养殖废水的资源化综合利用探讨

刘晟，高绣纺，徐善新

（1.长江大学地球环境与水资源学院，湖北武汉430100；2.安庆市山泉水生蔬菜研究所，安徽安庆246000）

养殖废水的资源化综合利用探讨

刘晟1，高绣纺1，徐善新2

（1.长江大学地球环境与水资源学院，湖北武汉430100；2.安庆市山泉水生蔬菜研究所，安徽安庆246000）

养殖废水是引起水生态环境污染的重要因素之一，具有水量及污染负荷大等特点，造成了巨大的环境压力。养殖废水作为污染源，常常是处理达标后加以排放，并未重视其资源化利用。因此如何有效利用养殖废水，并且提高其利用率是对其资源化利用研究的主要内容之一。阐述了养殖废水的污染现状，讨论了废水的组成及相应的处理和利用方法，探讨了养殖废水资源化利用的几种方式，并对养殖废水的资源化利用前景进行了展望。

养殖废水；资源化；综合利用

随着人们对肉类、蛋类、禽畜、水产等农产品的需求日益增大，我国动物源食品产量年均增速高达7.6%［1］。养殖业产生的废水含有大量污染物，若处理不达标并随意排放会对环境带来不可忽视的危害。研究表明，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的生活排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献大大超过来自城市地区的生活点源污染和工业点源污染［2］。因此，在大力发展养殖业的同时，资源化利用既能保证良好的生态环境，又能改变传统的养殖废水只有进行污染治理才能达到效果的思维观念。所以，资源化利用是一种有效和环保的全新模式，不仅提高了资源利用率，维持生态平衡和生态系统的良性循环，又获得较大的经济效益和良好的生态效益。

据调查显示，我国养殖废水中主要污染物的排放量已经远远超过工业废水和农业污水排放量，是导致水体富营养化的主要原因。从最近5年养殖业发展及养殖废水排放与处理效果来看，如果不采取强有力的措施，会进一步加剧环境恶化，最终导致生态系统的弱化或衰竭。

1 养殖废水处理技术

随着畜禽养殖业的发展，其养殖方式已经从传统的分散养殖转变为集约化和规模化养殖，这种大规模的生产必然会产生大量的废水、畜禽尿液和粪便等污染物，若未经处理直接排放，经地表径流和渗滤进入自然水体后，极有可能造成地表水和地下水的污染，破坏生态环境。

1.1 养殖污染物的组成部分

根据养殖类型的不同，养殖业可分为家畜、家禽和水产养殖，其产生的废水也有各自的特点。

（1）家禽养殖：主要有家鸡、鸽等陆禽和鸭、鹅等水禽，污染物的主体为固体废弃物，包括羽毛、孵化废弃物（胚蛋和蛋壳）、圈舍垫料废弃物等。

（2）家畜养殖：主要有猪、牛、羊、马、骆驼等，污染物中的粪便已经利用，余下的多为液体废水，特点是粪尿排泄量和栏舍冲洗水量大、恶臭重，极易导致圈舍环境恶化。

（3）水产养殖：主要有鱼、虾、蟹、贝等，污染源主要来自于养殖生物排泄物、残余饵料，它们大部分以悬浮态大颗粒形式存在。

养殖废水的氨氮、有机物含量高，排放到水体中会导致富营养化，破坏水环境的生态平衡，导致水体自我净化功能退化，甚至丧失。

1.2 养殖废水的处理技术

由于畜禽养殖废水的有机物浓度过高，且常常与畜禽粪便、残留饲料和兽药等固体污染物混合在一起，在废水处理之前，需要进行一定的预处理。传统处理方式主要包括预处理和物理、化学等组合方式。通过预处理可使废水污染物负荷降低，同时防止大的固体或杂物进入后续处理环节，造成设备的堵塞或破坏［3］，常用格栅、沉淀池、筛网等，还有分离机、压滤机等机械分离设备。

