畜禽養殖廢水解決方法運用范文

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近年來，隨著我國農業結構的調整和農業產業化的推進，規模化、集約化的畜禽養殖業得以迅猛發展，成為我國農村經濟中最活躍的經濟增長點和主要的支柱產業。規模化的集中飼養方式，有利于提高飼養技術、防疫能力和管理水平。與傳統飼養方式即農戶分散飼養相比，規模化飼養能夠大大縮短畜禽的生長周期，提高飼料轉換率和畜禽產量，降低養殖成本，從而增加經濟效益。但是規模化養殖場在提供肉食品，滿足城鄉人民生活需要的同時，也造成了糞尿過度集中和沖洗水大量增加，由此所衍生的日益嚴重的環境污染問題不僅影響經濟發展，而且還危及生態安全。2002年和2003年，我國畜禽糞便產生量分別為27.50億噸和31.90億噸，分別是工業固體廢棄物的2.91倍和3.20倍［1］。據原國家環境保護總局對全國23個省（區）、市規模化畜禽養殖業污染狀況調查表明，畜禽糞便產生量為工業固體廢棄物產生量的2.40倍，畜禽糞便化學需氧量（COD）遠遠超過我國工業廢水和生活污水COD排放量之和［2］。畜禽養殖污染已成為繼工業污染、生活污染之后的第三大污染源，成為我國農村面源污染的主要原因之一。未經處理的畜禽廢水含有大量有機污染物質、懸浮物以及N、P等營養物，污染負荷很高。研究資料表明，養豬場排放廢水的生物化學需氧量（BOD5）高達2000～8000mg/L。COD高達5000～20000mg/L。此類廢水直接排入江河湖庫不僅可能導致水體富營養化，還會使對有機污染物質敏感的水生生物逐漸死亡；嚴重時水體會發黑發臭，造成持久性有機污染。畜禽廢水長時間滲入地下水，會使地下水中硝態氮或亞硝態氮濃度增高，溶解氧含量減少，水體有毒成分增多，導致水質惡化。高濃度畜禽廢水還可能導致土壤空隙堵塞，造成土壤透氣、透水性下降及板結、鹽化，嚴重影響土壤質量，甚至傷害農作物，造成減產和死亡。此外，畜禽養殖場廢水中含有大量病原微生物、寄生蟲卵以及滋生的蚊蠅，會造成人、畜傳染病的蔓延，尤其是人畜共患病時，會導致疫情發生，給人畜帶來災難性危害。目前畜禽養殖業產生的廢水、廢渣和惡臭對環境的嚴重污染已引起政府的重視。為此，原國家環保總局了《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596－2001），著手治理畜禽養殖場和養殖區的環境污染問題，污染治理研究和設計者，也相繼開發了不同處理工藝，并建立了各式養殖業廢水處理工程。

1畜禽養殖業廢水的預處理

畜禽養殖業廢水中的懸浮物濃度很高，懸浮物質是COD的主要來源之一，過高的懸浮物質會影響后續處理的效果。所以無論采用何種工藝對畜禽養殖業廢水進行處理，都要采取一定的預處理措施。通過預處理不僅可以有效地降低廢水的污染物負荷，同時還可以防止大塊的固體或雜物進入后續處理環節，避免設備的堵塞或損壞等。針對畜禽養殖業廢水中的大顆粒物質或易沉降的物質，通常采用過濾、離心、沉淀等固液分離技術進行預處理，而沉淀是畜禽養殖業廢水預處理最為廣泛應用的方法。目前，凡是有廢水處理設施的畜禽養殖場基本上都是在舍外串聯2至3個沉淀池，通過過濾、沉淀和氧化分解對糞便和廢水進行處理。

