文/張盛南 王永穎 王 煦 王鴻英＊

（1 天津市飼草飼料工作站；2 天津市奶業(yè)發(fā)展服務(wù)中心）

隨著我國(guó)奶牛養(yǎng)殖的規(guī)?；l(fā)展，規(guī)模養(yǎng)殖帶來(lái)的牛場(chǎng)糞便、污水等廢棄物排放對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題日益突出。近年來(lái)，為了防治養(yǎng)殖污染，推進(jìn)養(yǎng)殖廢棄物的綜合利用和無(wú)害化處理，國(guó)家相繼出臺(tái)《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)政策》等一系列政策、法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)養(yǎng)殖業(yè)污染物的減量化、無(wú)害化和資源化發(fā)展。

新形勢(shì)下，規(guī)模化奶牛場(chǎng)糞污治理工程應(yīng)以生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，以養(yǎng)殖場(chǎng)糞污為資源，全方位、多層次、多功能、快速率地開(kāi)發(fā)糞水資源，有效地處理好養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量糞便、污水，減少并消除對(duì)周圍環(huán)境的污染。經(jīng)過(guò)調(diào)研，目前規(guī)模奶牛場(chǎng)的糞污清理方式，主要有人工清糞、刮板清糞、水沖清糞、拖拉機(jī)鏟車清糞、吸糞車清糞等，新建的大型規(guī)模奶牛場(chǎng)主要以機(jī)械刮板清糞為主。處理模式主要有“種養(yǎng)一體處理模式”“沼氣工程模式”“循環(huán)利用模式”“污水納管模式”和“有機(jī)肥模式”，糞污的最終出口以直接或間接還田為主。本文選取天津市3 個(gè)具有典型代表性的規(guī)模奶牛場(chǎng)作為實(shí)際應(yīng)用案例，介紹了3 種不同糞污處理技術(shù)的工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)及設(shè)施設(shè)備，分析不同處理模式的優(yōu)缺點(diǎn)，為奶牛場(chǎng)糞污處理利用提供參考。

1 沼氣工程模式

1.1 A奶牛場(chǎng)的基本情況

A奶牛場(chǎng)占地面積731 畝，總建筑面積約70 000 ㎡。符合防疫要求，建有4 個(gè)區(qū)域：1 個(gè)生產(chǎn)區(qū)、1 個(gè)辦公生活區(qū)、1 個(gè)飼料儲(chǔ)藏區(qū)（含后勤供應(yīng)區(qū)）和1 個(gè)糞污處理區(qū)。生產(chǎn)區(qū)包括犢牛舍、育成牛及成母牛舍、飼喂棚、產(chǎn)房、擠奶廳。采用高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)牛舍，自由臥欄；引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的并列式擠奶機(jī)，TMR采用集中配送飼喂方式。奶牛常年存欄量5 000 頭，其中成母牛2 900頭，后備牛2 100 頭。

1.2 A奶牛場(chǎng)的排污量

根據(jù)設(shè)計(jì)最大養(yǎng)殖規(guī)模和第一次全國(guó)污染源普查《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》核算標(biāo)準(zhǔn)，污染物估算見(jiàn)表1。

1.3 A奶牛場(chǎng)的工藝技術(shù)方案

干清糞便采用運(yùn)糞車轉(zhuǎn)運(yùn)至堆糞棚制肥料、做基質(zhì)或直接售賣；污水采用調(diào)節(jié)篩，將固液分離后分為兩路，一路進(jìn)入兩級(jí)厭氧發(fā)酵后進(jìn)入回沖管路，另外一部分貯存集中后進(jìn)入多級(jí)生物凈化塘深度處理后作為水肥資源回用于種植業(yè)，非灌溉季節(jié)和豐水期，進(jìn)一步好氧強(qiáng)化處理和多級(jí)塘生物凈化后作為中水資源用于農(nóng)田灌水；固液分離后的干物質(zhì)送至?xí)駡?chǎng)制牛床墊料。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)前端新增保溫增溫設(shè)施提升系統(tǒng)發(fā)酵溫度，保障寒冷季節(jié)的系統(tǒng)運(yùn)行。

