牛场污水资源化利用的前处理方法效果研究

卢红玲，彭福元，崔新卫，鲁耀雄，高 鹏，彭新德

（1.湖南省农业生物资源利用研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南大学研究生院隆平分院，湖南 长沙 410125）

牛场污水资源化利用的前处理方法效果研究

卢红玲1，彭福元1，崔新卫1，鲁耀雄1，高 鹏1，彭新德2

（1.湖南省农业生物资源利用研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南大学研究生院隆平分院，湖南 长沙 410125）

采用固液分离、沉淀、超声波振荡及化学添加方法，对牛场污水资源化利用前进行处理。牛场废弃物经固液分离，再经过沉淀池处理后液体废弃物（即养殖污水）中悬浮物（SS）降低7.14%，大肠菌群数降幅达97.27%，COD含量降幅达82.51%。试验对比了添加不同比例生石灰、石灰氮和超声波振荡的处理效果，发现随着化学药剂添加比例的提高，养殖污水透光率升高，达到澄清所需时间减少，但同时养殖污水的电导率也显著增加，磷含量显著降低，而钾含量变化较小。其中添加生石灰5 g/L的处理，2 d后养殖污水大肠菌群数降至0，透光率达到90%以上；添加石灰氮5 g/L的处理，1 d后养殖污水大肠菌群数降至0，透光率达到95%以上，且处理3 d后总氮含量增至600 mg/kg以上，而超声波振荡处理对所测指标的影响较小。可见，养牛场废弃物经固液分离的液体部分通过沉淀、过滤及化学添加处理后，可经水肥一体化管道就地资源化利用，这可为实现养牛场废水以及类似水质废水的快速处理提供依据。

牛场污水；前处理；沉淀法；化学添加法；资源化利用

随着经济社会的发展、人民生活水平提高，畜禽产品需求逐年增长，我国畜禽养殖业的养殖规模、养殖方式和分布区域发生了巨大变化。目前畜禽养殖方式以集约型、规模化养殖为主，为了便于运输，许多规模化养殖场都建在大中城市近郊，由于城市近郊无足够的土地消纳大量的养殖废弃物，因而导致规模化养殖业的环境污染问题日益突出。其中液体废弃物（养殖污水，包括畜禽尿液和冲洗水）排放量大，污染物含量高，处理设施不足，据调查，全国80%的畜禽养殖场没有污水处置和综合利用设施，大量污水未经处理或经不当处理就直接排入水体，对环境构成了巨大压力。养殖污水处理主要有还田模式、自然处理模式和工业化处理模式［1］。除还田模式外，后两种处理模式主要涉及生化处理技术，包括厌氧处理、好氧处理以及厌氧、好氧处理等不同处理组合系统［2-4］；自然处理技术自然处理主要包括氧化塘、土地处理系统、废水灌溉系统和人工湿地等［5］；光合细菌和EM制剂净化技术（EM菌指有效微生物菌群）［6-7］。经过处理达到排放标准的污水称为再生水或回用水，再排入水体或者直接用于灌溉［8-9］。但养殖污水除含有大量污染物质外，有机质、氮磷钾等养分含量也很丰富，如果经过液肥化技术处理可生产高质量的有机液肥，达到既治理污染又利用资源的双重目的。

1 材料与方法

1.1 试验概况

肉牛养殖场位于湖南省长沙县金井镇脱甲村，牛场废弃物经固液分离机分离后，液体废弃物（养殖污水）进入沉淀池。在沉淀池中一方面发生自然沉淀作用，另一方面，在污水中含有的微生物作用下污水发生生物接触氧化反应，养殖污水利用原生微生物进行有氧发酵。最后在作物需要灌溉时，污水通过水肥一体化管道对作物进行自流浇灌。

实际操作过程中发现污水中固体悬浮物容易堵塞水肥一体化管道，需要在污水进入管道前采取有效的处理办法降低固体悬浮物含量。试验通过添加不同比例化学试剂CaO［10］和CaCN2［11-13］对养殖污水进行前处理，考察化学试剂添加对污水的无害化处理效果。

1.2 试验方法

从基地取出经过沉淀池处理的养殖污水带回实验室，分装入250 mL三角瓶中，每瓶装200 mL，采用超声波处理或者无机药剂添加法处理。具体处理如下：处理A，自然放置为对照，不进行任何人工处理；处理B，添加CaO 2.5 g/L；处理C，添加CaO 5 g/L；处理D，添加CaO 10 g/L；处理E，添加CaCN21 g/L；处理F，添加CaCN22.5 g/L；处理G，添加CaCN25 g/L；处理H，40 kHz超声振荡1 h；处理I，40 kHz超声振荡1 h后添加CaO 5 g/L；处理J，40 kHz超声振荡1 h后添加CaCN22.5 g/L。然后混匀，静置，定期振荡混匀。于1、2、3 d取中上层清样检测透光率和电导率，3 d后中速滤纸过滤存样，检测养分含量。每个处理3次重复。所用药剂均为分析纯化学试剂，CaO由国药集团化学试剂有限公司提供，CaCN2由上海晶纯生化科技股份有限公司提供。

