文/寧宗拔 那 蕊 李俊衛(wèi) 王浚峰 高繼偉 曹錦萍 呂小琳

（北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司）

規(guī)模牧場(chǎng)糞肥綜合利用工藝及案例分析

文/寧宗拔 那 蕊 李俊衛(wèi) 王浚峰 高繼偉 曹錦萍 呂小琳

（北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司）

牧場(chǎng)的糞尿處理和利用方式多種多樣，各有特點(diǎn)。其中種養(yǎng)結(jié)合的糞肥利用方案可以讓種植業(yè)為養(yǎng)殖業(yè)提供飼料原料的同時(shí)，把養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞尿作為種植作物的營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。要實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合的關(guān)鍵是簡(jiǎn)單有效地將養(yǎng)殖業(yè)中的糞尿污水，變成對(duì)種植作物有利用價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)元素——糞肥。針對(duì)種養(yǎng)結(jié)合的糞肥利用方案，從設(shè)計(jì)理念和依據(jù)以及設(shè)計(jì)工藝和案例分析、討論規(guī)模牧場(chǎng)如何實(shí)現(xiàn)糞肥的利用，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合，減少化肥農(nóng)藥的使用，發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)。

規(guī)模牧場(chǎng)；糞尿處理；工藝；種養(yǎng)結(jié)合；生態(tài)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

當(dāng)前，養(yǎng)殖廢棄物的處理問(wèn)題是畜牧業(yè)最受關(guān)注的熱點(diǎn)。一方面，許多環(huán)保不達(dá)標(biāo)的牧場(chǎng)面臨拆遷的境地，規(guī)模牧場(chǎng)的糞尿污水處理難題已經(jīng)成為制約牧場(chǎng)發(fā)展的瓶頸。另一方面，種植業(yè)也面臨著土壤板結(jié)、化肥農(nóng)藥濫用、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)低劣等問(wèn)題。為了解決行業(yè)目前面臨的這兩大嚴(yán)峻問(wèn)題，本文將從糞肥綜合利用工藝設(shè)計(jì)依據(jù)、工藝設(shè)計(jì)、案例分析三方面，討論種養(yǎng)結(jié)合的糞肥綜合利用模式。

1 種養(yǎng)結(jié)合理念及工藝設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 種養(yǎng)結(jié)合理念及政策支持

畜牧業(yè)和種植業(yè)的關(guān)鍵問(wèn)題是生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展問(wèn)題，生態(tài)農(nóng)業(yè)是生態(tài)文明的重要部分。隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的重視，以及農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的深入進(jìn)行，如何解決畜牧業(yè)產(chǎn)生的環(huán)保難題已經(jīng)刻不容緩。

2016年12月21日，習(xí)近平總書(shū)記主持召開(kāi)了中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會(huì)議，聽(tīng)取了農(nóng)業(yè)部關(guān)于畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化的匯報(bào)，提出加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，這不但關(guān)系6 億多農(nóng)村居民的生產(chǎn)和生活環(huán)境，關(guān)系農(nóng)村能源革命，而且關(guān)系能不能不斷改善土壤地力、治理好農(nóng)業(yè)面源污染，是一件利國(guó)利民利長(zhǎng)遠(yuǎn)的大好事。會(huì)議提出，要堅(jiān)持政府支持、企業(yè)主體、市場(chǎng)化運(yùn)作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機(jī)肥為主要使用方向，力爭(zhēng)在“十三五”時(shí)期，基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理和資源化問(wèn)題。

2016年12月30日，農(nóng)業(yè)部部長(zhǎng)韓長(zhǎng)賦主持召開(kāi)了農(nóng)業(yè)部常務(wù)會(huì)議，會(huì)議傳達(dá)學(xué)習(xí)了習(xí)近平總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)上的重要講話精神，會(huì)議確定2017年重點(diǎn)工作之一是落實(shí)《開(kāi)展水果蔬菜茶葉有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)方案》，把畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化作為農(nóng)業(yè)面源污染治理的重中之重。

