规模化猪场不同污水处理工艺污染物降解率的研究

刘英俊，吴华东，江作川，兰方菲，张泳桢，黄爱民，吴红翔，舒邓群*

（1.江西农业大学动物科学技术学院，南昌 330045；2.江西齐顺畜牧科技有限责任公司，万年 335500）

随着我国生猪养殖的规模化发展，猪场排泄物对环境的污染也越来越突出，据《第一次全国污染源普查公报》显示，在农业面源污染中，比较突出的是畜禽养殖业污染，畜禽养殖业的化学需氧量、总氮和总磷排放分别占农业源的95.78%、37.89%和56.34%。猪场产生大量的生产和生活污水，这些污水具有水量大、排放集中、富含营养、易污染环境的特点，已成为水源、土壤和空气的主要污染源之一[1-2]，但目前我国对于养猪业的污染治理工作基础相对薄弱，大多养猪场粪污没有得到有效的治理，据调查，全国约80 %的规模化畜禽养殖场没有污染治理设施，畜禽粪污通常未经任何处理就排放，导致环境污染。

规模化猪场应建立起相应的污水处理系统，有效地处理好猪场产生的大量污水，减少并消除养殖污水对周围环境的污染。我国猪场污水的处理主要采用沼气发酵，对产生沼气后的沼液再经过后续处理，然后排放至环境中，但不同的处理模式产生的效果存在差异，谢金防等(2001)探讨了规模化猪场4种不同污水处理方式对污水的处理效果[3]。本研究以江西省南昌、万年、吉安3个市县的规模化猪场为研究对象，对采用不同污水处理工艺的3个规模化猪场分别测定不同处理阶段各污染物的含量，研究各处理工艺中每个阶段污染物的变化和降解率，为优化猪场污水处理工艺和改进处理设施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验是以江西省内3个规模化猪场为研究对象，分别命名为猪场A、猪场B和猪场C，3个猪场都采用干清粪工艺，其中猪场A采用的是厌氧-自然处理模式；猪场B采用的是厌氧-人工湿地处理模式；猪场C是污水二次厌氧发酵还田模式。

1.2 污水处理工艺

1.2.1 猪场A的污水处理工艺

猪场A（见图1）的模式为厌氧-自然处理模式。沼气池为地下式沼气发酵池，沼液经过200 m沟渠后到达氧化塘中，该氧化塘由一池塘改建而成，经氧化塘后出来的污水直接排放到周围的农田中。

1.2.2 猪场B的污水处理工艺

猪场B（见图2）的模式为厌氧-人工湿地处理模式。猪场污水经过固液分离后通过地下管道联通到调节池中，调节池中的污水经过静置后上层水流入到沼气池中发酵，沼气池为地下式沼气池，人工湿地为一大块荒地改制而成，未种植牧草，但生长着许多水草，人工湿地较鱼塘水位更高，人工湿地中污水经静置后上层水流入鱼塘中，鱼塘与一个大型活水湖泊相连汇集到水坝，最后出来的水清澈，适合鱼类的养殖。

图1 猪场A的污水处理工艺

图2 猪场B的污水处理工艺流程

图3 猪场C的污水处理工艺流程

1.2.3 猪场C的污水处理工艺

猪场C（见图3）的模式为二次厌氧发酵还田模式。采用二次发酵工艺，废水经固液分离后，直接进入3个地下沼气池进行第1级发酵，沼液都进入调节池酸化调节后，抽滤进入地上沼气发酵塔，该塔式发酵池有500 m3容积，沼液出来后进入1 000 m3的沼液储存池静置后，一部分沼液稀释后流入周围的鱼塘中；一部分直接通到地下，给附近的园艺苗木提供作肥料。

1.3 污水的采集和保存

该试验采样方法参照《水质样品的保存和管理技术规定》（HJ 493-2009），采样前，用自来水和洗涤剂洗净采样塑料瓶和玻璃瓶，再用1∶3硫酸溶液浸泡过夜，然后用蒸馏水冲洗干净，倒置放干，备用。

依据猪场的污水处理工艺进行采样，每个处理阶段选择有代表性的3个点采集污水样，在每个点对每个指标分别采集3个重复水样，采集位置在液面以下0～15 cm处。水样采集后，现场测定水样的pH值，根据不同指标的要求，采用不同的保存方法，具体各指标的保存方法参照《水质样品的保存和管理技术规定》，然后将样品放入2～5 ℃冰箱中冷藏保存，备用。

