奶牛粪便无害化处理技术及成套设备开发研究

研究与开发

技术篇

奶牛粪便无害化处理技术及成套设备开发研究

□蒋立茂曾祥平郭曦

刘小谭赵帮泰（四川省农业机械研究设计院，四川成都，邮编610066）

摘要：奶牛养殖污染已成为四川农村的主要污染源之一。本文针对四川奶牛养殖污染现状，结合奶牛粪便的生化特点，提出了高温快速发酵和火力干燥相结合的新型工艺，摸索出了一种经济、安全、高效的无害化处理方法，实现了废物的循环利用，具有较好的社会经济效益和生态效益；同时对关键配套设备作了简要介绍，对于引导奶牛养殖企业治理牛粪污染、选型配套设备有较大帮助和指导作用。

关键词：牛粪；无害化；设备中图分类号：X713

文献标识码：B

文章编号：1006—0243（2009）01—0030—03

随着现代畜牧业的发展，奶业极大地改善和丰富了我国人民的物质生活。据不完全统计，目前四川省奶牛养殖存栏数已达到14万头左右，奶牛饲养逐步向集约化、规模化方向发展，全省规模达到50至1500头奶牛的养殖小区有130多个，10至49头奶牛规模的小型养牛场有3000多个，奶牛养殖已成为我省农村经济新的增长点和农民增收的有效途径。但同时奶牛养殖对环境造成的污染也日益严重，奶牛粪便已成为农村和城郊面源污染的主要源头之一，治理牛粪的污染问题已经成为政府和养殖业主高度关注的问题和十分紧迫的任务。

1奶牛粪便的危害及利用价值

据不完全统计，一头体重600公斤的奶牛每天排粪量为20公斤，排尿量为34公斤，养牛场冲洗水量为500～800公斤（/头·天）。未经处理的牛粪便被随意堆

均含量:有机质为51%，总氮为2.4%，磷为3.1%，钾为

2.2%，水分为80%）和各种生物酶（来自奶牛消化道、植

物性饲料和肠道微生物），对提高土壤有机质及其肥力、改良土壤结构起着化肥不可替代的作用，因此奶牛粪便是一种可再生利用的宝贵资源，通过无害化处理可制成优质的有机肥、食用菌基料，或加工成再生饲料，广泛用在蚯蚓、蜗牛、羊、兔等饲料中。2奶牛粪便的生化特点及加工要求2.12.22.3

间、地点和装备条件限制，需要解决脱水干燥问题并保持营养成分。

气味恶臭，有粘附性，直接排放将对环境造成严量大含水率高（一般为78～85%左右），运输受时

重污染，引起环境纠纷，因此必须考虑除臭问题。

导致疾病传播。据世界卫生组织和联合国粮农组织统计，由牛传染的人畜共患病有26种之多，因此必须考虑消毒灭菌问题。2.42.5

含有大量的垫草或垫土、饲料残渣、杂草种子等

含有大量的病原微生物和寄生虫卵，直接排放将

积和排放，有的直接排入江河、湖泊、沟渠、水塘，有的直接堆在圈舍外、马路旁，下雨天大量粪水外溢，对周边环境、道路、土地、水体、空气造成严重污染，致使水体发黑变臭、空气污浊、疾病蔓延，危及人畜饮水安全，人畜共患病隐患加剧，严重危害人畜健康甚至生命安全，奶牛粪便已严重制约了奶牛养殖业的发展。另一方面，奶牛粪便含有大量有机质、氮、磷、钾及其它微量元素等植物必需的营养元素（据测定，奶牛粪便养分平

