一种存栏1000头以上的大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统及处理方法与流程

本发明涉及一种存栏1000头以上的大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统及处理方法，属于废水处理技术领域。

背景技术：

随着我国社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，乳制品的消费需求量也大幅度增加。市场的需要和农业现代化整体水平的迅速提升，也促进了奶牛养殖业的大跨步发展。截止到2015年底，全国奶牛存栏量达到1594万头。奶牛的粪便日产生量明显高于其它畜禽，是名副其实的畜禽规模养殖污染大户。平均而言，一头成母牛一天的粪尿产生量是35千克，其中粪25千克，尿10千克，是生猪的3.57倍，肉羊的13.46倍，肉鸡的219倍，蛋鸡的117倍；由此可见奶牛日粪便排放量明显高于其它畜禽动物。

2014年1月1日，国务院正式颁布《畜禽规模养殖污染防治条例》；农业部、环保部也颁布实施了《畜禽场环境质量标准》、《畜禽养殖业污染物排放标准》、《畜禽养殖业污染防治技术规范》、《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》和《畜禽养殖禁养区划定技术指南》；环保部还公布了《中华人民共和国环境保护税法》等标准规范来约束和解决畜禽养殖污染问题。《全国农业可持续发展规划(2015-2030年)》规划到2020年和2030年养殖废弃物综合利用率分别达到75％和90％以上，规模化养殖场畜禽粪污基本达到资源化利用，实现生态消纳或达标排放。由于很多奶牛养殖场存在前期规划未考虑种养结合或者后期土地流转困难等问题，目前大多数规模化奶牛养殖场周围没有配套相应的用地，奶牛养殖业逐渐脱离了种植业以及农业生产大系统，向高度规模化、集约化、专业化和区域化的道路发展，产生的大量废弃物在农业产业链中得不到充分有效利用，给当地环境造成了极大危害。

综上所述，对于很难实现种养结合模式的奶牛养殖场，需要做到废水达标排放。但奶牛养殖场粪污浓度很高，实现达标排放的建设成本和运行成本很高，养殖场很难接受。因此，研究奶牛养殖场粪污处理方法，对奶牛场粪污处理至关重要。

目前，已有专利公开奶牛场粪污处理的方法，如中国专利文献cn104310706a公开了一种存栏500头以下牧场型干清粪奶牛场粪污综合处理方法，将包括少量的牛粪污水，经格栅过滤、厌氧发酵、好氧处理后通过混灌池配比，直接用于种植业利用，收集的固体粪便直接输送到堆粪棚作为二次资源化利用的原料储备，或者作为蚯蚓养殖的基质或直接堆沤腐熟肥直作为肥料用于种植业。该方法将粪便和污水分类收集分类处理，有效改善养殖场及周边的环境卫生，能实现粪污资源化利用；但没有考虑到牛场粪污的源头减量处理，污水经过格栅过滤，不能有效的过滤掉粪便，使得收集的废水中粪便的浓度较高，处理成本较高。再如，中国专利文献cn104743755a公开了一种存栏3000头以上牧场型干清粪奶牛场粪污综合处理方法，该方法包括固体粪便的干清粪处理工艺，污水经调节池后进行固液分离，液体进入匀浆池并在usr和uasb反应器进行厌氧反应，然后在好氧池中进行曝气处理，处理后污水在混灌池混合后用于种植业或回冲挤奶厅等步骤。该方法能实现粪污资源化利用，但同样没有考虑到牛舍粪污的源头减量，处理成本较高。

因此，研究开发一种能够有效实现粪污源头减量、废水达标排放、工艺简单、运行维护方便、建设及运行成本低的大型奶牛场粪污处理方法势在必行。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种存栏1000头以上的大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统及处理方法，实现奶牛场粪污的处理简单化，并达到“零污染”、“零排放”，降低处理成本。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种存栏1000头以上的大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统，包括奶牛舍、废水收集管、集水池和集粪池，其特征在于，奶牛舍地面上间隔设置有沟槽，奶牛舍地面及沟槽的内壁铺设有防渗膜，防渗膜上方铺设有自洁式透水砖；所述沟槽与废水收集管相连通，废水收集管与集水池相连，集水池设置于奶牛舍一端；集粪池与奶牛舍一端相连通。

