近年来我国奶牛业发展迅速，随着社会发展和科技进步，呈现出由粗放型向集约型转变，由小规模向大规模转变的趋势。国家统计局公布数据显示，2014年规模化牧场奶牛存栏（全群100头以上）占全国存栏比例的45%（农业部监测数据）。规模化奶牛养殖场在为发展农村经济、提高城乡居民生活水平做出巨大贡献的同时，也因为粪污相对集中排放带来了一系列的环境问题[ ]。奶牛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。根据欧美国家养殖经验，平均每头奶牛需配备2~3亩土地来消纳其产生的粪污，在中国，如果不加处理很难有相应面积的土地来消纳规模化牧场所产生的粪尿。奶牛中还含有大量的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇等，因而增加了疫情传播的风险[ ]，粪污的处理处置已成为规模化奶牛场目前急需解决的问题。

1  规模化奶牛场污染治理原则

1.1  科学规划，种养结合

各地在新建、扩建、改建奶牛养殖场时，应根据当地的自然条件、生态环境、社会环境和拥有的土地面积对养殖规模、卫生防疫、粪污处理等进行科学规划。

实行种养结合，在选择场址时应考虑周围可耕种作物的土地面积和对污染物的承载能力。奶牛场的粪污经处理可与适量的农田配套，减少粪污对环境的压力，并提高土壤肥力和农产品质量，节约种植业的成本，提高生态、环境、经济综合效益。

1.2  实行清洁生产，改善生产工艺，减少污染物产生量

奶牛养殖业利润低、风险大，难以承受高额的污染治理设施投入和运行费用[ ]，因此其粪污处理不能简单地依靠单一的末端治理来解决环境污染问题，应实行清洁生产，减少污染物产生量，从而降低处理难度和处理成本。

在奶牛日粮中合理使用酶制剂、微生态制剂（EM） 、丝兰属植物提取物等类饲料添加剂可提高饲料营养物质的消化率和利用率，降低粪便的恶臭气味，减少粪尿的排泄量和氮、磷的产生量[ ]。

1.3  因地制宜，采用经济有效的污水处理技术

奶牛养殖污水的产生量及污染物的浓度因养殖规模的大小而异。粪污处理方案应根据牧场实际情况制定， 选用粪污处理工艺时，应根据奶牛场的养殖规模、粪污收集方式、当地的自然地理环境条件以及排水去向等因素确定工艺路线及处理目标，在实现综合利用或达标排放的情况下，优先选择低运行成本的处理工艺 [ ]。生物处理法技术成熟，二次污染少，运行成本低，是优先选用的奶牛场粪污处理工艺。粪污处理工程应与主体工程同时设计，同时施工，同时投产，从源头上防治污染。

2  规模化奶牛养殖场粪污收集处理工艺分析

2.1  粪污的产生及收集

规模化奶牛场的粪污产生来源主要为各牛舍产生的奶牛粪尿及挤奶厅生产过程中冲洗设备、挤奶台及待挤区粪污的冲洗废水。

目前规模化奶牛场厂常用的粪污收集模式为：（1）成母牛舍多为封闭式，不设开放式运动场。牛舍内的粪尿采用刮板自动清粪系统收集至封闭的地下粪沟，再由挤奶厅的废水和固液分离后的液体冲至接收池，接收池的粪污再通过封闭管道泵送至后续处理设施；（2）后备牛舍端头设置集粪池，舍内粪污采用人工或铲车清理至集粪池堆积，定时用配套车辆运送至晾晒场晾晒发酵；（3）挤奶厅设备和挤奶台使用清水冲洗，冲洗水经收集进入室外集水池后通过泵和管道等设施冲洗待挤区地面，循环数次后采用管道输送至后续收集处理设施。

这一收集方法与传统方法相比具有以下优点：（1）成母牛舍刮板自动清粪系统相对于传统的手工或铲车清粪，可节省大量的人力和设备维修费用，并避免了奶牛对噪音产生的应激；（2）水力输送避免了粪车运输过程中的跑、冒、滴、漏以及由于粪的粘糊特性所产生的卸车不净，运输效率低下等问题，同时节省大量人力与维护费用。冲洗水为挤奶厅废水与固液分离后的沼液循环利用，不加入洁净水，有利于节约水源，减少污水产生量。（3）成母牛舍不设运动场提高了牛粪收集率，也有效地防止了牛粪对清洁区域污染，全封闭地下收集输送管道能保证雨水、污水严格分流[ ]。（4）后备牛舍采用完全干清粪工艺，粪污处理难度小，降低了后续粪污处理系统的负担。