2畜禽養殖業廢水的還田處理

畜禽廢水還田作肥料是一種傳統、經濟有效的處置方法，不僅能有效處理畜禽廢棄物，還能將其中有用營養成分循環利用于土壤—植物生態系統，使畜禽廢水不排往外環境，達到污染物的零排放，最大程度實現資源化，減少化肥施用量，提高土壤肥力。其次，這種處理技術還具有投資少，不耗能，無需專人管理，運行費用低等優點。但是這種處理方式也有以下明顯的不足。（1）需要大量農田來利用畜禽廢水，每萬頭豬場至少需100畝土地消納糞便污水，故其受條件所限而適應性弱。（2）雨季及非用肥季節必須考慮糞便污水或沼液的出路。（3）不合理的利用方式或連續過量利用會導致硝酸鹽、磷及重金屬的沉淀，從而對地表水、地下水構成威脅。（4）在生物降解過程中可能有氨及硫化氫等有害氣體釋放，對大氣造成污染。（5）在廢水澆灌過程中存在著傳播畜禽疾病和人畜共患病的危險。還田處理適用于遠離城市、土地寬廣且有足夠農田消納糞便污水的經濟落后地區，特別是種植常年需施肥作物的地區，要求養殖場規模較小。在發達國家，畜禽廢水還田倍受重視，技術上也日益成熟。如美國約有90％的養殖場采用還田的方式處理畜禽廢棄物。鑒于畜禽糞尿污染的嚴重性和處理難度，英國和其他歐洲國家已開始改變飼養工藝，由水沖式清洗糞尿回歸到傳統的稻草或作物秸稈鋪墊吸收糞尿，然后制肥還田。在我國，由于規模化畜禽養殖業的發展，畜禽廢水日益集中，量大難存放，且其生產與農業使用存在季節上的差異，再加上我國農業化學工業迅速發展，大量化肥代替了傳統農家肥，使得畜禽糞便廢水還田效果不佳。據統計，我國畜禽糞尿還田量僅占總生產量的1/3左右［3］。我國一般采用厭氧消化后再還田利用，可避免有機物濃度過高而引起的作物爛根和燒苗，同時經過厭氧發酵可回收能源，減少溫室氣體排放，且能殺滅部分寄生蟲卵和病原微生物。國外對畜禽廢水還田的研究主要集中在安全性評估以及減少風險措施方面。Smith［4］對各種畜禽糞便在不同氣候、土壤、施用季節及施用方法等條件下的揮發及浸析狀況進行了評估。Thyselius［5］等認為畜禽糞便廢水撒布后立即耕種是消除異味、減輕空氣污染及控制地表溢流、土壤浸析的好方法，但需消耗額外動力。Sutton［6］在對多個試驗點進行研究后，確定了影響動物糞便營養成分的因素，并提出了對優化土地利用可行的管理技術。我國對畜禽廢水還田的研究側重于污水厭氧消化液的正面影響，即改良土壤、增產效果以及畜禽廢物資源化經濟可行性的分析方面，而其長期、高負荷施用的危害尚未引起足夠的重視。唐小明［7］在黃土高原連續3年定位試驗結果表明，旱地施用畜禽肥分有明顯的培肥作用和蓄水保墑效果，在平均每公頃施有機肥112.5噸的條件下，土壤有機質、全氮、速效氮、磷、鉀含量比試驗前分別提高了36.4％、21.7％、49.7％、16.2％和44.2％，每1mm降水多生產小麥1.83kg，水分利用效率提高22％，小麥增產15.8％。

3畜禽養殖廢水的自然處理

自然處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、化學與生物的綜合作用來凈化污水。其凈化機理主要有過濾、截留、沉淀、物理和化學吸附、化學分解、生物氧化及生物吸收等。其原理涉及生態系統中物種共生、物質循環再生原理、結構與功能協調原則，分層多級截留、儲藏、利用和轉化營養物質機制等。自然處理法主要采用氧化塘、土地處理系統以及人工濕地等自然處理系統對畜禽廢水進行處理，適用于距城市較遠、氣溫較高且土地寬廣有灘涂、荒地、林地或低洼地可作污水自然處理系統、經濟欠發達的地區，要求養殖場規模中等。自然處理法的主要優點缺點比較見表1。表1自然處理法的主要優缺點比較自然處理法在美國、德國、澳大利亞和東南亞一些國家應用較多，且國外一般未經厭氧處理而直接進入氧化塘處理畜禽糞便污水。往往采用多級厭氧塘、兼性塘、好氧塘與水生植物塘等工藝，污水停留時間長（水力停留時間長達600d），占地面積大［8］，多數情況下氧化塘只作為人工濕地的預處理單元。目前，國外對畜禽廢水自然處理法的研究主要集中于數據庫和設計指南的開發、機理的研究及改良人工濕地技術。美國自然資源保護服務組織（NRCS）編制了養殖廢水處理指南，建議人工濕地生化需氧量（BOD5）負荷為73kg/（hm2?d），水力停留時間至少12d［9］。PoachME［10］為了研究有機負荷和去除效果的關系，設計了6個并聯的濕地—池塘—濕地處理系統，通過分別進水控制各處理單元的有機負荷。試驗研究表明，最佳TSS、COD、TN、TP去除率分別為35％～51％、30％～50％、37％～5l％、13％～26％，夏季處理效果明顯優于冬季，處理效果受溫度和降雨的影響較大。廣州市某養豬場采用高處理級綜合穩定塘，養豬場廢水的污染物CODCr、BOD5、氨氮、SS去除率分別為99．5％、99．6％、93．5％和98％［11］。植物是人工濕地的核心，我國在利用人工濕地處理畜禽廢水方面的研究和應用主要集中于植物篩選和處理效果的考察。JianboLu［12］等人將集約化養鴨場建于面積為688m2，主要由水葫蘆組成的濕地上，旨在考察水葫蘆對養鴨廢水的凈化能力及其對鴨子食物攝入量的影響。研究表明，COD的去除率為64.44％，總N的去除率為21.78％，總P的去除率為23.02％，并且廢水中的溶解氧和透明度都得以明顯改善；研究還發現在此飼養條件下，鴨子的食物攝入量和產蛋量比對照組高出5.86％和9.79％。鄧仕槐［13］等選取蘆葦及姜花，研究其在處理畜禽廢水過程中脫氮除磷效果，結果表明，蘆葦、姜花均有較好的脫氮除磷效果。我國南方地區如浙江、福建和廣州等省也多應用自然處理法處理畜禽廢水，但大多采用厭氧預處理后再進入氧化塘進行處理。如深圳牧業實業公司的養殖廢水處理工程采用污水—固液分離—調節池—上流式厭氧消化池—植物塘—魚塘—排放的工藝流程，處理后廢水能達到深圳市廢水排放標準［14］。

