劉晟，高繡紡，徐善新

（1.長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北武漢430100；2.安慶市山泉水生蔬菜研究所，安徽安慶246000）

養(yǎng)殖廢水的資源化綜合利用探討

劉晟1，高繡紡1，徐善新2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北武漢430100；2.安慶市山泉水生蔬菜研究所，安徽安慶246000）

養(yǎng)殖廢水是引起水生態(tài)環(huán)境污染的重要因素之一，具有水量及污染負(fù)荷大等特點(diǎn)，造成了巨大的環(huán)境壓力。養(yǎng)殖廢水作為污染源，常常是處理達(dá)標(biāo)后加以排放，并未重視其資源化利用。因此如何有效利用養(yǎng)殖廢水，并且提高其利用率是對(duì)其資源化利用研究的主要內(nèi)容之一。闡述了養(yǎng)殖廢水的污染現(xiàn)狀，討論了廢水的組成及相應(yīng)的處理和利用方法，探討了養(yǎng)殖廢水資源化利用的幾種方式，并對(duì)養(yǎng)殖廢水的資源化利用前景進(jìn)行了展望。

養(yǎng)殖廢水；資源化；綜合利用

隨著人們對(duì)肉類(lèi)、蛋類(lèi)、禽畜、水產(chǎn)等農(nóng)產(chǎn)品的需求日益增大，我國(guó)動(dòng)物源食品產(chǎn)量年均增速高達(dá)7.6%［1］。養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢水含有大量污染物，若處理不達(dá)標(biāo)并隨意排放會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)不可忽視的危害。研究表明，農(nóng)田、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖和城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶的生活排污是造成流域水體氮、磷富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因，其貢獻(xiàn)大大超過(guò)來(lái)自城市地區(qū)的生活點(diǎn)源污染和工業(yè)點(diǎn)源污染［2］。因此，在大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)的同時(shí)，資源化利用既能保證良好的生態(tài)環(huán)境，又能改變傳統(tǒng)的養(yǎng)殖廢水只有進(jìn)行污染治理才能達(dá)到效果的思維觀念。所以，資源化利用是一種有效和環(huán)保的全新模式，不僅提高了資源利用率，維持生態(tài)平衡和生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，又獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的生態(tài)效益。

據(jù)調(diào)查顯示，我國(guó)養(yǎng)殖廢水中主要污染物的排放量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)污水排放量，是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。從最近5年養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展及養(yǎng)殖廢水排放與處理效果來(lái)看，如果不采取強(qiáng)有力的措施，會(huì)進(jìn)一步加劇環(huán)境惡化，最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的弱化或衰竭。

1 養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，其養(yǎng)殖方式已經(jīng)從傳統(tǒng)的分散養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化和規(guī)?；B(yǎng)殖，這種大規(guī)模的生產(chǎn)必然會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、畜禽尿液和糞便等污染物，若未經(jīng)處理直接排放，經(jīng)地表徑流和滲濾進(jìn)入自然水體后，極有可能造成地表水和地下水的污染，破壞生態(tài)環(huán)境。

1.1 養(yǎng)殖污染物的組成部分

根據(jù)養(yǎng)殖類(lèi)型的不同，養(yǎng)殖業(yè)可分為家畜、家禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖，其產(chǎn)生的廢水也有各自的特點(diǎn)。

（1）家禽養(yǎng)殖：主要有家雞、鴿等陸禽和鴨、鵝等水禽，污染物的主體為固體廢棄物，包括羽毛、孵化廢棄物（胚蛋和蛋殼）、圈舍墊料廢棄物等。

（2）家畜養(yǎng)殖：主要有豬、牛、羊、馬、駱駝等，污染物中的糞便已經(jīng)利用，余下的多為液體廢水，特點(diǎn)是糞尿排泄量和欄舍沖洗水量大、惡臭重，極易導(dǎo)致圈舍環(huán)境惡化。

（3）水產(chǎn)養(yǎng)殖：主要有魚(yú)、蝦、蟹、貝等，污染源主要來(lái)自于養(yǎng)殖生物排泄物、殘余餌料，它們大部分以懸浮態(tài)大顆粒形式存在。

