畜禽养殖废水技术的探讨

1　污染状况

　　近年来畜禽养殖业迅猛发展，并逐步形成系列化、专业化生产，与此同时也带来了一系列的环境问题，如2000年北京市规模化养殖场产生的畜禽粪便为600×10⁴t，加上集约化生产的冲洗水，废水排放量达3000×10⁴t/a。据监测，养殖场废水的COD超标50～60倍，BOD超标70～80倍，SS超标12～20倍，若未经处理就地排放，则将在城市周围形成严重的面源污染。
　　在这种形势下，国内养殖业污染控制迫切需要经济实用的技术支持以使畜禽养殖场粪污向无害化、减量化、资源化方向发展。

2  畜禽养殖废水对环境的危害

　　规模化养殖场每天排放的废水量大、集中，并且废水中含有大量污染物，如重金属、残留的兽药和大量的病原体等，因此如不经过处理就排放于环境或直接农用，将会造成当地生态环境和农田的严重污染。

　　2.1 对水体的污染

　　养殖业废水属于富含大量病原体的高浓度有机废水，直接排放进入水体或存放地点不合适，受雨水冲洗进入水体，将可能造成地表水或地下水水质的严重恶化。由于畜禽粪尿的淋溶性很强，粪尿中的氮、磷及水溶性有机物等淋溶量很大，如不妥善处理，就会通过地表径流和渗滤进入地下水层污染地下水。对地表水的影响则主要表现为，大量有机物质进入水体后，有机物的分解将大量消耗水中的溶解氧，使水体发臭；当水体中的溶解氧大幅度下降后，大量有机物质可在厌氧条件下继续分解，分解中将会产生甲烷、硫化氢等有毒气体，导致水生生物大量死亡；废水中的大量悬浮物可使水体浑浊，降低水中藻类的光合作用，限制水生生物的正常活动，使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡，从而进一步加剧水体底部缺氧，使水体同化能力降低；氮、磷可使水体富营养化，富营养化的结果会使水体中硝酸盐和亚硝酸盐浓度过高，人畜若长期饮用会引起中毒，而一些有毒藻类的生长与大量繁殖会排放大量毒素于水体中，导致水生动物的大量死亡，从而严重地破坏了水体生态平衡；粪尿中的一些病菌、病毒等随水流动可能导致某些流行病的传播等。

　　2.2 对农田及作物的影响

　　畜禽养殖业废水中含有较多的氮、磷、钾等养分，如能做到合理施用可有效地提高土壤肥力，改良土壤的理化特性，促进农作物的生长。但如果未经任何处理就直接、连续、过量的施用，则会给土壤和农作物的生长造成不良的影响，如引起作物徒长、返青、倒伏，使产量大大降低，推迟成熟期，影响后续作物的生产等。废水中的大量有机物质在土壤中不断累积，虽然可为土壤中栖居的小动物、昆虫、真菌、细菌等提供营养物质和适宜的环境，但也可导致一些病原菌大量孳生引起病虫害的发生；此外，大量有机物的积累也会使土壤呈强还原性，而强还原性的条件不仅影响作物的根系生长，而且易使土壤中原本处于惰性状态的有害元素得到还原而释放；大量无机盐在土壤中的积聚则会引起作物的盐害。

　　2.3 矿物元素和重金属污染

　　一方面，在畜禽饲料中大量添加的无机磷约75%为植酸磷，由于植酸磷不能被动物吸收利用而直接排出体外，引起污染。另一方面，各饲料厂和养殖场均普遍采用高铜、高铁、高锌等微量元素添加剂，由于这些金属元素的吸收率和利用率都很低易随粪便排出体外进入环境，已成为我国的一大环境公害。