4畜禽養殖業廢水的工業化處理

工業化處理技術包括厭氧處理、好氧處理以及厭氧—好氧處理等不同處理組合系統。對那些地處經濟發達的大城市近郊、土地緊張且無足夠農田消納糞便污水或進行自然處理的規模較大養殖場，采用工業化處理模式凈化處理畜禽糞便污水為宜。工業化處理模式主要優點一是占地少；二是適應性廣，不受地理位置限制；三是受季節溫度變化的影響較小。其主要缺點一是投資大，每萬頭豬場糞便污水處理投資約120萬～150萬元；二是能耗高，每處理1噸污水約耗電2～4kW?h；三是運轉費用高，每處理1噸污水需運轉費2.0元左右；四是機械設備多，維護管理量大；五是需專門技術人員管理。韓國、意大利和西班牙等國少部分養殖場應用自然處理技術處理糞便污水，而日本則大量應用該技術，美國亦開始該技術的研究與應用；我國目前已有相當多的養殖場采用該技術處理畜禽糞便污水。對于高濃度有機廢水的處理，厭氧技術是必然選擇之一。目前較常用也比較有效的處理方法是厭氧或厭氧+好氧后續處理工藝，研制高效厭氧反應器是豬場廢水處理的關鍵。鄧良偉［15］等人利用容積為120L的內循環厭氧反應器（IC）處理豬場廢水，水力停留時間0.8～2.0d，COD負荷3～7kg／(m3?d)，經過半年的運行，結果表明，COD平均去除率為80.3％，耐沖擊負荷好，BOD平均去除率為95.8％，SS去除率為78.5％，總P平均去除率達53.8%，沼氣的產率1．5～3m3/（m?d）。厭氧反應器中，部分有機氮轉化為氨態氮，使得出水氨氮濃度比進水高2.82％，反應器對總氮的去除還需進一步的試驗研究。有研究資料指出，在厭氧工程的裝置選型上，一般SS穩定低于8000mg/L的有機廢水選UBF或UASB較好；而SS控制較困難或SS含量不穩定和較高的選ABR較好。一般而言，單純使用厭氧工藝，出水有機污染物還很高，必須采用后續處理才能達到排放標準。好氧生化法主要有活性污泥法和生物接觸氧化法。成文［16］采用接觸氧化水解（酸化）—兩段接觸氧化—混凝工藝處理豬場廢水，水解對CODCr有較高的去除率，穩定在60％～70％；接觸氧化對COD的去除效果在50％左右。整個工藝對氨氮去除效果較好，出水氨氮在13～15mg/L，CODCr在200～250mg/L，經過聚合氯化鋁混凝沉淀后，最終出水CODCr穩定在100mg/L以下，出水達到污水綜合排放一級標準。但該工藝程序復雜，占地面積大，對氨氮的去除效果還有待進一步研究。鄧良偉［17］研究水解—SBR處理豬場廢水，大大簡化了處理工藝，水解去除了大部分COD，TP去除率達到55％，但對氨氮去除效果不好；SBR對氨氮有較好的去除效果，TN的去除率為74．1％，氨氮的去除率在97％以上。

