吳樹彪，鞠鑫鑫，邵 蕾，楊守軍，孔凡克，羅 星，王 偉，董仁杰*

（1.中國農業(yè)大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670；2.山東中農三月環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，山東 煙臺 264670)

畜禽養(yǎng)殖糞水處理與資源化中的利用之達標排放

吳樹彪1，鞠鑫鑫2，邵 蕾1，楊守軍1，孔凡克1，羅 星1，王 偉1，董仁杰1*

（1.中國農業(yè)大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670；2.山東中農三月環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，山東 煙臺 264670)

畜禽養(yǎng)殖糞水的達標排放是指利用物理、化學、生物等手段處理養(yǎng)殖糞水，使其達到農用灌溉水質標準后排放。本文以畜禽糞水經過厭氧發(fā)酵后的沼液達標排放處理流程為模板，詳細介紹了沉淀預處理、好氧氧化和人工濕地生態(tài)處理等不同階段的主要技術工藝和參數要求，為畜禽養(yǎng)殖場糞水無害化處理和達標排放提供指導意見，減輕畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境造成的危害，推動我國規(guī)模化養(yǎng)殖綠色、健康發(fā)展。

達標排放；沉淀預處理；好氧氧化；人工濕地

近年來，專業(yè)化、規(guī)?；图s化的養(yǎng)殖模式大大提高了畜禽養(yǎng)殖的生產效率和飼料轉化率。但是規(guī)?；B(yǎng)殖在有效地降低生產成本、增加經濟效益的同時也造成了糞尿過度集中和沖洗水大量增加等問題，給生態(tài)環(huán)境帶來極大壓力[1]。目前，畜禽養(yǎng)殖糞水的最佳的處理方式是還田，包括直接還田和厭氧發(fā)酵后沼液還田。但是由于匹配土地的資源性限制，對于多雨、土地面積小、無法進行種養(yǎng)結合的地區(qū)，養(yǎng)殖場糞水往往需要經過處理后，達標排放[2]。

2017年6月27 日，全國人大常委會通過了關于修改《中華人民共和國水污染防治法》的決定，要求向農田灌溉渠道排放未綜合利用的畜禽養(yǎng)殖廢水應當保證其下游最近的灌溉取水點的水質符合農田灌溉水質標準GB 5084-2005。這就意味著養(yǎng)殖場排放糞水不僅僅要滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》還要考慮其下游最近的灌溉取水點的水質要求（表1）。

對于無法開展種養(yǎng)結合農田循環(huán)利用的畜禽糞水厭氧發(fā)酵后的沼液，為了滿足國家政策法規(guī)要求，避免排放對環(huán)境造成污染，需要對其進行達標排放處理，處理工藝一般需要沉淀預處理、好氧氧化和生態(tài)處理等多種處理技術的組合。畜禽糞水處理后達標排放的具體流程如圖1所示。

1 沉淀預處理

畜禽糞水厭氧發(fā)酵后的沼液在進行達標排放處理工藝之前需要采取一定的沉淀預處理措施，防止沼渣等固形物進入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，造成設備的堵塞或破壞等。針對糞水沼液中的大顆粒物質或易沉降物質的特性，畜禽養(yǎng)殖業(yè)多采用沉淀技術進行預處理。目前，畜禽養(yǎng)殖場常用的沉淀池工藝多為平流式沉淀池（圖2）。池體一般為矩形池，長寬比以4～5為宜。廢水從一端向另一端水平流過。進水通過溢流堰、穿孔墻等均勻進入池內。采用溢流堰式出水。池前底部有集泥斗，通過水靜壓力排泥。沉淀預處理池體積較大時，需要附加機械排泥設備。

平流式沉淀池由進、出水口，水流部分和污泥斗3部分組成。平流式沉淀池多采用混凝土筑造，也可用磚石圬工結構或用磚石襯砌的土池。平流式沉淀池構造簡單，沉淀效果好，工作性能穩(wěn)定，使用廣泛，但占地面積較大。若加設刮泥機或對比重較大的沉渣采用機械排除，可以提高沉淀池的工作效率。入流處的擋板一般高出沉淀池水面0.1～0.15 m，擋板的浸沒深度應不少于0.25 m，一般用0.5～1.0 m，擋板距進水口0.5～1.0 m。出水堰不僅可以控制沉淀池內的水面高度，而且對沉淀池內水流的均勻分布也有直接影響。沉淀池沿整個出流堰的單位長度溢應該相等，對于初沉池一般為250 m3/(m·d)，二沉池為130～250 m3/(m·d)。鋸齒形三角堰應用最普遍，水面宜位于齒高的1/2處。為適應水流的變化或構筑物的不均勻沉降，堰口處需設置能使堰板上下移動的調節(jié)裝置，使出口堰口盡可能水平。堰前設置擋板，以阻攔漂浮物，或設置浮渣收集和排除裝置。擋板應當高出水面0.1～0.15 m，浸沒在水面下0.3～0.4 m，距出水口處0.25～0.5 m。多斗式沉淀池，可不設置機械刮泥設備。每個貯泥斗單獨設置排泥管，獨立排泥，互不干擾，保證沉泥的濃度。在池的寬度方向污泥斗一般不多于兩排。

