异位发酵床技术是处理奶牛场粪污的良好途径

2020-02-16 09:13王均良毛宏伟逄国良张亚婷
养殖与饲料 2020年1期
关键词:奶牛场垫料牛舍

王均良 毛宏伟 王 冲 逄国良 陈 真 张亚婷

1.陕西省畜牧技术推广总站,西安710016;2.榆林职业技术学院农学院,陕西榆林719000;3.陕西省榆林市饲料饲草监测检验站,陕西榆林719000;4.陕西省杨凌区农业农村局,陕西杨凌712100

规模化、集约化奶牛养殖的发展,不仅给人们提供了大量牛奶,与此同时产生的大量粪污也给环保带来了极大的压力。1 个1 000 头(其中成母牛600 头)的奶牛场,全年产生的粪污达10 800 t、污水9 000 t、氮素90 t,若种植蔬菜和谷物,年种1 茬需要消纳土地600.03 hm2[1-2]。尽管如此,2016 年,我国人均乳制品折合为鲜奶消费仅有36 kg,只是世界平均水平的1/3,发展中国家的1/2,欧盟的1/7,美国的1/8[2]。伴随着我国二胎政策的放开和人们对美好生活的追求,牛奶作为大自然赋予人类最完美的食物,未来人们对其消费必然会持续增长,届时由此形成的粪污处理压力也会不断加大。为此,我们必须从目前处理粪污的方法中,寻找出更良好的途径,以实现环保和养殖双赢。

1 控制奶牛粪污源头

为了减少末端处理粪污的压力,对源头进行控制十分必要。采用雨污分流、干清粪、高压冲洗、防止牛场净水“跑冒滴漏”混入污水。用挤奶间冲洗水循环冲洗圈舍。加大饲料利用率的研究,采用平衡氨基酸日粮。精细加工粗饲料:中央电视台7 台科技苑曾报道陕西临潼某一草业公司,将用于青贮的秸秆横切纵切拉成丝后、变成类似青草直径、青绿柔软状态,再添加各种益生菌,压实制作青贮料。该料的适口性、草食畜采食量、消化率大幅提高,被称秸秆面包。奶牛采食后,明显草肉比、草奶比降低。由于秸秆被细化柔软,大大增加了秸秆与瘤胃内微生物的接触面,提高了利用率,减少了草料浪费、奶牛场的废弃物和粪便中的有机质含量。

2 奶牛粪污处理方法

2.1 直接使用

奶牛场需要建筑贮粪池,以储存期1 个月、存栏1 000 头奶牛场计算,需要堆肥场900 m3,污水池750 m3,其中污水池还需要加上高度为0.9 m 的预留体积(暂不考虑降雨)[1]。在奶牛场周围有配套土地,将较稀的粪便或混合粪污直接施予土地中,粪便在土壤中自然熟化、发酵,可最大限度地减少养分丢失。使用时应避免在冰冻的土地使用;施后应立即翻耕覆盖,切忌堆放田间地头;若使用于果树则既要覆盖,又要和果树根部保持一定距离,以减少肥效过强对树根造成伤害;每667 m2施肥量不高于5 t;施肥后2 个月方可栽培作物。此法受制于辐射半径、季节及目前奶牛场的布局。未来养殖场的布局务必考虑周边相应的土地配套,以利于直接处理奶牛粪污方法的推广,大大减少粪污处理费用。

2.2 干粪处理

干粪是经过固液分离或粪便脱水后形成的水分较低的粪便。

1)堆肥或生产有机- 无机或有机肥。一种方法是在粪便中添加秸秆、草粉、米糠、玉米芯、益生菌等,调节含水量为45%~60%。采用有氧发酵或厌氧发酵,以好氧发酵为主。将粪便堆成槽式、条垛式,每周翻堆1 次。另一种方法是静态堆肥,在堆肥下部铺垫管道,通过管孔定期正压送风,管孔注意朝向侧下方。发酵时间条垛式夏季75 d、冬季90 d,槽式、静态堆肥比条垛式时间少15 d。当堆心温度保持在40 ℃以下、不再发生升温、物料呈褐色或黑褐色、质地疏松时即好。大型乳企自建牧场若有配套土地、家庭农场、规模化种植,机械耕作,可使用大包装或罐车散运直接施予。亦可采用订单式生产,根据签约土地种植作物营养需要和土壤营养含量、粪便营养差距,添加氮磷钾硼铁锰硅等或菜粕豆粕等高蛋白有机物,进行烘干、制粒、冷却、装袋生产有机- 无机复混或有机复合肥,特别是后者,施予果、菜、粮、块根块茎等作物,效果很好。对于一般农户,应结合目前农村劳力年龄大、体力差、文化少的实际,尽量生产小包装,便于使用。做好售后服务。国家对此应制定减少化肥使用,鼓励有机肥使用政策。以此逐步改良土壤结构,增加土壤有机质含量,提高作物产量和品质,生产有机绿色农产品,有利国人健康。使用此法需要建立防雨棚,占地面积大,槽式的还需要建立发酵槽,需要大型翻堆机;需要注意监测温度;生产中要采用防臭措施,加大通风和翻堆;使用上要加大宣传,提高其接受度,改变目前使用率低的局面。