由于養殖場廢水系高濃度有機廢水，采用好氧處理工藝直接進行處理則需對廢水進行稀釋，或采用很長的水力停留時間（一般6d以上，有的甚至長達16d），這都需建大型處理裝置，投資大，能耗高，運行費用昂貴。高濃度有機廢水采用厭氧—好氧聯合處理工藝是公認的最經濟的方法。趙一霖［18］等人采用水解酸化+CASS工藝處理畜禽養殖業廢水，運行結果表明，廢水經過水解酸化池進行短時間的水解酸化（HRT=2.0～6.0h）后，可生化降解程度提高，使后續處理CASS工藝對畜禽糞便污廢水中SS、COD、BOD的去除率分別達到90%、95%、95%，但是對厭氧消化液的處理效果較差。一些研究者針對厭氧消化液處理效果差的問題，研究提出了改進方法一是加堿，改善了NH43+－N去除效果，但對總N去除無效果。二是加C源，主要添加葡萄糖、甲醇和乙酸，這些方法雖取得了較好處理效果，但需增添裝置投資，工作強度和運行費用亦大幅增加。厭氧—加原水間歇曝氣（簡稱Anarwia工藝）是由我國研制開發的畜禽養殖污水處理新工藝。即將大部分畜禽養殖廢水進行厭氧消化后，出水再與小部分未經厭氧消化的養殖廢水混合，然后采用間歇曝氣序批式反應器處理混合水。該工藝處理效果與序批式反應器直接處理工藝相同，但其水力停留時間、工程投資、剩余污泥量、需氧量同比分別降低38.6％、11.8％、16.4％和95.9％，并能回收沼氣。若不計沼氣收益，該工藝處理費用比序批式反應器工藝低47．5％；若計沼氣收益則處理費用僅為序批式反應器工藝的9.1％。說明Anarwia工藝頗具優勢，并已成功應用于杭州燈塔養殖總場［19，20］和田園養殖場廢水處理工程，尤其是后者的處理效果更好，主要污染物CODCr、BOD5、氨氮、SS去除率分別為90％、95％、99.1％和92％［21］。近年來，研究和設計人員采用厭氧—好氧—自然處理—還田處理聯用工藝對畜禽養殖業廢水進行處理，取得了較好的效果。河南省某牧業有限公司采用水解酸化—UASB—接觸氧化—生物氧化塘—人工濕地組合工藝對其養豬場產生的養殖廢水進行處理。長期運行表明，出水一直穩定達到并高于《農田灌溉水質標準》（GB5084－92），其COD、BOD、SS、凱氏氮的去除率分別達到98%、98%、98%、93%以上。處理后的水全部用于附近農田灌溉（每天平均200m3），所產生的污泥用于附近農田施肥。所產生沼氣（每天600m3）用于廠區發電機發電。這樣不僅大大減少了污染物排放總量，而且開發了可再生能源資源，為公司創造了良好的經濟效益，也促進了附近農業生產的發展［22］。5結論與展望目前導致畜禽養殖業廢水處理率低的主要原因，一是畜禽養殖屬微利行業，受到自然和市場的雙重風險，企業經濟效益差，沒有資金投入廢水處理。二是有關廠家環境保護意識淡薄，有關部門執法不嚴。此外，還有一個重要原因是對畜禽養殖廢水處理認識模糊，處理模式單一。

許多人始終存在一個思維上的定式，即環保的“達標排放”思路。一些糞污處理研究和設計人員不切實際地追求處理設施的機械化和現代化，錯誤地認為糞污處理必須要建造復雜的構筑物和現代的機械設備，致使處理工程投資大，運行費用高，養殖企業難以承受，即使建有處理設施，也可能只是作擺設。因此，有必要對各地畜禽養殖廢棄物的不同處理方法進行調查研究和技術經濟評價，總結出適合不同地區、不同規模的養殖場糞污廢水處理模式。根據當前畜禽養殖業廢水處理現狀，解決此類污染問題，首先應當加強養殖場環境管理，從源頭污水減量化考慮，采用“零污染”干式飼養，減少用水量，基本實現污染物零排放。或采用干清的方式代替水沖，既不會流失營養物質，又可以大大減少廢水的排放。其次選擇某種處理方法，不僅要考慮這種處理方法在技術上的優勢，還要考慮該方法的投資、日常運行費用和操作是否方便等問題。現階段我國經濟整體水平不高，能源相對缺乏，因此，在畜禽廢水處理設計中應根據當地具體情況首先考慮還田處理和自然處理或采用還田與自然處理相結合的處理方式。在一些土地資源緊張，經濟較發達的地區也可考慮采用好氧、厭氧生物處理。目前，對于畜禽廢水處理的設計，特別是還田利用以及自然處理尚未有設計準則和規范可依，人們通常參照其他污水的資料作為設計依據，針對畜禽廢水的設計標準和規范尚缺乏深入研究。因此，應結合我國不同地區的具體情況，深入開展工作，取得適合于不同地區、不同自然條件下畜禽廢水自然處理技術的實用數據，建立畜禽廢水處理實用數據庫，編寫科學的設計標準和技術準則，使畜禽廢水設計科學化、規范化是當務之急。