為了畜禽養(yǎng)殖廢棄物的規(guī)范化利用，國(guó)家出臺(tái)了《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》《全國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016-2020年）》等一系列政策法規(guī)。2016年8月，農(nóng)業(yè)部網(wǎng)站發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點(diǎn)的方案》通知，方案中估算，全國(guó)每年產(chǎn)生畜禽糞污38 億噸，綜合利用率不到60%，最少有15.2 億噸糞污浪費(fèi)[1]。畜禽糞肥蘊(yùn)藏千億元市場(chǎng)空間，種養(yǎng)結(jié)合模式儼然是行業(yè)內(nèi)隱藏的千億級(jí)獨(dú)角獸。

1.2 種養(yǎng)結(jié)合的科學(xué)依據(jù)

糞肥利用之所以能夠被提到國(guó)家高度的根本原因，是因?yàn)榧S肥本身蘊(yùn)含的價(jià)值和能夠肥沃土壤的屬性。

1.2.1 糞肥的營(yíng)養(yǎng)成分

動(dòng)物采食飼料后，被消化吸收后剩余的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)殘留在糞便中，此外，動(dòng)物腸道內(nèi)的微生物群也使糞便更富營(yíng)養(yǎng)，據(jù)測(cè)算，每公斤鮮牛糞含有有機(jī)質(zhì)145 g，氮（N）3.2 g，磷（P2O5）2.5 g，鉀（K2O）1.6 g。因此，動(dòng)物糞尿中含有大量對(duì)作物有利的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（表1），經(jīng)過(guò)處理后可以為作物提供優(yōu)質(zhì)肥料。據(jù)美國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)測(cè)算，1 頭奶牛每年可生產(chǎn)價(jià)值294 美元的肥料。

相關(guān)機(jī)構(gòu)基于過(guò)去30 年進(jìn)行的實(shí)地測(cè)試和科學(xué)研究指出，將畜禽糞便作為植物養(yǎng)料使用可改善作為農(nóng)作物生長(zhǎng)基質(zhì)的土壤。糞便可提高土壤肥度，并穩(wěn)定土壤物理性質(zhì)。糞便中有機(jī)物質(zhì)可改善土壤的顆粒結(jié)構(gòu)，從而提高植物根系對(duì)土壤的穿透能力，使土壤對(duì)水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保存能力提高，排出土壤中多余水分的土壤孔隙系統(tǒng)也將得以鞏固。

1.2.2 土壤的養(yǎng)分承載力

種養(yǎng)結(jié)合的關(guān)鍵在于將糞肥合理還田。因此，不僅需要對(duì)糞肥的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析，還需要對(duì)土壤的養(yǎng)分承載力進(jìn)行分析。

據(jù)歐洲《歐共體硝酸鹽控制標(biāo)準(zhǔn)》，N的土地施用標(biāo)準(zhǔn)為170 kg/公頃，每年10月至來(lái)年2月禁止在田間放牧或?qū)⒓S便排入農(nóng)田。丹麥?zhǔn)菤W洲乃至世界上做種養(yǎng)結(jié)合最成功的國(guó)家，丹麥農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)Agro-tech數(shù)據(jù)顯示，未分離的糞尿污水為每公頃施用量＜140 kg N，分離后的糞尿?yàn)槊抗暿┯昧浚?68 kg N，一般來(lái)說(shuō)，最大施用量約折合30 噸/公頃，即2 噸/畝。武漢市環(huán)科院在2007～2010年《畜禽養(yǎng)殖污染防治及其戰(zhàn)略研究》課題中分析出1頭豬產(chǎn)生的糞中的N、P含量，然后檢測(cè)土地種植一年需要多少N、 P，從而計(jì)算出土地可消納的豬糞量。經(jīng)計(jì)算，如果不經(jīng)過(guò)任何處理，武漢市1 畝土地可“消化”1頭豬或10 只雞或0.5 頭牛的糞便。這些國(guó)內(nèi)外對(duì)糞肥的利用經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)為牧場(chǎng)糞肥綜合利用的測(cè)算提供了有效的依據(jù)。