1.4 测定指标和分析方法

测定指标包括污水中的pH、SS、NH3-N、TP和CODcr，测定方法采用国标规定的方法进行，各项指标的测定方法见表1。

1.5 数据分析

表1 测定指标及分析方法

表2 不同猪场污水pH变化

测定每个猪场污水各处理阶段污染物的含量，计算污水处理后污染物的降解率，并将处理后的污染物指标与《污水综合排放标准》（GB8978-1996）和《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）进行比较，分析各污染物的处理效果。

2 结果与分析

2.1 不同污水处理工艺各处理阶段pH的变化

不同污水处理工艺各处理阶段pH的变化见表2，从表中可以看出，猪场C集水池中的pH较高，明显高出了猪场A和B集水池的pH，达到了9.08，但在其经过发酵池后pH显著降低；在酸化池阶段通过调节pH使得污水在进入沼气池时可达到更适合发酵菌生长的酸碱环境。从发酵池出来后，猪场A和B的pH保持在7.00左右，而猪场C的pH达到了7.61，这可能是沼液在储存池静置的原因。从沼气池出来后猪场A和B的pH都略有上升，最后3个猪场排放污水的pH都达到了污水排放标准。

2.2 不同污水处理工艺各处理阶段悬浮物（SS）的降解率

不同污水处理工艺各处理阶段悬浮物（SS）的降解情况见表3。从表中可以看出，在集水池阶段猪场A的SS含量明显低于猪场B和C，猪场B和C的含量很高；在沼气池阶段，猪场A显著高于猪场B，基本是猪场B的2倍含量，而猪场B又显著高于猪场C的含量，达到了4倍差距，其原因是因为猪场A对SS的降解效率较低，为37.37 %，这从数据上可以看出，而猪场C含量低是因为猪场C进行了2次的沼气池发酵降解后，在沼液储存池中静置过一段时间的结果。猪场A最终的排放含量为833.33 mg/L，猪场B和C与其相比，差距甚大。

2.3 不同污水处理工艺各处理阶段NH3-N的降解率

不同污水处理工艺各处理阶段NH3-N的降解情况见表4。从表中可知，猪场A和B的初始NH3-N含量相差不大，但猪场C的含量却比猪场A和B要高，这可能是因为猪场C的饲料配方中蛋白含量更高所致；在沼气池阶段，猪场A含量显著低于猪场B和C，猪场A相比初始略有增长，猪场B增长近1倍，猪场C降低30 %，最终使得A显著低于猪场B和C，而B和C含量接近；最终排放污水NH3-N含量又不同于上阶段，猪场A含量达到了279.41 mg/L，猪场B含量为280.04 mg/L，猪场C含量为418.72 mg/L，均超过了排放标准的日允许最高排放量。

2.4 不同污水处理工艺各处理阶段总磷（TP）的降解率

不同污水处理工艺各处理阶段总磷（TP）的降解情况见表5。由表中可以看出，3个猪场TP的初始含量都很高，都达到了5 000 mg/L之上，猪场B含量最高；在沼气池阶段，猪场A的TP含量略有降低，但显著高于猪场B和C的含量，其中猪场C的降解效率最高，比之猪场B降解效果显著；最终排出时，3个猪场污水中总磷含量都超标，对磷的处理效果都不好。

2.5 不同污水处理工艺各处理阶段化学耗氧量（CODcr）的降解率

不同污水处理工艺各处理阶段化学耗氧量（CODcr）的降解情况见表6。由表中可知，不同猪场初始污水的CODcr差别很大，猪场A为2 464.00 mg/L，而猪场C达到了11 312.00 mg/L。在酸化池阶段猪场B和C的CODcr相比初始都有明显减少；在沼气池阶段，相比猪场A，猪场B和C的CODcr明显更低，这是因为猪场A固液分离进行的不完善，在酸化池阶段污水中还有大量的固体粪污存在，预处理阶段处理效果不理想，进入沼气池发酵时效果不理想；在排出阶段，猪场ACODcr超标严重，而猪场B和C相比A来说，CODcr明显更低，处于排放标准最高排放浓度左右。

表3 不同猪场污水中悬浮物(SS)降解率

表4 不同猪场污水中氨氮(NH3-N)的降解率

表5 不同猪场污水中总磷(TP)的降解率

表6 不同猪场污水中化学耗氧量(CODcr)降解率

3 讨论与小结

不同规模化猪场采用不同的污水处理工艺，对污水的处理效果有所不同。从污染物的降解效果来看，猪场C的处理效果较其他2个猪场更好，但总体来说，3个猪场污水处理效果都不甚理想，污水处理工艺有待进一步的优化改进。