1.3 检测方法

养殖污水透光率采用紫外可见分光光度计于680 nm处测定［14］。电导率采用电导率仪直接测定（采用DJS-1CF型探头，电极常数1.003）。可溶性总氮测定方法：碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度计法测定，氧化液为0.15 mol/L NaOH和3% K2S2O8，121℃氧化30 min，220 nm和275 nm双波长比色法［15］。总磷采用钼锑抗比色法，于700 nm波长条件下比色［16］。液体中铵态氮采用流动注射分析仪测定，钾采用火焰分光光度计法，固体悬浮物含量SS采用GB/T11901-1989重量法测定，0.45 μm有机滤膜过滤，重量差减法计算得出。大肠菌群数采用GB/T19524.1法测定，COD采用重铬酸钾法测定。

试验所用检测仪器包括：上海精科雷磁便携式电导率仪DDBJ-350（上海精密科学仪器有限公司），采用DJS-1CF型探头，电极常数1.003；CIMO新苗BX5200H超声波仪，工作频率40 kHz（上海新苗医疗器械制造有限公司）；CIMO新苗DHG-91438S-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）；754型紫外可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）。

试验数据采用Excel软件进行处理，采用SAS软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同前处理对养殖污水透光率的影响

色度或透光率是废水水质的重要指标，也是水处理效果评价的重要指标。养殖污水透光率越高，表明其中有色污染物和固体悬浮物越少，液体澄清度越高。经固液分离的养殖污水中，添加一定比例的CaO或CaCN2，对养殖污水透光率的影响见图1。由图1可见，随着处理时间延长，养殖污水透光率增加；CaO添加比例越高，透光率越高。添加CaO处理的养殖污水的透光率显著高于对照，其中，添加CaO达5 g/L以上的养殖污水在处理1 d后透光率达到94.8%。添加5 g/L的CaCN2也可以达到提高养殖污水透光率的效果，处理1 d后，养殖污水的透光率就达到95%以上；而添加1 g/L和2.5 g/L的CaCN2澄清效果不显著。处理H、处理I、处理J经超声波振荡处理，与处理A、处理C、处理F相比，添加同等剂量药剂处理，经超声波振荡后的处理透光率下降。

图1 不同处理养殖污水的透光率变化

2.2 不同前处理对养殖污水电导率的影响

由图2可知，养殖污水添加CaO处理，养殖污水电导率显著增加；而添加CaCN2处理，添加比例达到5 g/L电导率才增加，添加1～2.5 g/L比例的CaCN2处理，电导率反而低于对照；而经超声波振荡处理后养殖污水电导率与未经超声波处理的差异不显著。随着处理时间延长，养殖污水的电导率下降，但下降幅度较小，与处理1 d相比，处理3 d后养殖污水的电导率下降幅度仅为3.09%～13.76%（除处理B下降幅度为55.83%外）。

图2 不同处理下养殖污水的电导率变化

2.3 不同前处理对养殖污水养分含量的影响

由表1可知，养殖污水经过不同前处理3 d后，养殖污水中养分含量除钾（K）含量外，总氮（TN）、铵态氮（NH4+-N）和总磷（TP）的含量差异均达显著水平。添加CaO后，养殖污水的TN和NH4+-N含量降低，其中，NH4+-N含量降低达显著水平；而添加CaCN2后，因为CaCN2的水解，总氮含量显著升高，其中添加0.5% CaCN2的处理TN总量为对照CK的3.3倍，但铵态氮含量没有增加，这可能是因为CaCN2水解产生尿素态氮所致。添加化学药剂处理的养殖污水总磷含量显著降低，其中添加CaO处理的养殖污水总磷含量降至1 mg/kg以下，降低幅度达98.59%以上，添加CaCN2的处理总磷含量降低幅度达55.94%以上。超声波振荡处理对养殖污水所测养分含量的影响不显著。

表1 3 d后不同处理下养殖污水的养分含量比较（mg/kg）

3 结论与讨论

固液分离处理可为废弃物的后续处理降低负荷和成本。本试验基地采用固液分离装置进行第一步分离，经分离后，养殖污水中只余少量悬浮物，试验测得经固液分离的养殖污水SS含量0.5027～0.6232 g/L，透光率39.4%～42.3%，大肠菌群数1.1×105～1.2×105CFU/L，COD含量732.0～1408.0 mg/L，酸碱度为中性，pH值约7.2。

