洪和琪　(遼寧省城市污水處理管理中心，遼寧沈陽 110161)

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淺析畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

洪和琪(遼寧省城市污水處理管理中心，遼寧沈陽 110161)

目前我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污污染嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，21世紀(jì)初我國畜禽養(yǎng)殖糞污產(chǎn)生量為19億t，其COD排放量為7 118萬t，遠(yuǎn)超過工業(yè)廢水與生活廢水COD排放量之和，畜牧養(yǎng)殖已成為環(huán)境保護(hù)和治理的重要污染源[1]。在畜禽養(yǎng)殖糞污治理方面，探尋一種易操作、成本低、處理速度快、效率高的廢水污水處理方法，成為國內(nèi)外環(huán)境治理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。筆者主要簡述了畜禽養(yǎng)殖廢水治理技術(shù)的研究進(jìn)展，并著重?cái)⑹隽藥追N主要的廢水處理工藝。

1畜禽養(yǎng)殖廢水的特點(diǎn)及危害

養(yǎng)殖廢水一般指尿液、糞便、飼料殘?jiān)?、沖洗水及工人生活、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水總稱，其中沖洗水占大部分。養(yǎng)殖廢水是一種典型的高濃度有機(jī)廢水，COD高達(dá)3 000~12 000 mg/L，氨氮濃度高達(dá)800~2 200 mg/L，SS超標(biāo)數(shù)十倍，對周圍環(huán)境危害較大。其水質(zhì)特征與畜舍結(jié)構(gòu)、清糞方式、沖洗水的使用、飼料營養(yǎng)成分及生產(chǎn)管理等有關(guān)。由于養(yǎng)殖廢水中含有大量的有機(jī)物、氮、磷、懸浮物、致病菌、重金屬元素、殘留獸藥、蛋白質(zhì)和脂肪等成分，這些污染物如果不進(jìn)行合理處置，一旦進(jìn)入天然水體就會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[2]。除對水體、農(nóng)田及作物產(chǎn)生污染外，還容易造成礦物元素和重金屬的污染、殘留獸藥的污染以及微生物污染等。

2國內(nèi)外畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)

養(yǎng)殖廢水的治理應(yīng)堅(jiān)持“減量化、無害化、資源化”的原則，同時(shí)考慮人口規(guī)模、土地承載力等綜合因素來控制規(guī)模化養(yǎng)殖場的發(fā)展速度和規(guī)模。目前，國內(nèi)外養(yǎng)殖廢水的處理模式主要有3類，即自然處理、還田利用和工業(yè)化處理模式。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，可供消納糞便污染水的土地將逐漸減少，同時(shí)還田利用和自然處理容易滋生病菌、傳播疾病，帶來二次污染，其應(yīng)用具有局限性，因此工業(yè)化處理模式受到了廣泛的關(guān)注，并逐漸成為研究的重點(diǎn)。

2.1厭氧處理技術(shù)厭氧處理技術(shù)是在無氧的條件下，厭氧菌將有機(jī)質(zhì)代謝為二氧化碳和甲烷，使廢水得到凈化。采用厭氧處理技術(shù)處理養(yǎng)殖廢水，在消除污染的同時(shí)，又能獲得清潔的二次能源和物質(zhì)，因此在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

2.1.1厭氧接觸法。厭氧接觸法是厭氧處理技術(shù)的代表工藝，它由Schroepfe在1956年提出，是最早的厭氧處理技術(shù)。該工藝是借鑒好氧活性污泥法，在厭氧消化池外增設(shè)沉淀池，沉淀池排放的污泥經(jīng)管道回流至厭氧消化池，使得厭氧消化池內(nèi)保持較高的污泥濃度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間的分離。該工藝提高了負(fù)荷，縮短了水力停留時(shí)間，使得消化池的容積減小，有機(jī)負(fù)荷率提高，多年實(shí)踐證實(shí)，該工藝適用于各種廢水的處理[3]。