根据本发明优选的，所述沟槽为v型沟槽，沿奶牛舍长度方向设置，相邻沟槽相互平行；v型沟槽的长度与奶牛舍长度相同，v型沟槽顶端开口的宽度为3-5cm，v型沟槽之间的间隔为10-50cm。自洁式透水砖上的污水可以透过自洁式透水砖自动渗滤至沟槽内，便于收集。

优选的，所述v型沟槽顶端开口的宽度为4cm，v型沟槽之间的间隔为10cm。

优选的，所述v型沟槽汇集与废水收集管相连通。

优选的，所述v型沟槽自奶牛舍远离集水池的一端至连接废水收集管的一端深度逐渐加深，v型沟槽的起始深度为4-8cm，v型沟槽底端与水平面之间的夹角为1-10°。沟槽的倾斜设置，便于渗滤废水的收集。

进一步优选的，所述v型沟槽底端与水平面之间的夹角为5°。

根据本发明优选的，所述奶牛舍地面水平设置，防渗膜与奶牛舍地面及沟槽的内壁相贴合，自洁式透水砖水平铺设于防渗膜上面。奶牛舍地面、防渗膜和自洁式透水砖都为水平铺设，利于刮粪板工作。

优选的，自洁式透水砖以长和宽组成的面为底面水平铺设。

根据本发明优选的，所述自洁式透水砖之间通过浇筑混凝土固定；以此防止刮粪板带动自洁式透水砖而脱落。

根据本发明优选的，所述自洁式透水砖的长×宽×高的规格为150×50×30-300×200×100mm，抗压强度为20-50mp，透水率为3-10mm/s。

优选的，所述自洁式透水砖的长×宽×高的规格为200×100×60mm，抗压强度为25mp，透水率为5mm/s。

本发明所述的自洁式透水砖为市售产品，江苏优凝舒布洛克公司有售。

根据本发明优选的，所述防渗膜为hdpe防渗膜。

优选的，所述hdpe防渗膜的厚度为0.8-1.2mm，水蒸汽渗透系数k<＝1.0*10^-13cm/(cm²·s·pa)。

本发明所述hdpe防渗膜为高密度聚乙烯膜，为市售产品，上海宽若环境衬垫科技有限公司有售。

根据本发明优选的，所述大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统还包括刮粪板，所述刮粪板设置于奶牛舍地面上；所述刮粪板采用现有的自动刮粪板装置设置于奶牛舍地面；所述自动刮粪板装置北京恒源信环境控制技术有限公司有售，按商品安装规则安装在奶牛舍地面即可。

根据本发明优选的，所述集粪池的顶端低于沟槽或与沟槽相平齐。

根据本发明优选的，所述集粪池和集水池设置在奶牛舍的同一端。

根据本发明优选的，在奶牛舍中间沿奶牛舍长度方向设有奶牛采食区，奶牛采食区的长度与奶牛舍的长度相同。

利用上述奶牛养殖场粪污源头减量处理系统进行粪污源头减量的处理方法，包括步骤如下：

奶牛产生的粪污中的污水通过自洁式透水砖过滤进入沟槽，由防渗膜收集，通过废水收集管，最后汇集进入集水池；过滤污水后的粪便留在自洁式透水砖上，通过刮粪板刮入集粪池；集粪池中的粪便经固液分离，产生的少量污水部分回流至集粪池，用于稀释集粪池粪污，另一部分污水经厌氧发酵，产生的沼气用于奶牛场，沼渣和沼液作为农田有机肥料。

本发明所述奶牛产生的粪污中的污水是指奶牛产生的尿液、奶牛饮水洒落的水以及粪便中的污水。

本发明的技术特点如下：

本发明采用的自洁式透水砖，目前主要应用于城市道路建设中，其特点是将光触媒技术应用于混凝土透水地砖中，在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，同时产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，把有机污染物分解成无污染的水(h2o)和二氧化碳(co2)，因而其具有极强的防污自洁、净化空气与水的功能；将自洁式透水砖铺设于奶牛舍地面，能够有效解决透水地砖孔隙容易被粪便堵塞的问题，同时在自洁式透水砖下面铺设有防渗膜，避免了粪污中的废水渗入土壤从而造成土壤污染的问题。