表1 A奶牛場(chǎng)污染物估算表

工藝流程是牛場(chǎng)糞污、夏季噴淋水和擠奶廳污水經(jīng)回沖管網(wǎng)進(jìn)入糞污收集溝，經(jīng)格柵過(guò)濾后進(jìn)入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的糞污由篩分系統(tǒng)篩分，約50%固形物分離，該固形物含水率在80%左右，送至晾曬場(chǎng)曬干后作為牛床墊料；剩余的干物質(zhì)與水混合進(jìn)入暫存池，取120 立方米進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵深度處理系統(tǒng)，進(jìn)行去除TS深度處理，經(jīng)過(guò)USR和UASB兩級(jí)處理和好氧脫氮處理后作為回沖稀釋備用水。多余的水由暫存池分流至污水貯存池作為灌溉季節(jié)的肥水使用，該部分水在非灌溉季節(jié)通過(guò)多級(jí)生物塘深度凈化處理，通過(guò)混灌池的配水應(yīng)用于種植業(yè)（圖1）。運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和育成牛舍的干清糞則由運(yùn)糞車輸送至堆糞場(chǎng)堆漚腐熟或直接售賣，牛糞可用作制備有機(jī)肥或用作食用菌種植基質(zhì)或用作蚯蚓養(yǎng)殖基質(zhì)，最終與種植業(yè)結(jié)合，發(fā)揮糞污獨(dú)有的肥料作用。

1.4 A奶牛場(chǎng)糞污處理技術(shù)模式分析

基于水沖糞形式產(chǎn)生的高濃度廢水，需要進(jìn)行兩級(jí)以上的厭氧發(fā)酵處理，基于養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模大，廢水產(chǎn)生量大，在不能及時(shí)被消納的前提下，需要建立幾個(gè)較大生物凈化貯存塘，在凈化水質(zhì)的同時(shí)發(fā)揮廢水在非灌溉季節(jié)的貯存周轉(zhuǎn)作用。

1.4.1 技術(shù)特點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)

被水洗和固液分離后的糞渣中木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的含量較大，質(zhì)地蓬松，是優(yōu)質(zhì)的回床墊料，廢棄物被有效的資源化利用，減少了牛場(chǎng)在墊料購(gòu)置上的成本投入。

（2）缺點(diǎn)

圖1 A奶牛場(chǎng)工藝流程圖

表2 B奶牛場(chǎng)污染物估算表

一次性投資巨大，一般占到整個(gè)奶牛場(chǎng)投資的30%左右，對(duì)于大型規(guī)?；膛?chǎng)需要在建設(shè)初期就考慮到糞污處理的問(wèn)題，并且部分設(shè)施需要專業(yè)人員進(jìn)行管理和維護(hù)，同時(shí)需要周邊提供大量可用于消納糞污的農(nóng)田。

1.4.2 投資與運(yùn)行費(fèi)用

設(shè)備土建投資費(fèi)用、日常運(yùn)行管理費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、凈化塘日常管理費(fèi)、沼液利用運(yùn)輸費(fèi)、牛糞日常翻堆運(yùn)輸費(fèi)用。

1.4.3 適用范圍

適合于養(yǎng)殖規(guī)模較大、有能源需求的大型奶牛場(chǎng)，養(yǎng)殖廢棄物產(chǎn)生量大，處理難度大，牛床本身可以很好的消納牛糞制備的回床墊料，牛場(chǎng)需要有足夠的土地來(lái)建立可存留日產(chǎn)廢水量180 倍以上的多級(jí)生物凈化塘。

2 循環(huán)利用模式

2.1 B奶牛場(chǎng)的基本情況

B奶牛場(chǎng)占地370 畝，建筑面積約50 000 ㎡，設(shè)計(jì)存欄2 200 頭。場(chǎng)區(qū)附近有苜蓿地8 000 畝，玉米地2 000 畝，綠化植樹(shù)1 000 畝。環(huán)場(chǎng)區(qū)有一圈寬6 m，深4 m的防疫溝，防疫溝外是周邊農(nóng)田的灌溉水渠。

2.2 B奶牛場(chǎng)的產(chǎn)排污量

根據(jù)設(shè)計(jì)最大養(yǎng)殖規(guī)模和第一次全國(guó)污染源普查《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》核算標(biāo)準(zhǔn)。污染物估算見(jiàn)表2。

2.3 B奶牛場(chǎng)的工藝技術(shù)方案

擠奶廳和待擠廳的低濃沖洗廢水經(jīng)管網(wǎng)進(jìn)入格柵和集水井，再進(jìn)入調(diào)節(jié)池。牛舍內(nèi)改用水沖糞模式，大量污水和糞便混合后進(jìn)入BRU系統(tǒng)。BRU系統(tǒng)由一臺(tái)固液分離機(jī)和一個(gè)好氧固態(tài)發(fā)酵罐組成，通過(guò)固液分離將固體輸送到好氧固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)好氧發(fā)酵高溫發(fā)酵20 h左右，出料直接回墊牛床。固液分離后的液體進(jìn)入多級(jí)沉淀池沉淀后，進(jìn)入?yún)捬鮾?chǔ)存塘，通過(guò)3 個(gè)月以上的污水儲(chǔ)存后混水進(jìn)入周邊自有農(nóng)田內(nèi)（圖2）。