2.1.2厭氧生物濾池。厭氧生物濾池(AF)是厭氧生物膜法的代表，該工藝是將填料填充于反應(yīng)區(qū)內(nèi)，微生物附著生長于濾料表面，形成厭氧生物膜，可有效降解污水中的有機(jī)質(zhì)，使污水得到凈化，它具有處理效率高、效果穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，在HRT為14 h時(shí)，TN去除率可達(dá)80%以上，TN的去除效果要優(yōu)于好氧生物濾池。李文潤等采用AF-BAF聯(lián)合處理豬場廢水，COD和氨氮的去除率分別為94.69%和87.72%，出水COD為190~340 mg/L，氨氮含量為40~70 mg/L，滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求[4]。雖然厭氧生物濾池處理效果良好，但是升流式厭氧生物濾池容易出現(xiàn)底部堵塞的問題，同時(shí)所需填料量大，且價(jià)格相對昂貴，這些因素都制約了厭氧濾池的應(yīng)用。

2.1.3升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)。UASB是最先由荷蘭著名學(xué)者G.Lettinga提出，1977年在國外相繼投入使用的一種有機(jī)廢水厭氧處理技術(shù)。因它兼具厭氧過濾和厭氧活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，在污水處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。UASB最早在歐美一些國家進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，處理效果較好，之后在許多國家被廣泛用于屠宰、啤酒釀造、土豆加工、牛奶生產(chǎn)、淀粉制造等領(lǐng)域污水的處理。20世紀(jì)80年代，我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京環(huán)境科學(xué)研究院及清華大學(xué)等科研單位開始了對UASB處理不同有機(jī)廢水的研究及應(yīng)用。在我國南方地區(qū)，氣溫較高，UASB往往能夠取得良好的處理效果；而在中部及西北部地區(qū)，由于冬季氣溫較低，UASB運(yùn)行處理效果較差。近10年來，國內(nèi)已建成許多UASB處理裝置，用于處理多種工業(yè)廢水，通過多年實(shí)踐證明，為防止UASB升流速度太快而導(dǎo)致懸浮固體流失，UASB在處理中低濃度(COD為1 500~2 000 mg/L)廢水時(shí)，進(jìn)水COD容積負(fù)荷一般控制在5~8 kg/(m3·d)，最小HRT為4~5 h；處理高濃度(COD為5 000~9 000 mg/L)廢水時(shí)，進(jìn)水COD容積負(fù)荷一般在10~20 kg/(m3·d)。

2.1.4膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(EGSB)。厭氧膨脹污泥床反應(yīng)器(Expanded granular sludge bed,EGSB)是由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的Lettinga教授研發(fā)。該工藝?yán)妙w粒污泥床的膨脹使廢水和微生物充分接觸，提高生化反應(yīng)速率，從而提高處理效能。EGSB在低濃度和高濃度廢水處理方面均有應(yīng)用。中溫(32~35 ℃)條件下，EGSB在進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷為2.00~6.75 kg/(m3·d)，進(jìn)水COD為1 000~13 000 mg/L，HRT為48 h時(shí)，對高濃度豆制品廢水的COD、BOD5去除率均在85%以上，并且具有較高的產(chǎn)氣率[5]。EGSB-生物接觸氧化工藝處理啤酒廢水，COD負(fù)荷達(dá)15 kg/(m3·d)，COD、BOD5、SS的去除率分別達(dá)98.08%、98.94%、97.2%，出水滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求[6]。

2.1.5內(nèi)循環(huán)升流式厭氧反應(yīng)器(IC)。IC反應(yīng)器是1985年荷蘭帕克公司在UASB的基礎(chǔ)上研發(fā)產(chǎn)生。IC反應(yīng)器的內(nèi)循環(huán)作用可使廢水和污泥充分接觸，提高傳質(zhì)效率，因此污泥活性高，同時(shí)又具有高徑比大(一般可達(dá)4~8)、負(fù)荷高、有機(jī)物去除能力強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。通常IC反應(yīng)器在處理中低濃度廢水時(shí)，進(jìn)水COD容積負(fù)荷可控制在20~24 kg/(m3·d)范圍內(nèi)，處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，進(jìn)水COD容積負(fù)荷可達(dá)35~50 kg/(m3·d)，這相對于UASB有較大提高。目前,IC反應(yīng)器在高濃度有機(jī)廢水處理方面應(yīng)用廣泛，如在淀粉、啤酒、造紙等行業(yè)的廢水處理得到了很好的應(yīng)用，且處理效果很好[7-9]。

