规模化养殖场粪污处理智能监管技术研究

摘要

为了研究智能监管技术在规模化养殖场粪污处理中的应用，分析其对提高处理效率和资源利用率的影响，从而给养殖业的可持续发展提供有效解决方案。本文通过文献综述和实际案例分析，详细探讨现有的粪污处理技术以及智能清粪系统、清粪机器人和自动控制系统等智能化技术的应用情况，并结合数据对这些技术的效果进行评估。结果表明，智能监管技术能够有效提升规模化养殖场的清粪效率，降低人工成本，减少环境污染。智能清粪系统通过实时监测和自动调节，优化了粪污处理过程；清粪机器人提高了养殖场的自动化水平；自动控制系统能够大幅减少水资源和能源的消耗。总之，智能监管技术为规模化养殖场提供了一种高效且环保的粪污处理方案，提升了资源利用效率并减少了环境污染，促进了养殖业的可持续发展。

关键词

规模化养殖场 / 粪污处理 / 智能监管技术 / 自动化 / 可持续发展

随着全球农业现代化进程的加速推进，规模化养殖场在提升生产效率的同时也带来了大量的粪污处理问题。传统的粪污处理方式，如水泡粪和干清粪，虽然在一定程度上缓解了粪污问题，但存在资源利用率低、环境污染严重等缺陷。这些传统方法不仅消耗了大量水资源，处理效率低，而且还难以实现有效的资源回收。

为应对这些挑战，智能化粪污处理技术应运而生。这些技术通过集成先进的传感器、数据分析和自动控制系统，提供了更高效、环保的解决方案。智能监管技术能够实时监控粪污处理过程并进行优化调节，从而显著提高处理效率和资源利用率。本文旨在探讨规模化养殖场粪污资源化利用的智能监管技术模式，分析当前技术现状，讨论未来的发展方向，并提供具体的实施案例和数据支持，以促进粪污处理技术的进步和应用。

1 规模化养殖场粪污资源化利用技术

养殖场的废弃物资源化利用既是生态文明建设的重要内容，也是推动农业可持续发展的重要手段。加快规模化养殖场粪污资源化利用，有利于促进种养结合、农牧循环发展，对于促进农牧循环发展，增加绿色优质农产品供给，提升农业综合生产能力、市场竞争能力和可持续发展能力，具有深远的历史意义。

粪污处理工艺包括2个主要环节：粪污收集和深度处理^[1]。目前，我国禽养殖场常见的粪污处理技术主要包括全量收集还田、干清粪技术、水冲粪与水泡粪技术、堆肥利用、基质化处理、垫料回用、异位发酵床技术等。这些技术手段各有优劣，在实际应用中，应当结合养殖场实际情况，在分析畜禽粪污排放量和特征的基础上，综合采用其中的几种，确定适合本场的粪污资源化利用模式，图1和图2是2种常见的粪污资源化利用模式。近年来，随着智能养殖技术的发展，智能饲喂和环境监管设备在规模化养殖中广泛使用，但在粪污资源化处理方面仍存在实施难度大、管理成本高等问题，尚未实现完全的智能与自动化^[2]。

2 规模化养殖场智能监管技术

在生产管理过程中提升智能化水平能够有效降低生产成本，促进实现精细化管理，同时减少环境的污染，更有益于提高产品在市场中的认可度^[3-4]。智能监管技术利用先进的传感器、数据分析和自动控制系统，能够实现对粪污处理过程的实时监控、数据分析和自动调节，从而提高处理效率和资源利用率。

2.1 数据采集与监控

智能监管技术通过传感器和数据采集系统实时监测粪污处理过程中的各项指标，如湿度、温度、气体排放等。数据采集系统将这些数据传输到中央控制平台，通过大数据分析生成处理报告，并提供实时反馈。这种监控方式不仅提高了粪污处理的精准度，还确保了处理过程的稳定性和安全性。

2.2 智能报警与故障诊断

智能监管技术还具备智能报警和故障诊断功能。当设备出现异常或处理过程出现问题时，系统会立即发出警报，并提供故障诊断信息。这种智能报警机制可以及时解决问题，避免因设备故障导致的生产损失，同时提高系统的稳定性和可靠性。

