劉英俊，吳華東，江作川，蘭方菲，張泳楨，黃愛民，吳紅翔，舒鄧群*

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌 330045；2.江西齊順畜牧科技有限責(zé)任公司，萬年 335500）

隨著我國生豬養(yǎng)殖的規(guī)模化發(fā)展，豬場排泄物對環(huán)境的污染也越來越突出，據(jù)《第一次全國污染源普查公報》顯示，在農(nóng)業(yè)面源污染中，比較突出的是畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的化學(xué)需氧量、總氮和總磷排放分別占農(nóng)業(yè)源的95.78%、37.89%和56.34%。豬場產(chǎn)生大量的生產(chǎn)和生活污水，這些污水具有水量大、排放集中、富含營養(yǎng)、易污染環(huán)境的特點，已成為水源、土壤和空氣的主要污染源之一[1-2]，但目前我國對于養(yǎng)豬業(yè)的污染治理工作基礎(chǔ)相對薄弱，大多養(yǎng)豬場糞污沒有得到有效的治理，據(jù)調(diào)查，全國約80 %的規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場沒有污染治理設(shè)施，畜禽糞污通常未經(jīng)任何處理就排放，導(dǎo)致環(huán)境污染。

規(guī)?；i場應(yīng)建立起相應(yīng)的污水處理系統(tǒng)，有效地處理好豬場產(chǎn)生的大量污水，減少并消除養(yǎng)殖污水對周圍環(huán)境的污染。我國豬場污水的處理主要采用沼氣發(fā)酵，對產(chǎn)生沼氣后的沼液再經(jīng)過后續(xù)處理，然后排放至環(huán)境中，但不同的處理模式產(chǎn)生的效果存在差異，謝金防等(2001)探討了規(guī)?；i場4種不同污水處理方式對污水的處理效果[3]。本研究以江西省南昌、萬年、吉安3個市縣的規(guī)?；i場為研究對象，對采用不同污水處理工藝的3個規(guī)?；i場分別測定不同處理階段各污染物的含量，研究各處理工藝中每個階段污染物的變化和降解率，為優(yōu)化豬場污水處理工藝和改進處理設(shè)施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗是以江西省內(nèi)3個規(guī)模化豬場為研究對象，分別命名為豬場A、豬場B和豬場C，3個豬場都采用干清糞工藝，其中豬場A采用的是厭氧-自然處理模式；豬場B采用的是厭氧-人工濕地處理模式；豬場C是污水二次厭氧發(fā)酵還田模式。

1.2 污水處理工藝

1.2.1 豬場A的污水處理工藝

豬場A（見圖1）的模式為厭氧-自然處理模式。沼氣池為地下式沼氣發(fā)酵池，沼液經(jīng)過200 m溝渠后到達氧化塘中，該氧化塘由一池塘改建而成，經(jīng)氧化塘后出來的污水直接排放到周圍的農(nóng)田中。

1.2.2 豬場B的污水處理工藝

豬場B（見圖2）的模式為厭氧-人工濕地處理模式。豬場污水經(jīng)過固液分離后通過地下管道聯(lián)通到調(diào)節(jié)池中，調(diào)節(jié)池中的污水經(jīng)過靜置后上層水流入到沼氣池中發(fā)酵，沼氣池為地下式沼氣池，人工濕地為一大塊荒地改制而成，未種植牧草，但生長著許多水草，人工濕地較魚塘水位更高，人工濕地中污水經(jīng)靜置后上層水流入魚塘中，魚塘與一個大型活水湖泊相連匯集到水壩，最后出來的水清澈，適合魚類的養(yǎng)殖。

圖1 豬場A的污水處理工藝

圖2 豬場B的污水處理工藝流程

圖3 豬場C的污水處理工藝流程

1.2.3 豬場C的污水處理工藝

豬場C（見圖3）的模式為二次厭氧發(fā)酵還田模式。采用二次發(fā)酵工藝，廢水經(jīng)固液分離后，直接進入3個地下沼氣池進行第1級發(fā)酵，沼液都進入調(diào)節(jié)池酸化調(diào)節(jié)后，抽濾進入地上沼氣發(fā)酵塔，該塔式發(fā)酵池有500 m3容積，沼液出來后進入1 000 m3的沼液儲存池靜置后，一部分沼液稀釋后流入周圍的魚塘中；一部分直接通到地下，給附近的園藝苗木提供作肥料。