传统处理方式往往是处理后达标排放，但是其设施建设成本大、运行费用高。而目前使用较多的处理方法是综合利用，它是在资源循环利用的基础上，强调生态农业，探索可持续发展道路。

1.2.1 家禽养殖废水处理

家禽养殖废水处理，有以下几个不同内容的废弃物需要处理，处理方式分别如下。

（1）粪便利用：主要有3种方式，一是肥料化处理，通过堆肥、干燥处理后，将粪便转化为优质肥料或饲料；二是饲料化处理，鸡粪中含有丰富的蛋白质，经过一定的预处理后，可被牛、羊等反刍家畜消化吸收；三是发酵化处理，通过微生物厌氧发酵，将粪便中的有机物转化为沼气，发酵产物还能再次利用。

（2）孵化废弃物利用：蛋壳中钙含量高，经高温消毒、干燥、粉碎后用于饲料加工，也可作为营养添加剂，提高饲料的利用率。

（3）废垫料利用：垫料经阳光曝晒、干燥，同时翻耙去除氨气和硫化氢等有害气体，处理后再次重复利用；或者直接焚烧，产生的能量用于发电。

（4）家禽羽毛利用：主要成分是角蛋白，富含动物必需的多种氨基酸，是良好的蛋白质来源。目前的做法是提取羽毛角蛋白后，用于动物饲料，或制成角蛋白膜材料、角蛋白纤维复合材料，现在这方面的研究相对不足。

1.2.2 家畜养殖废水处理

按照原理可分为自然处理法、物理化学法以及生化法。

（1）自然处理法，主要有土壤处理法、生物氧化塘法、人工湿地等。

（2）物理化学法，主要有固液分离、气浮分离、混凝法、电化学法、沸石吸附、鸟粪石化学沉淀法。

（3）生化法的厌氧处理法，主要有厌氧污泥床（UASB）、厌氧序批式反应器（ASBR）、厌氧复合反应器（UBF）、内循环厌氧反应器（IC）等；生化法的好氧处理法，主要有A/O工艺、活性污泥法、生物转盘、生物滤池、生物接触氧化、序批式活性污泥等。

1.2.3 水产养殖废水处理

（1）物理处理技术：这是研究较多、应用较广的处理方法，包括养殖水体的过滤、吸附、沉淀、曝气、紫外线杀菌等过程，处理效果较好的有机械过滤和泡沫分离技术。

（2）化学处理技术：添加化学消毒剂、抗生素、臭氧等，其中使用较多的是臭氧，臭氧具有很强的氧化性，可以有效地去除氨氮，同时自身分解后可以增加水中溶解氧。

（3）生物处理技术：利用微生物分解、代谢和植物的吸收、过滤等作用，降解水体中有机物和营养物质。主要有生物膜法、人工湿地、固定化菌藻、微生物制剂等。

2 养殖废水的资源化利用

资源化综合利用是将废弃物首先从资源循环利用的角度考虑，最大限度的资源化是其重要特点［4］。与传统方式不同的是，它从生态环境保护的角度出发，以提高资源利用率为核心，达到资源利用的最大利益化，通过构造一种新的生态系统，以此来解决人类所面临的资源、环境和健康问题。目前，发达国家在环境保护的基础上更加注重资源循环利用，通过技术更新，对污染物中的可利用资源进行再利用和资源化，提高其利用率。

2.1 沼气、沼液、沼渣的综合利用

沼气是养殖废水在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而产生的混合气体，其中甲烷占沼气总量的55%～70%，其余为二氧化碳和少量的氢气、氮气、硫化氢等。沼气具有很高的热值，主要用于发电、炊事燃料等［5］，可以为农村提供生物燃料。沼气综合利用是指将有机废弃物（人畜粪便、作物秸秆、树叶杂草等）经沼气池厌氧发酵后，所产生的沼气、沼渣、沼液作为下一级生产活动的原料、肥料、饲料、添加剂和能源［6］。