3 智能监管技术在规模化养殖场粪污处理中的应用

3.1 智能清粪系统

在规模化养殖场中，粪尿量巨大。农业农村部公布的数据显示，2022年前三季度我国出栏畜禽52 030万头，按每头猪排泄1.71 t计算，前三季度的粪尿产量达到88 971.3 万t^[5]。为应对这一挑战，智能清粪系统的引入成为关键。利用BP神经网络等先进算法构建的粪污量预测模型可以实时预测猪舍内的粪污量，并进行及时清理^[6-7]。例如，台达公司研发的猪场自动清粪系统，通过信息平台提高了清粪效率和设备稳定性，为猪场提供了可靠的数据支持，降低了疫病防控风险^[8-9]。

3.2 智能清粪机器人

智能清粪机器人在规模化养殖场的应用取得了显著进展，标志着规模化养殖场进入了自动化管理的新时代。这些机器人结合了多种先进技术，如超声波测距和陀螺仪定位，大大提升了清粪的智能化水平和避障能力^[10]。

例如，瑞典利拉公司设计的DeLaval RS250智能清洁机器人，专为奶牛场设计，能够在不干扰奶牛的情况下高效完成清洁任务。该机器人适用于高达1 250 m²的区域，通过精确的导航和智能控制，实现了高效的清洁作业。德国GEA公司制造的SRone清粪机器人则以其低噪音设计著称，每天能够清理养殖场6～8次。它适用于6 000～8 000 m²的场地，凭借其高频次的清理能力，能有效保持养殖环境的清洁，进一步提升了生产环境的卫生标准和动物福利^[6]。

3.3 自动控制与调节系统

在智能监管技术的应用中，自动控制系统能够根据实时数据对粪污处理过程进行动态调节。例如，温度和湿度的自动调节可以优化发酵条件，提高有机肥的发酵效果。此外，自动控制系统还可以对设备进行远程控制和维护，减少人工干预，提高工作效率。推广自动控制系统还可以应用于以下方面，实现节水减排。

1）改进降温设施。推广湿帘负压通风降温系统，通过湿帘蒸发冷却技术减少水资源的使用。比传统的滴水、喷洒和冲淋降温工艺节省大量的水资源，提供了更高效的降温效果。

2）改水冲粪为干清粪工艺。将水冲粪工艺改为干清粪工艺，利用机械设备将粪便清理出去，无需使用大量水进行冲洗。此方法不仅减少了水资源的消耗，还降低了污水产生量，提高了粪污处理效率。

3）改进饮水设施。采用自动控制水压和碗式饮水系统替代传统的鸭嘴式饮水器。改进后的饮水系统将用水量从约8 kg/（头·d）减少到5.5 kg/（头·d），减少了30%以上的污水产生量^[11]。这种改进措施提高了饮水系统的水资源利用效率，降低了污水处理负担。

3.4 智能堆肥技术

为解决传统堆肥方式卫生条件差、投入成本高、经济效益低等难题，中农创达公司研究设计出纳米膜无臭堆肥系统，实现环保无臭、高效低成本堆肥。该系统配备有氧气、温度、压力等传感器，能够精准识别密封堆肥环境中的关键环境因子，既可以通过电脑和手机端进行远程控制，也可以利用智能化控制系统实现自动控制。该系统采用无需翻堆的堆肥方式，能够节省很大的人工和耗能，具体工作原理为：利用聚四氟乙烯纳米膜作为覆盖材料，形成低成本密闭堆肥环境，纳米膜上的小孔能够阻止大分子通过；系统中拥有6种复合微生物菌群，底部通风保证发酵微生物需要的氧气浓度，再依托高温发酵联动技术，使高压气体交换供氧、多因素智能联动，随着温度的上升，氨气、硫化氢等臭气的大分子外溢，但是纳米膜的微孔结构，既能够阻挡外面的水分进入，又能够将小分子的水分子穿过去，且能使氨气、硫化氢等大分子不能通过，溶于膜表面的水蒸气最后返回到堆体再被微生物所利用，这样就达到了既去水分，又没有臭味的效果；该系统产生的腐熟农肥，可以直接还田，也可以直接卖到有机肥厂进行商品有机肥的加工和生产，同时实现畜禽粪污等有机废弃物高效、低成本的无害处理及资源化利用。