1.3 污水的采集和保存

該試驗采樣方法參照《水質(zhì)樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》（HJ 493-2009），采樣前，用自來水和洗滌劑洗凈采樣塑料瓶和玻璃瓶，再用1∶3硫酸溶液浸泡過夜，然后用蒸餾水沖洗干凈，倒置放干，備用。

依據(jù)豬場的污水處理工藝進行采樣，每個處理階段選擇有代表性的3個點采集污水樣，在每個點對每個指標(biāo)分別采集3個重復(fù)水樣，采集位置在液面以下0～15 cm處。水樣采集后，現(xiàn)場測定水樣的pH值，根據(jù)不同指標(biāo)的要求，采用不同的保存方法，具體各指標(biāo)的保存方法參照《水質(zhì)樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》，然后將樣品放入2～5 ℃冰箱中冷藏保存，備用。

1.4 測定指標(biāo)和分析方法

測定指標(biāo)包括污水中的pH、SS、NH3-N、TP和CODcr，測定方法采用國標(biāo)規(guī)定的方法進行，各項指標(biāo)的測定方法見表1。

1.5 數(shù)據(jù)分析

表1 測定指標(biāo)及分析方法

表2 不同豬場污水pH變化

測定每個豬場污水各處理階段污染物的含量，計算污水處理后污染物的降解率，并將處理后的污染物指標(biāo)與《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001）進行比較，分析各污染物的處理效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同污水處理工藝各處理階段pH的變化

不同污水處理工藝各處理階段pH的變化見表2，從表中可以看出，豬場C集水池中的pH較高，明顯高出了豬場A和B集水池的pH，達到了9.08，但在其經(jīng)過發(fā)酵池后pH顯著降低；在酸化池階段通過調(diào)節(jié)pH使得污水在進入沼氣池時可達到更適合發(fā)酵菌生長的酸堿環(huán)境。從發(fā)酵池出來后，豬場A和B的pH保持在7.00左右，而豬場C的pH達到了7.61，這可能是沼液在儲存池靜置的原因。從沼氣池出來后豬場A和B的pH都略有上升，最后3個豬場排放污水的pH都達到了污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 不同污水處理工藝各處理階段懸浮物（SS）的降解率

不同污水處理工藝各處理階段懸浮物（SS）的降解情況見表3。從表中可以看出，在集水池階段豬場A的SS含量明顯低于豬場B和C，豬場B和C的含量很高；在沼氣池階段，豬場A顯著高于豬場B，基本是豬場B的2倍含量，而豬場B又顯著高于豬場C的含量，達到了4倍差距，其原因是因為豬場A對SS的降解效率較低，為37.37 %，這從數(shù)據(jù)上可以看出，而豬場C含量低是因為豬場C進行了2次的沼氣池發(fā)酵降解后，在沼液儲存池中靜置過一段時間的結(jié)果。豬場A最終的排放含量為833.33 mg/L，豬場B和C與其相比，差距甚大。

2.3 不同污水處理工藝各處理階段NH3-N的降解率

不同污水處理工藝各處理階段NH3-N的降解情況見表4。從表中可知，豬場A和B的初始NH3-N含量相差不大，但豬場C的含量卻比豬場A和B要高，這可能是因為豬場C的飼料配方中蛋白含量更高所致；在沼氣池階段，豬場A含量顯著低于豬場B和C，豬場A相比初始略有增長，豬場B增長近1倍，豬場C降低30 %，最終使得A顯著低于豬場B和C，而B和C含量接近；最終排放污水NH3-N含量又不同于上階段，豬場A含量達到了279.41 mg/L，豬場B含量為280.04 mg/L，豬場C含量為418.72 mg/L，均超過了排放標(biāo)準(zhǔn)的日允許最高排放量。

2.4 不同污水處理工藝各處理階段總磷（TP）的降解率

不同污水處理工藝各處理階段總磷（TP）的降解情況見表5。由表中可以看出，3個豬場TP的初始含量都很高，都達到了5 000 mg/L之上，豬場B含量最高；在沼氣池階段，豬場A的TP含量略有降低，但顯著高于豬場B和C的含量，其中豬場C的降解效率最高，比之豬場B降解效果顯著；最終排出時，3個豬場污水中總磷含量都超標(biāo)，對磷的處理效果都不好。