2.1  粪污的处理和处置工艺分析

（1）粪污处理基本工艺模式

规模化奶牛场粪污产生量大，污染物浓度高，其处理处置工艺需结合牧场实际情况，养殖规模在存栏200头及以下的应尽可能采用模式Ⅰ或模式Ⅱ处理工艺；存栏（以猪计）1000头及以上的，宜采用模式Ⅲ处理工艺[5]。

图1  模式Ⅰ基本工艺流程

图2  模式Ⅱ基本工艺流程

图3  模式Ⅲ基本工艺流程

（2）粪污处理工艺模式分析

模式Ⅰ以能源利用与综合利用为主要目的，奶牛场粪污未经固液分离即进行厌氧发酵，该模式可充分发掘奶牛粪的产气潜力，适用于当地有较大的能源需求，沼气能完全利用，同时周边有足够土地消纳沼液、沼渣，并有一倍以上的土地轮作面积，使整个养殖场（区）的畜禽排泄物在小区域范围内全部达到循环利用的情况，该模式适用于养殖规模在存栏200头及以下且位于全年气温较高地区的奶牛场。

模式Ⅱ工艺适用于能源需求不大，主要以进行污染物无害化处理、降低有机物浓度、减少沼液和沼渣消纳所需配套的土地面积为目的，且养殖场周围具有足够土地面积全部消纳低浓度沼液，并且有一定的土地轮作面积的情况。能源需求不高且沼液和沼渣无法进行土地消纳，废水必须经处理后达标排放或回用的，应采用模式Ⅲ处理工艺^[5]。

模式Ⅱ和模式Ⅲ中，废水进入厌氧反应器之前应先进行固液分离，然后再对固体粪渣和废水分别进行处理。这是因为我国沼气工程装备技术在高浓度输送和搅拌机械等方面还有一些技术瓶颈，不经固液分离的粪污水中固形物、纤维杂质等含量可高达12%~20%，由于厌氧发酵是一个污泥逐步沉积的过程，反应过程中需要排泥，牛粪中混杂的长草、锯糠、细沙会使厌氧发酵设备堵塞，厌氧发酵池工作一般不超过3~5 年就会因堵塞严重而造成投资高昂的沼气发酵系统瘫痪。因此为了增加沼气的产气量将固液分离放在厌氧发酵后端是错误的。尤其对于东北等严寒地区的规模化奶牛场，如进水不经固液分离，因沼气发酵效率较低，水力停留时间长，厌氧发酵构筑物体积庞大，为了达到适宜的发酵温度，仅保温和加热和加热就需要付出巨大的能源代价，同时高浓度牛粪水中的重物很容易沉积在反应器底部，大量浮渣则会在反应器顶部结壳，严重影响产气效率和系统的正常运行。这在东北某些牧场正在运行的沼气工程中有所体现，如图4、图5所示。所以固液分离应设在厌氧发酵的前端以将污水中的固形物控制较低浓度范围之内

图4  沼气发酵池顶部结壳情况

 图5  运行中的推流式沼气发酵池

3  结语

近年来随着规模化奶牛养殖场的快速发展，我国沼气工程发展较快，但工程技术进步并不明显[1]。目前沼气的综合利用率低，许多沼气没有得到利用就被直接排放到空气中，造成严重的温室气体效应。与国外相比，我国的奶牛场粪污处理沼气技术还有一定差距，如沼气工程的沼气发电率很低，热电联用项目更少。热电联用技术既可以提高沼气工程的经济效益，同时解决沼气装置的增温问题，这对于在北方推广沼气工程技术尤为重要。由于生物处理法的适宜温度在15℃以上，北方地区应注意粪污生物处理设施的保温性能。

总之，规模化奶牛养殖场应采取切实可行的粪污治理措施以减少污染，只有强化环保意识，充分认识奶牛粪污治理的重要性和迫切性，综合运用环境管理和环境污染治理的各项政策、措施，积极推进奶牛养殖业污染防治工作，才能实现奶牛养殖业的可持续发展。