沼液是经长时间厌氧发酵而形成的，因此它含有多种植物生长所需的养分，比普通化学肥料高10倍以上。而其水质特性极易被植物吸收，既有速效性，又兼具缓效性，而且使用过多也不会烧苗，是一种高效的生物有机肥料。沼液主要用于肥料、浸种、防治病虫害等。

沼渣富含有机质、腐殖质和微量元素，其中部分未分解的原料和微生物菌体，施入农田会继续发酵，释放肥分。沼渣主要用于农作物生产或苗木生产的基肥，还可用于生产食用菌、养鱼、养蚯蚓等。

养殖废水经过厌氧发酵后，其产生的沼气、沼液、沼渣是优质的可再生资源，而且减少了二氧化碳排放量，又能产生一定的经济效益，有利于建设生态农业、循环农业，是发展绿色养殖业的有效途径。

2.2 处理水的农田回用

养殖废水经适当的处理后回用于农田，是普遍的作法。由于农业耕作需用氮磷钾等营养物质，经过一定处理后用于灌溉，既促进了作物生长，提高土壤肥力和农作物产量，又缓解了农业用水紧缺，提高水资源利用率。周元等［7］利用养殖肥水灌溉稻田，发现稻田对养殖肥水中的营养物质具有明显的吸收效果，尤其对NO3--N和TP的吸收率较高。乔冬梅等［8］利用养猪废水灌溉冬小麦-土壤系统进行研究，结果表明灌水定额为900 m3/hm2，有利于产量的增加，灌水定额为600 m3/hm2有利于水分利用效率提高。杜臻杰等［9］研究了猪场废水灌溉对夏玉米生长影响，猪场废水高灌（900 m3/hm2）、低水平施肥（30 kg/hm2）处理不仅节约肥料，而且能够保障产量。但是，长期的污水灌溉会使植物体内积累过多的盐分、营养物质和重金属，导致作物产量下降［10］。因此，如何科学地灌溉、采用何种灌溉方式以及污水灌溉对植物和土壤影响因素分析，这方面的研究还要进一步开展。

2.3 生物协同方式的资源化利用

现在所述的资源化综合利用，一般是指在水生植物、水生动物、微生物以及环境因子的共同作用下，其利用植物的分解、吸收，以及根部吸附的浮游动植物及微生物群落的协同作用，达到养殖污水的分解处理目的。同时，利用富营养化污染物作为资源进行综合利用，所生产的物质具有进一步的经济利用价值。

2.3.1 水生植物协同利用

植物是重要的组成部分，它通过吸收、吸附和富集作用去除污染物，同时可以输送氧气至根区，为微生物提供了适宜的生长环境，还能增强和维持介质的水力传输。何江等［11］利用西洋菜净化养猪废水，实验结果表明，西洋菜净化养猪废水的能力较强，20d试验期CODCr，NH4+-N，PO43--P，BOD5去除率分别为87.0%～92.7%，93.7%～98.8%，62.5%～73.3%，88.0%～94.3%。李文祥等［12］在养殖水体中栽培水蕹菜，结果表明水蕹菜对TN，TP的去除率分别为30.02%，21.68%，明显高于对照组。现在水生植物已经有了更广泛的用途，有些植物（比如水蕹菜、水芹、西洋菜等）可以作为蔬菜食用，还有些植物（比如美人蕉、马蹄莲、睡莲、荷花、西伯利亚鸢尾等）具有一定的观赏性，在净化水质的同时带来了经济效益和美学价值，形成了良好的生态景观。