養(yǎng)殖廢水的氨氮、有機(jī)物含量高，排放到水體中會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡，導(dǎo)致水體自我凈化功能退化，甚至喪失。

1.2 養(yǎng)殖廢水的處理技術(shù)

由于畜禽養(yǎng)殖廢水的有機(jī)物濃度過(guò)高，且常常與畜禽糞便、殘留飼料和獸藥等固體污染物混合在一起，在廢水處理之前，需要進(jìn)行一定的預(yù)處理。傳統(tǒng)處理方式主要包括預(yù)處理和物理、化學(xué)等組合方式。通過(guò)預(yù)處理可使廢水污染物負(fù)荷降低，同時(shí)防止大的固體或雜物進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，造成設(shè)備的堵塞或破壞［3］，常用格柵、沉淀池、篩網(wǎng)等，還有分離機(jī)、壓濾機(jī)等機(jī)械分離設(shè)備。

傳統(tǒng)處理方式往往是處理后達(dá)標(biāo)排放，但是其設(shè)施建設(shè)成本大、運(yùn)行費(fèi)用高。而目前使用較多的處理方法是綜合利用，它是在資源循環(huán)利用的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)生態(tài)農(nóng)業(yè)，探索可持續(xù)發(fā)展道路。

1.2.1 家禽養(yǎng)殖廢水處理

家禽養(yǎng)殖廢水處理，有以下幾個(gè)不同內(nèi)容的廢棄物需要處理，處理方式分別如下。

（1）糞便利用：主要有3種方式，一是肥料化處理，通過(guò)堆肥、干燥處理后，將糞便轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)肥料或飼料；二是飼料化處理，雞糞中含有豐富的蛋白質(zhì)，經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后，可被牛、羊等反芻家畜消化吸收；三是發(fā)酵化處理，通過(guò)微生物厭氧發(fā)酵，將糞便中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣，發(fā)酵產(chǎn)物還能再次利用。

（2）孵化廢棄物利用：蛋殼中鈣含量高，經(jīng)高溫消毒、干燥、粉碎后用于飼料加工，也可作為營(yíng)養(yǎng)添加劑，提高飼料的利用率。

（3）廢墊料利用：墊料經(jīng)陽(yáng)光曝曬、干燥，同時(shí)翻耙去除氨氣和硫化氫等有害氣體，處理后再次重復(fù)利用；或者直接焚燒，產(chǎn)生的能量用于發(fā)電。

（4）家禽羽毛利用：主要成分是角蛋白，富含動(dòng)物必需的多種氨基酸，是良好的蛋白質(zhì)來(lái)源。目前的做法是提取羽毛角蛋白后，用于動(dòng)物飼料，或制成角蛋白膜材料、角蛋白纖維復(fù)合材料，現(xiàn)在這方面的研究相對(duì)不足。

1.2.2 家畜養(yǎng)殖廢水處理

按照原理可分為自然處理法、物理化學(xué)法以及生化法。

（1）自然處理法，主要有土壤處理法、生物氧化塘法、人工濕地等。

（2）物理化學(xué)法，主要有固液分離、氣浮分離、混凝法、電化學(xué)法、沸石吸附、鳥(niǎo)糞石化學(xué)沉淀法。

（3）生化法的厭氧處理法，主要有厭氧污泥床（UASB）、厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）、厭氧復(fù)合反應(yīng)器（UBF）、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）等；生化法的好氧處理法，主要有A/O工藝、活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物濾池、生物接觸氧化、序批式活性污泥等。

1.2.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理

（1）物理處理技術(shù)：這是研究較多、應(yīng)用較廣的處理方法，包括養(yǎng)殖水體的過(guò)濾、吸附、沉淀、曝氣、紫外線殺菌等過(guò)程，處理效果較好的有機(jī)械過(guò)濾和泡沫分離技術(shù)。