2 好氧氧化工藝

序批式活性污泥法（Sequencing Ba tch Reactor Activated Sludge Process， S BR）是一種間歇式活性污泥工藝，它把污水處理構筑物從空間系列轉化為時間系列，在同一構筑物內進行進水、反應、沉淀、排水、閑置等周期循環(huán)（圖3）。序批活性污泥法是集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)的一種處理工藝。該工藝比其他工藝簡單、剩余污泥處置麻煩少、節(jié)約投資、占地少、運行費用低、耐有機負荷和毒物負荷沖擊、運行方式靈活、出水效果好、厭（缺）氧和好氧過程交替發(fā)生、泥齡短、活性高，有很好的脫氮除磷效果[3]。

表1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準及農田灌溉水質標準參考列表

圖1 畜禽糞水厭氧發(fā)酵后的沼液達標排放處理流程

圖2 平流式沉淀池示意圖

圖3 序批活性污泥法工藝流程圖

表2 序批活性污泥工藝在去除污水中氨氮為主要目標時的主要設計參數

序批活性污泥法停留時間一般為 3～5 d，污泥回流比通 常 為 30%～ 50%。BOD（ 生化需氧量）有機負荷率通常為 0.13～0.3 kg BOD /(m·d)，污泥齡約 5～15 d。SBR進水應符合下列條件：①水溫宜為12～35 ℃、pH宜為6～9、BOD5/COD的值宜不小于0.3；②有去除氨氮要求時，進水總堿度（以CaCO3計）/氨氮（NH3-N）的值宜不小于7.14，不滿足時應補充堿度；③有脫氮要求時，進水的BOD5/總氮（TN）的值宜不小于4.0，總堿度（以CaCO3計）/氨氮的值宜不小于3.6，不滿足時應補充碳源或堿度；④有除磷要求時，進水的BOD5/總磷（TP）的值宜不小于17；⑤要求同時脫氮除磷時，宜同時滿足③和④的要求。

序批活性污泥法工藝反應池有效反應容積可按下式計算：

式中：

V1——反應池有效容積（m3）；

Q′——每個周期進水量（m3）；

S0——反應池進水五日生化需氧量（mg/L）；

Ls——反應池的五日生化需氧量污泥負荷（kg BOD5/( kg MLSS·d)）；

X——反應池內混合液懸浮固體（MLSS）平均質量濃度（kg/m3）；

tR——每個周期反應時間（h）。

序批活性污泥工藝在去除污水中氨氮為主要目標時的主要設計參數見表2。

圖4 人工濕地建設流程圖

表3 人工濕地的表面水力負荷

表4 人工濕地的表面污染負荷 g/(m2·d)

該工藝可有效去除沼液中的氨氮和剩余有機物，工藝流程簡單，占地少，管理方便，投資與運行費用較低，出水水質較好，適用于大中型養(yǎng)殖場應用。

3 生態(tài)處理工藝

生態(tài)處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、化學與生物學綜合作用來凈化污水，其凈化機理主要包括過濾、截留、沉淀、物理和化學吸附、生物氧化及生物吸收等[4]。該工藝能充分利用地形，結構簡單，建設費用低，以土石結構為主，易于施工。

3.1 人工濕地系統(tǒng)選型

人工濕地系統(tǒng)選型應充分考慮其系統(tǒng)特點和當地條件，進行最佳的系統(tǒng)選型。表面流人工濕地工藝的特點是廢水在人工濕地的土壤表層流動，水位較淺，一般在0.1～0.6 m，與潛流工藝相比，投資少，但負荷??；冬季北方地區(qū)表面會結冰，夏季可能會繁殖蚊子，還會有臭味。潛流人工濕地工藝的特點是廢水在人工濕地的地表下流動，保溫效果好，處理負荷相對較高，處理效果受氣候的影響較小，但投資比表面流工藝要高。該工藝繁殖蚊子和產生臭味的可能性很小，是目前國際上采用較多的一種工藝。復合人工濕地工藝在綜合考慮不同濕地工藝特點的同時，結合當地具體情況，發(fā)揮多種工藝的最大優(yōu)勢而產生的一種組合工藝。

3.2 人工濕地污水處理系統(tǒng)選址

在人工濕地建設前，應先對建設地實際情況進行考察論證，調查預處理污水量，分析污水水質，確定處理規(guī)模以及有關污染物的去除率，進行科學評估后進入設計規(guī)劃階段，最后按設計規(guī)劃進行工程建設，工程交付完成后進入運行管理及科學研究階段，詳細流程如圖4所示。

