囊，CSTR和二次发酵池产生的沼气统一收集在气囊中，供后续发电或者供气使用。

     塞流式沼气工艺（PFR）, PFR是一种长方形的非完全混合式消化器，原料从一端进入，呈活塞式推移状态从另一端流出。由于消化器内沼气的产生，呈现垂直的搅拌作用，而纵向搅拌作用甚微。在进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流动而增强。由于该体系进料端缺乏接种物，所以要进行固体的回流。为减少微生物的冲出，在消化器内应设置挡板以有利于运行的稳定。