2)生物链转化。将牛粪经过一定处理后,添加一定辅料,通过食用菌或蚯蚓转化,前者可以供人们食用,后者可作为高蛋白饲料进行养殖。均可进行工厂化生产,实现资源化利用,但投资较大。

2.3 污水处理

奶牛场的污水主要来源于奶牛尿液、冲洗圈舍残余粪便、饲料污水、粪便固液分离污水,养殖场管理不善跑冒滴漏混入水、挤奶厅冲洗污水,但后者有机质较少,一般可循环利用冲洗圈舍。

1)物理处理法。利用格栅、化粪池、滤网等设施进行简单处理。可去除40%~65%的悬浮物,并使BOD5下降25%~35%。污水流入化粪池,经12~24 h 后,使BOD5降低30%,其中的杂质下降为污泥,流出的污水则排入下水道。污泥在化粪池应存放3 个月至半年,进行厌氧发酵。若没有进一步的处理措施,还需要药物消毒[3]。

2)化学处理法。用化学药品除去污水中的溶解物质或胶体物质。混凝沉淀:用硫酸铁、结晶氯化铝、聚合氯化铝钾、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁等絮疑剂,使污水中的悬浮物、和胶体物质沉淀而达到净化目的,上述絮疑剂以聚合氯化铝钾效果最好[3]。此法称为絮凝技术,此外还有气浮技术、电解技术、膜浓缩分离技术、臭氧氧化技术。这些技术仍然需要后续的生物处理及消毒处理。

3)生物处理法。利用水中微生物代谢分解其中的有机物,对污水进行处理。

活性污泥法。在污水中加入活性污泥(微生物、原生动物及一些无机物和尚未完全分解的有机物等),在通入空气后,好氧微生物大量繁殖,并产生大量胶体物质和悬浮物黏附在一起,形成具有极强吸附污水中有机质和氧化分解能力的絮状菌胶团,达到净化的目的。

生物过滤法。使污水通过一层表面充满生物膜的滤料,依靠生物膜上大量微生物的作用,并在氧气充足的情况下,氧化污水中的有机物[3]。该法又分为普通生物滤池、生物滤塔、生物转盘3 种。

4)氧化塘。好氧性细菌消耗污水中的有机质,产生氨气、磷酸、钾和二氧化碳,水中的藻类依靠这些物质进行生长,释放氧气,形成共生系统,持续不断地净化水质。氧化塘需要做钢筋混凝结构,防渗漏,因占地面积大,一般不建顶棚,池壁高于地面,防止雨水进入。氧化塘分自然塘和人工塘,前者一般水深0.5~1.0 m,总容积应是污水量的100~200倍。设施简单、投资小,缺点是废水在塘内停留时间长,与温度有关。北方地区冬季长,影响效率。人工塘内部有曝气装置,增加水中含氧量,利于好氧细菌繁殖,水深4~6 m,容积为每天污水量的4~5倍。处理效率高,占地小,但投资大,污水处理不彻底,后续还需要配套一定的自然塘进行处理,依然存在季节问题。

5)人工湿地。人工建造的类似于沼泽的工程化湿地系统,污水按一定方向流动,应尽量利用地势,减少投资,水深在0.3~1.6 m,经过湿地中的土壤、植物、微生物的多重作用,达到净化目标。靠前的池子做防渗处理,靠后的不做,但都有池埂。水中种挺水植物如芦苇等和浮水植物如浮萍和沉水植物如伊乐藻等,形成立体净化网,达到净化目的。与氧化塘结合使用,一般在体系的最末端,可达标排放,用于灌溉、养鱼、种植莲藕等。但北方寒冷季节,处理效果差、占地面积大、需要预处理是其缺点。污水需要去除沉淀物和漂浮物等预处理,控制污水中的固形物含量,BOD5负荷率为0.73 kg/(hm2/d),否则人工湿地是无效的。

6)沼气转化。主要是利用厌氧发酵技术,将污水转化为沼气作为燃料或发电。但投资大、需要专业人员设计,要一次投资到位,请接受过培训、责任心强的人员管理维护,否则易发事故。但粪水需要固液分离预处理,否则很可能造成厌氧设备堵塞,影响系统处理效果和寿命,也受季节影响,供气与季节倒置。发酵后的沼渣和沼液需再次处理,前者可与干粪一起利用好氧工艺加工成有机肥,沼液需要经过自然塘、人工塘、人工湿地处理后可达标排放。

