國內(nèi)畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)的研究進展
行業(yè)動態(tài)
隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖在國內(nèi)日益興榮起來。大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖雖然在一定程度上解決了人們對肉質(zhì)類食物的大量需求，但也帶來了一定的環(huán)境問題，例如大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量廢水成為了水體污染的重要污染源之一。并且畜禽養(yǎng)殖廢水具有處理難度大、技術(shù)工藝要求高等特點；其廢水性質(zhì)可概括為：COD、SS、NH3-N濃度高，可生物處理性和降解性能好，水量大且水質(zhì)條件惡劣，含有大量的病原菌并伴有惡臭。畜禽廢水如果采取開放式排放，不單單對地表及地下水體造成嚴重危害，還對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有嚴重影響，破壞生態(tài)環(huán)境。
1 畜禽養(yǎng)殖廢水的危害
（1）畜禽養(yǎng)殖廢水的溶淋性很強，如果沒有進行有效處理，其中的雜質(zhì)會長期存在于土壤表面，對土壤結(jié)構(gòu)造成損害，造成土壤失去生產(chǎn)能力。
（2）畜禽養(yǎng)殖廢水中含有三甲基胺、一氧化硫、硫化銨等有害氣體，如果融進空氣中，會對周邊大氣環(huán)境造成嚴重影響。
（3）畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量病原菌，如果沒有經(jīng)過處理直接排放河流，該段水域容易滋生蒼蠅、蚊子、老鼠、病菌等，嚴重影響周邊人類生存環(huán)境。
2 畜禽養(yǎng)殖廢水處理的技術(shù)現(xiàn)狀
現(xiàn)今針對畜禽廢水的處理，國內(nèi)外都擁有大量的技術(shù)手段，大致可歸為物理化學處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、自然生態(tài)處理技術(shù)。另外還有兼顧不同處理技術(shù)和工藝的組合工藝5。
2.1 物化處理技術(shù)
畜禽廢水的物化處理技術(shù)大致可分為吸附法、絮凝沉淀法、電化學法等方法。
2.1.1 介質(zhì)吸附法
吸附法是利用具有發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)的固體吸附材料對畜禽廢水中的一些污染物質(zhì)起到吸附截留作用。目前使用較多的吸附材料是活性炭及沸石。錢鋒等用豬場廢水作為實驗對象，吸附材料為稻草-沸石組合濾料，當過濾速度在5m/h左右時，CODcr、氨氮和磷的去除效果分別為47.9%，72.9%和50.1%。宋永會等采用天然鈣型斜發(fā)沸石研究對養(yǎng)豬廢水的處理效果，試驗結(jié)果表明，在較適條件下，天然鈣型斜發(fā)沸石對養(yǎng)豬廢水的預處理效果良好，NH3-N、磷和COD的去除效果分別為96%，97%和84%。
2.1.2 絮凝沉淀法
絮凝沉淀法是指依靠高分子絮凝劑的吸附架橋作用，將廢水中的懸浮顆粒聚集成較大顆粒而沉淀。崔麗娜等采用磁絮凝分離法進行試驗，以養(yǎng)豬廢水為處理對象，當COD濃度為3232mg/L時，其去除率可達到61.02%。Vanotti等通過向農(nóng)場養(yǎng)豬廢水中投加固體聚合物來增強固液分離效果，結(jié)果懸浮固體、NH3-N和TP（總磷）的去除率分別達到96%，97%和84%。該方法具有處理速度較快，沉降分離效果好，流程簡單等優(yōu)點。
2.1.3 電化學方法
該法能去除難生物降解的污染物，對重金屬也有不錯的去除效果，但其對有機物的去除率較低。歐陽超等采用陽極氧化電化學法處理豬場廢水，以RuO2-IrO2-TiO2/Ti電極作為陽極，測其對氨氮的去除率。結(jié)果表明NH3-N比COD先去除，180min時NH3-N去除效果高達98.22%，COD的去除效果卻只有14.04%。尚曉采用電解法研究對養(yǎng)豬廢水的脫氮除磷效果，處理時間為136min時，NH3-N、磷和有機物的去除效果分別達到42.4%，98%和83.7%，電化學氧化比電絮凝的作用效果更好。
