奶牛养殖种养循环技术探索综述

□刘素华 李鸿志（河北省永清县农业农村局）

□张胜利（河北省畜牧总站）

种养循环确实存在明显的堵点、痛点。一方面，种植业需要施入大量化肥，化肥减量面临很大困难，改变农民使用化肥的习惯也很难，有机肥替代化肥还是在试点起步阶段，另一方面，养殖业产生的粪污特别是污水难以合格、低成本的消化处理，随意排放污染环境造成污染。无论是粪污做成有机肥，还是污水处理成灌溉用水，都面临着大幅提高废弃物成本的问题，最终用到养殖环节成本明显高于化肥，从而造成种植业、养殖业难以形成良性循环。

一、种养结合种养循环推广的主要障碍

（一）种植业利用养殖业粪污的法律制约

《水污染防治法》、《土壤污染防治法》、“土十条”等法律、法规对于畜禽粪污的利用提出“达标排放”、“加强对畜禽粪便、沼渣、沼液等收集、贮存、利用、处置的监督管理”、“加强对农田灌溉用水水质的管理，对农田灌溉用水水质进行监测和监督检查”等严格要求，在畜禽粪污利用上更多的考虑趋利避害，特别是对于种植业的危害因素识别和监管更为偏重。使得在粪污资源化利用的研究和推广上畏手畏脚，在资源化利用的道路上有法难依，打法律擦边球。从“畜禽污染防治”到“畜禽粪污资源化利用”不只是一个提法上重大变化，而是在对待畜禽粪污认识上的重大改变。粪污不再是“污染”，而是放错了、用错了的“资源”。

（二）种植业利用养殖业粪污的技术标准制约

通过收集和梳理《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）、《城市污水再生利用农田灌溉用水水质》（GB20922-2017）、《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》（GB 20922-2007）、《灌溉水中氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯限量》（GB 22573-2008）、《灌溉水中甲苯、二甲苯、异丙苯、苯酚和苯胺限量》（GB 22574-2008）等技术标准，进行了综合整理分析。

种植业施入的有机肥料包括多种限量性项目，主要包括总砷、总汞、总铅、总镉、总铬等。

农田灌溉用水的控制标准包括5日生化需氧量（BOD）、COD、悬浮物、阴离子表面活性剂、PH值、全盐量、氯化物、硫化物、总汞、铬、镉、总砷、铅、粪大肠杆菌、蛔虫卵等16项指标。

重金属和有害因子是在种植业上必须剔除的。

《农田灌溉水质标准》中有关BOD、COD的灌溉用水指标过高，致使养殖业污水若按照农田灌溉水标准还田处理成本太高，并且很多工艺不完善，去除了很多氮磷钾等营养元素，致使粪污中的营养元素白白流失，造成资源流失。

（三）养殖业粪污的处理工艺存在问题

奶牛场的污水来自干湿分离产生的污水、冲洗奶厅的粪水等，目前我国畜禽养殖废水的治理主要有SBR法污水处理工艺、CASS法污水处理工艺、A/O法、曝气生物滤池、MBR法、生物接触氧化法等污水处理工艺。最常用的有两种模式：一种是厌氧-自然处理模式，适用于中小型规模化养殖场;另一种是厌氧-好氧-MBR处理模式，适用于大中型畜禽养殖场或养殖区。

现有MBR处理方式的缺点：

处理时间长。比如污水预处理阶段就需要20.8小时，MBR处理过程就得20个小时以上。

处理成本高。虽然各个污水处理设备厂家，在设计方案中都表明每吨水处理成本1.7～4元不等，但据实际测算，仅电费一项，每吨水处理成本就超过4元，再加上絮凝剂和人工费，每吨水成本将近6元。另外，设备维修费和超滤膜更换等费用也很高，每更换一次超滤膜，也需要十几万元。

投资成本高。建设一座日处理量800吨的污水处理厂，不算土地成本，基建和设备投资1200万元，按使用寿命10年计算，每吨水成本折旧费4.1元。

（四）缺少种养结合的效果评价机制

种养结合的效果最终还是要通过种植业实现，细分到大田作物、果树、蔬菜等方面。效果指标一个体现增产或者不减产，另一个是如何做到化肥减量。这需要大量的田间试验数据支撑。而目前，权威性实验数据偏少，对于种养结合技术的科学推广未能提供有力支撑，更多是停留在经验和个例上面。

