奶牛养殖场粪污处理沼气工程技术与模式

奶牛养殖场粪污处理沼气工程技术与模式

摘要本文综述了国内外奶牛养殖场沼气工程技术应用现状，分析了牛粪沼气发酵潜力和三

种主要沼气发酵工艺的技术特点。

关键词奶牛场; 粪污; 处理; 沼气工程技术

发达的畜牧业是现代农业的标志，乳及乳制品占畜产品的比重是衡量畜牧业发达与否的重要指标。规模化养殖业在为发展农村经济，提高城乡居民生活水平做出巨大贡献的同时，随着粪污和冲洗水相对集中排放，也带来系列的环境问题。据有关资料，2002年全国奶牛饲养量为679万头，年产生的粪尿总量近亿吨。由于技术和经济的原因，我国有相当数量的奶牛养殖场粪污没有得到有效处理，粪污处理问题已经严重影响了自身的持续发展,粪污综合治理迫在眉睫。由于沼气技术（厌氧消化）在实现奶牛粪污资源循环利用、改善农村能源、环境、卫生条件和有利于温室气体减排方面的独特作用，日益受到世界各国政府的重视，诸

多因素将使沼气技术有更好的发展空间。

（一）奶牛粪组分、对环境的污染特点及其产沼气潜力

1?奶牛粪组分和环境的污染特点

奶牛鲜粪浓度一般在12％~18％TS范围，挥发性固体约占80％。

未经处理的牛场粪污会产生大量硫化氢、醇类、酚类、醛类、氨、酰氨类等污染物,而粪尿中含有的大量病原菌极易传播疾病,细菌和有害气体随风扩散,使污染范围扩大。粪尿聚集区,易于蚊蝇等昆虫滋生,严重地影响了周围地区的卫生。未经处理的奶牛场粪污经雨水冲刷或直接流入江河，使水中硝态氮、硬度和细菌总数超标，水质恶臭。奶牛场粪污中含有较高的氮、磷养分，如果过量还田，进入土壤后会转化为硝酸盐、磷酸盐，破坏土质。另外，目前在饲养牛时大量使用添加剂。添加剂中含有重金属，奶牛食用后只有少量被吸收，大多数随粪便排出，如未经处理直接进入土壤被农作物吸收，人食用后在体内产生富集，影响健

康。

奶牛场粪污产生的恶臭气味会影响人和动物的生理机能,刺激嗅觉神经与三叉神经对呼吸中枢发生作用,影响人、动物的呼吸机能。刺激性臭味会使血压与脉搏发生变化,产生不愉快的感觉。对于奶牛场恶臭气味的治理也是环境综合治理的重要内容。

2?奶牛粪产沼气潜力

奶牛粪是非常好的发酵原料，据研究表明，奶牛粪的原料转化率高于猪粪和鸡粪，奶牛

粪的产气特点见表1。

表1奶牛粪的产气特点

发酵原料总固体（TS）产沼气潜力M3/KgTSM3/吨新鲜料实际转化率％牛粪

18~200?25~0?3048~6085

（二）国内奶牛场粪污沼气工程

我国早期的中小型奶牛养殖场沼气工程是在户用水压式沼气池技术的基础上发展的，地

埋式、50~200m3，由数个单池组合而成，无单独的储气柜。如绵阳市农科所农场沼气工程（1980年），以牛粪为原料，12个单池，总容积1 519m3，常温发酵，沼气以集中供气的方式，解

决了近百户职工生活燃料。

1982年建成的成都凤凰山畜牧园艺场沼气工程我国最早的农场大型沼气工程。该工程可以说是我国畜禽粪便处理工程的开端，即使从目前的国内技术水平来讲，该工程的综合水平也不落后。该工程由农业部沼气科学研究所设计，采用射流搅拌的全混合发酵工艺。工程日处理1 000头奶牛粪污，装置总容积4×300m3，隧道式，中温发酵，进料浓度6％TS，HRT60天，有机负荷1?0kgTS/m3?d,池容产气率0?238m3/m3?d。日产沼气1 000m3，其中300m3用作沼气发电（50KW4125C沼气-柴油发电机），其余用于1吨锅炉和职工生活燃料。

从20世纪80年代中期开始，上海农垦系统建设了一批我国数量最多的牛场沼气工程，多数采用全混合发酵工艺。由于上海工业微生物研究所和上海交通大学等单位的介入，也研发了一些新的发酵工艺和装备。如上海交大在上海“五四”农场建成同心圆折流反应器，由于增加了原料在装置中的流程，提高了牛粪原料的降解率，在近中温发酵条件下，装置池容

产气率达到1?1m3/m3?d。

1991年建成的上海星火农场大型奶牛场沼气工程是当地的标志性工程，也是20世纪90年代国内最大的畜禽场沼气工程。该工程由上海市工业微生物研究所和上海城乡建筑设计院共同设计。处理系统包括6×450m3厌氧消化塔、7×200m3储气柜和固液分离机（HWL-400型8~10m3/hr）。装置日处理来自2000多头牛的80吨粪污和20余吨其他粪污。装置平均产气率1?2m3/m3?d，最高达到2?0m3/m3?d。其发酵装置内部设置有软性纤维填料，发酵工艺类似于UBF反应器；针对奶牛粪中草多、浮渣多的特点，装置设计中尤其考虑了除浮渣装置。发酵温度28～30℃。进料COD浓度37 673mg/l，出料COD 7 723mg/l，去除率79?5％。进料TS5?2％，出料TS3?4％，TS分解率35％。HRT14天，容积负荷3?7KgTS/ m3·d。装置平均沼气产率为1?2m3/m3·d，最高2?0m3/m3·d，所产沼气供应2 868户职工家庭作生活燃料使用。沼渣用制花肥，经处理沼液或喷洒还田，或再经过鱼塘处理后排放，出水COD

在100mg/l以下。

近年来随着集约化奶牛养殖业的快速发展，沼气工程发展较快，但是客观来讲工程技术进步不明显。以下是农业部沼气科学研究所在四川一处720头奶牛场沼气工程的设计方案，试图在处理流程上有所创新，见图1。奶牛场污染物包括牛粪和圈舍冲洗水两类。前者浓度高，但是量仅为冲洗水的约1/7。如果将两类粪污放在一起发酵处理，基建投资和运行费用将很高，发酵条件也很难满足，比如要将冲洗水采用中温发酵就很满足。而且由于牛粪和冲洗水的污染程度不一样，无害化的处理要求也不一样。为此，我们在处理工艺设计中，对于奶牛场废水实行干清粪工艺，干粪和冲洗水清污分流、分别处置，综合利用，分别达标，将解决这一问题。高浓度粪污（7％TS），来自牛粪和冲洗水沉淀粪浆，每天约50m3，粪污中COD、BOD、NH-N、TP、粪大肠菌值等的浓度均很高，属于容易生化的废水，主要通过高浓度发酵罐处理。牛舍冲洗水（0?2％TS）每天约144m3，主要通过冲洗水处理系统处理，经过沉淀、厌氧池和兼氧滤池处理后，COD将降低到400mg/L以内，再经过几十天滞留期以上的