表1 牛糞中的有機(jī)質(zhì)和主要營(yíng)養(yǎng)成分

圖1 糞肥生產(chǎn)和綜合利用的工藝流程

大量數(shù)據(jù)表明，長(zhǎng)期使用糞肥具有四個(gè)方面的效果，一是改良土壤，使土壤養(yǎng)分均衡、肥效上升；二是增產(chǎn)增質(zhì)，使作物和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加、質(zhì)量提升；三是環(huán)境友好，可以循環(huán)利用、無(wú)毒無(wú)害；四是種養(yǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)有機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈。

綜合利用糞肥，不僅能夠有效提升食品品質(zhì)，也是提升養(yǎng)殖效益的有效途徑，這為規(guī)模牧場(chǎng)糞肥綜合利用提供了有力依據(jù)。

2 糞肥利用工藝設(shè)計(jì)

2.1 糞肥生產(chǎn)和綜合利用的工藝流程

糞肥綜合利用主要包括糞尿收集、預(yù)處理、糞肥加工、施用等四個(gè)單元（圖1）。糞尿收集采用“刮糞板+分離液回沖”，能夠節(jié)水、節(jié)約勞動(dòng)力；預(yù)處理采用固液分離工藝；分離后的固體部分可以發(fā)酵做成固態(tài)有機(jī)肥或制作成牛床墊料，運(yùn)輸清潔、施用便捷；分離后的液體可以進(jìn)入防滲、雨污分離、糞肥高效熟化的覆膜存儲(chǔ)塘，成為液態(tài)有機(jī)肥；固態(tài)或液態(tài)有機(jī)肥可以通過(guò)撒糞車或者施肥管道，按需施用到農(nóng)田，發(fā)揮出糞肥應(yīng)有的價(jià)值。

2.2 糞尿收集工藝

機(jī)械刮板清糞系統(tǒng)通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)，鏈條帶動(dòng)刮糞板在牛舍內(nèi)來(lái)回運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行自動(dòng)清糞，可以做到24 h不間斷運(yùn)行，能保證牛舍的清潔，運(yùn)行速度適中，沒(méi)有噪音，對(duì)牛群的行走、飼喂、休息不會(huì)造成任何影響，可以改善牛群生活環(huán)境、減輕肢蹄?。▓D2、圖3、圖4）。

2.3 糞肥預(yù)處理工藝

牛舍內(nèi)糞尿及污水被收集到集糞池（圖5），進(jìn)入糞肥預(yù)處理系統(tǒng)（圖6）。預(yù)處理系統(tǒng)主要由固液分離機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、潛水切割泵等三個(gè)部分組成，糞漿被攪拌均勻后由切割泵提升至固液分離機(jī)進(jìn)行螺旋擠壓分離。糞肥經(jīng)過(guò)固液分離預(yù)處理之后分離效果明顯，便于后續(xù)進(jìn)一步加工處理成固態(tài)或液態(tài)有機(jī)肥，或制作成牛床墊料，是實(shí)現(xiàn)糞肥高效利用的重要環(huán)節(jié)[2]。

圖2 機(jī)械刮板清糞工藝圖（單驅(qū)動(dòng)-端部糞溝布局）

2.4 固體有機(jī)肥生產(chǎn)工藝

固體糞肥生產(chǎn)系統(tǒng)主要采用自動(dòng)翻拋堆肥工藝（圖7、圖8），具有能耗低、易操作、智能化、省人力的特點(diǎn)。單體發(fā)酵設(shè)備跨度更大，有效翻拋尺度更深，供氧充分，抑制厭氧菌，徹底控制臭氣發(fā)生?？杉尤敫咝ЬN，2 天內(nèi)升至60 ℃，全部殺死病原菌、蛔蟲(chóng)卵等[3]。