杂物，必须进行除杂处理。

中的营养成分必须经微生物降解才能被利用，同时牛粪养分含量较低，腐熟分解较慢，需堆贮场地大，因而需解决快速腐熟发酵问题。

奶牛粪便虽然是很好的有机肥或再生饲料，但其

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奶牛粪便污染治理技术措施

容积。为了充分利用日光，节约能源，提高发酵速度，根据奶牛粪便的生化特点，在分析对比国内外已发酵大棚采用塑料温室大棚结构，四周密封，两端设进有成熟技术的基础上，结合我国实际情况，采用高温堆出口。翻抛采用四川省农机研究院自行设计的升降式肥连续发酵和火力干燥相结合的无害化处理工艺，配移动翻抛机（专利号：ZL[1**********]4.1），该机由行走备相应的机械设备，形成流水生产线，对牛粪进行发机构、翻抛转子、升降机构组成，安装在发酵槽的导轨酵、除臭、消毒灭菌、除杂和脱水干燥处理，并根据不同上，其前进速度可调。含水率60%以下的牛粪在发酵的用途进行资源化利用。大棚内进行好氧发酵，通过机械翻抛，补充足够的空3.1气，加速有机物的分解，除去有害物质和臭气。采用机本工艺通过蚯蚓养殖转换，工艺流程

消化利用大量牛粪和

械化操作，自动控制，翻抛机每翻抛一次，使物料整批食用菌渣，生产烟肥、商品有机肥、食用菌基料、干牛粪从进料端向出口方向移动一段距离，解决大棚发酵物等产品，实现资源的循环利用。

料批进批出、间歇生产和人工进车间铺料的问题，实现规模化连续生产作业。主要技术参数如下:

（1）处理能力：≥2吨/小时；

（2）进料水分≤60%，出料水分≤45%；

（3）翻抛机运行速度：前进4米/分左右（可调），后退5米/分；

（4）装机容量：≤10千瓦；

3.4奶牛粪便无害化处理和资源化利用工艺流程

干燥系统由直火炉、气流粉碎快速干燥

破碎机、干燥塔、分离器、除尘

器、风机等组成。牛粪在干燥过程中被快速搅拌、破3.2含水率太高会使发酵周期过长，水分调节

碎，以解决粘附机壁和成团结块的问题, 同时和热气流在鲜牛粪中混入

充分交换，迅速脱去水分达到干燥目的。对于发酵腐干料，使含水率降到60%以下，以利发酵。根据用途不熟的牛粪，根据需要可采用中低温干燥；对于鲜牛粪，同，所掺干料可以是干牛粪、秸秆粉、粗糠、菌渣、泥碳可采用高温快速干燥，干燥介质温度较高，物料在烘干等。传统的有机肥生产在水分调节方面主要靠人工，设备内停留时间较短，营养损失小，产品质量好。主要不但劳动强度大，而且工效低，混料水分不均匀，同时技术参数如下：

由于劳动用工涨价，大量用人必将导致产品成本大幅（1）产量：≥6吨/班；

增加，因此水分调节必须采用机械装备，以提高混料效（2）进料水分≤45%，出料水分≤14%；率并保证水分均匀，减轻劳动强度，降低生产成本。本（3）装机容量：≤13千瓦。

工艺采用我院自行设计的具有自主知识产权的高湿物料自卸式搅拌机（专利号：ZL[1**********]2.8），该机3.5本工艺通过高温发酵和干燥加热方式进行消毒灭

消毒灭菌

采用全密封结构，避免臭气散发，由混合室、转子、主菌，生产过程既要保证灭菌效果和干燥效率，又要保证轴、卸料阀、翻转机构、控制柜等部分组成，自动上料和营养成分损失小，因此干燥介质温度必须严格控制在卸料，用于粉状物料混合时也可通过下部卸料。该机适宜的范围内。主要技术参数如下：

