盧紅玲，彭福元，崔新衛(wèi)，魯耀雄，高 鵬，彭新德

（1.湖南省農(nóng)業(yè)生物資源利用研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

牛場(chǎng)污水資源化利用的前處理方法效果研究

盧紅玲1，彭福元1，崔新衛(wèi)1，魯耀雄1，高 鵬1，彭新德2

（1.湖南省農(nóng)業(yè)生物資源利用研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

采用固液分離、沉淀、超聲波振蕩及化學(xué)添加方法，對(duì)牛場(chǎng)污水資源化利用前進(jìn)行處理。牛場(chǎng)廢棄物經(jīng)固液分離，再經(jīng)過(guò)沉淀池處理后液體廢棄物（即養(yǎng)殖污水）中懸浮物（SS）降低7.14%，大腸菌群數(shù)降幅達(dá)97.27%，COD含量降幅達(dá)82.51%。試驗(yàn)對(duì)比了添加不同比例生石灰、石灰氮和超聲波振蕩的處理效果，發(fā)現(xiàn)隨著化學(xué)藥劑添加比例的提高，養(yǎng)殖污水透光率升高，達(dá)到澄清所需時(shí)間減少，但同時(shí)養(yǎng)殖污水的電導(dǎo)率也顯著增加，磷含量顯著降低，而鉀含量變化較小。其中添加生石灰5 g/L的處理，2 d后養(yǎng)殖污水大腸菌群數(shù)降至0，透光率達(dá)到90%以上；添加石灰氮5 g/L的處理，1 d后養(yǎng)殖污水大腸菌群數(shù)降至0，透光率達(dá)到95%以上，且處理3 d后總氮含量增至600 mg/kg以上，而超聲波振蕩處理對(duì)所測(cè)指標(biāo)的影響較小?？梢?，養(yǎng)牛場(chǎng)廢棄物經(jīng)固液分離的液體部分通過(guò)沉淀、過(guò)濾及化學(xué)添加處理后，可經(jīng)水肥一體化管道就地資源化利用，這可為實(shí)現(xiàn)養(yǎng)牛場(chǎng)廢水以及類似水質(zhì)廢水的快速處理提供依據(jù)。

牛場(chǎng)污水；前處理；沉淀法；化學(xué)添加法；資源化利用

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、人民生活水平提高，畜禽產(chǎn)品需求逐年增長(zhǎng)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖方式和分布區(qū)域發(fā)生了巨大變化。目前畜禽養(yǎng)殖方式以集約型、規(guī)模化養(yǎng)殖為主，為了便于運(yùn)輸，許多規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)都建在大中城市近郊，由于城市近郊無(wú)足夠的土地消納大量的養(yǎng)殖廢棄物，因而導(dǎo)致規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染問題日益突出。其中液體廢棄物（養(yǎng)殖污水，包括畜禽尿液和沖洗水）排放量大，污染物含量高，處理設(shè)施不足，據(jù)調(diào)查，全國(guó)80%的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沒有污水處置和綜合利用設(shè)施，大量污水未經(jīng)處理或經(jīng)不當(dāng)處理就直接排入水體，對(duì)環(huán)境構(gòu)成了巨大壓力。養(yǎng)殖污水處理主要有還田模式、自然處理模式和工業(yè)化處理模式［1］。除還田模式外，后兩種處理模式主要涉及生化處理技術(shù)，包括厭氧處理、好氧處理以及厭氧、好氧處理等不同處理組合系統(tǒng)［2-4］；自然處理技術(shù)自然處理主要包括氧化塘、土地處理系統(tǒng)、廢水灌溉系統(tǒng)和人工濕地等［5］；光合細(xì)菌和EM制劑凈化技術(shù)（EM菌指有效微生物菌群）［6-7］。經(jīng)過(guò)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的污水稱為再生水或回用水，再排入水體或者直接用于灌溉［8-9］。但養(yǎng)殖污水除含有大量污染物質(zhì)外，有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等養(yǎng)分含量也很豐富，如果經(jīng)過(guò)液肥化技術(shù)處理可生產(chǎn)高質(zhì)量的有機(jī)液肥，達(dá)到既治理污染又利用資源的雙重目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)位于湖南省長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)脫甲村，牛場(chǎng)廢棄物經(jīng)固液分離機(jī)分離后，液體廢棄物（養(yǎng)殖污水）進(jìn)入沉淀池。在沉淀池中一方面發(fā)生自然沉淀作用，另一方面，在污水中含有的微生物作用下污水發(fā)生生物接觸氧化反應(yīng)，養(yǎng)殖污水利用原生微生物進(jìn)行有氧發(fā)酵。最后在作物需要灌溉時(shí)，污水通過(guò)水肥一體化管道對(duì)作物進(jìn)行自流澆灌。

