國(guó)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖在國(guó)內(nèi)日益興榮起來(lái)。大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖雖然在一定程度上解決了人們對(duì)肉質(zhì)類(lèi)食物的大量需求，但也帶來(lái)了一定的環(huán)境問(wèn)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(diǎn)；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(kāi)放式排放，不單單對(duì)地表及地下水體造成嚴(yán)重危害，還對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有嚴(yán)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(qiáng)，如果沒(méi)有進(jìn)行有效處理，其中的雜質(zhì)會(huì)長(zhǎng)期存在于土壤表面，對(duì)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(jìn)空氣中，會(huì)對(duì)周邊大氣環(huán)境造成嚴(yán)重影響。
（3）畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量病原菌，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(yán)重影響周邊人類(lèi)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(duì)畜禽廢水的處理，國(guó)內(nèi)外都擁有大量的技術(shù)手段，大致可歸為物理化學(xué)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(xué)法等方法。
2.1.1 介質(zhì)吸附法
吸附法是利用具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的固體吸附材料對(duì)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(qián)鋒等用豬場(chǎng)廢水作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，吸附材料為稻草-沸石組合濾料，當(dāng)過(guò)濾速度在5m/h左右時(shí)，CODcr、氨氮和磷的去除效果分別為47.9%，72.9%和50.1%。宋永會(huì)等采用天然鈣型斜發(fā)沸石研究對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，在較適條件下，天然鈣型斜發(fā)沸石對(duì)養(yǎng)豬廢水的預(yù)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(jìn)行試驗(yàn)，以養(yǎng)豬廢水為處理對(duì)象，當(dāng)COD濃度為3232mg/L時(shí)，其去除率可達(dá)到61.02%。Vanotti等通過(guò)向農(nóng)場(chǎng)養(yǎng)豬廢水中投加固體聚合物來(lái)增強(qiáng)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(dá)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
2.1.3 電化學(xué)方法
該法能去除難生物降解的污染物，對(duì)重金屬也有不錯(cuò)的去除效果，但其對(duì)有機(jī)物的去除率較低。歐陽(yáng)超等采用陽(yáng)極氧化電化學(xué)法處理豬場(chǎng)廢水，以RuO2-IrO2-TiO2/Ti電極作為陽(yáng)極，測(cè)其對(duì)氨氮的去除率。結(jié)果表明NH3-N比COD先去除，180min時(shí)NH3-N去除效果高達(dá)98.22%，COD的去除效果卻只有14.04%。尚曉采用電解法研究對(duì)養(yǎng)豬廢水的脫氮除磷效果，處理時(shí)間為136min時(shí)，NH3-N、磷和有機(jī)物的去除效果分別達(dá)到42.4%，98%和83.7%，電化學(xué)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(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)廢水的處理效果，當(dāng)COD廢水濃度為5000～5700mg/L時(shí)，其對(duì)COD及色度的去除效果分別高達(dá)80%和95%。Kaan Yetilmezsoy等利用Fenton法對(duì)UASB厭氧處理過(guò)的畜禽廢水進(jìn)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(dá)95%和96%。Fenton法對(duì)于難降解有機(jī)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(guò)程中，對(duì)氨氮、磷、色度、有機(jī)物等指標(biāo)都有好的去除效果。但目前也存在一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，如實(shí)際應(yīng)用的工程案例較少，工程經(jīng)驗(yàn)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(lèi)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(pán)、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(chǎng)的畜禽糞尿，可以較好的去除畜禽糞尿中的氨氮、有機(jī)物和磷，并且將磷轉(zhuǎn)變成可溶性磷，用化學(xué)沉淀法回收利用。SBR法工藝流程簡(jiǎn)單、對(duì)COD、NH3-N和磷的去除效果較好、污泥沉降性能好、對(duì)水質(zhì)水量變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力、被廣泛運(yùn)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(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行模擬試驗(yàn)，當(dāng)HRT為8h，進(jìn)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(guò)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(duì)有機(jī)物、氨氮和磷的去除率都較高，能承受較高的水力負(fù)荷，運(yùn)行穩(wěn)定性好、生物代謝活性強(qiáng)。在畜禽廢水處理中有不錯(cuò)的運(yùn)行效果，但當(dāng)投入到大規(guī)模的畜禽廢水處理時(shí)還缺乏一定的工程經(jīng)驗(yàn)。
邵芳等以生物濾池法對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)廢水進(jìn)行處理，采用礦化污泥作為生物處理介質(zhì)。經(jīng)過(guò)半年的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)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(yùn)行穩(wěn)定性好、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是生物濾池法中一種不錯(cuò)的工藝技術(shù)。
邱光磊和宋永會(huì)等利用新型MBBR反應(yīng)器對(duì)畜禽廢水進(jìn)行深度處理，通過(guò)對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)新型MBBR反應(yīng)器對(duì)畜禽廢水中有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)物的同時(shí)有效去除，在HRT為8h，氣水比12：1，填料填充比例為40%時(shí)，COD、NH3-N的去除效果能達(dá)到90%以上；另外對(duì)TN進(jìn)行了SDN（同步硝化反硝化）去除，去除率超過(guò)85%。MBBR工藝是在MBR技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)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(diǎn)，且能達(dá)到同時(shí)去除廢水中有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物。
余薇薇等利用改進(jìn)后的A/O工藝對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞水進(jìn)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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。A/O法工藝技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在室溫條件下，交替好氧/缺氧運(yùn)行情況時(shí)系統(tǒng)對(duì)TN和NH3-N處理效果較佳，TN去除效果達(dá)到90%。序批式生物膜法（SBBR）對(duì)有機(jī)物、NH3-N和磷的去除效果不錯(cuò)，具有生物性能好、反應(yīng)時(shí)間比SBR工藝短、節(jié)約運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)。