2.4 发酵床处理

1)发酵床技术的历史及在我国的运用。发酵床技术最早源于日本,1970 年世界上出现了第一个以木屑为垫料的微生物发酵床系统,1985 年加拿大的BIOTECH 公司推出了第一个以农作物秸秆为深层次垫料的发酵床系统。1999 年,发酵床技术推广会在日本鹿儿岛大学举办,由此此技术在世界上许多养殖场得以推广[4]。我国在猪鸡粪便上早有应用。原理在此不再细说。相比直接使用周边土地配套问题,生产有机-- 无机肥或有机肥、污水多法净化,此技术简单高效、维护方便,是一种环保、生态、生物发酵、资源化利用,对外零排放的粪污处理方法,受到许多猪鸡养殖场的青睐。近几年在湖北武汉、山东莱芜、浙江金华等地的一些奶牛场也得到应用,大多成功,鲜有失败。目前我国有100 多家奶牛场采用发酵床技术进行养殖均取得不错效果[5]。

2)目前我国奶牛场发酵床的类型。

①全发酵床养殖。主要包括舍内、舍外2 种。前者又分为2 种,一种是对牛场中所有牛采食、休息、运动区域均铺垫垫料,厚度以50~60 cm 为宜。地面用三合土、红砖、水泥均可。牛场中所有粪尿均排泄在发酵床上。管理上通过及时覆盖粪便于垫料下、避免蚊蝇孳生,定期用机械翻抛、疏松,垫料在使用过程中减少量达到10%就要及时添加[6],及时监测菌种是否需要补充,垫料水分是否合适,调整各阶段奶牛饲养密度,保证垫料中氧气供应,促进微生物活动,从而将粪尿分解,舍内几乎无异味,管理好的垫料可运用3 年左右, 腐熟后直接加工成有机肥销售。舍内不用再配刮粪板、冲洗牛舍,无需地下污水收集管道、雨污分流,不需要漏缝地板。牛饮水位置在牛可以舒适饮用的同时尽量远离发酵床。完全通过发酵床微生物分解粪污,实现对环境的零排放。

②半发酵床养殖。因产奶牛排泄量大、养殖面积大、产奶牛在采食道上排泄量占全部排泄量的25%~40%[7]。因此,在产奶牛舍食槽前最好建2.8 m的水泥地面,因有一段水泥地面所以叫半发酵床养殖。将水泥地面上产生的粪尿,及时清理并覆盖在附近地方的垫料下进行混合。混合后若湿度过大,可将这部分垫料运出后晾晒,待湿度降低再运回使用。同样,在全发酵牛床采食区附近的垫料也会出现湿度过大问题,亦需要同样处理。垫料的管理方法与全牛床发酵养殖相同,但要麻烦一点。

③异位发酵床养殖。将垫料从牛舍移出,在牛舍或牛场外择一平地,建槽式发酵池、地面做防渗,周壁、地面水泥抹平,上铺垫料,建立发酵床,上配阳光棚,床周通风良好。实行奶牛和发酵床分离。垫料可以铺垫至1.4~1.5 m 厚,垫料来源可以更广。每条发酵床宽3.5~4.5 m,与翻堆机匹配,长度和条数多少以40~60 m3/d 降解1 t 污水来确定。在降解床之间配套建设污水池[7]。需要采用机械或人工干清粪(以规模而定),牛舍内有地下污水收集设施。需要雨污分流、节水措施、高压枪冲洗残余干粪,尿液随漏缝地板落下,通过斜坡,收集到污水贮存池。收集的粪便和污水用搅拌机搅拌均匀后,定期喷淋在垫料上,间隔以粪污和发酵基质混合后保持在70%湿度,一般72 h 喷淋1 次。待粪尿在垫料上停留3~4 h 完全渗入后,用翻抛机夏季每天翻堆,冬季1~2 d 翻堆1 次。配套设备有抽污水泵、搅拌机、槽式翻抛机、变轨移位机、自动喷淋机[7]。附属建设有污水贮存池、堆粪处、均质池、阳光棚。

④3 种发酵床的比较。全发酵床养殖优点是没有地下排污系统、地上建筑同一般牛舍,不需要刮粪板和沼气、固液分离、卧栏架等设施,大幅降低奶牛场占用的土地需求量,既降低劳动强度,总体投资也较一般牛舍费用要低。同时亦可用旧的牛舍改造,将刮粪板和卧栏架拆除,水槽设置以不妨碍机械通行即可。管理得当真正可以实现舍内的环境无异味,舍外环境零排放。但目前我国还没有完全掌握这一核心技术的研发单位[4]。