2.1.4 Fenton氧化
Hyunhee Lee等采用Fenton法研究對養(yǎng)殖場廢水的處理效果，當COD廢水濃度為5000～5700mg/L時，其對COD及色度的去除效果分別高達80%和95%。Kaan Yetilmezsoy等利用Fenton法對UASB厭氧處理過的畜禽廢水進行深度處理，其厭氧出水濃度為（1750±200）mgCOD/L，色度1500Hazen。廢水COD和色度的去除效果高達95%和96%。Fenton法對于難降解有機廢水有很好的處理效果，因此被廣泛用于包括畜禽廢水在內(nèi)的大多數(shù)廢水的深度處理。
物化法在畜禽廢水的處理過程中，對氨氮、磷、色度、有機物等指標都有好的去除效果。但目前也存在一些現(xiàn)實問題，如實際應(yīng)用的工程案例較少，工程經(jīng)驗不足。
2.2 生物處理技術(shù)
畜禽廢水的生物處理技術(shù)按微生物的類別可大致分為好氧生物法、厭氧生物法及好氧-厭氧混合處理法。
2.2.1 好氧生物處理法
畜禽廢水常用的好氧生物法技術(shù)主要為SBR、SBBR、生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池、MBBR、MBR及A/O法等。Beline等采用序批式活性污泥法（SBR）處理養(yǎng)殖場的畜禽糞尿，可以較好的去除畜禽糞尿中的氨氮、有機物和磷，并且將磷轉(zhuǎn)變成可溶性磷，用化學沉淀法回收利用。SBR法工藝流程簡單、對COD、NH3-N和磷的去除效果較好、污泥沉降性能好、對水質(zhì)水量變化有較強的適應(yīng)能力、被廣泛運用于畜禽廢水的處理。陳蕊和王曉麗等利用好氧顆粒污泥膜生物法對養(yǎng)殖廢水進行模擬試驗，當HRT為8h，進水COD濃度600mg/L，氨氮濃度40mg/L的條件下，出水COD、氨氮的濃度分別為46.6mg/L和4.8mg/L，NO3-和NO2-的去除效果能超過90%。并且在膜生物反應(yīng)器中加人的好氧顆粒污泥能有效提高膜的利用率。好氧顆粒污泥對有機物、氨氮和磷的去除率都較高，能承受較高的水力負荷，運行穩(wěn)定性好、生物代謝活性強。在畜禽廢水處理中有不錯的運行效果，但當投入到大規(guī)模的畜禽廢水處理時還缺乏一定的工程經(jīng)驗。
邵芳等以生物濾池法對養(yǎng)殖場廢水進行處理，采用礦化污泥作為生物處理介質(zhì)。經(jīng)過半年的實驗，發(fā)現(xiàn)對畜禽廢水中色度、SS、COD、BOD、NH3-N和總磷的平均去除率分別為64.7%，54.29%，75.33%，88.71%，94.55%，99.83%。該方法具有運行穩(wěn)定性好、運轉(zhuǎn)費用低、無二次污染等優(yōu)點，是生物濾池法中一種不錯的工藝技術(shù)。
邱光磊和宋永會等利用新型MBBR反應(yīng)器對畜禽廢水進行深度處理，通過對反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可實現(xiàn)新型MBBR反應(yīng)器對畜禽廢水中有機物及營養(yǎng)物的同時有效去除，在HRT為8h，氣水比12：1，填料填充比例為40%時，COD、NH3-N的去除效果能達到90%以上；另外對TN進行了SDN（同步硝化反硝化）去除，去除率超過85%。MBBR工藝是在MBR技術(shù)基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化的新型污水處理工藝，兼具傳統(tǒng)生物膜法和活性污泥法兩者的優(yōu)點，且能達到同時去除廢水中有機物和營養(yǎng)物。
余薇薇等利用改進后的A/O工藝對養(yǎng)殖場的畜禽糞水進行處理，出水SS、COD、NH3-N、TN、TP的去除率分別為89.4%，89.0%，93.2%，87.5%，98.8%，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能達到排放標準。A/O法工藝技術(shù)成熟、工藝簡單、運行成本低，具有較好的BOD、氮和磷的去除效果。朱春蘭等采用新型SBBR反應(yīng)器處理養(yǎng)豬廢水，實驗結(jié)果表明，在室溫條件下，交替好氧/缺氧運行情況時系統(tǒng)對TN和NH3-N處理效果較佳，TN去除效果達到90%。序批式生物膜法（SBBR）對有機物、NH3-N和磷的去除效果不錯，具有生物性能好、反應(yīng)時間比SBR工藝短、節(jié)約運行成本等優(yōu)點。