（五）种植业和奶牛养殖业的关注点不同

种植业关注的是肥料营养成分和有害因素不能超标，肥料成分主要包括氮、磷、钾、钙、镁、铜、铁、锰、锌、硼、钼、氨基酸、腐殖酸，有害因素主要是包括5日生化需氧量（BOD）、COD、悬浮物、阴离子表面活性剂、pH值、全盐量、铜、锌、硒、氟化物、氰化物、石油类、挥发酚、苯、三氯乙醛、丙烯醛、硼、镍、氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、异丙苯、苯胺的控制性项目指标。奶牛养殖业主要关注污水处理工艺和效果，污水处理后的5日生化需氧量（BOD）、COD、总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、固形物等指标。关注点不同、不统一，种和养要紧密结合，面临很大难题。

二、粪污中控制性项目对于种植业的影响

种植业水肥施入主要包括26项控制性项目，5日生化需氧量（BOD）、COD、悬浮物、阴离子表面活性剂、pH值、全盐量、铜、锌、硒、氟化物、氰化物、石油类、挥发酚、苯、三氯乙醛、丙烯醛、硼、镍、氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、异丙苯、苯胺，一旦超标，都对种植业造成不同危害。

氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、异丙苯、苯胺等的危害主要为刺激眼及上呼吸道，高浓度时可麻醉中枢神经系统。结合已开展的小麦水培试验、小区试验及油菜盆栽试验等结果，灌溉水中对小麦种子的萌发、出苗、产量和油菜的产量有一定影响，并随着浓度的增加而趋于显著。

pH限值为5.5～8.5。长期灌溉pH值低于5.5的水，可抑制土壤中的硝化细菌，硝化作用减弱，氮肥得不到充分释放，磷酸盐的肥效降低，钙镁等盐易遭淋失。在偏酸性条件下，会提高土壤中重金属毒物可溶性，易被作物吸收致害。长期灌溉pH值大于8的水，氮肥易被氨化，土壤中的钠离子开始活跃，对作物根系有抑制作用。

含铅过量会对植物造成危害，主要表现为叶绿素下降，暗呼吸作用上升，从而阻碍植物的呼吸和二氧化碳的同化作用。高浓度的铅不仅使农作物生长受阻、花期延迟、抽穗期和成熟期推迟、籽实畸形、产量降低等，而且还会严重影响农产品质量。

镉抑制作物根系生长，降低叶绿素含量和光合作用，干扰碳代谢、植株水分状况和养分吸收，甚至直接影响作物生理指标，进而影响作物产量与质量。镉与其他的重金属相比，较易被植物吸收进入食物链，容易造成农产品重金属超标和食品安全问题。

汞及其化合物都是剧毒物质。无机汞化合物通过食物链进入人体，在肝、肾、脑等器官组织中富集，Hg2+可与蛋白质的疏基结合，抑制酶的活性，使细胞代谢受到阻碍。甲基汞主要损害中枢神经系统，对神经系统危害大。

铜过量会导致植株褪绿黄化，造成叶绿体内类囊体膜叶绿素含量降低，抑制光合作用，致使农作物生长初期发育缓慢，成熟期根基叶较正常植株萎缩，甚至死亡。土壤铜污染不仅对植物产生危害，甚至对整个生态系统的稳定和人类的安全构成一定的威胁。

锌超标可抑制土壤微生物、酶活性以及呼吸作用强度。过量的锌可损坏植物根系，阻碍植物对水分和养分的吸收，并会影响作物对其他矿质营养元素的吸收，造成作物失绿和生长障碍，甚至死亡。

氟化物。根据小麦水培试验、小区试验结果，当水中含氟量高达5毫克/升时，小麦发芽率低于80%，含氟灌溉水使小麦面粉、麦叶及土壤含氟量都相应增加，氟的大量积累会使小麦叶缘、叶尖出现发黄症状。

三、固态粪污的处理

养殖场固态粪污处理没有什么难度。粪污固液分离后，固态粪的含水率75%～80%，需要晾晒或者加入其他如干秸秆等干燥材料，碳氮比1∶25～30，将粪的含水量调节至60%～65%。采用条垛式堆积、槽式、罐式等，加入复合菌剂，内部发酵温度维持60℃保持7天时间，即杀灭有害菌。

发酵菌种包括低温菌种和高温菌种。

低温菌种配伍主要包括：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、屎肠球菌、产沅假丝酵母，在-30℃～10℃条件下有机肥快速发酵。

高温菌种配方主要包括被：枯草芽孢杆菌、侧式芽孢杆菌、乳酸菌群、酵母菌群、米曲霉、黑曲霉、假丝褐霉菌、放线菌。

腐熟好的牛粪既可以用作牛卧床垫料，也可以还田利用，还可以加入功能性菌剂生产微生物菌肥和全元复合有机肥。对于做颗粒有机肥等过度加工，因其成本高、市场规模小，不做提倡。

四、种养循环中的污水处理技术路径

奶牛场的污水主要来自挤奶系统和奶罐清洗的酸碱废液和固液分离的粪水。挤奶系统和奶罐清洗的酸碱废液需要单独储存、单独处理，或者采用新型清洗模式，《挤奶系统新型清洗模式和废水处理技术模式初探》已经讲过，在此不赘述，本文只讨论固液分离后的粪水。

