张先生
张先生 PM / TCIG PTE.LTD
奶牛场清粪工艺及相关设备概述

邹先枚,胡朝阳,王光,马承宝

(北京四方顺通畜牧科技发展有限公司,北京,100071)

摘 要:本文全面分析了国内外奶牛场的清粪工艺,结合我国实际清粪现状,提出了机械刮粪板清粪工艺符合我国奶牛业发展趋势的观点。对这种工艺及相关设备进行了详细介绍,得出了牛舍长度在100-120米和200-240米之间时,设备利用率最高的结论。本文以期就我国奶牛业污粪收集、处理领域做出初步探索。

关键词:奶牛场,清粪工艺,机械刮粪板,污粪处理

Discussion about the Dairy Manure Collection & the Equipments
Zou Xianmei, Hu Chaoyang,Yang Zhiyu, Wang Guang

(Beijing Sifang Livestock Housing Design Co., Ltd , Beijing 100071,China)

Abstract:The methods of manure collection all over the world are introduced. The manure scraper system which is optimal for Chinese dairy manure collection was put forward, according to the manure collection situation in China. Then the system was discussed in detail of which the efficiency is the highest when the length of the barn is 100-200m and 200-240m. This paper would like to do the first research in the field of dairy manure collection and handling in China.

Key words:dairy farm, manure collection, manure scraper, manure treatment

1 前言:
我国畜牧业正处于一个向规模化、现代化、集约化方向快速发展的时代,传统的户养奶牛的养殖模式正逐渐被少则几百头、大则上万头的规模化牧场所取代。由于采用规模化集中饲养方式,现代养殖遇到了传统养殖中不曾遇到的难题,比如:污粪的收集和处理等。户养模式中,每天污粪产生量较少,且多在种养结合的方式下,污粪的收集由手工完成,畜禽粪便经过简单处理后直接还田,增加土壤肥力提高农作物产量。但规模化的牧场,尤其是城市性乳品企业的源奶牧场,多处于大城市周郊,养殖业和大面积种植业严重脱离,没有足够的土地来配套消纳污粪,人工清粪方式也远不能满足产业化的需求。随着人们环境保护意识的不断增强,污粪的收集、处理在牧场规划、设计中所占的份额越来越大。在兴建规模化牧场的同时,对污粪的收集、利用上寻求新的方法势在必行。



作者简介:邹先枚(1981-),女,主要从事牧场污粪处理相关工作。E-mail:echofacezou@yahoo.com.cn

地址:北京市丰台区丰台北路甲45号鼎恒商务中心12F 邮编:100071

本文就国内外清粪工艺及相关设备进行了探究总结、归纳,意在就我国的清粪工艺环节上做出初步探索。清粪工艺是整个污粪处理的第一个环节,其选择与污粪处理的目的、方法、当地气候、牧场的规模、市场资源、可用土地的面积、可用劳动力的状况、水资源、降雨量都息息相关。相应的数学模型和决策支持系统已被应用于荷兰、美国、加拿大等国家,用来指导清粪工艺、污粪贮存和处理途径的选择。适当的清粪工艺能保证牛舍的清洁、保护环境,减少苍蝇、恶臭和灰尘。好奶源自好牛舍,清洁卫生的牛舍能保证奶牛的健康,从而提高奶牛的单产量。

2 国外清粪工艺
国外由于规模化养殖业的历史较我国长,在污粪的收集、运输、储存、处理等方面都积累了丰富的经验,值得我们借鉴。欧洲国家、美洲国家由于其人力成本较高,一般采用自动化程度较高的清粪工艺。

2.1 水冲工艺

水冲式清粪工艺是欧美等发达国家70年代初发展起来的,在美国较为普遍。当牧场所处地域气候较高,使用水冲工艺能同时降低牛舍温度,如图1、图2所示。采用该工艺获得污粪的含固率为3-6%,适宜用泵、管路输送。















图1 水冲工艺---地设喷管 图2 水冲工艺---高压喷枪

水冲工艺需要的人力少、劳动强度小、劳动效率高、能频繁冲洗,从而保证牛舍的清洁和奶牛的卫生。这种工艺需要充足的水量、配套的污水处理系统、水位提升装置、合适的牛舍坡度、输送污粪用的泵和管路等。衡量这种工艺的指标有:水量、冲洗频率、冲洗时间和水的流速。通常推荐的水深为1米、流速为0.15米/秒,牛舍坡度为3%。在寒冷的气候下,如果有充足的设备来储存、处理这些冲洗水,这种系统也能保证正常运行。冲洗水可以从罐体、水库通过高压泵或高水位池体中通过管路来获得。这种工艺存在的最大的问题是需要提供大量的冲洗水,以及把固体物质从回用水中分离出来的固液分离设备。牧场主通常会为如何处理这些大量的冲洗水、稀释回用水的新鲜水而困扰。固液分离后,大部分可溶性有机质及微量元素等留在污水中,污水中的污染物浓度仍然很高,而分离出的固体物养分含量低,肥料价值低。该工艺技术不复杂,但污水处理部分基建投资及动力消耗很高。