（2）化學(xué)處理技術(shù)：添加化學(xué)消毒劑、抗生素、臭氧等，其中使用較多的是臭氧，臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，可以有效地去除氨氮，同時(shí)自身分解后可以增加水中溶解氧。

（3）生物處理技術(shù)：利用微生物分解、代謝和植物的吸收、過(guò)濾等作用，降解水體中有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。主要有生物膜法、人工濕地、固定化菌藻、微生物制劑等。

2 養(yǎng)殖廢水的資源化利用

資源化綜合利用是將廢棄物首先從資源循環(huán)利用的角度考慮，最大限度的資源化是其重要特點(diǎn)［4］。與傳統(tǒng)方式不同的是，它從生態(tài)環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，以提高資源利用率為核心，達(dá)到資源利用的最大利益化，通過(guò)構(gòu)造一種新的生態(tài)系統(tǒng)，以此來(lái)解決人類(lèi)所面臨的資源、環(huán)境和健康問(wèn)題。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家在環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上更加注重資源循環(huán)利用，通過(guò)技術(shù)更新，對(duì)污染物中的可利用資源進(jìn)行再利用和資源化，提高其利用率。

2.1 沼氣、沼液、沼渣的綜合利用

沼氣是養(yǎng)殖廢水在厭氧條件下，經(jīng)過(guò)微生物的發(fā)酵作用而產(chǎn)生的混合氣體，其中甲烷占沼氣總量的55%～70%，其余為二氧化碳和少量的氫氣、氮?dú)?、硫化氫等。沼氣具有很高的熱值，主要用于發(fā)電、炊事燃料等［5］，可以為農(nóng)村提供生物燃料。沼氣綜合利用是指將有機(jī)廢棄物（人畜糞便、作物秸稈、樹(shù)葉雜草等）經(jīng)沼氣池厭氧發(fā)酵后，所產(chǎn)生的沼氣、沼渣、沼液作為下一級(jí)生產(chǎn)活動(dòng)的原料、肥料、飼料、添加劑和能源［6］。

沼液是經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間厭氧發(fā)酵而形成的，因此它含有多種植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，比普通化學(xué)肥料高10倍以上。而其水質(zhì)特性極易被植物吸收，既有速效性，又兼具緩效性，而且使用過(guò)多也不會(huì)燒苗，是一種高效的生物有機(jī)肥料。沼液主要用于肥料、浸種、防治病蟲(chóng)害等。

沼渣富含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和微量元素，其中部分未分解的原料和微生物菌體，施入農(nóng)田會(huì)繼續(xù)發(fā)酵，釋放肥分。沼渣主要用于農(nóng)作物生產(chǎn)或苗木生產(chǎn)的基肥，還可用于生產(chǎn)食用菌、養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)蚯蚓等。

養(yǎng)殖廢水經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后，其產(chǎn)生的沼氣、沼液、沼渣是優(yōu)質(zhì)的可再生資源，而且減少了二氧化碳排放量，又能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，有利于建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)，是發(fā)展綠色養(yǎng)殖業(yè)的有效途徑。

2.2 處理水的農(nóng)田回用

養(yǎng)殖廢水經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗蠡赜糜谵r(nóng)田，是普遍的作法。由于農(nóng)業(yè)耕作需用氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一定處理后用于灌溉，既促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，提高土壤肥力和農(nóng)作物產(chǎn)量，又緩解了農(nóng)業(yè)用水緊缺，提高水資源利用率。周元等［7］利用養(yǎng)殖肥水灌溉稻田，發(fā)現(xiàn)稻田對(duì)養(yǎng)殖肥水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有明顯的吸收效果，尤其對(duì)NO3--N和TP的吸收率較高。喬冬梅等［8］利用養(yǎng)豬廢水灌溉冬小麥-土壤系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明灌水定額為900 m3/hm2，有利于產(chǎn)量的增加，灌水定額為600 m3/hm2有利于水分利用效率提高。杜臻杰等［9］研究了豬場(chǎng)廢水灌溉對(duì)夏玉米生長(zhǎng)影響，豬場(chǎng)廢水高灌（900 m3/hm2）、低水平施肥（30 kg/hm2）處理不僅節(jié)約肥料，而且能夠保障產(chǎn)量。但是，長(zhǎng)期的污水灌溉會(huì)使植物體內(nèi)積累過(guò)多的鹽分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬，導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降［10］。因此，如何科學(xué)地灌溉、采用何種灌溉方式以及污水灌溉對(duì)植物和土壤影響因素分析，這方面的研究還要進(jìn)一步開(kāi)展。