2.3.2 微生物协同利用

微生物是对污染物进行吸附和降解的主要生物群体和承担者［13］，它在物质循环过程中往往起核心作用，最先对污染物降解和转化，还可以吸附一些营养成分供给自身生长和代谢。目前研究较多的是有益微生物菌群（EM），它是以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为主的微生物复合而成的一种微生活菌制剂。EM菌原液渗入水体后，能杀死或抑制病原微生物和有害物质，调整养殖生态环境，增加水中溶氧量，保持养殖水体的生态平衡，已经用于修复污染水体的实践中。孟睿等［14］进行芽孢杆菌与硝化细菌净化水产养殖废水的试验研究，结果表明枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以降低废水的COD和NO2--N浓度，COD去除率分别为67.97%，70.16%，NO2--N去除率分别为99.28%，99.51%；硝化细菌可以将废水NH4+-N和NO2--N的浓度降低到0.6 mg/L以下，去除率分别为99.38%，81.44%。陈繁忠等［15］利用光合细菌处理养猪场污水，结果表明：CODCr，NH4+-N，NO2--N，S2-的平均去除率分别达到89.3%，80.1%，90.6%，82.4%；水中光合细菌数从580个/mL增加到4.8×104个/mL，达到了废水资源化的目的。

2.3.3 水生动物协同利用

水生动物有促进有机物的分解转化的生态功能［16］，作为生态系统的消费者构成了完整的生物链，为浮游植物的大量生长提供有利条件，为鱼类和鸟类提供食物，改善水质。利用水生动物对水体中营养物质的吸收来净化污水，目前是一种简单、有效的方法。其原理是通过改变植食性浮游动物的群落结构，来提高大型浮游动物的滤食效率，进而降低藻类生物量，提高水体透明度，改善水质。浮游动物通过摄食悬浮有机碎屑、细菌以及藻类等浮游植物，来达到改善水质的目的［17］。孟顺龙等［18］在富营养化湖泊中放流河蚌、螺蛳、鲢、鳙等滤食性动物，对提高水体透明度、降氮、除磷具有很好的效果。

2.3.4 菌藻共生系统

藻类是一类在陆地、海洋分布广泛、营养丰富、光合利用度高的自养生物，将藻类与细菌等微生物结合起来，利用藻类和细菌之间的生理协同作用，构成藻类和细菌的共生系统，用来净化养殖废水。藻类通过光合作用利用水中的CO2，NH4+，PO43-等营养物质，合成自身细胞物质并释放出O2，好氧细菌则利用水中O2对有机污染物进行分解、转化，产生CO2和上述营养物质，以维持藻类的生长繁殖，如此循环往复，实现养殖废水的生物净化作用。

可见，生物协同方式的资源化利用是生态系统中植物、动物、微生物及藻类等组成成分共同促进的结果，这些组分之间既有相互促进，也相互影响，在生物协同作用下实现养殖废水的资源化利用。

3 展望

进入21世纪以来，人们的生态环境保护意识逐渐提高，对于改善居住环境的愿望也越来越强烈。通过养殖废水的资源化综合利用，既能缓解日益严重的环境污染问题，又产生了一定的经济效益，促进了资源循环利用。但是，应该看到的是，养殖业的迅速发展一方面带动了农业经济，另一方面也对环境造成了极大的危害，养殖废水已经成为生态环境的重要污染源，治理难度非常大。因此，养殖废水的资源化利用，是在传统的污水治理基础上，更加重视其综合利用，将废水的资源化综合利用与农业经济生产、生态环境保护有机结合起来，既促进了生产，又保护了生态环境，是一条良性循环发展的新道路。

［1］李宁.中国养殖业可持续发展战略研究综合报告［J］.中国家禽，2012，34（11）:5-7.

［2］张维理，武淑霞，冀宏杰，等.中国农业面源污染形势估计及控制对策1.21世纪初期中国农业面源污染的形势估计［J］.中国农业科学，2004:37（7）:1 008-1 017.

［3］陈蕊，高怀友，傅学起，等.畜禽养殖废水处理技术的研究与应用［J］.农业环境科学学报，2006，25（增刊）:374—377.

