韦林 施俊兵 孟令仁 北京百世清源新能源科技有限公司
摘要: 本文将阐述奶牛场粪污的污染危害、防治原则，以及国内目前奶牛场粪污处理的常见成熟工艺，着重介绍了粪污处理的相关设备。
一、前言
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，我国畜牧业也得到了快速发展，主要表现为经营方式与养殖规模的改变，由过去的分散、人工饲养经营模式转变为现在的规模化、机械化饲养经营模式，然而发展模式的改变也带来了新的问题，尤其以粪污污染问题更为棘手，主要表现为养殖场排放的污水、粪尿等对水体、土壤、人体健康及生态系统所造成的直接或间接影响，同时也制约着牧场的可持续发展。因此粪污污染防治已迫在眉睫。
二、现代化牧场的污染防治基本原则
畜禽养殖业利润低、风险大，其污染防治不能简单地依靠单一的末端治理手段解决环境污染问题，应以资源化和循环利用为基本立足点，以环境容量为基准，从实际出发、合理规划、防治结合、综合治理，概括起来包括以下几大原则：
1.减量化原则
粪污处理首先应强调减量化原则，即通过养殖结构调整及开展清洁生产减少畜禽粪污的产生量。可从养殖生产工艺改进入手，如通过雨污分流、干湿分离、饮排分离等手段控制污染物的产生和数量，采用用水量少的干清粪工艺，减少污染物的排放总量，从而降低处理难度及处理成本;也可从饲喂角度出发，通过改进饲料加工方法或在饲料中添加蛋白酶等手段，提高奶牛对饲料营养物质的消化率和利用率，以减少粪尿的排泄量和氮、磷的产生量
2.资源化原则
资源化利用是粪污处理的核心内容，畜禽粪便是一种有价值的资源，经过处理后可作为肥料、饲料、燃料等，具有很大的经济价值，如果粪污得不到有效的处理，不仅污染了环境，而且造成了资源的巨大浪费。
3.无害化原则
畜禽粪便在资源化利用时，必须注意无害化问题，因为畜禽粪便中含有大量的病原体，会给人、畜带来潜在的危害。故在利用前要进行无害化处理，使其在利用时不会对生出的生长产生不良影响，不会对作物生长长生不利的因素。
4.生态化原则
根据物质循环、能量流动的基本原理，可以将畜牧业和种植业紧密地结合起来，以农养牧、以牧促农，实现生态系统的良性循环，这样既可减轻畜禽粪便对环境的污染，又可为绿色食品和有机食品的生产提供基础保障，最终实现农业的可持续发展。
三、奶牛场粪污处理常用工艺介绍
随着技术的进步，现代化牧场的粪污处理方式也有了很大的改进。改变了原来人工清粪、随意堆存的方式，目前采用的多为机械化或半机械化的粪污处理，同时也将环境保护、节能减排与有效利用等理念加以考虑，现代化牧场已采用的成熟处理工艺一般包括以下三种。
1.“水冲+固液分离”工艺
该工艺是用水将牛舍内粪污进行收集输送，然后通过固液分离机进行分离，分离后的液体一部分作为循环水继续用作牛舍冲洗水，多余的液体可实施沼气工程、达标排放工程，或者简单存放后还田灌溉;分离后的固体一部分作为牛床垫料使用，多余部分可用于制作有机肥。该工艺已成功运用在江苏盐城太来神牧场。工艺流程图见图1。
水冲系统主要包括冲洗阀、冲洗泵、冲洗管路和控制系统等配套设施，牛舍地面必须带有坡度，粪沟也必须保证一定的宽度、深度和坡度，牛舍温度必须在零度以上，因此，该系统更适合在南方使用。该系统需要的人力少、劳动强度小、劳动效率高、能频繁冲洗，易保证牛舍的清洁和奶牛的卫生。优点是污水能重复利用，能有效保证牛舍内的清洁，若在污水内增加消毒剂还能起到牛舍地面的杀菌作用。