2.3 生物協(xié)同方式的資源化利用

現(xiàn)在所述的資源化綜合利用，一般是指在水生植物、水生動(dòng)物、微生物以及環(huán)境因子的共同作用下，其利用植物的分解、吸收，以及根部吸附的浮游動(dòng)植物及微生物群落的協(xié)同作用，達(dá)到養(yǎng)殖污水的分解處理目的。同時(shí)，利用富營(yíng)養(yǎng)化污染物作為資源進(jìn)行綜合利用，所生產(chǎn)的物質(zhì)具有進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。

2.3.1 水生植物協(xié)同利用

植物是重要的組成部分，它通過(guò)吸收、吸附和富集作用去除污染物，同時(shí)可以輸送氧氣至根區(qū)，為微生物提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，還能增強(qiáng)和維持介質(zhì)的水力傳輸。何江等［11］利用西洋菜凈化養(yǎng)豬廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，西洋菜凈化養(yǎng)豬廢水的能力較強(qiáng)，20d試驗(yàn)期CODCr，NH4+-N，PO43--P，BOD5去除率分別為87.0%～92.7%，93.7%～98.8%，62.5%～73.3%，88.0%～94.3%。李文祥等［12］在養(yǎng)殖水體中栽培水蕹菜，結(jié)果表明水蕹菜對(duì)TN，TP的去除率分別為30.02%，21.68%，明顯高于對(duì)照組?，F(xiàn)在水生植物已經(jīng)有了更廣泛的用途，有些植物（比如水蕹菜、水芹、西洋菜等）可以作為蔬菜食用，還有些植物（比如美人蕉、馬蹄蓮、睡蓮、荷花、西伯利亞鳶尾等）具有一定的觀賞性，在凈化水質(zhì)的同時(shí)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益和美學(xué)價(jià)值，形成了良好的生態(tài)景觀。

2.3.2 微生物協(xié)同利用

微生物是對(duì)污染物進(jìn)行吸附和降解的主要生物群體和承擔(dān)者［13］，它在物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中往往起核心作用，最先對(duì)污染物降解和轉(zhuǎn)化，還可以吸附一些營(yíng)養(yǎng)成分供給自身生長(zhǎng)和代謝。目前研究較多的是有益微生物菌群（EM），它是以光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為主的微生物復(fù)合而成的一種微生活菌制劑。EM菌原液滲入水體后，能殺死或抑制病原微生物和有害物質(zhì)，調(diào)整養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，增加水中溶氧量，保持養(yǎng)殖水體的生態(tài)平衡，已經(jīng)用于修復(fù)污染水體的實(shí)踐中。孟睿等［14］進(jìn)行芽孢桿菌與硝化細(xì)菌凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌可以降低廢水的COD和NO2--N濃度，COD去除率分別為67.97%，70.16%，NO2--N去除率分別為99.28%，99.51%；硝化細(xì)菌可以將廢水NH4+-N和NO2--N的濃度降低到0.6 mg/L以下，去除率分別為99.38%，81.44%。陳繁忠等［15］利用光合細(xì)菌處理養(yǎng)豬場(chǎng)污水，結(jié)果表明：CODCr，NH4+-N，NO2--N，S2-的平均去除率分別達(dá)到89.3%，80.1%，90.6%，82.4%；水中光合細(xì)菌數(shù)從580個(gè)/mL增加到4.8×104個(gè)/mL，達(dá)到了廢水資源化的目的。