4 智能监管技术从饲料源头控制实现减排

智能监管技术在规模化养殖业中发挥着越来越重要的作用，尤其是在饲料营养管理和减排方面。传统养殖方式往往只关注动物的生长速度，而忽视了饲料营养的精细调控，导致营养物质的过度排放，对环境造成了显著负担。智能监管技术通过精准控制饲料配方和饲喂管理，能够有效提升饲料的利用效率，减少废物排放，达成环境保护目标。

4.1 智能监测与饲料配方优化

智能监测技术通过实时数据采集和分析，能够精准调整饲料配方，从源头减少营养物质的浪费。

1）实时数据采集。利用传感器和数据分析工具，智能系统可以实时监测动物的生长状

态、健康指标以及饲料的营养成分。这些数据帮助养殖场优化饲料配方，确保动物摄入的营养成分符合其生长需求，同时减少过剩营养的排放。

2）饲料智能优化。智能监测系统实时采集数据，动态调整饲料配方，避免营养过剩和浪费。例如，智能系统可以根据动物的不同生长阶段自动调配蛋白质和矿物质含量，减少氮、磷等有害物质的排放。智能监测系统还能够实时监控动物的健康状况。通过安装在畜舍内的各种传感器，系统能够检测到动物的体温、心率等生理指标。一旦发现异常，系统会立即发出警报，提示饲养人员及时采取措施。这样不仅能够提前预防疾病的发生，还能减少抗生素的使用，确保动物福利和食品安全。此外，系统还可以根据天气变化和季节更替，自动调整畜舍内的温度和湿度，为动物提供一个舒适的生长环境。 在实际应用中，智能监测系统大大提高了养殖效率和管理水平。通过减少饲料浪费和降低疾病发生率，养殖企业能够显著降低生产成本，提高经济效益。同时，由于系统能够精确控制饲料配方和养殖环境，最终产品的品质也得到了显著提升，满足了消费者对高品质农产品的需求。

4.2 智能饲喂管理系统

1）智能饲喂系统。智能限饲技术通过精确控制饲料的供给量和质量，减少排泄物的产生，提高生产效率。还能够根据动物的实际需要和生产目标，自动调整饲料的数量和配方。系统可以设定饲喂量的范围，根据动物的生长阶段和健康状况实时调整饲料供应，避免过量饲喂导致的营养浪费和排泄物增加^[12]。

2）质量控制与限饲策略。智能监管技术还可以监测饲料的质量，如能量和蛋白质水平。通过调整饲料的能量和蛋白质含量，系统能够优化饲料的利用率，减少废物排放^[13]。比如，降低饲料中的能量和蛋白质水平，可以有效减少粪便中氮和磷的含量，从而降低环境污染。

4.3 智能环境监控与调节

智能环境监控系统通过实时监测和自动调节养殖环境，减少养分的排泄和污染。

1）环境参数实时监控。智能系统可以实时监测养殖环境中的温度、湿度、气体浓度等参数。通过数据分析，系统可以自动调整环境条件，如通风、加湿等，以优化动物的生长环境，减少环境对饲料消化和排泄的影响^[14]。

2）自动化环境调节。基于环境监测数据，智能系统能够自动调节环境参数，优化动物的健康和生产性能。例如，系统可以根据环境湿度和气体浓度自动调节通风设备，减少废气和有害物质的积聚，从而降低排泄物中的有害成分。

通过引入智能监管技术，养殖场能够从饲料源头进行精准控制，减少营养物质的浪费和环境污染，实现高效、环保的养殖模式。这些技术不仅提高了生产效率，还为养殖业的可持续发展提供了坚实的技术支持。

5 结语

智能监管技术在规模化养殖场的粪污处理方面展现了显著的优势。通过自动化设备与实时监控系统的应用，不仅大幅提高了粪污清理的效率，减少了人工投入，还显著降低了环境污染。研究表明，智能清粪系统、清粪机器人和自动控制系统等技术能有效优化资源利用，尤其在水资源和能源消耗方面表现出优越性。这些技术为养殖场提供了可持续发展的可靠路径，未来的研究应进一步推动其推广应用，为现代畜牧业的绿色转型提供更为科学的支持。

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