污水处理工艺主要包括清粪工艺的选择、固液分离、沼气池的类型选择和结构以及沼液的后续处理等。

1）清粪工艺的选择。目前，规模化猪场主要有3种清粪工艺，包括干清粪、水冲粪和水泡粪，相对而言，干清粪工艺产生的污水量少，且其中的污染物含量低，易于净化处理。水冲粪工艺耗水量大，污染物浓度高，而水泡粪工艺粪便长时间在猪舍内停留，形成厌氧发酵，产生大量的有害气体，另外，粪水混合物的污染物浓度更高，后续处理也更加困难[4]。所以，我国在2010年颁布的《畜禽养殖业污染防治技术政策》（环发[2010]151号）要求规模化畜禽养殖场排放的粪污应实行固液分离，粪便应与废水分开处理和处置。应逐步推行干清粪方式，最大限度地减少废水的产生和排放，降低废水的污染负荷。

2）固液分离。在生化处理系统前必须做好固液分离的预处理工作，预处理阶段对污水的处理不完全大大影响了沼气池阶段产沼气菌对有机物的降解，目前，在国内固液分离基本上都是利用格栅、滤网等进行。杨朝晖等（2002）利用格栅、滤网等工艺对进入UASB反应器前的废水进行固液分离，经固液分离后可去除30 %～40 %的SS和25 %～30 %的BOD5与CODcr[5]。猪场A处理工艺较简单，其固液分离效果不理想，实地采样时发现，在酸化池污水液面上有大量的固体粪渣，有研究表明，污水中混有的猪粪、饲料等固形物会加大污水中SS和总固体物质等的含量，而这类固体物质很难被生化处理系统中的微生物利用降解，含量过高会导致生化系统活性成分降低或中毒，甚至导致系统崩溃[6]。

酸化调节池对经固液分离阶段分离后的污水进行混合、储存和调节，起到初步酸化水解作用，以满足厌氧发酵工艺的技术要求[7]。

3）沼液的后续处理。经过沼气池发酵后的沼液，有的直接排放到环境中，或作为肥料重新利用，但大部分规模化猪场一般要经过后续处理再进行排放，主要有水体净化法和土壤净化法，属于水体净化法的有氧化塘，又称为生物稳定塘，在净化过程中包括有物理因素（如沉淀、凝聚）、化学因素（如氧化、还原）和生物因素，主要用来降低水体的有机污染物，提高溶解氧的含量，并适当除去水中的氮和磷，减轻水体富营养化的程度。林东教等（2004）利用漂浮栽培方式种植蕹菜和水葫芦，经漂浮栽培蕹菜和水葫芦之后废水的理化性质发生较大变化，两种植物都能大量地吸收利用水体中的N、P元素，生长旺盛，净化效果显著[8]。

土壤净化法主要是人工湿地，在人工湿地污水处理系统中，起净化作用是植物、基质和微生物，可通过沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物的吸收等途径去除水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等。吴振斌等（2001）研究人工湿地对污水中磷的去除效果，结果表明芦苇、茭白和无植物人工湿地的总磷去除率分别达到了61 %、65 %和28 %[9]。廖新 等（2002）分别以香根草和风车草为植被，建立人工湿地，随季节不同，去除效果不同，CODcr去除率可达90 %以上，BOD5可达80 %以上，抗有机负荷冲击能力强[10]。人工湿地与传统的污水二级生化处理工艺相比，它具有净化效果好、去除氮磷能力强、工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生态环境效益显著和可实现废水资源化等特点[11]。从猪场B的工艺流程来看，其处理后污水最后排放到的鱼塘是与一个大型活水湖泊相连，该湖泊可以大大稀释污水中污染物的浓度，实地采样时发现，该猪场的人工湿地阶段没有充分利用其优势，因为该猪场人工湿地上只生长有许多水草，建议可在人工湿地上种植对N、P吸收能力较强或耐重金属的牧草植物和水生植物，如水芹菜和水空心菜等，可大大加强人工湿地对污水中污染物或重金属的吸收沉淀作用。

[1] 舒邓群，黄春景，胡四清. 规模化猪场的主要污染物对环境的危害[J].畜禽业，2001（4）：28.

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