實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)污水中固體懸浮物容易堵塞水肥一體化管道，需要在污水進(jìn)入管道前采取有效的處理辦法降低固體懸浮物含量。試驗(yàn)通過(guò)添加不同比例化學(xué)試劑CaO［10］和CaCN2［11-13］對(duì)養(yǎng)殖污水進(jìn)行前處理，考察化學(xué)試劑添加對(duì)污水的無(wú)害化處理效果。

1.2 試驗(yàn)方法

從基地取出經(jīng)過(guò)沉淀池處理的養(yǎng)殖污水帶回實(shí)驗(yàn)室，分裝入250 mL三角瓶中，每瓶裝200 mL，采用超聲波處理或者無(wú)機(jī)藥劑添加法處理。具體處理如下：處理A，自然放置為對(duì)照，不進(jìn)行任何人工處理；處理B，添加CaO 2.5 g/L；處理C，添加CaO 5 g/L；處理D，添加CaO 10 g/L；處理E，添加CaCN21 g/L；處理F，添加CaCN22.5 g/L；處理G，添加CaCN25 g/L；處理H，40 kHz超聲振蕩1 h；處理I，40 kHz超聲振蕩1 h后添加CaO 5 g/L；處理J，40 kHz超聲振蕩1 h后添加CaCN22.5 g/L。然后混勻，靜置，定期振蕩混勻。于1、2、3 d取中上層清樣檢測(cè)透光率和電導(dǎo)率，3 d后中速濾紙過(guò)濾存樣，檢測(cè)養(yǎng)分含量。每個(gè)處理3次重復(fù)。所用藥劑均為分析純化學(xué)試劑，CaO由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供，CaCN2由上海晶純生化科技股份有限公司提供。

1.3 檢測(cè)方法

養(yǎng)殖污水透光率采用紫外可見分光光度計(jì)于680 nm處測(cè)定［14］。電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀直接測(cè)定（采用DJS-1CF型探頭，電極常數(shù)1.003）?？扇苄钥偟獪y(cè)定方法：堿性過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度計(jì)法測(cè)定，氧化液為0.15 mol/L NaOH和3% K2S2O8，121℃氧化30 min，220 nm和275 nm雙波長(zhǎng)比色法［15］?？偭撞捎勉f銻抗比色法，于700 nm波長(zhǎng)條件下比色［16］。液體中銨態(tài)氮采用流動(dòng)注射分析儀測(cè)定，鉀采用火焰分光光度計(jì)法，固體懸浮物含量SS采用GB/T11901-1989重量法測(cè)定，0.45 μm有機(jī)濾膜過(guò)濾，重量差減法計(jì)算得出。大腸菌群數(shù)采用GB/T19524.1法測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定。

試驗(yàn)所用檢測(cè)儀器包括：上海精科雷磁便攜式電導(dǎo)率儀DDBJ-350（上海精密科學(xué)儀器有限公司），采用DJS-1CF型探頭，電極常數(shù)1.003；CIMO新苗BX5200H超聲波儀，工作頻率40 kHz（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；CIMO新苗DHG-91438S-Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；754型紫外可見分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行處理，采用SAS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前處理對(duì)養(yǎng)殖污水透光率的影響

色度或透光率是廢水水質(zhì)的重要指標(biāo)，也是水處理效果評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。養(yǎng)殖污水透光率越高，表明其中有色污染物和固體懸浮物越少，液體澄清度越高。經(jīng)固液分離的養(yǎng)殖污水中，添加一定比例的CaO或CaCN2，對(duì)養(yǎng)殖污水透光率的影響見圖1。由圖1可見，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，養(yǎng)殖污水透光率增加；CaO添加比例越高，透光率越高。添加CaO處理的養(yǎng)殖污水的透光率顯著高于對(duì)照，其中，添加CaO達(dá)5 g/L以上的養(yǎng)殖污水在處理1 d后透光率達(dá)到94.8%。添加5 g/L的CaCN2也可以達(dá)到提高養(yǎng)殖污水透光率的效果，處理1 d后，養(yǎng)殖污水的透光率就達(dá)到95%以上；而添加1 g/L和2.5 g/L的CaCN2澄清效果不顯著。處理H、處理I、處理J經(jīng)超聲波振蕩處理，與處理A、處理C、處理F相比，添加同等劑量藥劑處理，經(jīng)超聲波振蕩后的處理透光率下降。

