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）

牧場的糞尿處理和利用方式多種多樣，各有特點。其中種養(yǎng)結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，把養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞尿作為種植作物的營養(yǎng)，實現(xiàn)種養(yǎng)的有機結合。要實現(xiàn)種養(yǎng)結合的關鍵是簡單有效地將養(yǎng)殖業(yè)中的糞尿污水，變成對種植作物有利用價值的營養(yǎng)元素——糞肥。針對種養(yǎng)結合的糞肥利用方案，從設計理念和依據(jù)以及設計工藝和案例分析、討論規(guī)模牧場如何實現(xiàn)糞肥的利用，實現(xiàn)種養(yǎng)結合，減少化肥農(nóng)藥的使用，發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質、高效、生態(tài)、安全的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)。

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

當前，養(yǎng)殖廢棄物的處理問題是畜牧業(yè)最受關注的熱點。一方面，許多環(huán)保不達標的牧場面臨拆遷的境地，規(guī)模牧場的糞尿污水處理難題已經(jīng)成為制約牧場發(fā)展的瓶頸。另一方面，種植業(yè)也面臨著土壤板結、化肥農(nóng)藥濫用、農(nóng)產(chǎn)品品質低劣等問題。為了解決行業(yè)目前面臨的這兩大嚴峻問題，本文將從糞肥綜合利用工藝設計依據(jù)、工藝設計、案例分析三方面，討論種養(yǎng)結合的糞肥綜合利用模式。

1 種養(yǎng)結合理念及工藝設計依據(jù)

1.1 種養(yǎng)結合理念及政策支持

畜牧業(yè)和種植業(yè)的關鍵問題是生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展問題，生態(tài)農(nóng)業(yè)是生態(tài)文明的重要部分。隨著國家對生態(tài)文明建設的重視，以及農(nóng)業(yè)供給側結構性改革的深入進行，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，習近平總書記主持召開了中央財經(jīng)領導小組第十四次會議，聽取了農(nóng)業(yè)部關于畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化的匯報，提出加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，這不但關系6 億多農(nóng)村居民的生產(chǎn)和生活環(huán)境，關系農(nóng)村能源革命，而且關系能不能不斷改善土壤地力、治理好農(nóng)業(yè)面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事。會議提出，要堅持政府支持、企業(yè)主體、市場化運作的方針，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)用有機肥為主要使用方向，力爭在“十三五”時期，基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題。

2016年12月30日，農(nóng)業(yè)部部長韓長賦主持召開了農(nóng)業(yè)部常務會議，會議傳達學習了習近平總書記在中央財經(jīng)領導小組會上的重要講話精神，會議確定2017年重點工作之一是落實《開展水果蔬菜茶葉有機肥替代化肥行動方案》，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，國家出臺了《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行動方案》《全國農(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《關于推進農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點的方案》通知，方案中估算，全國每年產(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[1]。畜禽糞肥蘊藏千億元市場空間，種養(yǎng)結合模式儼然是行業(yè)內隱藏的千億級獨角獸。

1.2 種養(yǎng)結合的科學依據(jù)

糞肥利用之所以能夠被提到國家高度的根本原因，是因為糞肥本身蘊含的價值和能夠肥沃土壤的屬性。

1.2.1 糞肥的營養(yǎng)成分

動物采食飼料后，被消化吸收后剩余的營養(yǎng)物質會殘留在糞便中，此外，動物腸道內的微生物群也使糞便更富營養(yǎng)，據(jù)測算，每公斤鮮牛糞含有有機質145 g，氮（N）3.2 g，磷（P2O5）2.5 g，鉀（K2O）1.6 g。因此，動物糞尿中含有大量對作物有利的營養(yǎng)物質（表1），經(jīng)過處理后可以為作物提供優(yōu)質肥料。據(jù)美國有關機構測算，1 頭奶牛每年可生產(chǎn)價值294 美元的肥料。