2.3.3 水生動(dòng)物協(xié)同利用

水生動(dòng)物有促進(jìn)有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化的生態(tài)功能［16］，作為生態(tài)系統(tǒng)的消費(fèi)者構(gòu)成了完整的生物鏈，為浮游植物的大量生長(zhǎng)提供有利條件，為魚(yú)類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)提供食物，改善水質(zhì)。利用水生動(dòng)物對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收來(lái)凈化污水，目前是一種簡(jiǎn)單、有效的方法。其原理是通過(guò)改變植食性浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)，來(lái)提高大型浮游動(dòng)物的濾食效率，進(jìn)而降低藻類(lèi)生物量，提高水體透明度，改善水質(zhì)。浮游動(dòng)物通過(guò)攝食懸浮有機(jī)碎屑、細(xì)菌以及藻類(lèi)等浮游植物，來(lái)達(dá)到改善水質(zhì)的目的［17］。孟順龍等［18］在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中放流河蚌、螺螄、鰱、鳙等濾食性動(dòng)物，對(duì)提高水體透明度、降氮、除磷具有很好的效果。

2.3.4 菌藻共生系統(tǒng)

藻類(lèi)是一類(lèi)在陸地、海洋分布廣泛、營(yíng)養(yǎng)豐富、光合利用度高的自養(yǎng)生物，將藻類(lèi)與細(xì)菌等微生物結(jié)合起來(lái)，利用藻類(lèi)和細(xì)菌之間的生理協(xié)同作用，構(gòu)成藻類(lèi)和細(xì)菌的共生系統(tǒng)，用來(lái)凈化養(yǎng)殖廢水。藻類(lèi)通過(guò)光合作用利用水中的CO2，NH4+，PO43-等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合成自身細(xì)胞物質(zhì)并釋放出O2，好氧細(xì)菌則利用水中O2對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生CO2和上述營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以維持藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖，如此循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的生物凈化作用。

可見(jiàn)，生物協(xié)同方式的資源化利用是生態(tài)系統(tǒng)中植物、動(dòng)物、微生物及藻類(lèi)等組成成分共同促進(jìn)的結(jié)果，這些組分之間既有相互促進(jìn)，也相互影響，在生物協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的資源化利用。

3 展望

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人們的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸提高，對(duì)于改善居住環(huán)境的愿望也越來(lái)越強(qiáng)烈。通過(guò)養(yǎng)殖廢水的資源化綜合利用，既能緩解日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，又產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了資源循環(huán)利用。但是，應(yīng)該看到的是，養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展一方面帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，另一方面也對(duì)環(huán)境造成了極大的危害，養(yǎng)殖廢水已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境的重要污染源，治理難度非常大。因此，養(yǎng)殖廢水的資源化利用，是在傳統(tǒng)的污水治理基礎(chǔ)上，更加重視其綜合利用，將廢水的資源化綜合利用與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，既促進(jìn)了生產(chǎn)，又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，是一條良性循環(huán)發(fā)展的新道路。

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Discussion on resource utilization of livestock wastewater

LIU Sheng1，GAO Xiufang1，XU Shanxin2
（1.School of Earth Environment and Water Resource，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Institute of Mountain Spring Aquatic Vegetables，Anqing 246000，China）

Livestock wastewater is one of the important factors of ecological environment pollution，which is characterized by high quantity and pollution loading，and has brought enormous pressure on the environment.Livestock wastewater always is discharged after proper treatment as pollution sources.So its resource utilization has not been valued.Therefore，how to effective and efficient using the livestock wastewater，and improving their utilization rate is one of the main content on utilization of its resources.This paper describes the current status of aquaculture wastewater pollution；discusses the composition and the corresponding treatment and utilization method；different ways of its resource utilization-resource；several ways of resource utilization；finally，the future of livestock wastewater resource utilization is prospected.

livestock wastewater；resource；comprehensive utilization

X703

A

1674-0912（2015）11-0034-04

2015-10-23）

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371464）；湖北省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2011BFA023）

劉晟（1990-），男，碩士研究生，研究方向：生物與環(huán)境地球化學(xué)。