半发酵床养殖针对全发酵床养殖的弊端,有针对性地进行改造,结果较全发酵床理想。两者都有利于冬季在寒冷地方保温的特点,但在夏季这一优点却成为缺点。这两者更大的缺点是垫床区域不能用任何消毒剂,这样一旦发生传染病则会造成不可预料的后果[4],这是发酵床技术最要命的一点。而且要注意养殖密度,犊牛阶段以3~5 m2/头,参配前8~10 m2/头,育成牛以10~15 m2/头、产奶牛以20~25 m2/头为宜,保证根据养殖规模留够发酵床面积。否则,密度过高会出现“死床”现象。要注意调整垫料水分,以整体垫料水分70%以下为宜。注意翻抛频率,第1 次翻抛是在上牛后7~10 d,之后保证2~3 d 进行1 次,深度均以25~35 cm 为宜,每隔15 d 进行一次彻底翻抛,并注意将垫料层混合均匀[5],翻抛频率,以保证垫料的通透性和内部氧气供应充足为准,否则也会“死床”,轻则影响体细胞数,影响牛奶品质,重则引起乳房炎[7]。

异位发酵床养殖相对前两者,将发酵床建在了舍外或场外,实现了牛床分离,垫料可以铺得更厚,垫料的组成可以更广泛,适合大型机械翻抛,处理效率高,发酵更充分,很少发生“死床”,不会造成垫料重大损失;不会对牛造成影响;管理时也便于测试垫料湿度、温度、检查发酵情况;也有利于监管部门监管,不会因监管人员进场因消毒不严带来的生物安全隐患;更重要的是不会影响牛舍内正常的消毒,避免发生大的疫情,也不会因垫料湿度过大牛在上躺卧、踩踏造成牛患上趾蹄病、皮肤病、乳房炎等;不会因铺上厚的垫料给牛运动带来不便;能避免床体夏季温度高,给牛带来不适,影响产奶量。为保证牛卧栏上的舒适度,可先铺垫干土10 cm,再铺湿度为50%的牛粪20 cm。与前2 个发酵床相比,牛舍空气环境要差,但一般牛舍都是开放式牛舍,影响不会太大,亦可通过增加通风量解决,因此,在3 种发酵床奶牛养殖方式中,异位发酵床更科学先进。

异位发酵床技术,与过去一般干粪加工有机肥、污水再处理分两段走相比更简便,可实现一步到位;与为处理污水而建设沼气设施、进行维护、管理不好发生事故相比不存在安全问题,治污能力是传统沼气模式的1.8 倍;与粪尿直接使用受制于季节和周边需有消纳土地相比更灵活;与氧化塘、人工湿地等生物处理法相比,占地面积小,不需要预处理,投资低;与物理化学工业化治理模式相比,操作更简便,综合效益更高,同等养殖规模下土地利用率远高于其他模式,建设及运行成本更有优势[8]。

异位发酵床使用需要注意的问题有:腐烂、霉变、使用过化学防腐物质的原料不能用;每次喷洒前,应将粪污水混合均匀;每次喷洒量以垫料下40~50 cm 水分含量在45%~60%、pH 5~8 为宜,并根据季节调节添加量,严防一次添加过多,造成“死床”;喷洒后4~8 h 翻动垫料;喷淋24 h 后,垫料下40 cm 处温度应上升至45 ℃左右,48 h 后应升至60 ℃,在该温度下保持24 h 后,再进行下一次喷淋;每天翻抛1~2 次,以最大限度增加水分蒸发量,当温度升至70 ℃要增加翻抛次数;当垫料高度降低至15~20 cm 时,应及时补充垫料;养殖场应记录温度、喷洒、翻堆记录,积累经验;定期清除池中杂物,避免影响排污泵运行;防止消毒剂流入垫料;尽量使用益生菌替代抗生素养殖,防止对微生物造成影响;菌种补充每周进行1 次,可直接添加在均质池内与粪污一起喷洒;菌种添加按说明使用。

3 结 论

奶牛养殖的粪污处理已成为奶牛业发展的瓶颈,通过对现有的奶牛粪污处理的各种方法进行对比,发现异位发酵床养殖更适合奶牛养殖粪污处理,希望该技术在实践中得到更多的应用,科研单位能对此技术进行更深入的研究,使可用垫料品种更多、时间更长、成本更低;针对不同粪污成分,科学安排喷淋量、周期、翻抛次数、菌种添加,防止死床,使其日臻完善;未来奶牛场的规模及布局务必和周围环境相匹配,以消化该技术后续产生的有机肥,实现农牧结合、良性循环、互利共赢。

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