1 畜禽養殖業的污染現狀

　　畜禽業是我國農業和農村經濟的重要組成部分,畜禽養殖業大力發展所帶來的環境污染問題日益嚴重, 不僅影響經濟發展, 而且還危及生態安全, 已成為人們普遍關注的社會問題。 畜禽養殖場產生的糞便和污水造成地表水、 地下水、 土壤和環境空氣的嚴重污染, 直接影響了人們的身體健康和正常生產生活。畜禽養殖場未經處理的污水 中含有大量污染物質, 其污染負荷很高, 各類畜禽糞尿排泄系數見表 1 。這種高濃度有機廢水直接排入或隨雨水沖刷進入江河湖庫 , 大量消耗水體中的溶解氧 , 使水體變黑發臭。水中含有大量的 N 、 P 等營養物是造成水體富營養化的重要原因之一, 排入魚塘及河流使對有機物污染敏感的水生生物逐漸死亡, 嚴重者導致魚塘及河流喪失使用功能。養殖污水長時間滲入地下, 使地下水中的硝態氮或亞硝態氮濃度增高, 地下水溶解氧含量減少, 有毒成分增多, 導致水質惡化, 甚至喪失其使用功能, 同時危及周邊生活用水水質。高濃度污水還可導致土壤孔隙堵塞, 造成土壤透氣、 透水性下降及板結、鹽化, 嚴重降低土壤質量, 甚至傷害農作物 , 造成減產和死亡。

　　為控制畜禽養殖業產生的廢水、 廢渣和惡臭對環境的污染, 國家環境保護總局發布了《 畜禽養殖業污染物排放標準》 , 著手治理畜禽養殖場和養殖區的污染難題。這一標準旨在鼓勵生態養殖, 推動畜禽養殖業可持續健康發展; 促進畜禽場在廢棄物處理過程中考慮資源化利用, 減少末端污染物處理量。畜禽養殖業污染物排放標準見表 2 。

　　2 畜禽養殖廢水的預處理

　　畜禽養殖廢水無論以何種工藝或綜合措施進行處理, 都要采取一定的預處理措施。通過預處理可使廢水污染物負荷降低, 同時防止大的固體或雜物進入后續處理環節, 造成設備的堵塞或破壞等。針對廢水中的大顆粒物質或易沉降的物質, 畜禽養殖業采用過濾、 離心、 沉淀等固液分離技術進行預處理, 常用的設備有格柵、 沉淀池、 篩網等。 格柵是污水處理的工藝流程中必不可少的部分, 其作用是阻攔污水中粗大的漂浮和懸浮固體, 以免阻塞孔洞、 閘門和管道, 并保護水泵等機械設備。 沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來的處理工藝, 是廢水處理中應用最廣的方法之一。目前, 凡是有廢水處理設施的養殖場基本上都是在舍外串聯 2至3個沉淀池, 通過過濾、 沉淀和氧化分解將糞水進行處理。篩網是篩濾所用的設施, 廢水從篩網中的縫隙流過, 而固體部分則憑機械或其本身的重量, 截流下來, 或推移到篩網的邊緣排出。常用的畜禽糞便固液分離篩網有固定篩、振動篩和轉動篩。此外, 還有常用的機械過濾設備如自動轉鼓過濾機、轉輥壓濾機、 離心盤式分離機等。