（１）处理能力：≥2吨/小时；

3.6牛粪在发酵干燥过程中有臭气和粉尘排出，环保措施

因此

（２）进料原料水分≤80%，出料水分≤60%；应考虑密封和除尘问题，防止产生二次污染。本工艺（３）装机容量：≤8千瓦。

所用成套设备采用全密封结构，配备除臭设备和除尘3.3高温连续好氧发酵

设施，发酵产生的废气引入直火炉焚烧达到除臭目的，该系统由大棚、发酵槽、移动式翻抛机等组成，发

干燥产生的废气经水浴吸收后排出达到除尘目的，生酵槽采用砖混结构, 由长方形的池子构成且有足够的

产过程实现零排放，不存在二次污染。

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处理随意排放造成的环境污染现象日趋严重，成为疾病增多和传染性疾病流行的重要根源之一，直接威胁广大农民的身体健康。奶牛粪便污染已严重制约了奶牛养殖的发展，成为亟待解决的问题。奶牛粪便污染治理必将促进我国奶牛养殖业的快速发展，大幅度增加农民收入，提升我国奶业的产业化、现代化水平，实现由“高投入、低利用、高排放”向“低投入、高利用、低排放”转变，从单一强调生产效益向兼顾生态和经济的协调发展转变。本项目的推广应用，对优化农业产业结构、增加农民收入、提高城乡居民生活水平具有很大的推动作用，必将带动养殖、饲料、农业、有机肥、加工、运输、环保、机械、包装等相关行业的发展，解决大量农村劳动力就业。5.2生态效益

本工艺及设备技术实施后，消除了奶牛粪便对养

4本工艺及设备与国内外同类技术的比较4.1奶牛粪便不同处理方式的优势对比

国外对牛粪的开发研究较早，国内始于90年代

初，目前国内外主要有以下几种方法：（1）堆肥还田，自然堆放或通过消毒后直接还田改良土壤。（2）大棚发酵，利用太阳能干燥或自然通风干燥，干燥场地设有封闭的塑料或玻璃大棚，并备有可移动的搅拌机。（3）火力干燥，利用烟道气直接干燥后作再生饲料或食用菌基料。此法生产成本高，使用不普遍。（4）发酵干燥生产商品肥料，通过无害化处理，生产商品有机肥。国内外主要牛粪处理方法的优势对比见表1。

表1

国内外主要牛粪处理方法的优势对比

殖场舍环境和周围农田、土壤及水资源的污染，有利于改善和保护农村和城市市郊生态环境，维护农业生态平衡。

5.3推动相关产业科技进步

4.2主要技术经济指标对比

本工艺及设备技术摸索出了一种较经济、高效的

无害化处理奶牛粪便的方法，实现了废物的循环利用，既减少了环境污染又使牛粪得到综合利用，对减少环境污染、防止疫病蔓延具有积极意义。为贯彻执行《畜牧法》和《畜禽养殖业污染物排放标准》提供了可靠的技术保障。

6推广应用条件和前景

本工艺及设备技术主要用于奶牛场、肉牛养殖场、家禽养殖场、养殖小区、养猪家园、有机肥厂、农产品加工厂、畜产品加工厂、各类酒厂、酿造厂、制药厂等企业。目前已在成都金堂、双流等地使用，用于奶牛粪便处理均取得较好效果。

随着《畜牧法》的贯彻实施和国家环保总局“国家

从处理能力、发酵周期、能耗、占地面积等几方面对

目前国内外相同或相近的几种产品进行比较，本项目具有脱水能力大、电耗小、煤耗低、发酵周期短的特点。

5对社会经济发展和科技进步的推动作用5.1推动社会经济快速发展

奶业是一个国家农业发展程度的重要标志，奶类

农村小康环保行动计划”的启动实施，据不完全统计，全国每天产生的牛粪达40～60万吨，需要大量的处理设备才能较好地解决环境污染治理问题，尤其是优质高效农业的快速发展和人们对绿色有机食品需求量的增加，农业上需要大量商品有机肥。利用粪便、各种下脚料、菌渣、城市生活垃圾、污泥、泥煤等原料生产有机肥，将会有广阔的市场，对本项目产品的需求量也会大增。本项目的应用前景十分广阔。

（收稿日期2009年1月10日）

食品的消费量是衡量一个国家人民生活水平的重要指标。在现代畜牧业生产中，奶牛的饲养报酬较高，生产效益较好，在促进农业产业结构调整、增加农民收入、改善城乡居民生活方面具有重要的现实意义。由于技术和装备落后，环保观念淡薄，环保执法不力，我省奶牛养殖废弃物处理设施建设相对滞后，大量粪污未经

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