南方地区规模化养羊场粪污处理与利用

李晓锋，陶 虎，索效军，熊 琪，李 龙，周诗钦

（1.湖北省农业科学院畜牧兽医研究所/动物胚胎工程及分子育种湖北省重点实验室，武汉 430064；2.湖北金旸畜牧有限公司，湖北 麻城 438300；3.西南大学动物科学技术学院，重庆 400715）

随着中国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，畜产品需求持续增长，畜禽养殖业的集约化、规模化比例不断扩大，导致粪污集中产生，而由于养殖场的处理技术落后或设施不配套，在影响场内及周边地区生态环境的同时，也引发社会广泛关注，制约产业的可持续发展。与此同时，国家对环境保护愈加重视，环境保护法、畜禽规模养殖污染防治条例等法律法规修订实施，对规模化养殖场的粪污处理提出了更为严格的要求。中国养羊业发展迅速，2020 年全国羊存栏量30 655 万只、出栏量31 941万只、羊肉产量492 万t［1］，在满足市场供应、带动经济发展和农民增收等方面做出了积极贡献。南方地区是指秦岭淮河以南、横断山脉以东的地区，是中国养羊及羊肉消费的重要区域，因降雨多、气候炎热潮湿，其养羊方式与北方地区有着很大不同，粪污处理模式也有所差异，优势产区的经验技术不能直接应用。本研究立足南方地区气候生态特点和养羊现状，对规模化养羊场的粪污处理及资源化利用技术进行简要分析，给养羊生产提供参考。

1 羊场粪污特点

粪污是指畜禽养殖过程中产生粪便、尿液和污水的总称。羊场多采取干清粪工艺，冲洗污水很少。羊粪较为干燥，呈较规则的光滑椭球形颗粒，外表致密、内芯多孔，易于处理和贮存，其排泄量与品种、体重、日粮配方、采食量、气候、季节等因素有关。综合分析已有文献［2-7］，羊的粪尿产量及特点分别见表1和表2。新鲜羊粪的臭味强度为3～4 级（较强），且不同程度地含有杂草种子、寄生虫卵和病原菌，需经无害化处理后方能还田利用。1 只羊的氮（磷）排泄量相当于0.4 个猪当量，粪污养分在收集、处理和贮存过程中的损失约为氮63%、磷27%［8］。

表1 羊的粪尿产量

表2 羊粪尿（鲜样）的理化特性

2 粪污处理设施设备

2.1 羊舍建设

羊喜燥怕湿。南方地区多雨潮湿，应修建楼式羊舍，羊床铺设漏缝地板（木制、竹制或预混构件均可），缝隙宽1.2～1.5 cm，粪尿可自然漏下。羊床下方为水泥斜坡或自动刮粪板，后者需在羊舍的一端建造暂存池，并设置污水导流槽，以便干湿分离。粪尿沟应位于屋檐投影的内侧，暂存池上方搭建顶棚，严格做到雨污分离。

2.2 粪污收集和贮存设施

场内道路分净道和污道，两者不交叉、不混用；粪污处理区应位于下风向，输送污水的暗沟或管道应设有分级沉淀系统，与污水池之间有足够落差，以实现自流。配备装粪车，大型养羊场还应有吸污车。按照养殖规模、贮存周期来计算设施容积，并能防雨、防渗漏、防溢流，采用全舍饲养殖的养羊场，以储存期1 个月计，储粪池的容量不低于0.06 m3/只，污水池0.02 m3/只；放牧饲养的养羊场，其容量可略小。

2.3 堆肥及有机肥加工设备

散养户及小规模养羊场应根据羊粪产量，建造发酵池进行堆肥处理，至少建造2 个发酵池，与储粪池搭配，以便交替使用。若委托第三方机构处理，则无需堆肥设施及设备。大型养羊场可配套必要的混合、输送、搅拌、鼓风等设施设备，生产有机肥或有机无机复混肥，其设施包括加工车间、发酵槽，主要设备有槽式翻抛机、静态曝气鼓风机、条垛式翻堆机、粉碎机、双轴桨叶连续混合机、制粒机、滚筒干燥机、翻板式逆流冷却器、风机沙克龙（抽风除尘）、筛分机、传送皮带或绞龙、斗式提升机、包装机、控制柜，均应具有电流和电压过载保护，关键设备有紧急停钮。