沉淀法是在重力作用下将重于水的悬浮物从水中分离出来的处理工艺，是废水处理中应用最广的方法之一。养殖污水进入沉淀池，一方面可沉淀养殖污水中杂物，另一方面，在微生物作用下污水发生生物接触氧化反应，养殖污水利用原生微生物进行的有氧发酵，可降低废水中大肠菌群数。经沉淀池沉淀及生物接触氧化3 d后，养殖污水透光率达到44.9%以上，SS含量降低7.14%，大肠菌群数降幅达97.27%，COD含量降幅达82.51%，pH值变化小。可见，经沉淀池处理后，养殖污水的大肠菌群数和COD含量指标均已达到集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日排放浓度［17］。

虽然沉淀池为有氧环境，但检测发现，沉淀池中养殖污水的硝态氮含量很低，含量范围约0.17～0.21 mg/L，相对于铵态氮含量（0.10～0.14 g/L）可以忽略不计。

添加药剂CaO的养殖污水电导率比CaCN2的高，其中一个原因是CaO加入后即生成Ca（OH）2，Ca（OH）2的百分溶解度0.17 g（20℃），而CaCN2微溶于水，自身溶解度低，水解生成Ca(OH)2的速度慢，故而加入污水中对其电导率增加影响小。但添加这两种药剂后，总磷TP的含量均显著降低，CaO处理的养殖污水TP含量降至1 mg/L以下，这是溶液中Ca2+离子与PO43-生成沉淀所致。

试验发现，添加药剂处理养殖污水，除P养分被沉淀外，N养分和K养分在液体中都能得到有效保留，添加CaCN2处理还能显著增加养殖污水中总N含量，药剂处理后，污水pH值由中性（pH=7.2）变为碱性（pH＞9），经处理后的养殖污水可直接通过水肥一体化管道施用，尤其适合南方酸化土壤。

试验以经过固液分离装置和沉淀池处理后的养牛场养殖污水（养殖污水，包括牛尿和冲洗水）为研究对象，为了使其能科学地资源化利用，考察了不同剂量化学药剂添加和超声波振荡对其的处理效果。试验发现，养殖污水添加一定比例化学药剂CaO或者CaCN2能快速澄清，臭味减少，液体呈碱性（pH＞9），N和K养分被保留在污水中，而P被沉淀固定。其中添加生石灰5 g/L的处理，2 d后养殖污水大肠菌群数降至0，透光率达到90%以上；添加石灰氮5 g/L的处理，1 d后养殖污水大肠菌群数降至0，透光率达到95%以上，且处理3 d后总氮含量增至600 mg/kg以上。可见，养牛场废弃物经固液分离的液体部分通过沉淀、过滤及化学添加处理后，可经水肥一体化管道就地资源化利用，适合于南方酸性土壤。但有关其水肥一体化施用于作物的效果有待进一步研究。

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（责任编辑 杨贤智）

Pretreatment effect of wastewater from cattle farm before its resource utilization

LU Hong-ling1，PENG Fu-yuan1，CUI Xin-wei1，LU Yao-xiong1，GAO Peng1，PENG Xin-de2
（1.Institute of Agricultural and Biological Resources Utilization，Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410125，China；
2.Longping Branch of Graduate School of Hunan University，Changsha 410125，China）

Solid-liquid separation，precipitation，ultrasonic oscillation and bio-chemical treatment methods were used to treat wastewater in cattle farm before its utilization.Wastewater were separated before entered precipitation tank and reduced 7.14% suspended solids，97.27% fecal coliform numbers and 82.51% COD contents.Effects of agent addition （CaO and CaCN2） and ultra-sonic oscillation treatment were compared and discussed.The results showed that the increase of agent addition ratios to wastewater increased the transmittance，shortened the time to clarification，and increased the electric conductivity，decreased the total phosphorus content，but had little influence on potassium content.Addition of CaO 5 g/kg decreased fecal coliform number to 0，and increased the transmittance to over 90% after 2 days.Addition of CaCN25 g/kg decreased fecal coliform number to 0，and increased the transmittance to over 95% after 1 day，and increased total nitrogen content to 600 mg/kg after 3 days.While ultrasonic oscillation treatment had little influence on these detection indexes.The study suggested that wastewater from cattle farm could be resource utilization through integrative pipes of water and fertilizer locally after separated from solid wastes，treatment in precipitation tank，and addition of proper ration agent.It provided a basis for quick treatment of cattle farm wastewater before its safely resource utilization.

wastewater from cattle farm；pretreatment；precipitation method；agent addition method；resource utilization

X713

A

1004-874X（2016）12-0059-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.12.010

2016-09-29

国家科技支撑计划项目（2012BAD14B17）；湖南省自然科学基金(2016JJ6065)

卢红玲（1979- ），女，博士，助理研究员，E-mail：luhl_2004@126.com

彭新德（1966-），男，博士，研究员，E-mail：pengxinde2008@qq.com

卢红玲，彭福元，崔新卫，等.牛场污水资源化利用的前处理方法效果研究［J］.广东农业科学，2016，43（12）：59-63.