固液分离系统主要包括搅拌机、切割泵、液位控制及管路等配套系统设施，水冲系统收集的粪污经搅拌机搅拌均匀后，由切割泵泵送进入固液分离机进行分离，所有设备可由液位控制实现自动化工作。
2.“机械刮板+固液分离”工艺
该工艺是将牛舍地面粪污的收集由水冲系统改为机械刮板系统，固液分离系统并没有发生变化。机械刮板系统对牛舍地面和粪沟的工艺要求相对简单，且能做到一天24小时清粪，时刻保证牛舍的清洁。机械操作简便，工作安全可靠，其刮板高度及运行速度适中，基本没有噪音，对牛群的行走、饲喂、休息不造成任何影响，运行、维护成本低，对提高奶牛的舒适度、减轻牛蹄疾病和增加产奶量都有决定性影响。电动机械刮粪板清粪是我国当前发展的方向，其先进性、实用性、可靠性及性价比终将为我国的牧场接受。机械刮板系统在南北方均适用。该工艺已成功运用盐城太来神牧场、海丰牧场。工艺流程图见图1。
图1 水冲(机械刮板)+固液分离工艺流程图
3.“固液分离+生物质燃料”工艺
该工艺的具体流程与“机械刮板+固液分离”工艺的前期处理是一样的，只是在后
期增加了牛粪生物质燃料压块设备，该设备可将固液分离后产生的多余固粪做成燃料加以使用，燃烧后的灰烬含镁、钾、钠等元素是上好的无机肥料，有很高附加值，且牛粪燃烧后的气体经检测含硫0.16-0.22%，远低于煤1-3%，是一种安全环保清洁能源，该工艺的使用真正实现了“植物→奶牛→牛粪→燃料→肥料”的自然循环，是未来再生能源的一个重要发展方向。随着国家对节能减排严格要求，该工艺将成为规模化牧场的选择。
四、固液分离系统在粪污处理中的应用
1.固液分离在粪污处理中的必要性
规模化牧场粪污产量多，加之粪污含水率极高，粪污运输、存储、利用都不方便，固液分离作为粪污处理的预处理，起着不可或缺的作用，使用固液分离系统的主要优势体现在以下几个方面：①大大降低了粪污的含水率，方便粪污运输、存储;②分离后的固体经简单处理后可作为牛床垫料使用，可为牧场省去使用沙子或其他材料做牛床垫料的费用，节省投资，也可加工制作有机肥出售，增加牧场收入;③分离后的液体固体悬浮物(SS)含量大大降低，可做为牛舍地面或粪沟的冲洗水源循环使用，亦可作为灌溉用水还田灌溉，节约水资源。综上所述，固液分离是粪污处理工艺的重要组成部分，已经成为粪污处理工程中的优先考虑系统，同时也得到广大牧场的高度赞同与认可。
2.固液分离系统设备简介
(1)液下切割泵
ZK系列潜水切割泵配有先进的多流道叶轮，使切割泵能把集粪池中的粪渣、稻草、浮渣、塑料制品以及纤维状物体切碎并顺利抽出，无须人工去清理池中的浮渣和悬浮物，有效降低了管路堵塞的几率，避免了常规处理中定期清池、清理管路的麻烦，节省了人工管理的费用，同时也为固液分离机创造一个稳定的工作环境。切割泵采用自藕式安装系统，安装、拆卸方便，在不必排空池水的情况下，即可实现设备的安装、检修。液下切割泵允许的污水固形物含量高达12%，适合用在杂质含量较高的畜牧场粪污水前期处理中。
工作原理：切割泵启动后泵轴旋转，从而带动叶片旋转。由于在设计上将泵轴上的叶片和泵体上的叶片安装成一定的角度，当液体及较小的固体经切割泵的入口进入泵体后，在泵的主轴高速运转时，就可将进入泵体内的固体打碎或者将较长的垫料切短，然后经过离心力的作用通过出口泵到管道内，从而实现切割泵的功能。在液体被甩向泵的出口的同时，泵入口中心处形成了低压，在污水池和泵入口处的液体之间就产生了压差。这样就不断有液体吸入，不停地排除液体。