圖2 B奶牛場(chǎng)工藝流程圖

表3 C奶牛場(chǎng)污染物估算表

2.4 B奶牛場(chǎng)糞污處理技術(shù)模式分析

奶牛舍內(nèi)糞污采用水沖糞工藝，牛舍內(nèi)糞污用沖糞系統(tǒng)推送至糞溝。運(yùn)動(dòng)場(chǎng)糞污經(jīng)人工+機(jī)械收集后送至有機(jī)肥堆肥場(chǎng)，與BRU系統(tǒng)分開(kāi)。糞溝的污水自流至集污池，集污池內(nèi)裝有攪拌器，糞污經(jīng)攪拌器攪拌均勻后，由切割泵送物料至BRU系統(tǒng)，物料在BRU系統(tǒng)經(jīng)過(guò)固液分離、高溫好氧自發(fā)酵、殺菌、除濕，最終形成牛床可以使用的墊料。固液分離生成的液體部分自流至出料池，出料池中設(shè)有攪拌器，出水經(jīng)固液分離機(jī)匯集至貯存池，貯存池分流部分污水回沖集污管溝，大部分進(jìn)入多級(jí)沉淀厭氧池。擠奶廳酸堿肥水經(jīng)預(yù)處理后，單獨(dú)進(jìn)入MBR系統(tǒng)，膜生物反應(yīng)器（MBR）可降解有機(jī)質(zhì)，進(jìn)一步凈化廢水。處理后的肥水通過(guò)進(jìn)口灌溉系統(tǒng)對(duì)周邊青貯飼料種植區(qū)進(jìn)行灌溉，施肥系統(tǒng)效率高，能耗少，節(jié)省人力資源。

2.4.1 技術(shù)特點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)

B奶牛場(chǎng)帶動(dòng)周邊養(yǎng)殖和種植戶，組織農(nóng)民規(guī)?；N植青飼，同時(shí)，每年可向農(nóng)民收購(gòu)玉米、秸稈、苜蓿、干草、大豆、棉籽、胡蘿卜，糞污系統(tǒng)能夠有效改善外部環(huán)境，控制和減少環(huán)境污染，加快企業(yè)發(fā)展速度，提高社會(huì)總產(chǎn)值，實(shí)現(xiàn)治污與致富同步、環(huán)保與創(chuàng)收雙贏。建立了一套從前端預(yù)防、過(guò)程減量控制、末端資源化利用的規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖污染防控的體系，對(duì)改善周邊生態(tài)環(huán)境，保障農(nóng)產(chǎn)品安全供應(yīng)，推動(dòng)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。

（2）缺點(diǎn)

一次性投資大，設(shè)備設(shè)施占地面積較大，運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用高，場(chǎng)區(qū)必須流轉(zhuǎn)大量自有農(nóng)田用于本場(chǎng)飼料的種植。

2.4.2 投資與運(yùn)行費(fèi)用

設(shè)備土建投資費(fèi)用、日常運(yùn)行管理費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、沼液利用運(yùn)輸費(fèi)。

2.4.3 適用范圍

適合于無(wú)能源需求、自有大量農(nóng)業(yè)用地進(jìn)行特色種植或養(yǎng)殖的大中型（年存欄量大于1 000 頭）規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場(chǎng)。

3 納管排放模式

3.1 C奶牛場(chǎng)的基本情況

C奶牛場(chǎng)占地700 畝，建有研發(fā)中心和試驗(yàn)牛舍，研發(fā)中心配有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備，包括全套奶牛胚胎移植設(shè)備，奶牛飼養(yǎng)常規(guī)化驗(yàn)設(shè)施，目前存欄量為4 000 頭奶牛，其中成母牛2 200 頭，青年牛和小牛1 800 頭。

3.2 C奶牛場(chǎng)的產(chǎn)排污量

根據(jù)設(shè)計(jì)最大養(yǎng)殖規(guī)模和第一次全國(guó)污染源普查《畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》核算標(biāo)準(zhǔn)。污染物估算見(jiàn)表3。

