21世纪初期，规模化、集约化奶牛场在我国开始兴起，奶牛场污粪的处理问题在短短几年时间内不断凸显，其问题主要体现在以下三个方面：（1）占用场区土地；（2）滋生蝇虫、病害；（3）污染空气、土壤和水源。这些问题不仅影响产奶量和牛奶品质，还给奶牛、居民的身体健康带来隐患，并污染周围的环境。随着人们的环保意识不断增强，污粪处理问题制约着牧场的可持续发展，带给牧场经营管理者的压力越来越大，成为每一个规模化牧场不能回避的问题。探讨奶牛场污粪的利用途径，既是环保的要求，也是资源化利用的要求。只有将污粪的处理和利用结合起来考虑，才能提高奶牛场的系统效率和经济收益。
国内外各牧场的污粪利用状况千差万别，与牧场规模、气候状况、自然资源、邻近市场需求等各因素相关。总体来说有以下三种方式：（1）厌氧产沼发电，此种案例在国内仅马鞍山万头牧场一例。由于牛粪有机质含量偏低，产沼原料中含沙和长纤维，存在产气量低、管路堵塞等问题。而且这种方式的投资、运行成本均较高，需要专业人员操作、维护。（2）好氧堆肥制作有机肥，这种方法在国内牧场运用的较多，但普遍存在有机肥销售市场空间不够，制作有机肥的设备、固定资产投资长时间不能收回。（3）自然堆放，在春季直接低价卖给当地的农民，作为田间肥料。这种方法运行成本低，但需要大量的堆置场地。
以上三种方式对奶牛场污粪的处理、利用状况都不是十分理想，存在成本高、收益小的缺陷。把污粪处理后制成牛床垫料，不仅能解决污粪存放的问题，还能解决牛床垫料来源的问题，并减轻后续污粪处理的难度。这种方式在美国、加拿大普遍采用，大量牧场的实践表明，用污粪制成的牛床垫料卫生、安全、舒适。污粪、牛床垫料、产奶量三个环节相互连接，能提高奶牛场的系统效率。
牛床垫料
如何提高产奶量是每个牧场经营管理者都非常关心的问题，一般说来有以下三种方式：（1）优化遗传育种；（2）加强饲养管理；（3）改善奶牛生活环境。改善奶牛生活环境中最关键的一点就是为奶牛提供清洁、干燥的牛床，提高其休息的舒适度。牛床舒适与否直接影响奶牛的上床率，从而影响奶牛的休息时间、身体健康状况，进而影响其产奶量。如果牛床是水泥地面，奶牛休息大约只有7小时；如果牛床上有舒适的垫料，其休息时间则能达到14小时以上。同时干净和干燥的牛床垫料还可减少细菌繁殖和蹄病的发生率，保障奶牛的健康。
牛床垫料从材料角度，可分为无机垫料和有机垫料。选择牛床垫料要考虑三个因素：能否保障奶牛健康、能否提高奶牛的生活舒适度和对后续污粪处理的影响。一般而言，无机材料安全，不会成为微生物生存的媒介，但通常对后续的污粪处理会带来很多问题。有机垫料因其可生物降解性而不存在后续处理的难题，但有可能成为微生物生长的媒介。以下简要分析几种有代表性的牛床垫料。
沙子沙子是一种优良的牛床垫料，微生物不能在这种垫料中繁殖，它能防止由垫料引发乳房炎的隐患，从而保障奶牛的健康。且沙子渗水性较好，即使含水较高，也不容易结成块状，沙粒趋于分散，均衡承担奶牛的体重。其缺点体现在污粪处理方面：沙子和污粪混在一起后，使得清粪设备、泵和筛分器更易被磨损，在输送过程中管路易堵塞。大量沙子沉积在积粪池和储液池底部，使得每隔一段时间就需要清池。将含沙的污粪制成有机肥也会影响其肥效。用沙子做垫料，用量约为每天每头20 千克，沙子全国售价约每立方米50元~70元，运行成本昂贵。
沙土沙土这种无机材料同样不会滋生细菌，渗水性较好，能维持牛床的卫生、干燥。但它容易结成块状，导致奶牛膝盖、腿容易受伤，且同样不利于后续的污粪处理。用沙土做垫料，用量约为每天每头20 千克，全国售价约每立方米20元。
橡胶垫橡胶垫通常垫在水泥卧床上面，具有铺设方便、维护简单、使用方便的优点，当有水的时候可直接拭去。但它的舒适性和安全性较差，奶牛的腿、膝盖易被磨损，在床垫下面容易滋生病菌，且其造价也相当昂贵。
牛粪垫料经堆肥处理后的牛粪，含水率30%，无臭、松软而干燥。奶牛虽不会讲话，但却会自己选择其乐意卧睡的地方。仔细观察奶牛在运动场休息的情景，可以看出奶牛选择卧在运动场边缘的牛粪堆上，而不会卧在运动场中间没有牛粪的地方。美国牧场主Greg拥有一个7000头泌乳牛的牧场，其牧场产生的牛粪全部用来生产牛床垫料，其垫料完全能供应自己牧场的卧床使用，还有少量充当有机肥施于田间。
