牛粪垫料资源化利用及加工工艺研究

牛粪垫料资源化利用及加工工艺研究
文/姚 瑨
（南京道奇环境科技股份有限公司）
摘要：随着我国奶牛养殖规模化程度不断提高，粪污带来的环保问题也日益严重。

因此，开发牛粪垫料资源化利用技术，既能解决环保问题，又可以降本增效。

从奶牛卧床垫料特点、牛粪垫料的优点与实用性、牛粪垫料技术工艺和设备以及牛粪垫料对环境的影响等方面综合阐述了牛粪垫料资源化利用的优势和对牧场带来的经济效益。

关键词：牛粪；垫料；牛粪处理工艺
近年来，我国奶牛规模化养殖水平不断提高，奶牛粪污的排放量和集中程度也越来越高。

奶牛粪污带来的环境问题日益严重，同时也给牛场的经营管理带来巨大压力。

因此探讨奶牛场粪污的无害化处理和资源化利用途径，既是环保的要求，也是牛场实现科学发展的要求。

只有将粪污的处理和利用结合起来，才能提高奶牛场的系统效率和经济效益。

资源化利用奶牛粪污有很多种
方式，用于奶牛卧床垫料便是其中
一项。

其主要原理是对奶牛场中的
粪污进行固体与液体分离，固体牛
粪通过发酵，无害化处理之后用作
卧床垫料。

奶牛每天有50%~60%的时间
趴卧在卧床上进行休息和反刍，
趴卧时流经乳腺的血流量可以增
加20%~25%，从而增加营养效率
和产奶量。

因此奶牛卧床垫料的
选择是十分重要的。

良好的卧床垫
料应具备的特性有柔软舒适，垫料
本身不含有细菌，使用后不易滋生
细菌，并具有防滑功能。

这样的卧
床垫料适合奶牛躺卧并能减少奶牛
起卧时对膝盖的压力，降低奶牛患
乳房炎、肢蹄病的几率。

在不良卧
床环境下，奶牛的趴卧时间明显减
少，影响了产奶量，提高了疾病的
发生率。

1 常规卧床垫料的特点
奶牛卧床垫料可以分为无机垫
料和有机垫料两种。

无机卧床垫料
主要有沙子、沙土、橡胶垫、水泥
地面和煤灰等，不适合微生物的生
长，相对于有机垫料更安全，但其
易对后续粪污处理设备造成磨损甚
至损坏，而且使用某些垫料如橡胶
开放科学（资源服务）
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垫料易磨损奶牛的腿和膝盖，且成本相对较高，保暖性较差。

有机卧床垫料主要有秸秆、稻草、稻壳、木屑等，使用有机垫料更利于后续的粪污处理，奶牛趴卧更舒适，但所占空间大，储存、运输成本高，使用、维护及后续处理成本高。

且其含有的有机成分可能会利于微生物的生长繁殖，易对奶牛肢蹄及乳房的健康产生影响。

2 牛粪垫料的优点与实用性
经过处理后的牛粪松软舒适，作为牛床垫料具有以下优势：（1）与沙子比，不会造成后续粪污处理设备磨损，在输送过程中不易堵塞管路，不会沉积于储液池底部，不需要经常清理；（2）与沙土比，牛粪松软不结块，不容易导致奶牛肢蹄受伤，且同样有利于后续的污粪处理。

（3）与橡胶垫相比，不仅成本低很多，而且其舒适性、安全性较好；（4）与稻壳、木屑、锯末、秸秆等垫料材料相比，牛粪不需要从市场购买，不受市场控制。

以 10 年为运行周期，与橡胶垫、沙土、秸秆相比，利用奶牛卧床再生垫料生产设备制备的卧床垫料的运行成本最低；使用奶牛卧床再生垫料生产设备制备的卧床垫料后，奶牛日均产奶量可提高 2.47 kg/头。

3 牛粪垫料技术工艺
牛粪再生垫料制作的2 个关键控制点为含水率与杀菌消毒。

常见
的牛粪制奶牛卧床垫料方式有：直
接晾晒、固液分离后晾晒、发酵后
使用。

其中，最常应用的方法是直
接晾晒以及好氧发酵。

但晾晒及传
统的好氧发酵如条垛发酵、堆放发
酵均存在发酵时间长、含水率过
高、杀菌不彻底、人力成本高等问
题。

近年来，出现了一些奶牛卧
床再生垫料生产设备，经过好氧发
酵，垫料含水率控制在 50%以内，
大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球
菌及克雷伯氏菌等奶牛乳房炎致
病菌去除率均达到100%。

同时经
过奶牛卧床再生垫料生产设备生
产的牛粪再生垫料粒径分布情况
为<1.0 mm占34.81%，1.0~2.0
m m占38.42%，>2.0m m占
26.77%，能够为奶牛提供一个更
为舒适的躺卧环境，牛粪中的纤
维在奶牛卧床再生垫料生产设备
中得到了充分的软化，对于奶牛
乳房不会产生任何不适感，从而
保证奶牛乳房的健康，是牛粪制
作回床垫料比较理想的方式。