圖1 不同處理養(yǎng)殖污水的透光率變化

2.2 不同前處理對(duì)養(yǎng)殖污水電導(dǎo)率的影響

由圖2可知，養(yǎng)殖污水添加CaO處理，養(yǎng)殖污水電導(dǎo)率顯著增加；而添加CaCN2處理，添加比例達(dá)到5 g/L電導(dǎo)率才增加，添加1～2.5 g/L比例的CaCN2處理，電導(dǎo)率反而低于對(duì)照；而經(jīng)超聲波振蕩處理后養(yǎng)殖污水電導(dǎo)率與未經(jīng)超聲波處理的差異不顯著。隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，養(yǎng)殖污水的電導(dǎo)率下降，但下降幅度較小，與處理1 d相比，處理3 d后養(yǎng)殖污水的電導(dǎo)率下降幅度僅為3.09%～13.76%（除處理B下降幅度為55.83%外）。

圖2 不同處理下養(yǎng)殖污水的電導(dǎo)率變化

2.3 不同前處理對(duì)養(yǎng)殖污水養(yǎng)分含量的影響

由表1可知，養(yǎng)殖污水經(jīng)過(guò)不同前處理3 d后，養(yǎng)殖污水中養(yǎng)分含量除鉀（K）含量外，總氮（TN）、銨態(tài)氮（NH4+-N）和總磷（TP）的含量差異均達(dá)顯著水平。添加CaO后，養(yǎng)殖污水的TN和NH4+-N含量降低，其中，NH4+-N含量降低達(dá)顯著水平；而添加CaCN2后，因?yàn)镃aCN2的水解，總氮含量顯著升高，其中添加0.5% CaCN2的處理TN總量為對(duì)照CK的3.3倍，但銨態(tài)氮含量沒有增加，這可能是因?yàn)镃aCN2水解產(chǎn)生尿素態(tài)氮所致。添加化學(xué)藥劑處理的養(yǎng)殖污水總磷含量顯著降低，其中添加CaO處理的養(yǎng)殖污水總磷含量降至1 mg/kg以下，降低幅度達(dá)98.59%以上，添加CaCN2的處理總磷含量降低幅度達(dá)55.94%以上。超聲波振蕩處理對(duì)養(yǎng)殖污水所測(cè)養(yǎng)分含量的影響不顯著。

表1 3 d后不同處理下養(yǎng)殖污水的養(yǎng)分含量比較（mg/kg）

3 結(jié)論與討論

固液分離處理可為廢棄物的后續(xù)處理降低負(fù)荷和成本。本試驗(yàn)基地采用固液分離裝置進(jìn)行第一步分離，經(jīng)分離后，養(yǎng)殖污水中只余少量懸浮物，試驗(yàn)測(cè)得經(jīng)固液分離的養(yǎng)殖污水SS含量0.5027～0.6232 g/L，透光率39.4%～42.3%，大腸菌群數(shù)1.1×105～1.2×105CFU/L，COD含量732.0～1408.0 mg/L，酸堿度為中性，pH值約7.2。

沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來(lái)的處理工藝，是廢水處理中應(yīng)用最廣的方法之一。養(yǎng)殖污水進(jìn)入沉淀池，一方面可沉淀養(yǎng)殖污水中雜物，另一方面，在微生物作用下污水發(fā)生生物接觸氧化反應(yīng)，養(yǎng)殖污水利用原生微生物進(jìn)行的有氧發(fā)酵，可降低廢水中大腸菌群數(shù)。經(jīng)沉淀池沉淀及生物接觸氧化3 d后，養(yǎng)殖污水透光率達(dá)到44.9%以上，SS含量降低7.14%，大腸菌群數(shù)降幅達(dá)97.27%，COD含量降幅達(dá)82.51%，pH值變化小?？梢姡?jīng)沉淀池處理后，養(yǎng)殖污水的大腸菌群數(shù)和COD含量指標(biāo)均已達(dá)到集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物最高允許日排放濃度［17］。

雖然沉淀池為有氧環(huán)境，但檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，沉淀池中養(yǎng)殖污水的硝態(tài)氮含量很低，含量范圍約0.17～0.21 mg/L，相對(duì)于銨態(tài)氮含量（0.10～0.14 g/L）可以忽略不計(jì)。