2.5 不同污水處理工藝各處理階段化學(xué)耗氧量（CODcr）的降解率

不同污水處理工藝各處理階段化學(xué)耗氧量（CODcr）的降解情況見表6。由表中可知，不同豬場初始污水的CODcr差別很大，豬場A為2 464.00 mg/L，而豬場C達到了11 312.00 mg/L。在酸化池階段豬場B和C的CODcr相比初始都有明顯減少；在沼氣池階段，相比豬場A，豬場B和C的CODcr明顯更低，這是因為豬場A固液分離進行的不完善，在酸化池階段污水中還有大量的固體糞污存在，預(yù)處理階段處理效果不理想，進入沼氣池發(fā)酵時效果不理想；在排出階段，豬場ACODcr超標(biāo)嚴(yán)重，而豬場B和C相比A來說，CODcr明顯更低，處于排放標(biāo)準(zhǔn)最高排放濃度左右。

表3 不同豬場污水中懸浮物(SS)降解率

表4 不同豬場污水中氨氮(NH3-N)的降解率

表5 不同豬場污水中總磷(TP)的降解率

表6 不同豬場污水中化學(xué)耗氧量(CODcr)降解率

3 討論與小結(jié)

不同規(guī)模化豬場采用不同的污水處理工藝，對污水的處理效果有所不同。從污染物的降解效果來看，豬場C的處理效果較其他2個豬場更好，但總體來說，3個豬場污水處理效果都不甚理想，污水處理工藝有待進一步的優(yōu)化改進。

污水處理工藝主要包括清糞工藝的選擇、固液分離、沼氣池的類型選擇和結(jié)構(gòu)以及沼液的后續(xù)處理等。

1）清糞工藝的選擇。目前，規(guī)?；i場主要有3種清糞工藝，包括干清糞、水沖糞和水泡糞，相對而言，干清糞工藝產(chǎn)生的污水量少，且其中的污染物含量低，易于凈化處理。水沖糞工藝耗水量大，污染物濃度高，而水泡糞工藝糞便長時間在豬舍內(nèi)停留，形成厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生大量的有害氣體，另外，糞水混合物的污染物濃度更高，后續(xù)處理也更加困難[4]。所以，我國在2010年頒布的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)政策》（環(huán)發(fā)[2010]151號）要求規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場排放的糞污應(yīng)實行固液分離，糞便應(yīng)與廢水分開處理和處置。應(yīng)逐步推行干清糞方式，最大限度地減少廢水的產(chǎn)生和排放，降低廢水的污染負荷。

2）固液分離。在生化處理系統(tǒng)前必須做好固液分離的預(yù)處理工作，預(yù)處理階段對污水的處理不完全大大影響了沼氣池階段產(chǎn)沼氣菌對有機物的降解，目前，在國內(nèi)固液分離基本上都是利用格柵、濾網(wǎng)等進行。楊朝暉等（2002）利用格柵、濾網(wǎng)等工藝對進入UASB反應(yīng)器前的廢水進行固液分離，經(jīng)固液分離后可去除30 %～40 %的SS和25 %～30 %的BOD5與CODcr[5]。豬場A處理工藝較簡單，其固液分離效果不理想，實地采樣時發(fā)現(xiàn)，在酸化池污水液面上有大量的固體糞渣，有研究表明，污水中混有的豬糞、飼料等固形物會加大污水中SS和總固體物質(zhì)等的含量，而這類固體物質(zhì)很難被生化處理系統(tǒng)中的微生物利用降解，含量過高會導(dǎo)致生化系統(tǒng)活性成分降低或中毒，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰[6]。

酸化調(diào)節(jié)池對經(jīng)固液分離階段分離后的污水進行混合、儲存和調(diào)節(jié)，起到初步酸化水解作用，以滿足厭氧發(fā)酵工藝的技術(shù)要求[7]。