奶牛产生的粪污中的污水透过自洁式透水砖，进入沟槽，经过废水收集管进入集水池；由于集水池中的废水几乎不含有粪便，废水污染的指标较低，经砂生物滤池或氧化塘处理后即可达到《农田灌溉水质标准》或《畜禽养殖业污染物排放标准》，即能达标排放；过滤污水后的粪便留在自洁式透水砖上部，通过刮粪板刮入集粪池；集粪池中的粪便浓度较高，大大减少了固液分离后污水的产生量，产生的少量污水部分回流至集粪池用于稀释粪污，达到管道输送的目的，避免车辆运输粪污洒落和产生异味污染，减少清水的加入量；部分污水经厌氧发酵后，产生的沼气用于牛场，所产生的沼渣和沼液作为农田有机肥料，减少了粪便固液分离后所产生污水的处理成本。

奶牛养殖场粪污经本发明源头减量系统处理前后废水和粪便的指标如表1所示，从表1中可以看出，应用源头减量处理系统前刮粪板刮出的粪污ts含量为12-15％，浓度较低，说明其中牛尿及奶牛饮水洒落的水较多，和粪便混合在一起很难处理；应用源头减量处理系统后，经自洁式透水砖过滤，由沟槽收集的废水污染指标较低，经砂生物滤池或氧化塘处理后即可达到《农田灌溉水质标准》或《畜禽养殖业污染物排放标准》；而通过源头减量系处理统后，刮粪板收集的粪便ts浓度较高，可以达到28-30％，大大减少了固液分离后污水的产生量，产生的少量污水部分回流至奶牛舍集粪池用于稀释粪污，部分厌氧发酵后农田利用，减少了粪便固液分离后所产生污水的处理成本。

注：《畜禽养殖业污染物排放标准》出水cod为400mg/l，bod为150mg/l，ss为200mg/l，nh4⁺-n为80mg/l，tp为8mg/l。《农田灌溉水质标准》出水cod为200mg/l，bod为100mg/l。

表1应用源头减量处理系统前后养殖场粪污指标

本发明的有益效果如下：

1、本发明创造性的利用特殊建筑材料-自洁式透水砖的优势，将其应用于奶牛养殖场牛舍，该透水砖利用光触媒技术，可氧化分解进入透水砖缝隙中的固体粪便，解决了透水砖孔隙容易堵塞的问题；同时自洁式透水砖对粪污中的废水起到过滤作用，极大降低了废水的污染程度，废水中粪便浓度较低，处理简单，可以实现达标排放，降低了处理成本，适合种养结合不紧密或周围土体与养殖量不匹配的大型奶牛养殖场的粪污处理。

2、留在自洁式透水砖上部的粪便经集粪池收集，然后经固液分离后，所得到的污水量少，浓度较高(ts含量达到8-10％)，利于厌氧发酵的进行；本发明的系统可以有效减少固液分离后污水的产生量，源头减量达到54％，降低了粪污的处理难度，节省了处理成本。

3、本发明使用防渗膜来收集废水，避免了废水渗入土壤中对土壤的污染；同时，防渗膜下面设置沟槽，沟槽通过设置深浅控制倾斜坡度，便于废水的收集，且能保证自洁式透水砖平铺在牛舍，便于刮粪板正常工作。

4、本发明结构简单，建造方便，易维护使用。

附图说明

图1是本发明粪污源头减量处理的工艺流程图；

图2是本发明大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统的结构示意图；

图3是奶牛舍延图2a-a方向的剖面图。

图4是奶牛舍延图2b-b方向的剖面图。

其中：1、奶牛舍，2、奶牛采食区，3、自洁式透水砖，4、刮粪板，5、集粪池，6、废水收集管，7、集水池，8、防渗膜，9、沟槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明保护范围不限于此。