　　2.4 残留兽药的污染

　　在畜禽养殖过程中，为了防治畜禽的多发性疾病，常在饲料中添加抗菌素和其他药物，这些药物随饲料进入动物消化道后，短时间内进入动物血液循环，最终绝大多数的药物经肾脏过滤随尿液排出体外，只有极少部分的药物和抗菌素残留在动物体内。大量研究表明，大多数饲料用抗菌素都有残留，只是残留量大小不同。随着科技水平的不断提高，人们发现抗生素作为饲料添加剂使用，对养殖环境已造成了严重的负面后果。首先，使畜禽体内的耐药病原菌或变异病原菌不断产生并不断向环境中排放；其次，畜禽不断向环境中排泄这些抗生素或其代谢产物，使环境中的耐药病原菌与变异病原菌不断产生。这两者反过来又刺激生产者增加用药剂量、更新药物品种，这就造成了“药物污染环境→耐药或变异病原菌产生→加大用药剂量→环境被进一步污染”的恶性循环。另外，畜禽产品中药物残留进入环境后，可能转化为环境激素或环境激素的前体物，从而直接破坏生态平衡并威胁人类的身体健康。

　 2.5 微生物污染

　　畜禽体内的微生物主要是通过消化道排出体外，通过养殖场废物的排放进入环境从而造成严重的微生物污染。如果对这些粪污不进行无害化处理，大量的有害病菌一旦进入环境，不仅会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重危害人体健康。

3　污染控制

3.1　堆肥
　　堆肥技术是在自然环境条件下将作物秸秆与养殖场粪便一起堆沤发酵以供作物生长时利用。堆肥作为传统的生物处理技术经过多年的改良，现正朝着机械化、商品化方向发展，设备效率也日益提高。
3.2　好氧处理

　好氧处理是指利用好氧微生物处理养殖废水的一种工艺。好氧生物处理法可分为天然好氧处理和人工好氧处理两大类。

天然好氧生物处理法是利用天然的水体和土壤中的微生物来净化废水的方法，亦称自然生物处理法，主要有水体净化和土壤净化两种。前者主要有氧化塘（好氧塘、兼性塘、厌氧塘）和养殖塘等；后者主要有土地处理（慢速渗滤、快速法滤、地面漫流）和人工湿地等。自然生物处理法不仅基建费用低，动力消耗少，该法对难生化降解的有机物、氮磷等营养物和细菌的去除率也高于常规的二级处理，部分可达到三级处理的效果。此外，在一定条件下，该法配合污水灌溉可实现污水资源化利用。该法的缺点主要是占地面积大和处理效果易受季节影响等。但如果养殖场规模小且附近有废弃的沟塘和滩涂可供利用时，应尽量选择该方法以节约投资和处理费用。

人工好氧生物处理是采取人工强化供氧以提高好氧微生物活力的废水处理方法。该方法主要有活性污泥法、 生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、序批式活性污泥法（SBR）、厌氧/好氧（A/O）及氧化沟法等。就处理效果来讲，接触氧化法和生物转盘的处理效果要好于活性污泥法，虽然生物滤池的处理效果也很好，但易于出现滤池堵塞现象。氧化沟、SBR和A/O工艺均属于改进的活性污泥法。氧化沟出水水质好、产生泥量少，也可对污水进行脱氮处理，但其处理的BOD负荷小、占地面积大、运行费用高。SBR法自动化控制程度高，能够对污水进行深度处理，但其缺点是BOD负荷较小，一次性投资也大。A/O体是一种兼有去除BOD和脱氮双重作用的活性污泥处理工艺，其投资虽然偏大，但经该法处理后的水易于达标排放。因此对于那些养殖规模大、废水产生量多且有较强经济能力的养殖场可选择A/O法，而对于中等规模的养殖场可选择接触氧化和生物转盘等好氧处理工艺。