牛粪做牛床垫料的用量一般为每天每头9千克，每周添加一次。如果牛床建造以土面为床底，可加少量石灰拌黄土，夯实之后垫上4厘米～7厘米的牛粪垫料。这样可以减少垫料的用量，减少细菌生存的空间，延长奶牛在卧床上休息的时间，可达到16小时。
牛床垫料制作工艺
利用牛粪制作牛床垫料的工艺流程如图1所示：奶牛场的污粪和冲洗废水全部收集到混合池，经搅拌后用泵抽至一次固液筛分器；筛分后固体自然落到固体料堆上，液体可用泵抽至二次固液筛分器；二次筛分的固体落到另一料堆上，液体流入储液池。筛分后的固体经好氧堆积发酵后可直接作为牛床垫料；储液池中的液体可作为混合池的稀释搅拌用水，或作为固液筛分器的清洗用水，用不完的液体可灌溉牧场周围的农田，或经二次处理后达标排放。
图1中虚线所示部分，可由牧场主根据实际情况选用。如果奶牛场周围有足够的农田消纳所有的污水，则可省去二次筛分器；如果污水必须达标排放，则最好加上两套固液筛分器，这样能显着减少污水中有机物的含量，降低后续污水处理的成本。一次固液筛分器和二次固液筛分器原理、功能完全相同，只是筛网的孔径不一样。一次筛分器、混合搅拌池和固体料堆如图2所示。
相关设备及参数
采用上述工艺制作牛床垫料的核心环节就是固液筛分器，美国USFarm Systems公司针对奶牛场的污粪状况研制了该设备。此设备在美国、加拿大的牧场中广泛应用，且都取得了良好的经济效益。国内还没有成熟的针对奶牛污粪的固液分离设备，如用其他领域的固液分离设备实现上述筛分器的工作效果，需细格栅和脱水机两个工艺环节，其总体成本反而高出这种设备。
该设备实现固液分离的原理有重力筛分和挤压，在固液分离前不用添加任何化学药剂，在制作牛床垫的过程中也不用添加特殊的菌种。
该工艺及设备的重要工作参数如下：
设备安装角度约72°，这个角度很重要，直接影响筛分后固液物料的比例。
筛分前污粪的含水率不能低于88%。
一次筛分后固体含水率为78%，二次筛分后固体含水率为74%，一、二次筛分出的固体物料比例约3∶1。
固体物料经6周好氧堆积后，其含水率可降至30%，可直接作为卧床垫料。
存栏1000头牛的牧场，设备每天的工作时间为2小时，2000头牛的牧场，设备工作时间约4小时，依此类推。
以每天每头牛使用牛床垫料9千克计算，牧场生产的牛床垫料约有1/4的余量，可用作有机肥使用。
存栏1000头的牧场，一次固液筛分设备投资约75万人民币。
综合分析比较
表1仅对沙子、沙土和牛粪垫料作了综合比较。由于有机垫料如稻壳、锯末、秸秆等的购买成本很高，来源有限，市场波动大；橡胶垫料不仅成本高且其舒适性、安全性较差，故将上类垫料排除在比较的垫料之外。从表1可以看出，牛粪作为牛床垫料具有经济、安全、舒适、易处理的综合性能，因而成为最佳的选择。
表2对国内的固液分离设备和美国USFarm Systems公司的固液筛分设备进行了综合比较，其中设备投资以存栏1000头牧场为例。国内的固液分离设备要达到分离后固体70%左右的含水率，必须配上格栅和脱水机两种设备。前者用于分离原料中的大块固体杂物、长纤维等，且脱水机工作时，须在原料中添加絮凝剂，因而导致运行成本较高。由表2可以看出，美国US Farm Systems公司的固液筛分设备具有固液分离效果良好，设备投资相对较低、运行成本低、检修方便、自动化程度高等优点。
据北京四方公司胡朝阳访问美国、加拿大牧场获得的信息：一个存栏5000头奶牛的牧场于2004年9月份，开始使用上述工艺制作并使用牛粪垫料。一年后，产奶量由原来的每天25千克提高至每天30千克；两年后，提高至每天35千克；三年后，提高至每天每头40千克。实际表明，这种牛床垫料对提高奶牛单产量效果显着。如果该牧场选择沙子作为牛床垫料，三年内购买沙子的资金完全能抵消购置美国US公司设备及设备日常的运行费用，污粪处理环节的综合投入为0，奶牛场的系统效率和经济效益大大提高了。
结论
综合上述分析，得出如下结论：
（1）我国奶牛场普遍存在污粪处理和综合利用的难题，还没有找到一种经济合理、效果突出的方法。
（2）将牛粪制成牛床垫料，是连接污粪处理和提高产奶量、节省经济开支的纽带。如能将奶牛场的各环节系统考虑，应能对降低生产运行成本、提高产奶量提供一种思路。
（3）使用上述工艺生产牛床垫料，是一种值得我们去尝试和研究的新途径。希望本文能对解决国内牧场经济效益低、污粪处理难等问题提供一定的帮助。
