高浓度畜禽养殖废水厌氧生物处理技术研究*

陈慧祥 彭举威 林孝娟

(1:吉林建筑工程学院市政与环境工程学院，长春 130118;2:长春市财政投资评审中心，长春 130061)

自20世纪90年代以来，我国畜禽业发展迅速，肉类和禽蛋产量均跃居世界第一，各种大型养殖场大量涌现，随之而来的是越来越严重的养殖粪尿和废水污染问题.如养殖粪尿排泄物及废水得不到妥善处置将会对我国城市环境、饮用水源、农业生态产生直接威胁和危害，同时也会影响养殖业自身的可持续发展.养殖废水的处理模式主要有:①还田模式;②自然处理模式;③工厂化处理模式［1］.还田模式对于小型养殖场来说有一定的可行性，对于规模化养殖场来说需要大量土地来对养殖废水进行消化，因此就不适用;自然处理模式对于规模化养殖场来说也需要占用大量的土地，也不适用.因此，对于规模化养殖场来说，工厂化处理模式具有占地面积小、处理效率高等特点，被越来越多的规模化养殖场所采用，但由于养殖业不同于其他行业，养殖业经济效益不高导致污水处理投资不可能太大，这就需要开发投资少、处理效果好的工艺［2］.

厌氧生物处理技术具有动力消耗小、污泥产量少、能产生生物能(沼气)，以及对某些难降解有机物有较好的处理效果.因此，厌氧生物处理技术被大量用于高浓度有机废水并得到了迅速发展［3］.单一的厌氧处理对COD有一定的去除，可氮、磷的去除并不理想，达不到排放标准，需要与好氧处理相结合.邓良伟［4］等采用内循环厌氧反应器(IC)处理猪场废水，TP去除率达53.8%，COD去除率达80.3%，BOD5去除率达95.8%，SS去除率达78%.邓仕槐［5］等采用气浮－ABR－CASS－湿地及生态塘组合工艺，都取得了较好的效果.

1 几种常用的厌氧生物处理技术

目前常用于高浓度养殖废水处理的方法主要有厌氧滤池(AF)法、升流式厌氧污泥床(UASB)法、厌氧折流板反应器(ABR)法等.

1.1 厌氧滤池(AF)生物技术

厌氧滤池(AF)是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器.厌氧微生物一部分附着生长在填料上，形成厌氧生物膜，另一部分在填料空隙间处于悬浮状态.污水在流动过程中保持与生长有厌氧细菌的填料相接触，通过微生物的一系列作用，将高浓度养殖废水中的有机物去除，并产生以甲烷为主的沼气［3］.通过收集装置将沼气收集可用于养殖场日常生活用能、反应器保温、养殖场保温等.厌氧滤池内生物固体浓度高，因此可以获得较高的有机负荷，废水COD负荷可高达(5～15)kg/(m3·d)，当有机物浓度和性质适宜时有机负荷高达(10～20)kg/(m3·d).厌氧滤池内固体停留时间长，因此可以缩短水力停留时间，耐冲击负荷能力也较强，而且启动时间短，运行管理也较方便［3］.但是，在填料采用不当的情况下，污水悬浮物浓度较高时容易发生反应器短路和堵塞，这是厌氧滤池不能迅速推广的一个瓶颈.

1.2 升流式厌氧污泥床(UASB)生物技术

升流式厌氧污泥床(UASB)是在升流式厌氧滤池的基础上改良而来的，它取消了滤池内的全部填料，并在池子的上部设置了气、液、固三相分离器，这就构成了一种结构简单、处理效能高的新型反应器—升流式厌氧污泥床反应器［3］.图1为UASB反应器工作原理示意图.

污水从反应器底部向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的的污泥床，在厌氧状态下产生沼气，沼气的产生引起内部循环对于颗粒污泥的形成和维持是有利的，因此，有利于有机物的降解.升流式厌氧污泥床具有污泥浓度高，平均污泥浓度为(20～40)gVSS/L，水力停留时间长，容积负荷一般为(6～11)kgCOD/(m3·d)左右.无混合搅拌设备，靠水流和发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动.UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，而且污泥床不填载体，节省造价并可避免填料堵塞的问题，正因如此，UASB反应器已成为第二代厌氧反应器中发展最为迅速、应用最为广泛的装置.厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可数以万计，也适用于低浓度有机废水，如城市污水等.王蔚知［6］等采用UASB/SBR/氧化塘工艺处理养猪废水，经UASB处理后COD去除率为82%，BOD去除率为79%，NH3－N去除率为31%.UASB反应器对有机物有较理想的去除率，但是，对氨氮和磷的去除效果不理想.此外，进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/L以下，防止悬浮物对处理效果的影响.