3）沼液的后續(xù)處理。經(jīng)過沼氣池發(fā)酵后的沼液，有的直接排放到環(huán)境中，或作為肥料重新利用，但大部分規(guī)?；i場一般要經(jīng)過后續(xù)處理再進行排放，主要有水體凈化法和土壤凈化法，屬于水體凈化法的有氧化塘，又稱為生物穩(wěn)定塘，在凈化過程中包括有物理因素（如沉淀、凝聚）、化學(xué)因素（如氧化、還原）和生物因素，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(dāng)除去水中的氮和磷，減輕水體富營養(yǎng)化的程度。林東教等（2004）利用漂浮栽培方式種植蕹菜和水葫蘆，經(jīng)漂浮栽培蕹菜和水葫蘆之后廢水的理化性質(zhì)發(fā)生較大變化，兩種植物都能大量地吸收利用水體中的N、P元素，生長旺盛，凈化效果顯著[8]。

土壤凈化法主要是人工濕地，在人工濕地污水處理系統(tǒng)中，起凈化作用是植物、基質(zhì)和微生物，可通過沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物的吸收等途徑去除水中的懸浮物、有機物、氮、磷和重金屬等。吳振斌等（2001）研究人工濕地對污水中磷的去除效果，結(jié)果表明蘆葦、茭白和無植物人工濕地的總磷去除率分別達到了61 %、65 %和28 %[9]。廖新 等（2002）分別以香根草和風(fēng)車草為植被，建立人工濕地，隨季節(jié)不同，去除效果不同，CODcr去除率可達90 %以上，BOD5可達80 %以上，抗有機負荷沖擊能力強[10]。人工濕地與傳統(tǒng)的污水二級生化處理工藝相比，它具有凈化效果好、去除氮磷能力強、工藝設(shè)備簡單、運轉(zhuǎn)維護管理方便、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生態(tài)環(huán)境效益顯著和可實現(xiàn)廢水資源化等特點[11]。從豬場B的工藝流程來看，其處理后污水最后排放到的魚塘是與一個大型活水湖泊相連，該湖泊可以大大稀釋污水中污染物的濃度，實地采樣時發(fā)現(xiàn)，該豬場的人工濕地階段沒有充分利用其優(yōu)勢，因為該豬場人工濕地上只生長有許多水草，建議可在人工濕地上種植對N、P吸收能力較強或耐重金屬的牧草植物和水生植物，如水芹菜和水空心菜等，可大大加強人工濕地對污水中污染物或重金屬的吸收沉淀作用。

[1] 舒鄧群，黃春景，胡四清. 規(guī)?；i場的主要污染物對環(huán)境的危害[J].畜禽業(yè)，2001（4）：28.

[2] 何余湧，吳志勇，謝國強，等. 生豬養(yǎng)殖小區(qū)污水處理前后污染物產(chǎn)量及濃度的變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（28）：15662-15664.

[3] 謝金防，李祖章，蔡華東，等. 規(guī)?；i場不同污水處理方式的效果探討[J].豬業(yè)科學(xué)，2011，28（12）：84-86.

[4] 朱杰，黃濤.畜禽養(yǎng)殖廢水達標(biāo)處理新工藝[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2010： 16-17，35-41.

[5] 楊朝暉，曾光明，高鋒，等. 固液分離-UASB-SBR工藝處理養(yǎng)豬場廢水的試驗研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002，29（6）：95-99.

[6] 許卓.豬場糞便污水固液分離預(yù)處理工藝研究[J].吉林農(nóng)業(yè)，2011，255（5）：300-301.

[7] 林斌. 集約化養(yǎng)豬場糞污處理工藝設(shè)計探討[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，21（4）：420-424.

[8] 林東教，唐淑軍，何嘉文，等. 漂浮栽培蕹菜和水葫蘆凈化豬場污水的研究[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，25（3）：14-17.

[9] 吳振斌，陳輝蓉，賀鋒，等. 人工濕地系統(tǒng)對污水磷的凈化效果[J]. 水生生物學(xué)報，2001，25（1）：28-35.

[10] 廖新俤，駱世明. 人工濕地對豬場廢水有機物處理效果的研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2002，13（1）：113-117.

[11] 周恒華.人工濕地在污水處理中的應(yīng)用與展望[J].中國環(huán)境管理，2010（1）：28-31.