2.2好氧處理技術(shù)好氧處理法可分自然好氧和人工好氧。自然好氧處理技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)投資少，運(yùn)行成本低，但其占地面積大，處理效果易受季節(jié)溫度影響。自然處理法一般包括好氧塘、慢速滲濾和人工濕地等，適用于養(yǎng)殖規(guī)模小且周邊有可利用的廢棄溝塘的養(yǎng)殖場。

2.2.1傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥法以曝氣池為核心，配備二沉池、污泥回流等系統(tǒng),曝氣系統(tǒng)同時(shí)起到增氧和混合的作用。20世紀(jì)70年代日本采用好氧間歇曝氣對豬場糞水進(jìn)行處理，養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢水大多在現(xiàn)場通過活性污泥法進(jìn)行處理凈化，出水達(dá)標(biāo)排入河流。而澳大利亞則在傳統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣裝置基礎(chǔ)上開發(fā)研究出簡單實(shí)用的多種淺層射流曝氣裝置。

2.2.2序批式活性污泥法及其改進(jìn)型工藝。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)最早由由英國學(xué)者Ardern和Locket發(fā)明，是以間歇曝氣方式運(yùn)行的污水處理技術(shù)，在同一構(gòu)筑物內(nèi)經(jīng)歷進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等過程將污水凈化[10-11]。美國學(xué)者Rirvine首次對SBR工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究取得成功后，于1980年在美國印第安納州的Culwer城投產(chǎn)運(yùn)行，是世界上首個(gè)采用SBR工藝的污水處理廠。1985年，上海吳淞肉聯(lián)廠設(shè)計(jì)并投產(chǎn)運(yùn)行了我國第一座SBR污水處理站，其設(shè)計(jì)水量為2 400 t/d。SBR工藝多與其他方式結(jié)合處理污廢水，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于城市污水、食品加工廢水等的處理。

2.2.3生物接觸氧化法。生物接觸氧化法是介于活性污泥法和生物濾池之間的生物膜法工藝，在池內(nèi)設(shè)置填料，池底曝氣充氧，微生物在填料上生長形成生物膜，與廢水充分接觸從而去除廢水中的有機(jī)質(zhì)。與其他處理工藝相比，生物接觸氧化工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：①BOD容積負(fù)荷大，污泥量大，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；②處理時(shí)間短且無污泥膨脹問題；③生物膜的適應(yīng)能力強(qiáng)，可以間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)維護(hù)管理方便等。因此，生物接觸氧化工藝被廣泛應(yīng)用于食品、制藥、染料、化工等領(lǐng)域的廢水處理。

2.2.4曝氣生物濾池。曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter，BAF)是生物膜法的一種新型工藝，20世紀(jì)初國外開始研究，80年代末基本成型，后經(jīng)過不斷改進(jìn)更新，現(xiàn)已開發(fā)出多種形式[12-13]。該工藝是普通生物濾池的一種變形，它在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生物氧化和固體截流，不設(shè)置二沉池，具有容積負(fù)荷和水力負(fù)荷大、HRT短、基礎(chǔ)建設(shè)投資少、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有同時(shí)去除COD、BOD、SS、脫氮和除磷的作用，出水水質(zhì)好。1981年世界首座BAF在法國建成投產(chǎn)，隨后在美國、加拿大、日本等國家也開始了BAF的廣泛研究與應(yīng)用。在我國，BAF作為一種新型工藝，正處于研究與推廣階段，許多學(xué)者及科研單位也對BAF的結(jié)構(gòu)形式、啟動條件、濾料等方面進(jìn)行了細(xì)致的研究，并取得了一定的成果。