图1 UASB反应器示意图

图2 ABR反应器示意图

1.3 厌氧折流板反应器(ABR)生物技术

ABR工艺作为第三代新型厌氧反应器，是一种高效反应器，相对于UASB，AF厌氧处理工艺具有结构简单、投资少、抗冲击负荷强等诸多优点，但实际使用中涉及较少，用于高浓度养殖废水处理的例子更是未见报道.ABR反应器如图2所示.

由于在反应器中安装了一系列垂直的折流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应室都可以看成是相对独立的上流式厌氧污泥床(UASB)，每个反应室中的水流都可以看成是完全混合的，处理过程中反应器内产生的气体使反应器内的微生物固体在折流板形成的各个隔室内做上下运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度做水平流动.因此，ABR反应器的水力流态在整体上又可以看成是推流式.ABR反应器中，相互串联的隔室有利于微生物种群在沿反应器长度上的不同隔室中顺次实现产酸相和产甲烷相分离，从而在单个反应器中实现两相或多相分离.这样可以使不同类型的微生物在最适宜的条件下生长，实现较高的有机物降解能力.方圣琼［7］等采用ABR工艺处理高浓度畜禽养殖废水，当进水COD浓度达到(9 000～10 000)mg/L时，COD的容积负荷最高为6 kgCOD(m3·d)，水力停留时间48 h左右，去除率在75% ～85%，出水COD浓度在(1 500～2 000)mg/L，产气率在0.4 m3/(kgCOD).但是，ABR工艺对NH3－N几乎没有去除效果.因此，如何改进该工艺使其有脱氮的功效是今后研究的一个方向.

2 高浓度养殖废水厌氧处理与其他工艺的组合研究

近年来，人们在不断研究和探索高浓度养殖废水的厌氧处理时发现，单一的厌氧处理对废水中COD有一定的去除，但氮、磷等营养元素的去除并不是很理想，时常会出现经厌氧处理的高浓度养殖废水氨氮含量依然很高，达不到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596－2001)的排放要求.因此，要使出水达到排放标准，就需要配合其他的好氧工艺进行后续处理.

在厌氧—好氧工艺处理养殖废水方面，邓仕槐［5］等采用ABR—CASS—湿地及生态塘工艺处理猪场养殖废水，处理后出水主要指标分别为:COD为(45～55)mg/L，BOD为(20～25)mg/L，SS为(25～30)mg/L，NH3－N为(4～5)mg/L，达到《畜禽养殖业污染物排放标准》.COD，BOD，SS，NH3－N的去除率分别达到:99%，99%，99%，98%;同时还可以收集到大量沼气.由此可见，各种厌氧—好氧的组合工艺不仅实现了生物资源的利用，同时也消除了对环境的污染，是一种很有发展前途的技术.

3 结语

(1)厌氧生物处理技术具有动力消耗低、污泥产量少及能产生生物能(沼气)等特点，被大量应用于高浓度有机废水和某些难降解有机物的处理，在去除有机污染物的同时又能回收生物能，是一项经济效益和生态效益都很好的技术;

(2)厌氧生物处理技术对N，P的去除效果较差、启动过程较长、有机物去除不彻底.因此，单一的厌氧处理技术用于高浓度养殖废水的处理达不到理想的结果，常常达不到规定的排放标准，所以需要结合好氧技术进行组合方式处理［8］;

(3)为了更加有效地治理高浓度养殖废水，开发出更简便、应用性更强、处理成本低的工艺和方法显得尤为重要，是目前应当给予重视的一个问题，对于这方面的技术研究有待于进一步探索和开发.

［1］邓良伟.规模化畜禽养殖废水处理技术现状探析［J］.中国生态农业学报，2006，14(2):23－26.

［2］杨 鹏，张克强，杜连柱，乔汪砚.厌氧消化—仿生态塘—藻网滤床组合工艺处理猪场废水［J］.环境工程，2011，29(4):11－17.

［3］任南琪，王爱杰.厌氧生物技术原理与应用［M］.北京:化学工业出版社，2004:9－13.

［4］邓良伟，陈铬铭.IC工艺处理猪场废水实验研究［J］.中国沼气，2001，19(2):12－15.

［5］邓仕槐，李远伟，郑仁宏，周 鹏，张小平.畜禽养殖废水的混合处理工艺［J］.环境工程，2006，24(4):29－30.

［6］王蔚知.UASB/SBR/氧化塘工艺处理养猪废水［J］.环境污染与防治，2008，30(4):103 －104.

［7］方圣琼，张宏旺.ABR处理高浓度禽畜养殖废水的关于研究［J］.安徽农学通报，2011，17(15):22－24.

［8］Giseppe Bortone.Integrated anaerobic/aerobic biological treatment for intensives swine production［J］.Bioresource Technology，2009，100:5424－5430.