规模牧场粪肥综合利用工艺及案例分析

文/宁宗拔 那 蕊 李俊卫 王浚峰 高继伟 曹锦萍 吕小琳

（北京京鹏环宇畜牧科技股份有限公司）

规模牧场粪肥综合利用工艺及案例分析

文/宁宗拔 那 蕊 李俊卫 王浚峰 高继伟 曹锦萍 吕小琳

（北京京鹏环宇畜牧科技股份有限公司）

牧场的粪尿处理和利用方式多种多样，各有特点。其中种养结合的粪肥利用方案可以让种植业为养殖业提供饲料原料的同时，把养殖业产生的粪尿作为种植作物的营养，实现种养的有机结合。要实现种养结合的关键是简单有效地将养殖业中的粪尿污水，变成对种植作物有利用价值的营养元素——粪肥。针对种养结合的粪肥利用方案，从设计理念和依据以及设计工艺和案例分析、讨论规模牧场如何实现粪肥的利用，实现种养结合，减少化肥农药的使用，发展高产、优质、高效、生态、安全的现代生态农业。

规模牧场；粪尿处理；工艺；种养结合；生态；现代农业

当前，养殖废弃物的处理问题是畜牧业最受关注的热点。一方面，许多环保不达标的牧场面临拆迁的境地，规模牧场的粪尿污水处理难题已经成为制约牧场发展的瓶颈。另一方面，种植业也面临着土壤板结、化肥农药滥用、农产品品质低劣等问题。为了解决行业目前面临的这两大严峻问题，本文将从粪肥综合利用工艺设计依据、工艺设计、案例分析三方面，讨论种养结合的粪肥综合利用模式。

1 种养结合理念及工艺设计依据

1.1 种养结合理念及政策支持

畜牧业和种植业的关键问题是生态农业的发展问题，生态农业是生态文明的重要部分。随着国家对生态文明建设的重视，以及农业供给侧结构性改革的深入进行，如何解决畜牧业产生的环保难题已经刻不容缓。

2016年12月21日，习近平总书记主持召开了中央财经领导小组第十四次会议，听取了农业部关于畜禽养殖废弃物处理和资源化的汇报，提出加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化，这不但关系6 亿多农村居民的生产和生活环境，关系农村能源革命，而且关系能不能不断改善土壤地力、治理好农业面源污染，是一件利国利民利长远的大好事。会议提出，要坚持政府支持、企业主体、市场化运作的方针，以沼气和生物天然气为主要处理方向，以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向，力争在“十三五”时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。

2016年12月30日，农业部部长韩长赋主持召开了农业部常务会议，会议传达学习了习近平总书记在中央财经领导小组会上的重要讲话精神，会议确定2017年重点工作之一是落实《开展水果蔬菜茶叶有机肥替代化肥行动方案》，把畜禽养殖废弃物处理和资源化作为农业面源污染治理的重中之重。

为了畜禽养殖废弃物的规范化利用，国家出台了《畜禽规模养殖污染防治条例》《到2020年化肥使用量零增长行动方案》《全国农业现代化规划（2016-2020年）》等一系列政策法规。2016年8月，农业部网站发布了《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》通知，方案中估算，全国每年产生畜禽粪污38 亿吨，综合利用率不到60%，最少有15.2 亿吨粪污浪费[1]。畜禽粪肥蕴藏千亿元市场空间，种养结合模式俨然是行业内隐藏的千亿级独角兽。

1.2 种养结合的科学依据

粪肥利用之所以能够被提到国家高度的根本原因，是因为粪肥本身蕴含的价值和能够肥沃土壤的属性。

1.2.1 粪肥的营养成分

动物采食饲料后，被消化吸收后剩余的营养物质会残留在粪便中，此外，动物肠道内的微生物群也使粪便更富营养，据测算，每公斤鲜牛粪含有有机质145 g，氮（N）3.2 g，磷（P2O5）2.5 g，钾（K2O）1.6 g。因此，动物粪尿中含有大量对作物有利的营养物质（表1），经过处理后可以为作物提供优质肥料。据美国有关机构测算，1 头奶牛每年可生产价值294 美元的肥料。

相关机构基于过去30 年进行的实地测试和科学研究指出，将畜禽粪便作为植物养料使用可改善作为农作物生长基质的土壤。粪便可提高土壤肥度，并稳定土壤物理性质。粪便中有机物质可改善土壤的颗粒结构，从而提高植物根系对土壤的穿透能力，使土壤对水和营养物质的保存能力提高，排出土壤中多余水分的土壤孔隙系统也将得以巩固。