上述各種好氧生物技術(shù)對(duì)COD、NH3-N和磷等都有較好的去除效果，在實(shí)際工程運(yùn)用中要充分考慮各工藝技術(shù)的特點(diǎn)，使其發(fā)揮較大效能。例如A/O工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低，適用于成分簡(jiǎn)單的有機(jī)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(duì)豬場(chǎng)廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明COD去除效果能達(dá)到65%左右，ABR反應(yīng)器具有運(yùn)行穩(wěn)定且效果好、反應(yīng)器啟動(dòng)迅速、抗沖擊負(fù)荷和水力條件變化。馬淑艷等采用UASB反應(yīng)器對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理試驗(yàn)，當(dāng)反應(yīng)器進(jìn)水pH值控制在7.5左右，COD的去除效果能達(dá)到81%；當(dāng)HRT為12.5h時(shí)，反應(yīng)器對(duì)廢水的處理效果達(dá)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(yùn)行成本低、工程費(fèi)用小等優(yōu)點(diǎn)。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(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在實(shí)現(xiàn)了廢水處理的同時(shí)還獲得了電能，是當(dāng)前廢水處理研究領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向。
廢水的厭氧生物處理既可適用于高濃度有機(jī)廢水，也適用于中、低濃度有機(jī)廢水，但是厭氧生物處理法的出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要與其它方法聯(lián)合作進(jìn)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(guò)程中，無(wú)論厭氧生物處理法還是好氧生物處理法都無(wú)法單獨(dú)使廢水達(dá)標(biāo)排放，因此現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)成規(guī)?；B(yǎng)殖的養(yǎng)殖場(chǎng)大都采用厭氧-好氧混合處理技術(shù)處理廢水。在對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水的處理中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用多種厭氧（缺氧）-好氧混合工藝進(jìn)行了小試和中試實(shí)驗(yàn)，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(fù)荷較好，同時(shí)適應(yīng)高COD負(fù)荷，對(duì)化學(xué)需氧量、NH3-N有不錯(cuò)的去除效果，出水水質(zhì)能達(dá)標(biāo)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(guò)一系列的物理、化學(xué)和生物的綜合作用來(lái)去除廢水中污染物質(zhì)。常見(jiàn)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(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)和生物作用來(lái)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(duì)BOD5的去除效果較好，高爐渣基質(zhì)對(duì)總磷的去除效果較好，石英渣基質(zhì)對(duì)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(yú)草和美人蕉作為實(shí)驗(yàn)材料，探究以這兩種植物為核心構(gòu)成的人工濕地對(duì)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(dá)標(biāo)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?xún)舻倪^(guò)程相似，主要利用塘內(nèi)微生物的作用去除廢水中有機(jī)物。魯秀國(guó)等3采用組合厭氧塘/兼氧塘/強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)》。羅小婉等設(shè)計(jì)了一種人工氧化塘模型處理養(yǎng)殖場(chǎng)廢水，結(jié)果表明：在較佳實(shí)驗(yàn)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(dá)標(biāo)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(wú)法滿(mǎn)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(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，單一的廢水處理技術(shù)對(duì)畜禽廢水的處理效果都不太理想，因此需要把幾個(gè)處理技術(shù)混合成一套組合工藝。
Kazuyoshi Suzuki等設(shè)計(jì)了一套以結(jié)晶、曝氣、靜沉三個(gè)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(jìn)行結(jié)晶處理，然后再充分進(jìn)行曝氣和沉淀，實(shí)現(xiàn)廢水的凈化。隨后又制作了以鳥(niǎo)糞石結(jié)晶法為核心的簡(jiǎn)易裝置來(lái)去除和回收畜禽廢水中氮磷，該方法主要通過(guò)鳥(niǎo)糞石結(jié)晶的形成來(lái)去除廢水中的氮磷和成型鳥(niǎo)糞石的沉降來(lái)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(jiǎn)單，工藝裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于推廣和實(shí)踐。
金海峰等以UASB+A/O+Fenton工藝處理豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水，A/0段先采用膜生物反應(yīng)器（MBR）進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》（CB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該工藝能夠使廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。但是處理成本相對(duì)較高，對(duì)一般的中小規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)是個(gè)不小的開(kāi)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(chǎng)廢水的節(jié)能效果，分別與SBR法以及厭氧-SBR工藝處理豬場(chǎng)廢水的效果進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：厭氧-SBR工藝對(duì)豬場(chǎng)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(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，不適合用于畜禽廢水的處理。SBR法對(duì)豬場(chǎng)廢水的處理效果與Anarwia工藝相當(dāng)，污染物去除效果好，COD和NH3-N都有較高的去除率。為了進(jìn)一步的研究比較Anarwia與SBR工藝處理豬場(chǎng)廢水的節(jié)能效果，以一個(gè)日處理豬場(chǎng)廢水量達(dá)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(yǔ)
（1）規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖本身的成本較高而且利潤(rùn)較低，很難承擔(dān)處理費(fèi)用較高的畜禽廢水處理工藝。因而在選取廢水處理工藝時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮前期建設(shè)成本較低、運(yùn)行和管理費(fèi)用少，且有不錯(cuò)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(lái)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(huì)的發(fā)展要求，當(dāng)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(jì)、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(gè)途徑就是在去除畜禽廢水中的污染物質(zhì)的同時(shí)有效回收有用的資源和能源，去除廢水中污染物的同時(shí)有效回收和利用資源是未來(lái)畜禽廢水處理的一個(gè)方向，回收利用的資源和能源能大大減少系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)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(shì)。
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