　　3 畜禽養殖廢水的主要處理技術

　　3.1 自然處理法

　　自然處理法時畜禽養殖廢水處理技術最傳統的方法。自然處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、 化學與生物的綜合作用來凈化污水。其凈化機理主要包括過濾、 截留、 沉淀、 物理和化學吸附、 化學分解、 生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生態系統中物種共生、 物質循環再生原理、 結構與功能協調原則, 分層多級截留、 儲藏、 利用和轉化營養物質機制等。這類方法投資省、 工藝簡單、 動力消耗少 , 但凈化功能受自然條件的制約。 自然處理的主要模式有氧化塘、 土壤處理法、 人工濕地處理法等。氧化塘又稱為生物穩定塘 , 是一種利用天然或人工整修的池塘進行污水生物處理的構筑物。 其對污水的凈化過程和天然水體的自凈過程很相似 , 污水在塘內停留時間長 , 有機污染物通過水中微生物的代謝活動而被降解 , 溶解氧則由藻類通過光合作用和塘面的復氧作用提供 , 亦可通過人工曝氣法提供。作為環境工程構筑物 , 氧化塘主要用來降低水體的有機污染物 ,提高溶解氧的含量 , 并適當去除水中的氮和磷 , 減輕水體富營養化的程度。土壤處理法不同于季節性的污水灌溉, 是常年性的污水處理方法。 將污水施于土地上, 利用土壤 - 微生物 - 植物組成的生態系統對廢水中的污染物進行一系列物理的、 化學的和生物凈化過程, 使廢水的水質得到凈化, 并通過系統的營養物質和水分的循環利用,使綠色植物生長繁殖, 從而實現廢水的資源化、 無害化和穩定化。人工濕地可通過沉淀、 吸附、 阻隔、 微生物同化分解、 硝化、 反硝化以及植物吸收等途徑去除廢水中的懸浮物、 有機物、 氮、 磷和重金屬等。 近年來, 人工濕地的研究越來越受到重視, 葉勇等利用紅樹植物木欖和秋茄處理牲畜廢水營養鹽 N 、 P , 結果表明兩種植物對N 、 P 的去除效果較好 。廖新俤 , 駱世明分別以香根草和風車草為植被 , 建立人工濕地 , 隨季節不同 , 對污染物的去除率不同 , COD Cr 去除率可達 90% 以上 , BOD 5可達 80% 以上。由于自然處理法投資少 , 運行費用低 , 在有足夠土地可利用的條件下 , 它是一種較為經濟的處理方法 , 特別適宜于小型畜禽養殖場的廢水處理。

　　3.2 厭氧處理技術

　　20 世紀 50 年代出現了厭氧接觸法 (anaerobiccontact process) 工 藝 , 此 后 隨 著 厭 氧 濾 器 A F(anaerobic filter) 和上流式厭氧污泥床 UASB (Upflowanaerobic sludge bed) 的發明, 推動了以提高污泥濃度和改善廢水與污泥混合效果為基礎的一系列高負荷厭氧反應器的發展 , 并逐步應用于禽畜污水處理中。厭氧處理特點是造價低, 占地少, 能量需求低, 還可以產生沼氣 ; 而且處理過程不需要氧 , 不受傳氧能力的限制 , 因而具有較高的有機物負荷潛力 , 能使一些好氧微生物所不能降解的部分進行有機物降解。常用的方法有 : 完全混合式厭氧消化器、 厭氧接觸反應器、 厭氧濾池、 上流式厭氧污泥床、 厭氧流化床、 升流式固體反應器等。 鄧良偉、 陳鉻銘用內循環厭氧反應器( IC ) 工藝處理豬場廢水 , 其 TP 去除率達53.8% ,COD 去除率達 80.3% ,BOD 5 去除率達 95.8% ,SS 去除率達 78% , 沼氣產氣率達 1.5～ 3 m 3 · d -1 。 張國治等選用小球藻、 顫藻等藻類 , 采用懸浮藻類法和固定藻類法兩種工藝 , 對豬糞厭氧廢液進行凈化處理, 也取得了較好的效果。目前國內養殖場廢水處理主要采用的是上流式厭氧污泥床及升流式固體反應器工藝。 近年來 , 學者對各種厭氧反應器研究較多 , 認為新型超高效厭氧反應器處理豬場污水有機污染物有廣闊的前景。

　　3.3 好氧處理技術

　　好氧處理的基本原理是利用微生物在好氧條件下分解有機物 , 同時合成自身細胞 ( 活性污泥 ) 。在好氧處理中 , 可生物降解的有機物最終可被完全氧化為簡單的無機物。該方法主要有活性污泥法和生物濾池、 生物轉盤、 生物接觸氧化、 序批式活性污泥、 A/O及氧化溝等。采用好氧技術對畜禽廢水進行生物處理 , 這方面研究的較多的是水解與 SBR 結合的工藝。SBR ( sequencing batch reactor) 工藝 , 即序批式活性污泥法, 是基于傳統的 Fill- Draw 系統改進并發展起來的一種間歇式活性污泥工藝, 它把污水處理構筑物從空間系列轉化為時間系列 , 在同一構筑物內進行進水、 反應、 沉淀、 排水、 閑置等周期循環。 SBR 與水解方式結合處理畜禽廢水時, 水解過程對 COD Cr 有較高的去除率 , SBR 對總磷去除率為 74.1% , 高濃度氨氮去除率達 97% 以上。此外, 其他好氧處理技術也逐漸應用于畜禽廢水處理中, 如間歇式排水延時曝氣( IDEA )、 循環式活性污泥系統( CASS )、 間歇式循環延時曝氣活性污泥法( ICEAS )。