1.2.2 土壤的养分承载力

种养结合的关键在于将粪肥合理还田。因此，不仅需要对粪肥的营养成分进行分析，还需要对土壤的养分承载力进行分析。

据欧洲《欧共体硝酸盐控制标准》，N的土地施用标准为170 kg/公顷，每年10月至来年2月禁止在田间放牧或将粪便排入农田。丹麦是欧洲乃至世界上做种养结合最成功的国家，丹麦农业研究机构Agro-tech数据显示，未分离的粪尿污水为每公顷施用量＜140 kg N，分离后的粪尿为每公顷施用量＜168 kg N，一般来说，最大施用量约折合30 吨/公顷，即2 吨/亩。武汉市环科院在2007～2010年《畜禽养殖污染防治及其战略研究》课题中分析出1头猪产生的粪中的N、P含量，然后检测土地种植一年需要多少N、 P，从而计算出土地可消纳的猪粪量。经计算，如果不经过任何处理，武汉市1 亩土地可“消化”1头猪或10 只鸡或0.5 头牛的粪便。这些国内外对粪肥的利用经验和数据为牧场粪肥综合利用的测算提供了有效的依据。

表1 牛粪中的有机质和主要营养成分

图1 粪肥生产和综合利用的工艺流程

大量数据表明，长期使用粪肥具有四个方面的效果，一是改良土壤，使土壤养分均衡、肥效上升；二是增产增质，使作物和农产品产量增加、质量提升；三是环境友好，可以循环利用、无毒无害；四是种养结合，实现可持续发展的生态有机产业链。

综合利用粪肥，不仅能够有效提升食品品质，也是提升养殖效益的有效途径，这为规模牧场粪肥综合利用提供了有力依据。

2 粪肥利用工艺设计

2.1 粪肥生产和综合利用的工艺流程

粪肥综合利用主要包括粪尿收集、预处理、粪肥加工、施用等四个单元（图1）。粪尿收集采用“刮粪板+分离液回冲”，能够节水、节约劳动力；预处理采用固液分离工艺；分离后的固体部分可以发酵做成固态有机肥或制作成牛床垫料，运输清洁、施用便捷；分离后的液体可以进入防渗、雨污分离、粪肥高效熟化的覆膜存储塘，成为液态有机肥；固态或液态有机肥可以通过撒粪车或者施肥管道，按需施用到农田，发挥出粪肥应有的价值。

2.2 粪尿收集工艺

机械刮板清粪系统通过电力驱动，链条带动刮粪板在牛舍内来回运转进行自动清粪，可以做到24 h不间断运行，能保证牛舍的清洁，运行速度适中，没有噪音，对牛群的行走、饲喂、休息不会造成任何影响，可以改善牛群生活环境、减轻肢蹄病（图2、图3、图4）。

2.3 粪肥预处理工艺

牛舍内粪尿及污水被收集到集粪池（图5），进入粪肥预处理系统（图6）。预处理系统主要由固液分离机、潜水搅拌机、潜水切割泵等三个部分组成，粪浆被搅拌均匀后由切割泵提升至固液分离机进行螺旋挤压分离。粪肥经过固液分离预处理之后分离效果明显，便于后续进一步加工处理成固态或液态有机肥，或制作成牛床垫料，是实现粪肥高效利用的重要环节[2]。

图2 机械刮板清粪工艺图（单驱动-端部粪沟布局）

2.4 固体有机肥生产工艺

固体粪肥生产系统主要采用自动翻抛堆肥工艺（图7、图8），具有能耗低、易操作、智能化、省人力的特点。单体发酵设备跨度更大，有效翻抛尺度更深，供氧充分，抑制厌氧菌，彻底控制臭气发生。可加入高效菌种，2 天内升至60 ℃，全部杀死病原菌、蛔虫卵等[3]。

图3 机械刮板清粪工艺的应用

图4 分离回收液循环冲洗清粪工艺的应用

图5 粪尿固液分离预处理工艺

图6 粪尿固液分离预处理系统的应用

图7 固体有机肥制作工艺

2.5 液态有机肥生产工艺

经过固液分离预处理之后，液体部分可以发酵制成液态有机肥。在欧洲很多国家，液态粪肥的存储时间、存储设施是否加盖（以减少对周边空气的影响），土地的施肥量、施肥时间等都是有严格法律规定的（表2）。这些规定主要是为了避免粪肥在存储过程中以及施肥过程中对土壤、水和空气可能造成的不良影响，因此液态粪肥的存储工艺设计极为重要[4]。

图8 固体有机肥制作

液态粪肥采用覆膜存储发酵生产的工艺模式（图9、图10）。该工艺具有以下特点：一是粪肥高效。密闭存储，有效保留粪肥中的N；二是雨污分离。减量化的同时减少投资；三是隔离气味。浮动膜的存在能明显隔离气味对周边空气的污染；四是质量可靠。专业的材料和施工，使用寿命可达30 年；五是环境安全。底膜、安全膜、报警系统保证对土壤、地下水无污染；六是方便快捷。就地挖坑夯实覆膜，单池覆膜3～5 天即可完成。