圖3 機(jī)械刮板清糞工藝的應(yīng)用

圖4 分離回收液循環(huán)沖洗清糞工藝的應(yīng)用

圖5 糞尿固液分離預(yù)處理工藝

圖6 糞尿固液分離預(yù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用

圖7 固體有機(jī)肥制作工藝

2.5 液態(tài)有機(jī)肥生產(chǎn)工藝

經(jīng)過(guò)固液分離預(yù)處理之后，液體部分可以發(fā)酵制成液態(tài)有機(jī)肥。在歐洲很多國(guó)家，液態(tài)糞肥的存儲(chǔ)時(shí)間、存儲(chǔ)設(shè)施是否加蓋（以減少對(duì)周邊空氣的影響），土地的施肥量、施肥時(shí)間等都是有嚴(yán)格法律規(guī)定的（表2）。這些規(guī)定主要是為了避免糞肥在存儲(chǔ)過(guò)程中以及施肥過(guò)程中對(duì)土壤、水和空氣可能造成的不良影響，因此液態(tài)糞肥的存儲(chǔ)工藝設(shè)計(jì)極為重要[4]。

圖8 固體有機(jī)肥制作

液態(tài)糞肥采用覆膜存儲(chǔ)發(fā)酵生產(chǎn)的工藝模式（圖9、圖10）。該工藝具有以下特點(diǎn)：一是糞肥高效。密閉存儲(chǔ)，有效保留糞肥中的N；二是雨污分離。減量化的同時(shí)減少投資；三是隔離氣味。浮動(dòng)膜的存在能明顯隔離氣味對(duì)周邊空氣的污染；四是質(zhì)量可靠。專業(yè)的材料和施工，使用壽命可達(dá)30 年；五是環(huán)境安全。底膜、安全膜、報(bào)警系統(tǒng)保證對(duì)土壤、地下水無(wú)污染；六是方便快捷。就地挖坑夯實(shí)覆膜，單池覆膜3～5 天即可完成。

表2 歐洲部分國(guó)家對(duì)糞肥存儲(chǔ)及施用的規(guī)定

圖9 液態(tài)糞肥覆膜存儲(chǔ)發(fā)酵工藝

覆膜發(fā)酵存儲(chǔ)需要根據(jù)牧場(chǎng)的地域、規(guī)模、地形、牧場(chǎng)設(shè)計(jì)、功能的不同而具體設(shè)計(jì)和建設(shè)。覆膜存儲(chǔ)塘系統(tǒng)應(yīng)采用特制的膜，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，還需滿足垃圾填埋場(chǎng)低密度填埋處理的標(biāo)準(zhǔn)[5，6]。

圖10 液態(tài)糞肥覆膜存儲(chǔ)發(fā)酵工藝的應(yīng)用

2.6 有機(jī)糞肥施肥工藝

糞肥還田是養(yǎng)殖糞便及廢棄物的最佳去處。固體有機(jī)肥相對(duì)來(lái)說(shuō)比較便于使用，液態(tài)糞肥具有數(shù)量大、運(yùn)輸成本高等特點(diǎn)，處理不好還有臭味，這也是過(guò)去很多人都不愿意制作和使用液態(tài)糞肥的原因。

實(shí)際上采用施肥車或管道輸送等液態(tài)糞肥高效施用系統(tǒng)，可以有效解決這些難題。

采用液態(tài)有機(jī)肥施肥車的優(yōu)勢(shì)：一是液體有機(jī)肥分布均勻；二是液體有機(jī)肥中易揮發(fā)成分氨的揮發(fā)度較低；三是液體有機(jī)肥施肥過(guò)程及施肥后均無(wú)不良?xì)馕?；四是避免了傳統(tǒng)罐車施肥中罐車容積小、施肥能源消耗高、施肥過(guò)程污染嚴(yán)重等問(wèn)題。

圖11 “施肥車+管道輸送”的高效施肥系統(tǒng)

而養(yǎng)殖規(guī)模更大、配備土地更多的大型農(nóng)場(chǎng)，可以采用“施肥車+管道輸送”的方式來(lái)使用液態(tài)糞肥（圖11）。在存儲(chǔ)塘的服務(wù)池旁邊裝設(shè)施肥泵，施肥管道從服務(wù)池開(kāi)始鋪設(shè)到施肥田地，并連接到液體施肥車上，施肥泵持續(xù)的向在田地里工作的施肥車泵送液體有機(jī)肥，泵的輸送距離可達(dá)到4 km，施肥車無(wú)需來(lái)回運(yùn)輸糞肥。