　　①曝气
　　20世纪70年代日本采用好氧间歇曝气技术对养猪废水进行了有效治理，并开发出一系列相关设备。近年来澳大利亚在传统鼓风曝气装置上又开发出简单实用的多种浅层射流曝气装置。总体而言，养殖业污染控制领域中的好氧技术正朝着高效、实用、经济、操作简便的方向发展。
　　②接触氧化
　　接触氧化技术早已被用来处理各种不同浓度的有机污水，其本质是利用填料上的微生物对有 机物进行氧化分解，从而实现对污水的净化。英国近年采用接触氧化技术对猪粪浆进行了处理，并开发出结构和性能很好的新型填料，其对COD的去除率达90%以上，对BOD也有较高的去除效果。
　　③SBR
　　序批式活性污泥法是基于传统的Fill—Draw系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺，近年来引起许多学者的高度重视，现已被广泛用于城市污水、食品加工废水等的处理。试验结果表明，猪粪水经过固液分离、厌氧消化两级处理后进入SBR好氧系统，其对COD的去除率可达70%，对BOD的去除率可达80%以上，出水可达标排放。
3.3　厌氧处理

由于养殖业废水属于高有机物浓度、高N、P含量和高有害微生物数量的“三高”废水。因此厌氧技术成为畜禽养殖场粪污处理中不可缺少的关键技术。对于养殖场这种高浓度的有机废水，采用厌氧消化工艺可在较低的运行成本下有效地去除大量的可溶性有机物，COD去除率达85%～90%，而且能杀死传染病菌，有利于养殖场的防疫。如果直接采用好氧工艺处理固液分离后的养殖业废水，虽然一次性投资可节省20%，但由于其消耗的动力大，电力流水消耗是厌氧处理的10倍之多，因此长期的运行费用将给养殖场带来沉重的经济负担。

目前用于处理养殖场粪污的厌氧工艺很多，其中较为常用的有以下几种：厌氧滤器（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、复合厌氧反应器（UASB＋AF）、两段厌氧消化法和升流式污泥床反应器（USR）等。近年来，厌氧消化即沼气发酵技术已被广泛地应用于养殖场废物处理中，到2002年底我国畜禽养殖场大中型沼气工程数量已经达到2000余处，是世界上拥有沼气装置数量最多的国家之一。虽然，在我国的沼气工程建设中也不乏失败的例子，工程建设成功率仅为85%，但这一技术不失为解决畜禽粪便污水的无害化和资源化问题的最有效的技术方案。畜禽粪便和养殖场产生的废水是有价值的资源，经过厌氧消化处理既可以实现无害化，同时还可以回收沼气和有机肥料，因此建设沼气工程将是中小型养殖场粪便污水治理的最佳选择。
　　其中较为常用的有以下几种：
　　①厌氧滤器(AF)
　　1969年由Young和McCarty首先提出，1972年国外开始在生产上应用。我国于20世纪70年代末期开始引进并进行了改进，其沼气产率可达3.4m³/(m³·d)，甲烷含量可达65%。
　　②上流式厌氧污泥床(UASB)
　　1974年由荷兰著名学者Lettinga等提出，1977年在国外投入使用。1983年北京市环境保护科 学研究所与国内其他单位进行了合作研究，并对有关技术指标进行了改进，其对有机污水COD的去除率可达90%以上。
　　③污泥床滤器(UBF)
　　是UASB和AF的结合，具有水力停留时间短、产气率高、对COD去除率高等优点。
　　④两段厌氧消化
　　1971年由Ghosh 提出，把沼气发酵过程分为酸化和甲烷化两个阶段，并分别在两个消化器内进行。其特点在于消化器内可滞留大量厌氧活性污泥(具有极好的沉降性能和生物活性)，提高了消化器内的负荷和产气率。
　　⑤升流式污泥床反应器(USR)
　　是厌氧消化器的一种，具有效率高、工艺简单等优点，目前已常被用于猪、鸡粪废水的处置，其装置产气率可达4m³/(m³·d)，COD去除率达80%以上。
3.4　厌氧—好氧组合
　　欲实现养殖业粪污的彻底处置，单凭厌氧工艺尚不能达到对废物的达标排放和利用要求，必须进行深度处理或后续处置，这就需要将好氧与厌氧工艺结合在一起使用，国内一些养殖场已开始注意到这两种工艺结合的优越性。