2.4 污水处理设施

因羊的排污量较少，散养户及中小型养羊场用污水池、曝气池处理即可，不建议建造沼气池。大型养羊场可建造沼气池，或通过氧化塘、水生植物塘、人工湿地系统进行处理。

3 粪污的收集和处理技术

3.1 基本原则

按照减量化收集、无害化处理、资源化利用的原则，采用干清粪工艺，粪尿干湿分离，雨污分离，尽量不冲洗栏舍，做到源头减量；羊舍设计合理，粪污处理场所无渗漏、不溢流，不影响周边环境，做到过程规范；坚持农牧结合、种养平衡，把粪污转化为有机肥、液态肥，做到末端利用，提高粪污综合利用率。同时，要求相关技术先进可靠、工艺成熟、操作简便，粪污处理与资源开发有机结合，经济效益与社会效益、生态环境效益兼顾。

3.2 粪污收集

应做到粪污分别收集、及时转运，其中羊粪装车后经污道运送至储粪池，中途应防撒漏；污水经暗沟（管道）排至污水池，或用吸污车转运。随着劳动力结构变化和用工成本上升，且人工清粪效率低、劳动强度大，规模化养羊场应采用刮粪板清粪、机械化转运，以减轻工作量、降低成本。

3.3 堆肥或沤肥

堆肥和沤肥是传统、经济、有效的粪污处理方法，区别在于前者为有氧发酵、后者为厌氧发酵，两者的优点为技术和设施简单、投资少、耗能少、运行费用低，缺点为成品不能商品化，适合中小规模养羊场，粪肥在本地及周边地区消纳利用。

好氧堆肥较为普遍，按照设施和工艺的不同又可分为：①传统静态法。羊粪不做任何处理，不添加辅料和菌种，直接堆积、自然发酵，中途不翻堆，该法操作简便，但肥分易流失、滋生蚊蝇，处理周期较长。常在料堆中戳出通气孔或竖插少量秸秆，以增加空气接触、缩短发酵时间。②动态翻抛法。羊粪添加辅料和菌种后，堆成条垛或置于发酵槽中，定期机械翻抛，其腐熟快、臭味轻，并能分段式连续加料，发酵完成后随时出料，运行管理方便和灵活。③静态通风法。堆垛或发酵槽的底部预埋通风管道，根据堆体温度和发酵进程强制鼓风，中途不翻堆，其运行费用低于翻抛法，缺点是不能连续加料。除以上3 种类型外，还有发酵仓和发酵塔法，因其投资大、运行和维护费用高，生产中应用较少。

以动态翻抛堆肥为例，其工艺流程为：①预处理。羊粪含水量相对较低，一般不用处理即可直接堆积发酵，若混有较多尿液而导致含水量超过65%，应添加秸秆、谷壳、锯末等辅料，将水分调节至55%左右，同时能增加空隙和蓬松度，有利于有氧发酵。固液分离的投资大、运行成本高，养羊生产中不多见。②接种菌剂。为提高发酵效率、缩短处理时间，可添加发酵升温快、粗纤维降解能力强的复合发酵菌种。③堆积发酵。物料堆成条垛或置于发酵槽中，宽度根据搅拌机规格确定，长度自由调节，高度为1.5 m 左右。④翻堆。发酵升温后，用轮盘式、齿爪式、骑跨式等翻混机，每5～7 d 翻堆1 次，使物料混合均匀，增加供氧，促进发酵和水分蒸发，同时能打碎结块的物料。⑤腐熟。根据堆积方式和外界气温的不同，羊粪1～2 个月即可完全腐熟，高温发酵能够有效杀灭病菌、虫卵、杂草种子，消除臭味，形成优质粪肥。

3.4 商品有机肥加工

腐熟后的羊粪可制成商品有机肥，主要工艺流程为：①粉碎调配。发酵后的物料粉碎后，根据配方添加有机或无机辅料，混合均匀。物料含水量过高时应晾晒或增加辅料，以免黏附而影响均匀度。②制粒。物料输送至制粒机，加工成柱形或球形颗粒。③干燥冷却。物料输送到烘干机，用热风烘干，使含水量≤30%，再用冷却器降温。该环节粉尘较多，应配备沙克龙等除尘装置。④筛分。利用筛分机将成品与需返工的物料分离，再对成品按粒径分级。成品可用包膜机进行包膜，以改善观感，并防止结块。⑤包装入库。采用连续自动计量封口包装机进行成品包装，运至仓库储存待售。因建设投资、生产工艺控制、销售网络、品牌管理等因素，推荐建设区域性有机肥厂，进行集中处理。在有机肥基础上，可适当添加无机肥、微量元素、高蛋白物料，制成有机无机复混肥或生物有机复合肥。

