韦林：大丰中坤环保机械制造有限公司 北京百世清源新能源科技有限公司
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，如果粪污的得不到有效的处理，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盐城泰来神奶业牧场。
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备设施，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设备设施，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+筛分固液分离”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泰来神奶业牧场、四川广安市飞龙农业科技公司牧场丶山东济南佳宝乳业等国內外多家牧场。
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。该工艺已成功运用黑龙江大庆乳业犇牛牧场。
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)潜水切割泵
PTS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。潜水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)潜水搅拌机
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)ZKHB筛分式固液分离系统
ZKHB筛分式固液分离系统工作原理：固液分离机的原理为筛分式螺旋挤压固液分离技术。主要组成部分为：筛分丶输送压榨、、挤压固液分离、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筛分固液分离机后，分离机启动，筛网将粪水进行初级粪水分离, 输送带将固体粪污逐渐推向机体前方送至挤压式固液分离机内，经挤压蛟龙不断提高前缘的压力，迫使物料中的水分再次挤出网筛，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。
ZKHB筛分式固液分离系统的特点：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。其整机结构都为不锈钢材料，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250-400m3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,ZKHB 筛分固液分离系统总高度5.7米, 配套电机共29.5千瓦, 占地面积60平米,操作简单, 维修方便。
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。
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。
牛场粪污固液分离筛分系统
ZKHB牛场粪污固液分离筛分系统 为满足现代化牧场日常管理工作和高效运营的需要, 中坤环保机械制造公司, 综合世界上先进的技术并结合我国国情研制成了专业的牛场粪污液固液分离筛分设备。
通过ZKHB筛分系统处理后, 曾经被认为是废物的牛场污粪被转化为沼电发酵液、有机肥、牛床垫料等可再生资源, 形成了一条绿色环保、低碳节能的生态链, 污粪由此变废为宝。
整个系统的组成相当复杂, 但其工作原理是相同的。泵的主要作用是将粪水混合物输送到筛网上面, 经过筛分把固、液分离出来, 固体物料可以用车运输到其它地方进行发酵处理, 后期作为牛床垫料再次利用, 液体可以用来作为回冲牛舍里的循环水使用, 多余的部分可以用作沼气发电。
经过ZKHB筛分系统的处理, 粗纤维变为奶牛睡着舒适的牛床垫料, 提高了睡眠质量和产奶量；细纤维和厌氧发酵液转化为有机肥用于田间, 改善土壤结构,增加土壤肥力, 提高农作物的产量；发酵产生的沼气用于牧场日常燃料或发电,节约能源的同时还减少二氧化碳的排放。
牛床垫料、有机肥、沼气, 这一条变废为宝的生态链, 真正实现了种养结合的一体化循环生产方式, 完全符合国家产业政策的发展方向。
产品特点
1.自动化程度高, 处理量大, 使用安装方便, 运营费用低；
2.不仅能起到过滤的作用, 而且还有脱水的作用；
3.有自动检测和自动调速功能, 如有故障会自动报警；
4.环保、节能、经济、高效。
5.占地面积小
6.工作面洁净
工作原理
1.粪污次被输送至筛网孔径为0.3mm的一次筛分设备, 大于该尺寸的固体纤维被筛出输送至螺旋挤压设备, 进行脱水后被转化为牛床垫用料；
2.一次筛分后的废液再次输送至筛网孔径为0.1mm的二次筛分设备, 大于该尺寸的固体纤维被筛出输送至螺旋挤压设备进行再次脱水, 被转化为有机肥；
3.为防止筛网被堵住, 每次筛分完毕后, 全自动高压清洗喷头会自动运行把筛网上细微颗粒物清洗干净, 清洗液与二次筛分废液可用于回冲粪渠, 多余部分进入厌氧发酵池产生沼气作为燃烧或发电, 沼液经厌氧发酵后再作为肥料液灌溉农田。
输送系统
包括混合搅拌器、进料泵、污水转移泵。
筛分系统
筛网材质全为不锈钢, 耐腐耐磨, 是整套设备里面最关键的部件, 主要是把固体和液体进行分离；在每次使用完毕之后通过全自动的冲洗装置清洗筛网, 以防止细微颗粒物堵塞筛网空隙, 有助于保养筛网和延长寿命。
回冲系统
