牧场的粪污管理

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Dennis Halladay

Hoard’s West 编辑部

牧场的粪污管理

对于牧场来说,粪污处理问题是永恒的存在。没有牧场能够逃避粪污处理问题,因为奶牛每天都会产生粪便。由于饲养规模不同,有些牧场的粪污量高于其他牧场。

随着饲养群体的增加,粪污处理的时间、困难和成本都在增加,但可选择的管理方法也在增多。当群体变得非常庞大时,一些不寻常的可能性开始变得可能。

如今,这样的做法可能是极端的,但公众的认知和期望不断增长,再加上监管压力的不断加大,使得整个行业在未来几年有可能会朝该方向发展。

最近,2019年西部奶业管理会议在内华达州雷诺市举行,其专题报告围绕着目前所采用的两种粪污处理的综合方法而展开。其中,两家牧场的代表讨论了如何尽力将粪污处理问题转化为一种不断增长的资源。

Deanne Meyer

专题主持人、加利福尼亚州立大学粪污管理推广专家Deanne Meyer像往常一样为讨论定下了基调,对于正在考虑采用粪污管理技术的奶农发表了坦率的评论。

“现在,我先把事情的结局告诉你,”她开始说,先不要选择技术,首当其冲的是考虑你所处理的粪污类型,是固体、液体,还是两者都有?你需要解决气味或气体排放的问题吗?你想生产能源吗?你需要解决病原体吗?或者其他问题?

“2019年,粪污处理的下一个创新点是什么,”她继续说,“毋庸置疑,粪污管理的挑战随着饲养规模的增加而增加。更多的奶牛意味着更多的卧床和粪便,需要更详细的监管需求。”

Meyer提到,如今并不缺乏粪污处理的方法,而事实上是恰好相反。

拿起一本行业杂志,或者去看下行业设备展览,会发现很多有关粪污处理的产品,从微生物发酵到处理设备,无所不包。

她说,在你决定辗转于不同展台前,需要计划一下,你的需求是什么、需要配备什么样的员工以及如何根据需求来评价产品?

购买设备或雇佣员工之前,第一步需要确定工作性质。你想做什么?是的,对于粪污处理技术而言,也需要工作职责范围。仔细考虑下你的需求,然后定义任何潜在新技术所需的工作技能。

Meyer补充说,技术的挑战,尤其是新技术,可以完成一件、两件甚至多件事情,但不一定能满足你的所有需求。有时,在完成你想做的事情的过程中,可能会产生新的问题。

“要记住,开始之前先解决问题。”她强调说。谁来维护设备?提供备件和技术服务公司距牧场的远近?或是牧场有维护修理人员?这些都是关键问题。

“依我在行业30年的工作经验而言,可以很清楚的告诉你,在牧场后端的粪污处理方面,使用任何技术都会存在一定的问题。就像安装的新挤奶厅,首次运行不完美一样。”

Meyer提醒到,就如其他任何事情一样,最好的经验就是咨询已经过重重挫折的奶农,向其学习,避免错误,节省时间与金钱。

当然,即使签定了合同,也要特别关注确保有人负责与施工团队正确沟通,现场监督。

Paul Detwiler

从两位牧场代表的报告中,可知粪污的规模化处理、使用和再利用是一个独立的产业。考虑到两位代表牧场的饲养规模超过了35000头,粪污处理问题不能被最小化或理所当然的认为就该存在。

Paul Detwiler是俄亥俄州后备牛性控技术中心的总经理,同时兼顾改造了一个母牛饲养规模达400头的肉牛场,占地面积200英亩(约1214亩)。目前,该牧场饲养了5600头奶牛,用于生产性控胚胎。

他说:“我们必须重视粪便的回收利用,因为没有太多的土地使用权。而且,卧床垫料的需求量也很大。除此之外,还可以出售粪肥。因此我们决定安装粪污处理回收系统,以满足所有动物的卧床垫料需求。该系统运行于2013年,那时牧场还没有泌乳牛,粪污量不足。不过现在,粪污量正接近处理目标。该牧场每年需要处理约4千万磅(约2万吨)固体粪肥。虽处理方法不同,但大多数是堆肥。”

“系统最初启动时,每小时处理量约10吨,可以产生约4吨的垫料。随着时间推移,理想条件下,每小时处理量约20吨,生产8吨垫料。”他说。

牧场每天需要约6.5个负载量的垫料,但现在理想条件下只能完成4.5个负载量。而且在俄亥俄州,已经有一段时间粪污量达不到理想条件了,只能购买部分垫料与之混合。

“进出烘干机的温度分别为700和200℉(约371和93℃),我不想听到的问题是否发生过火灾?因为到目前为止没有遇到过。”

“当粪渣离开烘干机时,会进入空气旋流器进行分离,固体被传送到存储箱。粪渣相当干燥,水分从50%-55%降低至20%-25%。但是,灰尘是个问题。目前,我们的控制效果要比以前好。”

他指出:“牧场需要加热来干燥粪渣,这是处理的第二阶段。目前,我们牧场有两种不同的热源,一种是天然气,另一种就是气化炉,每分钟处理18磅(约8.1kg)。气化炉的温度能达到约1500℉(约816℃),类似一个两级烤箱。”