3.5 污水处理

养羊场的污水处理有好氧法（氧化塘、人工湿地、絮凝沉淀）、厌氧法（沼气转化）及厌氧好氧结合法。氧化塘依靠藻类和菌类的生长繁殖，消耗污水中的有机质，持续净化水体。根据操作工艺的不同，又分自然塘和人工塘。自然塘又称稳定塘，水深0.5～1.0 m，总容积为日污水量的100～200 倍，由数个塘组合而成，首塘较深、面积小，用于沉淀，定期清理塘泥；后续塘净化水体，至末塘时即可达标排放或灌溉。自然塘设施简单、投资小、工艺简便可靠、运行费用小，缺点是处理周期长、占地面积大、冬季处理效率低。人工塘即曝气池，池深4～6 m，容积为日污水量的4～5 倍，池底装配管道和喷头，鼓入新鲜空气，增加水中含氧量，加快处理进程。其占地面积小、处理效率高，但投资和运行成本高，工艺略复杂。

人工湿地又称水生植物塘，类似沼泽，污水按设定的方向自流，经过土壤、植物、微生物的多重作用进行净化。容量为日污水量的100 倍，种植芦苇、茭白、浮萍、睡莲、金鱼藻等植物，挺水、浮水、沉水植物搭配，形成立体生态网，提高净化效率。

絮凝沉淀系统由加料与混合搅拌池、混凝反应池、沉淀池等单元组成，添加絮凝剂（如石灰、硫酸亚铁、聚丙烯酰胺等）产生凝集反应，形成沉淀物，完成净化。其占地面积小、处理效率高，但投资大、运行费用高，应与其他处理方法结合采用。

沼气工程是利用厌氧发酵技术，将粪污中的有机质转化为沼气，达到处理目标，其投资较大，运行和维护需要专业培训和指导。由预处理、沼气发酵、储存净化和利用、后处理等4 个单元组成，发酵罐是其核心部分，容积取决于养殖规模和气温，发酵效率也受温度影响。沼液和沼渣不能直接排放，沼液可浓缩制成商品液态肥，或在储存池中存放10 d 以上、降低还原性后还田利用，沼渣可与粪便一起处理。

4 粪污处理利用模式

4.1 种养结合、就近肥料化还田

粪污发酵后就近用于农田、草地、果蔬、苗木等基肥或追肥，做到农牧结合、种养循环及粪污资源化利用，适用于分散且具有消纳条件的中小型养羊场。沼液、肥水等液态肥应配套输送管道或转运车，根据需要建设田间暂存池。根据国家相关标准要求，不得将未发酵的粪污直接用于施肥。粪肥养分含量相对较低，且具有缓释性，替代化肥的比例一般为50%。应根据粪肥养分供给和土壤养分需求，实施测土配方施肥；养殖规模与土地消纳能力相适应，以地定畜、种养平衡。

4.2 第三方机构集中处理、高值化利用

周边缺乏粪污有效消纳条件、或未建设处理设施的养羊场，可委托第三方机构处理，为节约运输成本，收集半径一般不超过10 km。其特点是由第三方机构配备运输车和加工设备，对周边多个养殖场的粪污进行收集和处理，专业化生产商品有机肥、复混肥、配方肥，辐射优质蔬菜、瓜果、粮油等高附加值农产品生产基地，异地利用。第三方机构将源头节水、沼气发电、有机肥生产、生物除臭等先进技术应用于实际生产，实现区域性“三增一减”（增加沼气、电力、有机肥供应，减少污染排放），有利于粪污处理的整县推进。

5 小结

中国畜禽粪污年产量约38 亿t，养分含量相当于化肥年产量的27%。而由于长期以来的重用地轻养地，重化肥轻有机肥，重氮磷钾肥轻微量元素肥，造成土壤养分不平衡，未有效利用的粪污也易造成污染和资源浪费。随着习近平生态文明思想及创新、绿色等新发展理念的贯彻落实，国家制定、修订了《畜禽规模养殖污染防治条例》等多项法律、法规，鼓励和支持粪污无害化处理和资源化利用，促进养殖业与环境保护协调发展。有机肥的还田利用，能提升土壤有机质和有益微生物种群，改善团粒结构和通透性，肥效周期长，促进作物稳产高产，改善农产品品质，同时能减少化肥施用，保护农田生态环境。而由于有机肥的用量较多，装卸、运输、施用、人工等费用大大超过化肥，若缺少价格优势和导向性政策，生产和推广难度较大。建议加强粪污处理和有机肥加工领域的科技创新，提高生产效率、降低成本；加大粪污处理、有机肥加工、有机肥替代化肥等方面的政策支持；因地制宜，推介先进经济适用的粪污收集处理机械装备和资源化利用模式。