2.2 漏粪工艺

漏缝地板使得污粪能立即漏到下面的构筑物中,其间的污粪可以是储存在池体中,或用自动刮板运走、用水冲走或依靠重力流走。奶牛走动时,尿、粪能很快从漏缝地板漏下去,这会保证牛蹄的干燥和牛舍的清洁,如图3、图4所示。在国内,这种工艺仅在中荷奶业养殖示范基地中被采用,而在西欧国家相当普遍,这与当地土地资源紧缺、污粪的利用方式有关。以荷兰和法国为例,当地一般将污粪储存3至6月后直接施用于种植地上,为了节省土地投资,他们选择将整栋牛舍铺上漏缝地板,地下池深4米左右,池中配有搅拌设备。在牛舍内配有清粪刮板,这样即能保证牛舍的卫生,又能保证3至6月的储粪空间和污粪消化所需的时间。

















图3 漏粪工艺---牛舍实景 图4漏粪工艺---刮板工作

这种工艺较水冲工艺节省了水,降低了污水处理量,但牛舍投资增大,且储存在下面的污粪易形成厌氧发酵,产生硫化氢、甲烷等导致牛舍有害气体的集聚、牛舍过于潮湿等问题,牛舍的通风在这种工艺中显得尤为重要。

2.3 刮板工艺

由于采用漏粪工艺的牛舍造价偏高,且存在牛舍中易产生有害气体集聚的缺点,采用水泥地板、机械刮粪板的清粪方式在西欧、北欧、加拿大、美国等地非常普遍。当牛舍长度小于120m时,粪坑一般设在牛舍的一端;当牛舍长度超过120时,需要在牛舍的两端设两个粪坑或在牛舍中间设粪坑,如图5、图6所示。

刮粪板能做到一天二十四小时清粪,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。





















图5刮板工艺---清粪前后对比 图6 刮板工艺---中间设粪坑

2.4 机器人清粪工艺

机器人清粪工艺能实现牛舍的全自动清粪,运行轨迹可预先设置程序,通过GPS定位,具有机械刮粪板所有的优点,其初期成本较高,且只适用于漏缝地板,如图7、图8所示。像机器人挤奶设备一样,其先进的自动化功能正逐渐被越来越多的用户所使用。

采用机器人清粪设备,你能简便的编制机器人在牛舍内的清扫路线。它能将污粪通道刮得非常干净,包括每个角落,其以3.6米/分的速度移动,因而对动物不会造成伤害。这种机器配有两个24V电池,没有易磨损部件,因而其维修费用很低,不易损坏。充电也是自动的,其充电台能安装在牛舍的任何地方,充电后可连续工作20小时,每次充电时间为4小时。JOZ-tech机器人适合所有棚式牛舍,面积和距离对机器人都不是问题。它能靠自己的轴作旋转运动。其优点集中体现如下:动物友好性、维修费用低、没有障碍、对任何牛舍进行全自动轻扫。

















图7 机器人清粪工艺—牛舍内景 图8 机器人清粪工艺—工作实景

3 国内清粪工艺
我国新建的规模化牧场中,一栋牛舍的牛群数少则两百头,多则六百多头。随着牛舍的规模越来越大,各牧场期望寻求一种清洁、有效、经济的清粪方式的心理非常迫切,如何以较少的投资来维持牛舍的清洁卫生,保证奶牛健康,提高产奶量,正为越来越多的养殖者所重视。国内的奶牛场的清粪工艺目前还处于人工清粪、人工与机械清粪相结合的阶段。

3.1 人工清粪工艺

在存栏2000头以下的牧场中,人工清粪是以前和当下普遍采用的清粪方式,即人工利用铁锨、铲板、笤帚等将粪收集成堆,人力装车或运走。这种方式简单灵活,但工人工作强度大、环境差,工作效率低,人力成本也不断增加,这种清粪方式亟待被新的方式取代。

3.2铲车清粪工艺

国内专业的清粪设备,如刮板式或链条式设备多是针对养鸡厂和养猪厂,专门针对奶牛场清粪机械在国内还没有成熟的产品。在人工清粪效率低,国内又没有专门的清粪设备的情况下,我国出现了用铲车改装而成的清粪铲车。

目前,铲车清粪工艺在我国运用的较多,是一种从全人工清粪到机械清粪的过渡方式。如图9、图10所示。清粪铲车由小型装载机改装而成,推粪部分利用了废旧轮胎制成一个刮粪斗,更换方便,小巧灵活。驾驶员开车把清粪通道中的粪刮到牛舍一端的积粪池中,然后通过吸粪车把粪集中运走。采用这种机械清粪,运行成本高、不能充分发挥原装载车的功能,是一种工具浪费。且只能在牛群去挤奶的时候清粪,工作次数有限,影响牛舍的清洁。此车体积大、工作噪音大,易对牛造成伤害和惊吓,不经济、也不灵活。