事实证明,燃烧粪渣固体产生了一种有价值的产品—出乎意料的价值。

Detwiler说:“气化炉每分钟处理18磅(约8.1kg)的粪渣,可以产生约6磅(约2.7kg)的生物炭。我们已为其应用开发了几个市场,虽然还不是很稳定。每小时进入气化炉粪渣的价值约为180美元(约1242元),但产生的生物炭价值约为675美元(约4658元)。因此,对于我来说,生产生物炭更有利可图,且又能节省购买天然气的费用。”

无论在处理方法或成本方面,干燥、分离、堆肥和气化粪污都不件简单的事。但他表示,相关的回报是巨大的。

“牧场的系统建于2012年,运营于2013年。那时,牧场每年在垫料上的投入达到80万美元(约552万元)。而安装粪污处理系统的成本为200多万美元,因此回本周期并不长。”

Mark Stoermann

Mark Stoermann目前是Newtrient公司的首席运营官,该公司主要研究如何利用粪污来生产能源和回收营养物质,并开发实施营养增值技术。此外,他曾在印第安纳州Fair Oaks 牧场担任项目经理超过14年。

Stoermann说:“根据管理经验,Mike和Sue McCloskey采用了西方管理模式和设备建立了多家3500头规模的牧场,由此开创了Fair Oaks。”

“我们以为不用担心粪污处理问题,因为牧场具有足够的土地,可这种情况只持续了约一年时间。”

“我从事这项工作约15年,正试图收集约3万头奶牛的粪便,在一个地下水位8英尺(约2.44 m)、地面平坦的地区解决粪便问题。”

Fair Oaks的粪污处理可能比美国其他任何一家牧场都要广泛、复杂和包罗万象,由此也带来了很多教训。

“我们开始只是将粪污刮出牛舍,收集起来,然后施于田地。因为我们想用粪肥来改善当地的沙质土壤,但这只解决了一半问题。”

“我们从第一年的经验得出,不仅仅是处理粪污,而是弄清楚如何处理好与之相关的一切。因此,我们开始设计一个粪污处理系统,希望实现6个目的:

  1. 高效的控制气味。
  2. 氮、磷的有效控制。
  3. 改善苍蝇的控制管理。
  4. 病原菌的控制。
  5. 减少气体排放。
  6. 通过副产品收入实现资本回报:

1)卧床垫料 2)沼气池 3)沼气提纯净化 4)交通燃料 5)营养物质回收 6)可再生肥料。

Stoermann说:“我们认为这种方式能够持续下去的唯一途径是能够创造一定的收入,以抵偿部分成本。对于我们而言,就是生产能源。因此,我们为3500头奶牛建造了第一个发酵池。”

“第一个发酵池存在很多问题,因此当我们继续建造第二个发酵设施时,其已被先进的设施所取代。”

“我想提到的一个是在Prairie’s Edge 牧场的发酵池,其处理1.8万头奶牛的粪污,将其转化为干燥的肥料产品,每天处理量约为45万加仑(约171万升)含沙粪污,最高峰能生产1400立方英尺(约39.64立方米)的可再生天然气,且被销售至加州的运输市场,剩余粪液灌溉沙地。”

“奶牛挤奶时,每天三次将散栏式牛舍中粪便抽出,运输至发酵池。在这里,会先经过多个分离器,去除约95%的沙子。然后,进入输送泵。发酵池开始的容量为620万加仑(约2350万升),之后其增加至约800万加仑(约3032万升)。此外,由电脑控制该系统发电都用于沼气提纯净化系统,生产可再生天然气,纯度达到98%,然后被运送到1.5英里(约2.41 km)外的燃料供应站,注入当地的分销系统管道。夏天,其不能完全容纳牧场所产生的天然气,因此需要用卡车运输到其他地方,这也证明了办法总比困难多。”Stoermann说。

“牧场买了42辆发动机为9L的卡车组成车队,但由于安装了错误的变速箱。三年内,这些卡车都被损坏了。Cummins、 Kenworth 和Ruan公司都建议采用11.9L的发动机,其可以运输730万加仑(约2767万升)柴油,且在平地上性能很好。自从使用这类卡车,就没有再遇到第一批卡车一样的问题了。”Stoermann说。

“现在谈论下营养物质回收领域。我之前提到过气体生产系统,其能很好的将固液分离,但会伴随着产生一些问题。因此,我们将其废除。此外,它的运行成本也非常昂贵。”

他说:“几年前,我们重新又研究了气体系统技术,其可以生产一种肥料,并被当地一家生产公司用于生产可再生肥料。”

Prairie’s Edge 牧场的粪污处理系统非常复杂,涉及处理、转化和再利用多个方面,且可以从废水中去除81%的磷。

Stoermann说:“我们的想法是形成循环,将粪污处理变成可再利用的资源。这也是Fair Oaks和Prairie’s Edge一直强调的理念,达到零排放,或者最小化对环境的影响,一直是我们努力的目标。”

翻译:王封霞

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