表2 欧洲部分国家对粪肥存储及施用的规定

图9 液态粪肥覆膜存储发酵工艺

覆膜发酵存储需要根据牧场的地域、规模、地形、牧场设计、功能的不同而具体设计和建设。覆膜存储塘系统应采用特制的膜，各项指标均符合国家标准，还需满足垃圾填埋场低密度填埋处理的标准[5，6]。

图10 液态粪肥覆膜存储发酵工艺的应用

2.6 有机粪肥施肥工艺

粪肥还田是养殖粪便及废弃物的最佳去处。固体有机肥相对来说比较便于使用，液态粪肥具有数量大、运输成本高等特点，处理不好还有臭味，这也是过去很多人都不愿意制作和使用液态粪肥的原因。

实际上采用施肥车或管道输送等液态粪肥高效施用系统，可以有效解决这些难题。

采用液态有机肥施肥车的优势：一是液体有机肥分布均匀；二是液体有机肥中易挥发成分氨的挥发度较低；三是液体有机肥施肥过程及施肥后均无不良气味；四是避免了传统罐车施肥中罐车容积小、施肥能源消耗高、施肥过程污染严重等问题。

图11 “施肥车+管道输送”的高效施肥系统

而养殖规模更大、配备土地更多的大型农场，可以采用“施肥车+管道输送”的方式来使用液态粪肥（图11）。在存储塘的服务池旁边装设施肥泵，施肥管道从服务池开始铺设到施肥田地，并连接到液体施肥车上，施肥泵持续的向在田地里工作的施肥车泵送液体有机肥，泵的输送距离可达到4 km，施肥车无需来回运输粪肥。

粪肥的施用要坚持安全使用、测土配方、按需施肥的原则，严格按照畜禽粪便还田技术规范的还田限量，依照检测有机肥的营养含量，分析农作物的营养需要，测算耕地土壤的肥力来计算施肥量，并计算种植规模。

3 粪肥综合利用案例

图12 3 000 头奶牛场的粪肥综合利用案例

四方高科农牧有限公司位于山西省大同市南郊区杨家窑村，距大同市区30 km，占地面积750 亩，牧场存栏3 000 头，产粪便量约为180 吨/天。项目使用种养结合生态循环利用模式，采用机械刮板粪便收集系统+固液分离系统+液体有机肥存储塘系统+固体有机肥生产系统，以及有机肥施肥利用系统、牛床垫料生产系统。牛场周边配备有玉米地、蔬菜基地、蝴蝶兰基地、木瓜基地、葡萄园、杏树园等相关种植业。该牛场2014年12月即被农业部列为“全国畜禽养殖粪污处理与利用技术示范基地”（图12、图13、图14）。

4 小结

种养结合是粪肥的最终去路，也是最直接、最经济的一条利用途径。粪肥将是规模牧场赚钱的最为关键一环。畜牧业和种植业是农业的重要组成部分，关系着每一个人息息相关的生态环境、粮食安全和食品安全。实际上，畜牧业和种植业自古是生态农业这一条循环链上的，不能断裂发展各行其是，而是应该有机结合，共谋高产、优质、高效、生态、安全的现代化生态农业[7]。C

图13 3 000 头奶牛场的清粪及固液分离预处理

图14 牧场的有机肥制作和牛床垫料

[1] 中国人民共和国农业部. 关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案(EB/OL). http://www.moa.gov.cn/zwllm/zcfg/ nybgz/201609/t20160919_5277846.htm，2016-08-11.

[2] 彭英霞，王浚峰，高继伟. 畜牧场固液分离及水冲系统简介及设计要点[J]. 中国沼气，2012，30（5）：38-42.

[3] 中华人民共和国卫生部. GB 7959-1987 粪便无害化卫生标准[S]. 北京：中国标准出版社，1988.

[4] 尚斌，董红敏，陶秀萍. 畜禽养殖废弃物贮存设施的设计[J]. 农业工程学报，2006，22（S2）：257-259.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. CJ/ T 276-2008 垃圾填埋场用线性低密度聚乙烯土工膜[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[6] 李国林. 规模化奶牛场产排污系数、污水存贮及土地消纳量相关技术参数研究：[硕士论文][D].山东农业大学，2014.

[7] 陈映耀. 养殖场畜禽粪污处理方法[J]. 中国畜禽种业，2017（2）：52-53.

宁宗拔（1966-），男，硕士，广西玉林人，高级畜牧师、高级工程师，主要从事畜禽粪污处理技术的研究和推广工作。

2017-03-30）