　　3.4 混合處理法

　　上述的自然處理法、 厭氧法、 好氧法用于處理畜禽養殖廢水各有優缺點和適用范圍, 為了取長補短,獲得良好穩定的出水水質, 實際應用中加入其他處理單元。混合處理就是根據畜禽廢水的多少和具體情況 , 設計出由以上 3 種、 或以它們為主體并結合其他處理方法進行優化的組合共同處理畜禽廢水。 這種方式能以較低的處理成本 , 取得較好的效果。

　　彭軍等選擇厭氧 - 兼氧組合式生物塘作為主體工藝, 將上流式厭氧污泥床移植到兼性塘, 豬場廢水經處理后, 其 BOD 5 、 COD Cr 、 NH 4 + - N 可分別從 9 000 、14 000 、 1 200 降至 20 、 60 、 65 mg · L -1 , 成功地解決了熱帶地區規模化豬場污水污染負荷高和養豬行業利潤低的兩大難題。杭州西子養殖場采用了厭氧好氧結合的處理工藝 , 經處理后 , 水中 COD Cr 約為 400 mg · L -1 ,BOD 5為 140 mg · L -1 , 基本達到廢水排放標準。韓力平等采用直接投加優勢菌的方法, 可大大改善原自然處理系統的能力, 提高對水體或土壤中難降解有機物的降解能力。深圳農牧實業公司的污水處理工程工藝流程為污水 → 固液分離 → 調節池 → 上流式厭氧消化 → 植物塘 → 魚塘 → 排放 , 處理后廢水也能達到深圳市廢水排放標準。 李金秀等采用 ASBR- SBR 組合反應器系統 ,ASBR 作為預處理器 ( 厭氧 ) , 主要用于去除有機物 , SBR ( 好氧 ) 用于生物脫氮處理。膜生物反應器是由膜分離技術與生物反應器相結合的新型生物化學反應系統。 它用膜取代了傳統的二沉池, 具有出水穩定、 活性污泥濃度高、 抗沖擊負荷能力強、 剩余污泥少、 裝置結構緊湊、 占地少等特點。近年來, 已經逐漸應用于各種污水的處理。 范建偉, 張杰采用膜生物反應器對上海市郊一畜禽場的排出廢水進行處理, 通過一段時間的調整, 處理系統逐步穩定, 出水達到國家一級排放標準 。畜禽養殖廢水是比較難處理的有機廢水, 主要是因為其排量大, 溫度較低, 廢水中固液混雜, 有機物含量較高, 固形物體積較小, 很難進行分離, 而且沖洗時間相對集中, 使得處理過程無法連續進行。由于廢水中的 COD , BOD 等指標嚴重超標, 懸浮物量大, 氮磷含量豐富, 氨氮含量高且不易去除, 單純采用物理、 化學或者生物處理方法都很難達到排放要求。 因此一般養殖場的廢水處理都需要使用多種處理方法相結合的工藝。根據畜禽廢水的特點和利用途徑, 可采用以上不同的處理技術。典型的工藝流程見圖 1 。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。

　　4 結語

　　畜禽養殖廢水的處理方法還有很多 , 某一種處理方法能否被接受 , 不僅要考慮這種處理方法在技術上的優勢 , 還要考慮該方法的投資、 日常運行費用和操作是否方便等問題。為了做好畜禽養殖業污染防治工作 , 實現廢水回收再利用, 減少廢水的排放和化學物質對環境的輸入, 使污染減輕到最低限度, 不僅要實現處理過程的無害化, 而且要實現處理過程的資源化, 有效地保護和改善農村生態環境 , 促進畜禽養殖環境與經濟的可持續協調發展。