上述各種好氧生物技術(shù)對COD、NH3-N和磷等都有較好的去除效果，在實際工程運用中要充分考慮各工藝技術(shù)的特點，使其發(fā)揮較大效能。例如A/O工藝流程簡單、運行成本低，適用于成分簡單的有機廢水。
2.2.2 厭氧生物處理法
厭氧生物處理技術(shù)在畜禽廢水的處理中也經(jīng)常使用，常用技術(shù)有ABR、UASB、全混式厭氧反應(yīng)器、微生物燃料電池（MFC）等。付永勝和宋煒等采用折流板厭氧反應(yīng)器（ABR）對豬場廢水進行處理，結(jié)果表明COD去除效果能達到65%左右，ABR反應(yīng)器具有運行穩(wěn)定且效果好、反應(yīng)器啟動迅速、抗沖擊負荷和水力條件變化。馬淑艷等采用UASB反應(yīng)器對養(yǎng)殖廢水進行處理試驗，當反應(yīng)器進水pH值控制在7.5左右，COD的去除效果能達到81%；當HRT為12.5h時，反應(yīng)器對廢水的處理效果達到較佳。UASB反應(yīng)器在畜禽養(yǎng)殖廢水的處理中具有效率高、運行成本低、工程費用小等優(yōu)點。Potter在1910年 提出了微生物燃料電池（MFC）的概念，MFC是利用微生物將廢水里有機物中的化學能轉(zhuǎn)化為電能，在實現(xiàn)了廢水處理的同時還獲得了電能，是當前廢水處理研究領(lǐng)域的熱門研究方向。
廢水的厭氧生物處理既可適用于高濃度有機廢水，也適用于中、低濃度有機廢水，但是厭氧生物處理法的出水往往達不到排放標準，需要與其它方法聯(lián)合作進一步的處理。
2.2.3 厭氧（缺氧）-好氧混合處理法
在畜禽養(yǎng)殖廢水的處理過程中，無論厭氧生物處理法還是好氧生物處理法都無法單獨使廢水達標排放，因此現(xiàn)階段國內(nèi)成規(guī)?；B(yǎng)殖的養(yǎng)殖場大都采用厭氧-好氧混合處理技術(shù)處理廢水。在對畜禽養(yǎng)殖廢水的處理中，國內(nèi)外學者采用多種厭氧（缺氧）-好氧混合工藝進行了小試和中試實驗，例如A2/0、上流式多層膜生物反應(yīng)器-好氧、上流式厭氧污泥床-MBRUASB-活性污泥反應(yīng)器等技術(shù)，這些組合工藝抗水力沖擊負荷較好，同時適應(yīng)高COD負荷，對化學需氧量、NH3-N有不錯的去除效果，出水水質(zhì)能達標排放。
2.3 自然生態(tài)處理技術(shù)
自然生態(tài)技術(shù)處理畜禽廢水是利用天然的水體、土壤和生物的共同作用，經(jīng)過一系列的物理、化學和生物的綜合作用來去除廢水中污染物質(zhì)。常見的自然生態(tài)處理技術(shù)包括人工濕地和氧化塘技術(shù)。
2.3.1 人工濕地處理技術(shù)
人工濕地處理畜禽廢水利用的是土壤-水生植物-微生物組成的復合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)過物理、化學和生物作用來去除污染物并回收水肥資源。朱夕珍等用石英砂、煤灰渣和高爐渣等為基質(zhì)構(gòu)造的人工濕地處理化糞池廢水，結(jié)果表明：煤灰渣基質(zhì)對BOD5的去除效果較好，高爐渣基質(zhì)對總磷的去除效果較好，石英渣基質(zhì)對COD、BOD5和TP的去除效果都一般，分別為36%～49%，65%～75%和45%～55%。陳金發(fā)采用梭魚草和美人蕉作為實驗材料，探究以這兩種植物為核心構(gòu)成的人工濕地對高濃度畜禽廢水的處理效果，結(jié)果表明：高濃度畜禽廢水的COD、TP、NH3-N分別從1615～2364，33～71，115～224mg/L下降到136～280，17～76，0.5～9.0mg/L，都能達標排放。
2.3.2 氧化塘處理技術(shù)
氧化塘處理廢水的原理和水體自凈的過程相似，主要利用塘內(nèi)微生物的作用去除廢水中有機物。魯秀國等3采用組合厭氧塘/兼氧塘/強化好氧塘工藝處理養(yǎng)豬廢水，結(jié)果表明：出水COD≤400mg/L，NH3-N≤70mg/L，符合《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》。羅小婉等設(shè)計了一種人工氧化塘模型處理養(yǎng)殖場廢水，結(jié)果表明：在較佳實驗條件下，處理后的水體BOD5為41.7mg/L，TP為3.3mg/L，NH3-N為20.9mg/L，懸浮物為43.5，pH為值8.0，能夠達標排放。