［4］欧阳平凯，卢定强.资源生态化利用中的生物加工过程［J］.生物加工过程，2003，1（1）:1-6.

［5］朱磊，卢剑波.沼气发酵产物的综合利用［J］.农业环境科学学报，2007，26（增刊）:176-180.

［6］黄座全.沼气综合利用是建设生态农业的重要途径［C］.2003年农村沼气发展与农村小康建设研讨会论文集，2003:127-130.

［7］周元，朱建强，李谷，等.稻田对池塘养殖肥水的吸收利用效果研究［J］.灌溉排水学报，2011，30（5）:78-81.

［8］乔冬梅，齐学斌，樊向阳，等.养猪废水灌溉对冬小麦作物-土壤系统影响研究［J］.灌溉排水学报，2010，29（1）:32-35.

［9］杜臻杰，齐学斌，樊向阳，等.猪场废水灌溉对夏玉米生长及水分利用效率的影响［J］.中国土壤与肥料，2013（1）:43-47.

［10］Munir J，Mohammad Rusan，Sami Hinnawi，et al.Long term effect of wastewater irrigation of forage crops on soil and plantquality parameters［J］.Desalination，2007，215（1）: 143-152.

［11］何江，利锋，诸振兵，等.西洋菜净化养猪废水研究［J］.安徽农业科学，2009，37（23）:11 115-11 116.

［12］李文祥，李为，林明利，等.浮床水蕹菜对养殖水体中营养物的去除效果研究［J］.环境科学学报，2011，31（8）:1 670-1 675.

［13］LiangW，WuZB，ChengSP，etal.Rolesof substrate microorganismsandureaseactivitiesinwastewater purification in a constructed wetland system［J］.Ecological Engineering，2003，21（2-3）:191-195.

［14］孟睿，何连生，席北斗，等.芽孢杆菌与硝化细菌净化水产养殖废水的试验研究［J］.环境科学与技术，2009，32（11）:28-31.

［15］陈繁忠，朱好根，崔明超，等.利用光合细菌处理养猪场污水的试验研究［J］.环境工程，2000，18（5）:10-12.

［16］蒋廷杰，齐增湘，罗军，等.人工湿地水质净化机理与生态工程研究进展［J］.湖南农业大学学报（自然科学版），2010，36（3）: 356-362.

［17］Masski S，Akiyoshi S，Motoyuki S.A mathematical model of a shallow and Eutrophic Lake（The Keszthely Basin，Lake Balaton）and simulation of restorative manipulations［J］. Water Research，2001，35（7）:1 675-1 686.

［18］孟顺龙，陈家长，胡庚东，等.滤食性动物放流对西五里湖的生态修复作用初探［J］.中国农学通报，2009，25（16）:225-230.

Discussion on resource utilization of livestock wastewater

LIU Sheng1，GAO Xiufang1，XU Shanxin2
（1.School of Earth Environment and Water Resource，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Institute of Mountain Spring Aquatic Vegetables，Anqing 246000，China）

Livestock wastewater is one of the important factors of ecological environment pollution，which is characterized by high quantity and pollution loading，and has brought enormous pressure on the environment.Livestock wastewater always is discharged after proper treatment as pollution sources.So its resource utilization has not been valued.Therefore，how to effective and efficient using the livestock wastewater，and improving their utilization rate is one of the main content on utilization of its resources.This paper describes the current status of aquaculture wastewater pollution；discusses the composition and the corresponding treatment and utilization method；different ways of its resource utilization-resource；several ways of resource utilization；finally，the future of livestock wastewater resource utilization is prospected.

livestock wastewater；resource；comprehensive utilization

X703

A

1674-0912（2015）11-0034-04

2015-10-23）

国家自然科学基金项目（41371464）；湖北省科技攻关计划项目（2011BFA023）

刘晟（1990-），男，硕士研究生，研究方向：生物与环境地球化学。