（一）奶牛场污水处理的一般方法

奶牛场污水处理一般采用以下技术路径：采用固液分离+溶气气浮（去除悬浮物）+化学沉淀+“厌氧-好氧”耦合处理工艺。

由于该废水COD浓度较高，不宜直接采用生化处理。首先采用固液分离去除固体杂质，再经溶气气浮去除悬浮物，再经化学沉淀去除废水中的其他杂质。

在“厌氧-好氧”耦合工艺中，废水经厌氧反应后，大分子的固体物质降解为小分子固体物质，不溶性物质降为溶解性物质。经厌氧反应后，BOD5/COD值进一步提高，使后续好氧生化反应更加容易处理。厌氧阶段不需加温、不需搅拌，处理的效果较好，可去除70%～90%的有机物，剩余污泥量少（仅为好氧处理的1/5～1/10）。根据废水的特性和以往的废水处理的经验，经过厌氧工艺处理后的废水有机物浓度虽大大降低，但是达不到排放标准，因而后续需要设置可有机物的好氧处理单元。好氧出水经过消毒，杀灭有毒有害微生物，然后按照灌溉标准排放。

该技术运行包括能源消耗费、药剂费、日常维护费、人工费，每吨污水处理费用5.4元。加上设备折旧，每吨水处理成本10元。一个存栏1000头的奶牛场，每天产生的污水60吨，处理费用600元，每年的处理费用20万元，对于养殖业而言也是较大的负担。

（二）奶牛场污水处理前后成分分析

据谱尼测试对污水处理前后34个指标进行综合分析，氮磷钾等主要营养元素，处理前4186毫克/升，处理后281毫克/升，氮磷去除率93.3%；处理前BOD值为7480毫克/升、COD值为3090毫克/升，处理后BOD值为175毫克/升、COD值为706毫克/升，比农田灌溉用水标准最高值分别高75%和353%。

1.污水控制性指标合乎要求

污水处理前，氟化物、氰化物、石油类、苯、三氯乙醛、丙烯醛含量均小于标准指标，挥发酚大于标准指标，处理后，挥发酚为0.0056毫克/升，远远低于1毫克/升标准。全盐量处理前8600毫克/升，处理后1920毫克/升，低于2000毫克/升标准。阴离子表面活性剂、氟化物、氰化物都在标准指标以下。

2.营养元素流失明显

目前通行的污水处理工艺都是去除氮磷，并且去除率很高，致使处理后的污水营养成分大部分流失，并且不仅是氮磷钾元素，钙处理前1160毫克/升，处理后172毫克/升，损失85%；镁处理前666毫克/升，处理后97毫克/升，损失85.4%；铜处理前3.91毫克/升，处理后0.09毫克/升，损失97.6%；铁处理前231毫克/升，处理后3.06毫克/升，损失98.6%；锰处理前16.4毫克/升，处理后0.61毫克/升，损失96.3%；锌处理前12.6毫克/升，处理后0.246毫克/升，损失98%；硼处理前2.21毫克/升，处理后0.35毫克/升，损失84.2%。

3.与液态肥标准比对

根据谱尼测试结果，奶牛场粪水与微量元素水溶肥相比，污水处理前镁、铜、铁、锰、锌、硼、钼含量合计2092毫克/升，处理后合计273毫克/升，明显低于微量水溶肥标准2～30克/升标准（NY1107-2010）。因此，污水的处理工艺要进行调整，主要是保留氨氮磷等营养元素，但是要降低COD和BOD值作物耐受值以下，并且要使处理设备小型化和运行简单化、低成本化。

五、种养结合要建立新的技术标准

种养循环的污水不能完全按照《农田灌溉水质标准》进行处理，因为一般处理的工艺投资高、运行成本高，所产生的附加值极低，最终施入农田的成本显著增加，致使粪污作为资源难以高效的循环利用。

检测养殖场处理前后污水中BOD、COD、氮、磷、钾、钙、镁、铜、铁、锰、锌、硼、钼、氨基酸、腐殖酸含量，同时检测处理后污水的铅、汞、镉、铬、硒、镍的含量，建立完整数据库。

BOD、COD是个变量，随储存时间长短而变化，只需检测处理后的几个时间点即可。

污水无需处理成灌溉标准，需要做成种养结合液态肥即可。

奶牛养殖污水中物质成分复杂，除了含有微量、常量元素以外，还含有大量有机物，主要包括VFA类、酸类、醛类、酮类、醇类、酯类、酚类、硫醇类、胺类、吲哚等。不同底物，分解条件不同，所以选准资源化利用方法，针对奶牛场的污水处理效果才会最佳。