2.4 畜禽廢水處理的組合工藝
傳統(tǒng)的自然生態(tài)處理技術(shù)在目前日益短缺的土地資源情況下，已經(jīng)無法滿足規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽廢水的處理；另外由于畜禽廢水的污染物指標嚴重超標，單一的廢水處理技術(shù)對畜禽廢水的處理效果都不太理想，因此需要把幾個處理技術(shù)混合成一套組合工藝。
Kazuyoshi Suzuki等設(shè)計了一套以結(jié)晶、曝氣、靜沉三個階段組成的反應(yīng)裝置處理養(yǎng)殖廢水，該裝置先將廢水進行結(jié)晶處理，然后再充分進行曝氣和沉淀，實現(xiàn)廢水的凈化。隨后又制作了以鳥糞石結(jié)晶法為核心的簡易裝置來去除和回收畜禽廢水中氮磷，該方法主要通過鳥糞石結(jié)晶的形成來去除廢水中的氮磷和成型鳥糞石的沉降來回收氮磷，生成的沉淀可作為肥效很好的緩釋肥，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)藥方面。該方法流程簡單，工藝裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于推廣和實踐。
金海峰等以UASB+A/O+Fenton工藝處理豬場養(yǎng)殖廢水，A/0段先采用膜生物反應(yīng)器（MBR）進行固液分離，廢水COD從8000mg/L降至100mg/L以下，NH從600mg/L降至15mg/L以下，處理后的水質(zhì)符合《污水綜合排放標準》（CB8978-1996）一級標準。該工藝能夠使廢水穩(wěn)定達標排放。但是處理成本相對較高，對一般的中小規(guī)模養(yǎng)殖場是個不小的開支。
鄧良偉等為了研究厭氧-加原水-間隙曝氣（Anarwia）工藝處理豬場廢水的節(jié)能效果，分別與SBR法以及厭氧-SBR工藝處理豬場廢水的效果進行對比，實驗結(jié)果表明：厭氧-SBR工藝對豬場廢水的處理效果較差，大部分污染物不能有效去除，出水污染物濃度達不到排放標準，不適合用于畜禽廢水的處理。SBR法對豬場廢水的處理效果與Anarwia工藝相當，污染物去除效果好，COD和NH3-N都有較高的去除率。為了進一步的研究比較Anarwia與SBR工藝處理豬場廢水的節(jié)能效果，以一個日處理豬場廢水量達到1200t的處理工程為例，從反應(yīng)能量消耗的污泥量和需氧量的結(jié)果顯示，Anarwia工藝的污泥量和需氧量比SBR法降低了16.4%和95.9%，另外Anarwia工藝還可以日產(chǎn)沼氣2784m3左右。
3 結(jié)束語
（1）規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖本身的成本較高而且利潤較低，很難承擔處理費用較高的畜禽廢水處理工藝。因而在選取廢水處理工藝時，應(yīng)該優(yōu)先考慮前期建設(shè)成本較低、運行和管理費用少，且有不錯處理效果的工藝。在資源和能源逐漸短缺的背景下，高效率、低能耗的處理工藝越來越受到重視，具備高效環(huán)保的畜禽廢水處理設(shè)備和工藝才能符合資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的發(fā)展要求，當前階段的物化和生化處理結(jié)合的組合工藝不斷在往經(jīng)濟、環(huán)保、高效的方向迅速發(fā)展。
（2）要做到節(jié)能環(huán)保，很重要的一個途徑就是在去除畜禽廢水中的污染物質(zhì)的同時有效回收有用的資源和能源，去除廢水中污染物的同時有效回收和利用資源是未來畜禽廢水處理的一個方向，回收利用的資源和能源能大大減少系統(tǒng)的運行成本。
（3）將末端治理與源頭控制相結(jié)合，從根本上減少畜禽廢水處理的運行和處理成本，推廣清潔生產(chǎn)，改革企業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，是今后畜禽廢水處理首要的發(fā)展趨勢。