添加藥劑CaO的養(yǎng)殖污水電導(dǎo)率比CaCN2的高，其中一個(gè)原因是CaO加入后即生成Ca（OH）2，Ca（OH）2的百分溶解度0.17 g（20℃），而CaCN2微溶于水，自身溶解度低，水解生成Ca(OH)2的速度慢，故而加入污水中對(duì)其電導(dǎo)率增加影響小。但添加這兩種藥劑后，總磷TP的含量均顯著降低，CaO處理的養(yǎng)殖污水TP含量降至1 mg/L以下，這是溶液中Ca2+離子與PO43-生成沉淀所致。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加藥劑處理養(yǎng)殖污水，除P養(yǎng)分被沉淀外，N養(yǎng)分和K養(yǎng)分在液體中都能得到有效保留，添加CaCN2處理還能顯著增加養(yǎng)殖污水中總N含量，藥劑處理后，污水pH值由中性（pH=7.2）變?yōu)閴A性（pH＞9），經(jīng)處理后的養(yǎng)殖污水可直接通過(guò)水肥一體化管道施用，尤其適合南方酸化土壤。

試驗(yàn)以經(jīng)過(guò)固液分離裝置和沉淀池處理后的養(yǎng)牛場(chǎng)養(yǎng)殖污水（養(yǎng)殖污水，包括牛尿和沖洗水）為研究對(duì)象，為了使其能科學(xué)地資源化利用，考察了不同劑量化學(xué)藥劑添加和超聲波振蕩對(duì)其的處理效果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖污水添加一定比例化學(xué)藥劑CaO或者CaCN2能快速澄清，臭味減少，液體呈堿性（pH＞9），N和K養(yǎng)分被保留在污水中，而P被沉淀固定。其中添加生石灰5 g/L的處理，2 d后養(yǎng)殖污水大腸菌群數(shù)降至0，透光率達(dá)到90%以上；添加石灰氮5 g/L的處理，1 d后養(yǎng)殖污水大腸菌群數(shù)降至0，透光率達(dá)到95%以上，且處理3 d后總氮含量增至600 mg/kg以上。可見，養(yǎng)牛場(chǎng)廢棄物經(jīng)固液分離的液體部分通過(guò)沉淀、過(guò)濾及化學(xué)添加處理后，可經(jīng)水肥一體化管道就地資源化利用，適合于南方酸性土壤。但有關(guān)其水肥一體化施用于作物的效果有待進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯 楊賢智）

Pretreatment effect of wastewater from cattle farm before its resource utilization

LU Hong-ling1，PENG Fu-yuan1，CUI Xin-wei1，LU Yao-xiong1，GAO Peng1，PENG Xin-de2
（1.Institute of Agricultural and Biological Resources Utilization，Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410125，China；
2.Longping Branch of Graduate School of Hunan University，Changsha 410125，China）

Solid-liquid separation，precipitation，ultrasonic oscillation and bio-chemical treatment methods were used to treat wastewater in cattle farm before its utilization.Wastewater were separated before entered precipitation tank and reduced 7.14% suspended solids，97.27% fecal coliform numbers and 82.51% COD contents.Effects of agent addition （CaO and CaCN2） and ultra-sonic oscillation treatment were compared and discussed.The results showed that the increase of agent addition ratios to wastewater increased the transmittance，shortened the time to clarification，and increased the electric conductivity，decreased the total phosphorus content，but had little influence on potassium content.Addition of CaO 5 g/kg decreased fecal coliform number to 0，and increased the transmittance to over 90% after 2 days.Addition of CaCN25 g/kg decreased fecal coliform number to 0，and increased the transmittance to over 95% after 1 day，and increased total nitrogen content to 600 mg/kg after 3 days.While ultrasonic oscillation treatment had little influence on these detection indexes.The study suggested that wastewater from cattle farm could be resource utilization through integrative pipes of water and fertilizer locally after separated from solid wastes，treatment in precipitation tank，and addition of proper ration agent.It provided a basis for quick treatment of cattle farm wastewater before its safely resource utilization.

wastewater from cattle farm；pretreatment；precipitation method；agent addition method；resource utilization

X713

A

1004-874X（2016）12-0059-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.12.010

2016-09-29

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD14B17）；湖南省自然科學(xué)基金(2016JJ6065)

盧紅玲（1979- ），女，博士，助理研究員，E-mail：luhl_2004@126.com

彭新德（1966-），男，博士，研究員，E-mail：pengxinde2008@qq.com

盧紅玲，彭福元，崔新衛(wèi)，等.牛場(chǎng)污水資源化利用的前處理方法效果研究［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，43（12）：59-63.