4 牛粪垫料对环境的影响
奶牛日产粪尿约58.93 kg／
头，肉牛日产粪尿约24.32 kg／
头，主要涉及恶臭气体的污染、氮
磷污染、药物和添加剂污染、有害
病原微生物污染以及重金属元素污
染等。

牛粪便中含有大量的氮、磷
等元素，合理利用是一种营养丰富
的有机肥料，如果不能合理地处理
利用这些物质将造成有机养分的浪
费，同时也会造成这些元素的富营
养化，破坏生态平衡，氮和磷渗入
土壤后转化为硝酸盐和磷酸盐，造
成地下水和地表水的污染。

使用奶
牛卧床再生垫料生产设备处理后，
牛粪污的有害气体、氮、磷、重金
属等含量有不同程度的降低。

目前，我国大部分奶牛场存
在污粪处理和综合利用的问题，
把奶牛场产生的粪污处理后制成
牛床垫料，不仅能解决粪污的存
放问题，还能解决牛床垫料的来
源问题，减轻后续粪污处理的难
度。

这种方式在美国、加拿大普
遍采用，国内伊利、蒙牛等一些
乳品企业自建的大型牧场也开始
利用此项技术。

大量牧场的实践
表明，用粪污制成的牛床垫料卫
生、安全、舒适，对奶牛的健康
无不良影响，还可提高奶牛的生
产性能和牛场的效率。

经济、生
态、社会效益显著，因而是牛场
粪污合理化利用的有效途径。

5 牛粪垫料的再生设备
以南京道奇环境科技股份有公
司的全套牛粪处理设备为例。

首先，增强型固液分离机的螺
旋挤压式固液分离方式广泛用于养
殖场粪污的脱水处理，通过切割泵
将粪污抽送至主机，挤压螺旋绞龙
将粪污推至主机前方，物料中的水
分在边压带滤的作用下挤出网筛。

当压力大到一定程度时，截留在滤
网内的滤渣就将卸料口顶开挤出卸
料口，达到挤压出料的目的。

固液
分离机的工作是连续的，经螺旋挤
压过滤分离出的废水进入后续处理
工艺段（图1）。

再使用二次挤干机，通过输
送带把固液分离后的物料传送至主机漏斗内，通过安置在筛网中的螺旋轴，进行二次挤压分离出固态物质，液体则通过筛网从出液口流出进入调节池。

根据所处理原材料的储存时间、固体物含量、黏稠性等，工作效率也有相应高低。

经二次挤干机处理后得到的牛粪，含水量在60%~65%，可直接用于后端发酵处理（图2）。

快速增强型牛床垫料再生系统，可提供促进微生物在有机物料中增殖的环境，依据发酵时间的不同，发酵物料可被加工成牛床垫料或发酵有机肥。

经过二次挤干机分离的固体进入发酵滚筒后，控制程序会启动PID精确控温技术并自动根据发酵进程，加热到适宜温度范围，加速发酵进程，并使发酵滚筒内最高温度达到80 ℃，可彻底有效的杀死牛床垫料中的病菌，同时大幅缩短物料的发酵时间范围至2~3天。

增强型牛床垫料再生系统出料口的物料可以直接用于牛床垫料，无需再次晾晒、加料，可直接降低
人工成本和物料成本（图3）。

一体化纳米污水处理设备，紧凑体积小，占地面积小，可移动，便于绿化且无蚊蝇滋生，尤其适合奶牛养殖场高腐蚀环境。

同时设备操作简单，施工方便，无需特殊维护，设备自我保护性好，且设备采用了特殊纳米涂层工艺，耐腐蚀，抗变形，大大延长使用寿命，降低了牧场运营成本。

—体化设备可根据原水水质进行灵活配置，可彻底处理污水中高氨氮物质，处理水质好，出水水质稳定，可直接做为农灌水进行排放（图4）。

图2 二次固液分离技术原理图
3 增强型牛床垫料再生系统
图1 固液分离技术原理
6 经济效益分析
以3 000 头泌乳牛的养殖场为例，设备规格见表1，进行经济效益分析。

使用牛粪垫料日增加产奶量约7 500 g，按现在收奶价格3.0 元/kg计算，每日增加收入约2.2 万元，年增加收入约660 万元，除去设备投资，不仅可以大大增加收入，提高产奶质量，还可解决污水排放问题。

C
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作者简介：
姚瑨，华东理工大学环境工程本科，华东理工大学环境科学与工程硕士，现任南京道奇环境科技股份有限公司技术部经理，具有丰富的畜禽养殖废水研发、处理经验，主导公司新工艺开发引进，提供咨询、调研、设计、建设及后期运营中的技术服务工作。

图4 一体化纳米污水处理设备。