4　猪场粪污治理成套工艺

　　针对当前猪场粪污处理领域存在的问题，北京市环科院经优化、组合自行开发出一套养殖业污染的控制技术。该技术已在北京市的几个养猪场得到应用，并取得了较好的环境、经济与社会效益。
4.1　技术构成
　　①猪粪堆肥发酵
　　以猪粪为主要原料，采用好氧堆肥方式，用有机物分解率高、堆肥周期短的高效滚筒卧式发酵装置进行发酵(周期为5～7d)。经过高温好氧发酵，猪粪成为性状良好的腐殖颗粒有机肥。根据不同农肥的N、P、K等含量标准添加原料，通过粉碎、搅拌后进入造粒装置，成型后经干燥、筛分成为有机复合肥，包装后可入库或出售。
　　②污水处理
　　将UASB和SBR组合工艺作为猪粪废液处理的关键技术。首先采用干扫工序对猪粪进行预处置，干粪进入发酵处理单元进行发酵制肥，液体部分则进入UASB反应器，产出沼气后再进行SBR好氧处理，使出水达标。
　　③一体化反应器
　　装置的罐体材料采用柔性搪瓷或其他防腐形式预制钢板，以栓接方式拼装，栓接处加特制密 封材料防漏，此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗强酸、强碱的功能。一体化装置具有如下优点：建造周期短、耐腐蚀性强、已建成的设备可进行容积放大，从而提高处理量，使其投资少、投产快，可以拆卸并重新安装在其他地方。
4.2　工艺流程
　　猪场废水处理流程见图1。

4.3　应用实例
　　北京顺义良山畜牧场以销售种猪、育肥猪为主，猪场大量高浓度废水的排放对周围水环境造成严重的污染，尤其是夏季废水产生恶臭且到处飘散，废水中的病原菌通过食物、饮用水危害居民的健康，亟需采取有力措施进行治理。
　　该猪场按现存栏12000头计算，产鲜猪粪为49.5t/d，产尿为47.4m³/d，采用高架漏缝地板结构，其废水集中排放。现采用人工清理猪场70%的粪便，粪浆产量为120m³/d。根据测算，废水中COD含量约为18000mg/L，固体含量约为4%～6%。
　　根据该猪场的规模及排污情况，采用如图2所示的工艺流程。

　　猪场废水、废渣中含有大量的有机物，易生物降解，可采用生物处理工艺。先用固液分离技术将固体与液体物质分开，用厌氧工艺可去除分离后液体中80%以上的有机物，且可回收沼气作为可利用的能源，同时沼液经好氧稳定后可施用于蔬菜地、果园和农田，固液分离后的固体则经堆肥处置后制成有机肥出售。各主要处理构筑物对COD的处理效果见表1。

　　该工艺的特点是将固液分离技术、厌氧工艺、好氧工艺及生物稳定塘工艺、好氧发酵制肥技术等有机地组合在一起，实现了养殖场粪污的高效处置和废物的综合利用。
　　①废物处置：通过将上述工艺组合应用，使COD为(2～3)×10⁴mg/L、SS为1×10⁴mg/L的养猪场粪污经处理后，其出水达标排放(或部分回用)，节约了猪场的自来水用量(1.5×10⁴m³/a)。
　　②能源回收：养猪场粪污经处理后产生沼气(CH4含量达62%)为20×10⁴m³/a，可供居民或猪场作燃料使用。
　　③综合利用：经综合处理后比直接用作肥料时的养分利用率提高40%，生物能利用率提高30%。

5　结语

　　在养殖业废物处置方面，国内主要是采用以沼气工程为纽带的多种处置与利用并行的方式，在技术水平上也有了很大提高。由实例分析表明，通过借鉴和应用现有的治理技术，在一定程度上进行科学组合可以取得良好的环境效益、经济效益和社会效益。

*注：以上内容均来自网络转载，如有版权问题，请及时联系我们！