3.3 C奶牛場(chǎng)的工藝技術(shù)方案

3.3.1 污水處理路線

牛舍污水首先進(jìn)入收集池，然后通過(guò)提升泵至螺旋擠壓分離機(jī)進(jìn)行固液分離，分離后的水進(jìn)入攪拌式勻漿池調(diào)節(jié)濃度。隨后由發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵并進(jìn)行二次固液分離，分離水與擠奶廳廢水一同進(jìn)入酸化調(diào)節(jié)池。由調(diào)節(jié)池處理后污水進(jìn)入二級(jí)CSTR反應(yīng)器再次發(fā)酵降解，發(fā)酵后自流到SASS池，SASS工藝是選擇優(yōu)勢(shì)微生物群體達(dá)到生物脫氮的目的。污水經(jīng)過(guò)生物降解后進(jìn)入混凝沉淀池泥水分離，沉淀污泥打入污泥濃縮池，污水經(jīng)過(guò)穩(wěn)定塘和臭氧消毒后達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)，其中一部分回沖擠奶廳，其他的進(jìn)入天津城市污水管網(wǎng)，該場(chǎng)也是天津唯一授權(quán)進(jìn)入市政污水管網(wǎng)的奶牛場(chǎng)（圖3）。

3.3.2 污泥處理路線

在整個(gè)工藝路線中，有四處排泥：發(fā)酵罐、CSTR、二沉池和混凝沉淀池，產(chǎn)生的污泥自流排入污泥濃縮池，由污泥泵打入臥式離心分離機(jī)進(jìn)行污泥脫水。

3.3.3 沼氣處理路線

發(fā)酵罐和CSTR反應(yīng)器所產(chǎn)沼氣經(jīng)過(guò)水封罐后，首先進(jìn)入氣水分離器，然后進(jìn)入脫硫罐，經(jīng)調(diào)壓后進(jìn)入氣煤兩用鍋爐或沼氣發(fā)電機(jī)利用。

3.3.4 廢渣處理

牛舍糞污經(jīng)固液分離后產(chǎn)生的糞渣經(jīng)好氧堆肥處理后用作牛床墊料。

3.4 C奶牛場(chǎng)糞污處理技術(shù)模式分析

圖3 C奶牛場(chǎng)工藝流程圖

達(dá)標(biāo)排放模式：該模式的工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣，通過(guò)“源頭控制—過(guò)程減量—末端消納”的處理路線。嚴(yán)格處理達(dá)標(biāo)后匯入污水管網(wǎng)。

牛場(chǎng)中水回用系統(tǒng)：污水經(jīng)厭氧發(fā)酵、好氧深度處理、膜反應(yīng)器、混凝沉淀等深度處理步驟后進(jìn)行臭氧消毒，最終用于牛舍和待擠廳的地面沖洗，為奶牛場(chǎng)節(jié)省大量用水。

養(yǎng)殖場(chǎng)采用干清糞工藝，糞便集中送至堆放場(chǎng)進(jìn)行堆存，尿液、沖洗水等廢水通過(guò)二級(jí)沉淀固液分離后收集到集水井和調(diào)節(jié)池，通過(guò)水泵抽入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)，產(chǎn)生的沼氣可作為燃料利用，糞渣、沼渣送入堆放場(chǎng)處理，經(jīng)厭氧處理后的出水自流進(jìn)入中間水池，出水經(jīng)提升泵及管道系統(tǒng)送入好氧處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理，根據(jù)好氧出水水質(zhì)情況，可直接作為回用水加以利用，或再經(jīng)泵或自流送入人工濕地系統(tǒng)進(jìn)一步處理后進(jìn)行魚類養(yǎng)殖用水等資源化利用。厭氧及好氧處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥將進(jìn)入堆肥場(chǎng)進(jìn)行堆肥處理。

3.4.1 技術(shù)特點(diǎn)

納管排放模式引進(jìn)了全過(guò)程控制的新型糞污處理模式，結(jié)合多種先進(jìn)處理工藝，保證出水水質(zhì)。

納管排放模式使養(yǎng)殖場(chǎng)每年減少糞便污染物排放12 萬(wàn)噸，產(chǎn)生的沼氣代替了部分原煤燃燒，減少了二氧化氮等有害氣體排放；發(fā)酵肥與肥液代替了部分化肥使用，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。糞污通過(guò)固液分離與厭氧-好氧分級(jí)處理的技術(shù)工藝，在嚴(yán)格處理達(dá)標(biāo)后匯入天津污水管網(wǎng)，由此，廠區(qū)環(huán)境得到明顯改善，對(duì)當(dāng)?shù)厮幢Ｗo(hù)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活環(huán)境起到顯著作用。

3.4.2 投資與運(yùn)行費(fèi)用

設(shè)備土建投資費(fèi)用、日常運(yùn)行管理費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、生態(tài)塘日常管理費(fèi)、污水納管費(fèi)、牛糞日常翻堆運(yùn)輸費(fèi)用。

3.4.3 適用范圍

納管排放模式適合于無(wú)或少量自有農(nóng)業(yè)用地的大中型規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場(chǎng)。