实施例1

一种大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统，包括奶牛舍1、废水收集管6、集水池7和集粪池5，奶牛舍地面上间隔设置有沟槽9，奶牛舍地面及沟槽9的内壁铺设有防渗膜8，防渗膜8上方铺设有自洁式透水砖3；所述沟槽9的端部与废水收集管6相连，废水收集管6与集水池7相连，集水池7设置于奶牛舍1一侧；集粪池5与奶牛舍1一端相连，集粪池5的顶端与沟槽9相平齐；所述集粪池5和集水池7设置在奶牛舍1的同一端。

所述沟槽9为v型沟槽，沿奶牛舍长度方向设置，相邻沟槽相互平行；v型沟槽9的长度与奶牛舍1的长度相同，v型沟槽9顶端开口的宽度为4cm，v型沟槽之间的间隔为10cm，v型沟槽9从奶牛舍一端至连接废水收集管6的一端深度逐渐加深，v型沟槽9的起始深度为5cm，v型沟槽9的底端与水平面之间的夹角为5°。

所述奶牛舍地面水平设置，防渗膜8与奶牛舍地面及沟槽9的内壁相贴合，自洁式透水砖3水平铺设于防渗膜8上面。

所述自洁式透水砖3以长和宽组成的面为底面水平铺设；自洁式透水砖之间通过浇筑混凝土固定；

所述自洁式透水砖3的长×宽×高的规格为200×100×60mm，抗压强度为25mp，透水率为5mm/s，江苏优凝舒布洛克公司有售；

所述防渗膜8为hdpe防渗膜，厚度1.0mm，水蒸汽渗透系数k<＝1.0*10^-13cm/(cm²·s·pa)，上海宽若环境衬垫科技有限公司有售；

所述大型奶牛养殖场粪污源头减量处理系统还包括刮粪板，所述刮粪板设置于奶牛舍地面上；所述刮粪板采用现有的自动刮粪板装置设置于奶牛舍地面；所述自动刮粪板装置北京恒源信环境控制技术有限公司有售，按商品安装规则安装在奶牛舍即可；

本实施例中，在奶牛舍1的中间沿奶牛舍1的长度方向设有奶牛采食区2，奶牛采食区2的长度与奶牛舍1的长度相同。

实施例2

利用实施例1的粪污源头减量处理系统处理存栏2000头奶牛养殖场粪污的方法，步骤如下：

奶牛在自洁式透水砖3上面活动，产生的粪尿及饮水过程中洒落的水等粪污中的污水通过自洁式透水砖3过滤，进入沟槽9，由防渗膜8收集，通过废水收集管6，最后汇集进入集水池7；过滤污水后的粪便留在自洁式透水砖3上，通过刮粪板4刮入集粪池5；集粪池5中的粪便经固液分离，产生的少量污水回流至集粪池5，用于稀释集粪池5中的粪污，另一部分污水经厌氧发酵，产生的沼气用于奶牛场，沼渣和沼液作为农田有机肥料。

如表2所示，存栏2000头奶牛的养殖场，若不应用源头减量处理系统，粪污经固液分离后每天产生的污水量为100t，而应用源头减量处理系统后，留在自洁式透水砖上面的粪便经固液分离后每天产生的污水量仅为46t，源头减量达到54％。

表2应用源头减量处理系统前后固液分离污水产生量及指标

实施例3

利用实施例1的粪污源头减量处理系统处理存栏4000头奶牛养殖场粪污的方法，步骤如下：

奶牛在自洁式透水砖3上面活动，产生的粪尿及饮水过程中洒落的水等粪污中的污水通过自洁式透水砖3过滤，进入沟槽9，由防渗膜8收集，通过废水收集管6，最后汇集进入集水池7；过滤污水后的粪便留在自洁式透水砖3上，通过刮粪板4刮入集粪池5；集粪池5中的粪便经固液分离，产生的少量污水回流至集粪池5，用于稀释集粪池5中的粪污，另一部分污水经厌氧发酵，产生的沼气用于奶牛场，沼渣和沼液作为农田有机肥料。

如表3所示，一个存栏4000头奶牛的养殖场，若不应用源头减量处理系统，粪污固液分离后每天产生的污水量为220-250t，而应用源头减量系统后，粪污固液分离后每天产生的污水量仅为105-120t，粪污源头减量达到50％以上。

表3应用源头减量处理系统前后固液分离污水产生量及指标