糞肥的施用要堅(jiān)持安全使用、測(cè)土配方、按需施肥的原則，嚴(yán)格按照畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范的還田限量，依照檢測(cè)有機(jī)肥的營(yíng)養(yǎng)含量，分析農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)需要，測(cè)算耕地土壤的肥力來(lái)計(jì)算施肥量，并計(jì)算種植規(guī)模。

3 糞肥綜合利用案例

圖12 3 000 頭奶牛場(chǎng)的糞肥綜合利用案例

四方高科農(nóng)牧有限公司位于山西省大同市南郊區(qū)楊家窯村，距大同市區(qū)30 km，占地面積750 畝，牧場(chǎng)存欄3 000 頭，產(chǎn)糞便量約為180 噸/天。項(xiàng)目使用種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)循環(huán)利用模式，采用機(jī)械刮板糞便收集系統(tǒng)+固液分離系統(tǒng)+液體有機(jī)肥存儲(chǔ)塘系統(tǒng)+固體有機(jī)肥生產(chǎn)系統(tǒng)，以及有機(jī)肥施肥利用系統(tǒng)、牛床墊料生產(chǎn)系統(tǒng)。牛場(chǎng)周邊配備有玉米地、蔬菜基地、蝴蝶蘭基地、木瓜基地、葡萄園、杏樹(shù)園等相關(guān)種植業(yè)。該牛場(chǎng)2014年12月即被農(nóng)業(yè)部列為“全國(guó)畜禽養(yǎng)殖糞污處理與利用技術(shù)示范基地”（圖12、圖13、圖14）。

4 小結(jié)

種養(yǎng)結(jié)合是糞肥的最終去路，也是最直接、最經(jīng)濟(jì)的一條利用途徑。糞肥將是規(guī)模牧場(chǎng)賺錢的最為關(guān)鍵一環(huán)。畜牧業(yè)和種植業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分，關(guān)系著每一個(gè)人息息相關(guān)的生態(tài)環(huán)境、糧食安全和食品安全。實(shí)際上，畜牧業(yè)和種植業(yè)自古是生態(tài)農(nóng)業(yè)這一條循環(huán)鏈上的，不能斷裂發(fā)展各行其是，而是應(yīng)該有機(jī)結(jié)合，共謀高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)[7]。C

圖13 3 000 頭奶牛場(chǎng)的清糞及固液分離預(yù)處理

圖14 牧場(chǎng)的有機(jī)肥制作和牛床墊料

[1] 中國(guó)人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點(diǎn)的方案(EB/OL). http://www.moa.gov.cn/zwllm/zcfg/ nybgz/201609/t20160919_5277846.htm，2016-08-11.

[2] 彭英霞，王浚峰，高繼偉. 畜牧場(chǎng)固液分離及水沖系統(tǒng)簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 中國(guó)沼氣，2012，30（5）：38-42.

[3] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部. GB 7959-1987 糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

[4] 尚斌，董紅敏，陶秀萍. 畜禽養(yǎng)殖廢棄物貯存設(shè)施的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（S2）：257-259.

[5] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. CJ/ T 276-2008 垃圾填埋場(chǎng)用線性低密度聚乙烯土工膜[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[6] 李國(guó)林. 規(guī)?；膛?chǎng)產(chǎn)排污系數(shù)、污水存貯及土地消納量相關(guān)技術(shù)參數(shù)研究：[碩士論文][D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[7] 陳映耀. 養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞污處理方法[J]. 中國(guó)畜禽種業(yè)，2017（2）：52-53.

寧宗拔（1966-），男，碩士，廣西玉林人，高級(jí)畜牧師、高級(jí)工程師，主要從事畜禽糞污處理技術(shù)的研究和推廣工作。

2017-03-30）