回冲系统主要作用是将粪水混合物输送到筛网上面, 最后又将液体回冲至发酵池供沼气发电。水冲阀里面有两个上下对立的气囊控制水冲, 当气囊充满气体则关闭水冲、没有气体时水冲系统打开。水冲阀的设计新颖、合理, 采用马蹄形状, 可以扩大冲洗面积和强度, 水冲阀外表经过防腐、防锈处理, 质量可靠。
混合搅拌器
用来切割池子里面的长秸杆等杂物, 有利于牛粪的充分混合；搅拌器装有油位控制器, 当搅拌器的油位低于规定值时, 搅拌器自动停止；搅拌器配备的独立齿轮箱传动轴承上配有传感器, 当温度太高或缺油时也会自动停止工作。
进料泵
污粪进入进料泵经混合搅拌器初次搅拌后, 再通过进料泵内部的二级搅拌器搅拌, 可以有效防止大块物体堵塞搅拌器, 最后通过搅拌器输送至筛网进行筛分。
传送装置
传送装置内部配设有两件组合在一起的倾斜筛网, 对筛分出来的牛粪进行脱水,随后经筛分后的牛粪粗纤维或有机肥被输送至指定的堆料区, 供下一步铺设牛床垫或者抛撒田间施肥使用。传送装置有多种规格, 可根据牧场实际情况而选择不同长度和宽度。输送装置还可以根据牛粪下落的速率调整传送速度。
螺旋挤压
螺旋挤压装置是筛分系统里面的最后一个环节, 它的作用主要是把筛分过的牛粪再次挤压脱水, 进一步降低牛粪含水率。
控制系统
控制箱可以实现各种程序的自动化控制, 其所有电子元件均为进口, 质量可靠,技术先进。
控制箱内设有电压转换器和电流保护装置, 其中电流保护装置可以在电流没有达到电机的额定电流或超过设定值后自动断电, 起保护电机和整个系统设备的作用。电控箱内另设有定时器可以单独设置一个泵或一个单独的回冲阀的工作时间, 时间长短可以按需设置冲洗牛舍。电控箱的每个程序还可设置为自动和手动, 如果设置为自动, 当程序运行结束后就会自动转入下个程序进行工作, 无需人员照看；同时为应对紧急情况, 控制箱也可进行手动设置, 如果想单独对某个程序进行操作, 只要选择相应的按钮后就可以启动某个程序。
搅拌泵 Livestock advoca
当SL-ZKHB清粪系统将粪污输送到粪渠后, 清粪池水冲阀门会自动打开, 粪污会被冲到混合搅拌池通过搅拌泵的反复搅拌, 混合搅拌池中奶牛粪便和其它杂质将得到相应的碎裂和分解, 最后通过搅拌泵高压输送至SL-ZKHB污粪筛分系统,这样就能够得到更有效的固液分离。
混合搅拌池粪污达到一定量时, 搅拌泵自动开启, 将粪污搅拌均匀, 60秒后一次筛分进料泵开启, 将粪污输送至一次筛分设备。搅拌泵分为直流抽取和涡流增压, 且可根据污粪池容量配置不同马力的电机,主要是对污粪进行充分搅拌和对废液进行抽取。
产品特点
1.功能齐全, 既能将粪便池的粗纤维搅碎, 还能够将粪污抽离粪池；
2.功率大、扬程高, 能够很好的将粪池中的粪污抽取到筛分系统进行处理；
3.使用方便且耐用, 只需要安装在合理的位置, 通过操作电闸就可完成各项工作。
牛场建设—奶牛场污粪利用新途径探讨
以每天每头牛使用牛床垫料9千克计算，牧场生产的牛床垫料约有1/4的余量，可用作有机肥使用。
存栏1000头的牧场，一次固液筛分设备投资约48万人民币。
综合分析比较
由于有机垫料如稻壳、锯末、秸秆等的购买成本很高，而且运输也不方便，来源有限，市场波动大；橡胶垫料不仅成本高且其舒适性、安全性较差，故将上类垫料排除在比较的垫料之外。可以看出，牛粪作为牛床垫料具有经济、安全、舒适、易处理的综合性能，因而成为的选择。
国内现有的固液分离设备和中坤环保公司的固液筛分设备进行了综合比较，其中设备投资以存栏1000头牧场为例。国内现有固液分离设备要达到分离后固体70%左右的含水率，必须配上格栅和脱水机两种设备。前者用于分离原料中的大块固体杂物、长纤维等，且脱水机工作时，须在原料中添加絮凝剂，因而导致运行成本较高。中坤环保公司的固液筛分设备具有固液分离效果良好，设备投资相对较低、运行成本低、检修方便、自动化程度高等优点。
据中坤环保公司韦林访问美国、加拿大牧场获得的信息：一个存栏5000头奶牛的牧场于2006年7月份，开始使用上述工艺制作并使用牛粪垫料。一年后，产奶量由原来的每天25 千克提高至每天30千克；两年后，提高至每天35千克；三年后，提高至每天每头40千克。实际表明，这种牛床垫料对提高奶牛单产量效果显著。如果该牧场选择沙子作为牛床垫料，三年内购买沙子的资金完全能抵消购置一台固液筛分设备及设备日常的运行费用，污粪处理环节的综合投入为0，奶牛场的系统效率和经济效益大大提高了。
结论
综合上述分析，得出如下结论：
（1）我国奶牛场普遍存在污粪处理和综合利用的难题，还没有找到一种经济合理、效果突出的方法。
（2）将牛粪制成牛床垫料，是连接污粪处理和提高产奶量、节省经济开支的纽带。如能将奶牛场的各环节系统考虑，应能对降低生产运行成本、提高产奶量提供一种思路。
（3）使用上述工艺生产牛床垫料，是一种值得我们去尝试和研究的新途径。希望本文能对解决国内牧场经济效益低、污粪处理难等问题提供一定的帮助。
ZKHB污粪处理系统
产品特点：
产品选100%不锈钢材质制作，主要对牛粪后期处理，使其不污染空气，并发挥资源再利用促进功效，从而产生牛床垫料、有机肥、沼气等相应的附加值产品。合理的污粪处理，让垃圾变废为宝再利用——牛舍的环境才会好，周围的生态系统才会平衡，最终牛快乐了，牛奶的质量和产量更得到提高。
产品功能：
通过处理系统将牛粪、牛便、污水等输送到处理终端，缓解奶牛排放物在牛舍和养殖区的滞留时间，大大提高奶牛生活区的卫生环境；同时，粪便等污物还可通过处理系统的筛选转化为牛床垫料、有机肥、沼气等高附加值产品。
结构组成：
该系统主要由冲冼大罐、发酵池、增压泵、斜网筛、传送带、冲洗器等构成。
产品系列：
主要有单个和双个供选，其中又分为牛床垫筛分器、有机肥筛分器、干粪分离设备等。