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牛粪垫料资源化利用及加工工艺研究

Source:中国乳业 2020-10-13

养殖天地

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。

 

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。

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 2.47kg/头。

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<1.0mm占34.81%,1.0~2.0mm占38.42%,>2.0mm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。

牛粪垫料对环境的影响

奶牛日产粪尿约58.93kg/头,肉牛日产粪尿约24.32kg/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。

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)。

图 1 固液分离技术原理

 

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)。

图 2 二次固液分离技术原理

 

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)。

图 3 增强型牛床垫料再生系统

 

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 4 一体化纳米污水处理设备

 

经济效益分析

以3000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7500g,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。