(2)搅拌机
该设备主要用于对粪污混合液进行混合、搅拌和环流，为切割泵和固液分离机创造良的运行环境，提高泵送能力，有效阻止粪污中悬浮物的沉积，避免对管路造成阻塞，从而提高整个系统的处理能力和工作效率。搅拌机整体采用铸铁材料，叶轮和提升系统采用不锈钢材质，耐腐蚀性强，可在pH=5-12的酸碱范围内工作。该搅拌机采用专用的安装起吊系统，无需排出池内污水，即可快速安装和拆卸潜水搅拌机，提升系统带有行星齿轮盒，可以根据污水池内的液面高度调整搅拌高度及角度。搅拌机允许的污水固形物含量高达12%，适合用在杂质含量较高的畜牧场粪污水前期处理中。
(3)SL系列挤压式固液分离机
SL系列固液分离机工作原理：固液分离机的原理为螺旋挤压固液分离技术。主要组成部分为：机体、筛网、挤压绞龙、减速电机、卸料装置等部件组成。当切割泵经管道将粪污泵到固液分离机后，分离机启动，挤压绞龙将粪水逐渐推向机体前方，同时不断提高前缘的压力，迫使物料中的水分挤出网筛，流出排水管。挤压机的工作是连续的，其物料不断泵入机体，前缘的压力不断增大，当大到一定程度时，就将卸料口顶开，挤出挤压口，达到挤压出料的目的。为了掌握出料的速度与含水量，可以调节主机前的调节装置，以达到满意适当的出料状态。
SL系列固液分离机的特点：既可以用于分离粪污处理前分离，也可以用于沼气发酵后期的固液分离。其整机结构为铸铁材料，关键件筛筒为不锈钢材料，耐腐蚀性强。其采用不锈钢筛筒对物料进行固液分离，筛筒的筛网直径0.25-1mm，可分离出液体中细小的固体颗粒;不同型号的设备，其每小时可处理粪污水量在4-70m3之间。分离出的固体部分干燥，无臭味，是很好的农田肥料，存放过程不产生渗滤液，运输、存储方便，无臭味，能有效改善畜牧场空气环境，并能解决固体粪渣运输过程中的环境污染问题。经分离后液体部分体积较分离前可减少20%-30%，在存放过程中不会产生结壳、沉淀，分离后的液体N、P含量较少，可以稀释用作灌溉用水或水肥，能有效地被农田作物吸收。
图4 固液分离机
(4)牛粪生物质燃料压块机
牛粪生物质燃料压块机是在固液分离的基础上对牛粪的二次固液分离，其主要技术参数为：密度：700-1400千克/立方米;灰分：1-20 %;水分≤15%。热值：3700-4500大卡/千克;秸秆成型燃料块的热值以处理的生物质的种类不同而不同。以牛粪为例：热值约为煤的0.7-0.8倍，即1.3t的牛粪成型燃料块相当于1t煤的热值，牛粪成型燃料块在配套的下燃式生物质燃烧炉中燃烧，其燃烧效率是燃煤锅炉的1.3-1.5倍，因此1t牛粪成型燃料块的热量利用率与1t煤的热量利用率相当。烧后的废气排放：CO零排放;NO214mg /m3(微量);SO2 46毫克/立方米远低于国家标准，可忽略不计;烟尘低于127mg /m3，远低于国家标准。物质燃料燃烧后的灰分处理：生物质燃料燃尽率可达96%，剩余4%的灰分可以回收做钾肥，可实现了“植物→奶牛→牛粪→燃料→肥料”的有效循环。
图5 牛粪生物质燃料压块机
五、结论
畜禽粪污处理有很多工艺，本文所述工艺已成功运用于南北方各大牧场，且运行稳定、可靠，抗外界环境干扰能力强，赢得了牧场经营者的青睐。而在各工艺中，固液分离和生物质燃料是粪污处理和利用的重要环节，符合规模化牧场的可持续发展思路，必将成为粪污处理技术的发展方向。