2.3厭氧-好氧組合處理技術(shù)單一的厭氧工藝、好氧工藝均不能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水中高濃度有機(jī)質(zhì)的高效去除。一般直接采用好氧工藝HRT需要15 d，導(dǎo)致構(gòu)筑物投資成本增加，運(yùn)行費(fèi)用提高，厭氧處理出水COD一般為1 500 mg/L，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，需要將工藝進(jìn)行組合或深度處理，通過不同的組合工藝來提高養(yǎng)殖廢水的處理效率，在滿足處理效果和出水水質(zhì)要求的同時(shí)盡可能達(dá)到節(jié)約成本的目的。如杭州某集約化畜禽養(yǎng)殖場采用氨吹脫-A2/O工藝處理高濃度養(yǎng)殖廢水， COD和氨氮的去除率分別為97.4%和91.9%，出水水質(zhì)良好[14]。太湖流域內(nèi)某規(guī)?；B(yǎng)殖場采用改良UASB-自然通風(fēng)脈沖生物濾池-潛流人工濕地組合工藝處理奶牛養(yǎng)殖廢水，工況條件下COD、BOD5和氨氮的去除率分別穩(wěn)定在97%、97%和96%以上，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。將

厭氧、好氧工藝進(jìn)行組合，既能夠適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化，縮小占地面積，又能提高處理效果，優(yōu)化出水水質(zhì)，滿足達(dá)標(biāo)排放要求。

3結(jié)語

目前我國養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，大型規(guī)?；B(yǎng)殖場數(shù)量逐漸增多，養(yǎng)殖糞污污染治理得到相關(guān)部門的廣泛重視，污染治理方式、工藝和技術(shù)也在不斷提高。根據(jù)目前畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染狀況，應(yīng)從源頭上控制減少污染產(chǎn)生，同時(shí)加強(qiáng)末端治理，推廣清潔生產(chǎn)。畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)多種多樣，在選擇時(shí)，要綜合考慮技術(shù)優(yōu)勢、投資及運(yùn)行成本、操作難易程度等方面，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

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摘要我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模化養(yǎng)殖廠數(shù)量逐漸增加，其排放的廢水中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、懸浮物、致病菌、殘留獸藥等污染物，處理不當(dāng)容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在分析畜禽養(yǎng)殖廢水污染現(xiàn)狀、水質(zhì)特點(diǎn)及其環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，介紹國內(nèi)外畜禽養(yǎng)殖廢水的處理模式及處理工藝，分別就目前廣泛應(yīng)用的厭氧技術(shù)、好氧技術(shù)及厭氧-好氧組合處理技術(shù)對養(yǎng)殖廢水處理效果及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡要的分析，以期為畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水治理提供參考。

關(guān)鍵詞畜禽養(yǎng)殖；廢水；好氧技術(shù)；厭氧技術(shù)

Advances on the Research of Poultry and Livestock Breeding Wastewater Treatment

HONG He-qi(Liaoning Provincial Management Center of Wastewater Treatment, Shenyang, Liaoning 110161)

AbstractLivestock and poultry breeding industry has developed rapidly in China,and the number of large-scale farms has gradually increased.The wastewater contains large amounts of organic,nitrogen,phosphorus,suspended solids,bacteria and residues of veterinary drugs. Improper disposal can cause serious environment pollution. Based on the analysis of current situation of livestock and poultry wastewater,wastewater pollution characteristics and environmental impact,the processing pattern and process at home and abroad in livestock wastewater are studied. The relative merits of an aerobic technology and aerobic and both combination technology currently widely used are analyzed, so as to provide reference for livestock wastewater treatment.

Key wordsLivestock and poultry breeding;Wastewater;Aerobic technology;Anaerobic technology

收稿日期2015-10-14

作者簡介洪和琪(1982-)，女，遼寧沈陽人，碩士，從事廢水處理方面的研究。

中圖分類號S 181.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2015)32-109-02