3.3 人工濕地設計計算方法

人工濕地的設計可以按照表面水力負荷和表面污染負荷進行計算，計算方法如下：

人工濕地表面水力負荷按下式進行計算：

式中：

qh——人工濕地的水力負荷率（m3/(m2·d)）；

Qin——人工濕地的進水流量（m3/d）；

AW——面積（m2）。

表面流人工濕地、潛流人工濕地的表面水力負荷推薦值如表3所示。對于冬季溫度在0 ℃以下的地區(qū)，為保證低溫情況下的水質凈化效果，冬季應做好保溫措施，且表面水力負荷應取低值，并設置一定的保證系數。

表面污染負荷按下式進行計算：

式中：

qp——人工濕地的表面污染負荷（g/(m2·d)）；

Qin——人工濕地水質凈化系統(tǒng)的進水流量（m3/d）；

C0——進水中的污染物濃度值（mg/L）；

Ce——出水中的污染物濃度值（mg/L）；

AW——面積（m2）。

表面流人工濕地、潛流人工濕地的表面污染負荷推薦值如表4所示。對于冬季溫度在0 ℃以下的地區(qū)，為保證低溫情況下的水質凈化效果，冬季應做好保溫措施，且表面污染負荷應取低值，并設置一定的保證系數。

3.4 人工濕地建設施工

人工濕地的建筑結構包括底部的襯墊和圍堰；水流的分布結構；水位調節(jié)結構；以及水流分布和收集管道。

1）對于新建人工濕地，根據設計形成的濕地單元，分單元進行挖掘，將場地挖到設計深度，平整夯實，保證達到設計坡度，然后進行防滲處理，以防止地下水受到污染或防止地下水滲透進入濕地，這個過程是人工濕地地基的準備。地基上鋪上紡織網，大的石塊必須被清除，或者在地基上鋪上砂子防治破壞滲透層。

2）圍堰是濕地建筑中的一個普通的要素?？傮w來講，圍堰的高度一般不超過上坡周圍地形20 cm。上坡圍堰被用來轉移表面徑流。下坡圍堰設計用來爆出礪石床和維持濕地的水位。圍堰的壓實程度必須是90%的最大密度。

3）人工濕地基質選擇：潛流人工濕地基質層的初始孔隙率宜控制在35%～40%；進水配水區(qū)和出水集水區(qū)的基質一般采用60～100 mm粒徑的礫石，均勻分布于整個床體。進、出水口則應填充較大粒徑的礫石，以防堵塞。

4）人工濕地植物的選擇：人工濕地可選擇蘆葦、蒲草、荸薺、蓮、水芹、水蔥、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麥冬、風車草、燈芯草等挺水植物。人工濕地植物種植的時間宜為春季。植物種植密度可根據植物種類與工程的要求調整，挺水植物的種植密度宜為9～25株/m2，浮水植物和沉水植物的種植密度均宜為3～9株/m2。

5）在啟動階段，需對濕地內雜草進行處理，一般可采用淹水滅雜草的辦法。人工濕地在栽種濕地植物后需要充水，將水位控制在地面以下25 mm處。按設計流量運行3個月后，將水位降低到距濕地床底0.2 m處運行，以促進濕地植物的根系向床體深處發(fā)展，待根系深入到床底生長后，可再將水位調節(jié)到地表以下0.2 m處，開始正常運行。

[1] 陳子愛，鄧良偉.生豬標準化養(yǎng)殖糞污處理關鍵技術應用現狀效果分析[J].飼料與畜牧·規(guī)模養(yǎng)豬，2013(7)：5-8.

[2] 孔凡克，邵蕾，楊守軍，等.固液分離技術在畜禽養(yǎng)殖糞水處理與資源化利用中的應用 [J]. 豬業(yè)科學 ，2017，34(4)：96-98.

[3] 國家環(huán)境保護總局科技標準司. 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準：GB 18596-2001[S].北京：中國標準出版社，2001.

[4] 中華人民共和國農業(yè)部. 農田灌溉水質標準：GB 5084-2005[S].北京：中國標準出版社，2005.

[5] 湯歡歡.城市污水處理工藝的現狀分析及問題研究[J].城市建設理論研究（電子版）2015(7).

[6] 吳樹彪，董仁杰.人工濕地生態(tài)水污染控制技術與理論[M].北京：中國林業(yè)出版社，2016.

[7] 中華人民共和國環(huán)境保護部. 人工濕地污水處理工程技術規(guī)范：HJ 2005-2010[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，2010.

2017-08-11）

山東省重點研發(fā)計劃（2016ZDJS11A07），煙臺市科技發(fā)展計劃（2015ZH070，2016ZH075）

作者：吳樹彪（1983－），男，博士，主要從事人工濕地污水處理及厭氧發(fā)酵工藝研究，E-mail：wsb4660017@126.com

*通訊作者：董仁杰，教授，博導，主要從事生物質能、有機廢棄物資源化研究。E-mail： rjdong@cau.edu.cn