相關機構基于過去30 年進行的實地測試和科學研究指出，將畜禽糞便作為植物養(yǎng)料使用可改善作為農(nóng)作物生長基質的土壤。糞便可提高土壤肥度，并穩(wěn)定土壤物理性質。糞便中有機物質可改善土壤的顆粒結構，從而提高植物根系對土壤的穿透能力，使土壤對水和營養(yǎng)物質的保存能力提高，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)結合的關鍵在于將糞肥合理還田。因此，不僅需要對糞肥的營養(yǎng)成分進行分析，還需要對土壤的養(yǎng)分承載力進行分析。

據(jù)歐洲《歐共體硝酸鹽控制標準》，N的土地施用標準為170 kg/公頃，每年10月至來年2月禁止在田間放牧或將糞便排入農(nóng)田。丹麥是歐洲乃至世界上做種養(yǎng)結合最成功的國家，丹麥農(nóng)業(yè)研究機構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，分離后的糞尿為每公頃施用量＜168 kg N，一般來說，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，然后檢測土地種植一年需要多少N、 P，從而計算出土地可消納的豬糞量。經(jīng)計算，如果不經(jīng)過任何處理，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。這些國內外對糞肥的利用經(jīng)驗和數(shù)據(jù)為牧場糞肥綜合利用的測算提供了有效的依據(jù)。

表1 牛糞中的有機質和主要營養(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，長期使用糞肥具有四個方面的效果，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，使作物和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加、質量提升；三是環(huán)境友好，可以循環(huán)利用、無毒無害；四是種養(yǎng)結合，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)有機產(chǎn)業(yè)鏈。

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

2 糞肥利用工藝設計

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、預處理、糞肥加工、施用等四個單元（圖1）。糞尿收集采用“刮糞板+分離液回沖”，能夠節(jié)水、節(jié)約勞動力；預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)有機肥或制作成牛床墊料，運輸清潔、施用便捷；分離后的液體可以進入防滲、雨污分離、糞肥高效熟化的覆膜存儲塘，成為液態(tài)有機肥；固態(tài)或液態(tài)有機肥可以通過撒糞車或者施肥管道，按需施用到農(nóng)田，發(fā)揮出糞肥應有的價值。

2.2 糞尿收集工藝

機械刮板清糞系統(tǒng)通過電力驅動，鏈條帶動刮糞板在牛舍內來回運轉進行自動清糞，可以做到24 h不間斷運行，能保證牛舍的清潔，運行速度適中，沒有噪音，對牛群的行走、飼喂、休息不會造成任何影響，可以改善牛群生活環(huán)境、減輕肢蹄?。▓D2、圖3、圖4）。

2.3 糞肥預處理工藝

牛舍內糞尿及污水被收集到集糞池（圖5），進入糞肥預處理系統(tǒng)（圖6）。預處理系統(tǒng)主要由固液分離機、潛水攪拌機、潛水切割泵等三個部分組成，糞漿被攪拌均勻后由切割泵提升至固液分離機進行螺旋擠壓分離。糞肥經(jīng)過固液分離預處理之后分離效果明顯，便于后續(xù)進一步加工處理成固態(tài)或液態(tài)有機肥，或制作成牛床墊料，是實現(xiàn)糞肥高效利用的重要環(huán)節(jié)[2]。

圖2 機械刮板清糞工藝圖（單驅動-端部糞溝布局）

2.4 固體有機肥生產(chǎn)工藝

固體糞肥生產(chǎn)系統(tǒng)主要采用自動翻拋堆肥工藝（圖7、圖8），具有能耗低、易操作、智能化、省人力的特點。單體發(fā)酵設備跨度更大，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。可加入高效菌種，2 天內升至60 ℃，全部殺死病原菌、蛔蟲卵等[3]。