图9 铲车清粪工艺—清粪实景 图10 铲车清粪工艺—改装的清粪设备

4 清粪工艺分析
我国的奶源基地集中在内蒙古、新疆、东三省、京津冀、山西、甘肃等北方地区,这些地方冬季气温低,气候干燥,污粪的含水率较低,冬季易出现污粪冰冻的情况。奶源基地的地理分布决定了国外在水冲式工艺不适合我国绝大多数奶牛场的气候环境,而且这种工艺产生的大量污水对牧场是个沉重的负担,这种工艺多见于我国南方的大型养猪场。我国环保总局于2001年12月19日发布了《畜禽养殖业污染防治技术规范》,其中推行干清粪工艺。干清粪工艺的主要方法是,粪便一经产生便分流,干粪由机械或人工收集、清扫、运走,尿及冲洗水则从下水道流出,分别进行处理。实践表明,在奶牛场内部设漏水渠道以期实现干湿分离,效果不太理想。原因是牛舍和奶牛粪便中含有较多长纤维物质,容易把渠道堵塞,且牛舍很长,粪和尿的分离不理想。

从国内外清粪工艺的分析可知,国内现存的清粪方式正处于人工清粪向机械清粪转变的过渡阶段。国外漏粪工艺的牛舍投资成本太大,且配套的土地资源不够,在我国应用的难度较大;而机器人清粪工艺的设备投资为25万元/台,且只适用于牛舍地面为漏缝地板的情况。

通过对刮粪板清粪工艺及相关设备的初期投资、运行成本的调查分析,在我国采用刮粪板清粪工艺是可取的。这种清粪工艺是我国未来发展的清粪方向,当牛舍保温良好时,其先进性、实用性、可靠性及性价比终将为我国的牧场接受。

5 机械刮粪板
5.1 机械刮粪板的工作原理

机械刮粪板有专门针对漏缝地板的漏缝式刮粪板,也有专门针对水泥地面的组合式刮粪板,针对清粪通道较宽或牛床垫料使用秸秆的折叠式刮粪板等。其工作原理如图11、图12所示:一个驱动电机通过链条或钢绳带动两个刮板行成一个闭合环路,一个刮板前进清粪,则另一个刮板翘起后退不清粪。电机转速为1400rpm,经齿轮减速后输出转速为5.4rpm,速度恒定,环路四周有转角轮定位、变向。组合式刮粪板每天24小时清粪,卫生清洁程度高,易于安装,使用寿命长。功率为550W或750W,其技术参数如下:

材料:约100kg钢材,高21cm;

电机:0.55kW/0.75kW,220V/380V;

驱动器:满油箱,齿轮传动,输出转速为5.4rpm;

刮粪板移动速度:4米/分;

转角轮:直径290mm,防磨损铸铁合金,坚钢轴心;

转换器:220v,有最大电流保险,带有可调节定时器或手动操作;

链条:13mm加硬的重链条;

钢丝绳:6mm,外包1mm塑料层,或绳子。


图11 机器刮粪板清粪环路


图12 机器刮粪板后退场景

采用这种工艺的尾端积粪方式有倾倒盖式和漏缝倾倒式两种,图13中所示:当刮粪板运动到尾端时,盖子由刮板掀起、倾倒粪便,之后刮板按照设定的形程自动返回,使得倾倒盖重新回到关闭状态。使用这个方式对牛或车辆的通行没有任何障碍,且气体排放量小,非常适合绿色牛舍。图14中所示:刮板将粪便倾倒在漏缝板上,粪便在缝隙间漏下去,但不是所有粪便都能轻易漏过去,特别是稻草或青贮饲料的粗块,最终还是留在板上。当牛舍很长时,这种漏缝式倾倒方式就不太适用。

























图13 倾倒盖式积粪 图14 漏缝式积粪

5.2 机械刮粪板的成本分析

机械刮粪板不需要专门的安装基础,无论是新建的还是以前旧牧场,除了设置积粪池外,设备的安装都非常方便。设备动力耗电量最大为18度/天,维护费用除了每2~3周润滑转角轮外,基本没有其他费用。这种设备初期的投资较大,牛舍长度不大于60米时,每栋牛舍需两套环路,积粪池设在一端即可,购买设备费用约10万人民币。当牛舍长度大于120米时,设备购买费用约30万人民币。当牛舍长度接近120米时,设备购买费用约16万人民币,这种情况下是该设备利用率最高的时候。

6 结论
综合上述分析,得出如下结论:

(1)我国乳业目前的分布地带决定了水冲式清粪工艺不适合我国国情,如果是南方的奶牛场,可以综合考虑这种清粪工艺。

(2)我国目前还没有找到一种成本低、效果好的清粪方法,还没有专门针对奶牛场的清粪设备,这一块的空白需要我们做出积极的探索。

(3)机械刮粪板因其优良的工作效果、出色的工作可靠性和适当的成本价格,在我国奶牛场清粪领域有较大潜力。且牛舍长度在100-120米和200-240米之间时,该设备的利用率最高。



标签: 奶牛场清粪工艺 .
分类: 粪污处理
2009年4月22日