圖3 機械刮板清糞工藝的應用

圖4 分離回收液循環(huán)沖洗清糞工藝的應用

圖5 糞尿固液分離預處理工藝

圖6 糞尿固液分離預處理系統(tǒng)的應用

圖7 固體有機肥制作工藝

2.5 液態(tài)有機肥生產(chǎn)工藝

經(jīng)過固液分離預處理之后，液體部分可以發(fā)酵制成液態(tài)有機肥。在歐洲很多國家，液態(tài)糞肥的存儲時間、存儲設施是否加蓋（以減少對周邊空氣的影響），土地的施肥量、施肥時間等都是有嚴格法律規(guī)定的（表2）。這些規(guī)定主要是為了避免糞肥在存儲過程中以及施肥過程中對土壤、水和空氣可能造成的不良影響，因此液態(tài)糞肥的存儲工藝設計極為重要[4]。

圖8 固體有機肥制作

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

表2 歐洲部分國家對糞肥存儲及施用的規(guī)定

圖9 液態(tài)糞肥覆膜存儲發(fā)酵工藝

覆膜發(fā)酵存儲需要根據(jù)牧場的地域、規(guī)模、地形、牧場設計、功能的不同而具體設計和建設。覆膜存儲塘系統(tǒng)應采用特制的膜，各項指標均符合國家標準，還需滿足垃圾填埋場低密度填埋處理的標準[5，6]。

圖10 液態(tài)糞肥覆膜存儲發(fā)酵工藝的應用

2.6 有機糞肥施肥工藝

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

實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)有機肥施肥車的優(yōu)勢：一是液體有機肥分布均勻；二是液體有機肥中易揮發(fā)成分氨的揮發(fā)度較低；三是液體有機肥施肥過程及施肥后均無不良氣味；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、施肥過程污染嚴重等問題。

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，可以采用“施肥車+管道輸送”的方式來使用液態(tài)糞肥（圖11）。在存儲塘的服務池旁邊裝設施肥泵，施肥管道從服務池開始鋪設到施肥田地，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肥，泵的輸送距離可達到4 km，施肥車無需來回運輸糞肥。

糞肥的施用要堅持安全使用、測土配方、按需施肥的原則，嚴格按照畜禽糞便還田技術規(guī)范的還田限量，依照檢測有機肥的營養(yǎng)含量，分析農(nóng)作物的營養(yǎng)需要，測算耕地土壤的肥力來計算施肥量，并計算種植規(guī)模。

3 糞肥綜合利用案例

圖12 3 000 頭奶牛場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，牧場存欄3 000 頭，產(chǎn)糞便量約為180 噸/天。項目使用種養(yǎng)結合生態(tài)循環(huán)利用模式，采用機械刮板糞便收集系統(tǒng)+固液分離系統(tǒng)+液體有機肥存儲塘系統(tǒng)+固體有機肥生產(chǎn)系統(tǒng)，以及有機肥施肥利用系統(tǒng)、牛床墊料生產(chǎn)系統(tǒng)。牛場周邊配備有玉米地、蔬菜基地、蝴蝶蘭基地、木瓜基地、葡萄園、杏樹園等相關種植業(yè)。該牛場2014年12月即被農(nóng)業(yè)部列為“全國畜禽養(yǎng)殖糞污處理與利用技術示范基地”（圖12、圖13、圖14）。

4 小結

種養(yǎng)結合是糞肥的最終去路，也是最直接、最經(jīng)濟的一條利用途徑。糞肥將是規(guī)模牧場賺錢的最為關鍵一環(huán)。畜牧業(yè)和種植業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分，關系著每一個人息息相關的生態(tài)環(huán)境、糧食安全和食品安全。實際上，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，而是應該有機結合，共謀高產(chǎn)、優(yōu)質、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 頭奶牛場的清糞及固液分離預處理

圖14 牧場的有機肥制作和牛床墊料

[1] 中國人民共和國農(nóng)業(yè)部. 關于推進農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點的方案(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. 畜牧場固液分離及水沖系統(tǒng)簡介及設計要點[J]. 中國沼氣，2012，30（5）：38-42.

[3] 中華人民共和國衛(wèi)生部. GB 7959-1987 糞便無害化衛(wèi)生標準[S]. 北京：中國標準出版社，1988.

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

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. CJ/ T 276-2008 垃圾填埋場用線性低密度聚乙烯土工膜[S]. 北京：中國標準出版社，2008.

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

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

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

2017-03-30）