养殖场污水处理技术研究进展及展望

2017-04-11李彩丹闫晓明

安徽农学通报 2017年6期

关键词：处理技术展望

李彩丹++闫晓明

摘要：该文简述了养殖场污水的产生特点，综述了养殖场污水处理的几种技术，并结合我国养殖业的发展现状及发展方向进行展望，为今后的研究工作提供一些参考。

关键词：养殖场污水；处理技术；展望

中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）06-0125-04

Research Progress and Prospects of Farm Waste Water Treatment Technology

Li Caidan1 et al.

（1Deparement of Biological & Environmental Engineering，Hefei University，Hefei 230013，China）

Abstract：This paper firstly explained the characteristics and origin of sewage from farms.Then some methods about technologies are reviewed in waste water.According to the development status of animal husbandry，the technologies were forecasted in the future to provide some evidences.

Key words：Sewage of livestock and poultry farm；Techniques of handling；Prospect

隨着畜牧业规模的增大及集约化、机械化程度的提高，规模化养殖逐渐成为畜牧业发展的重要组成部分。然而，规模化养殖场的发展，不仅为人们带来了丰富的肉、禽、蛋、奶类食品，还带来了严重的环境污染问题[1]。规模化养殖场产生的高浓度、高氨氮、高悬浮物的“三高”类畜禽废水，处理难度较大，成为污染水体的重要污染源[1]。因此养殖场污水的减量化、无害化处理迫在眉睫。

1 养殖场污水现状

近年来，由于养殖业的快速发展使得养殖污染成为农业污染的主要来源，养殖场污水的处理成为畜禽养殖业健康、可持续发展的主要因素[2]。但是，研究表明，我国畜禽养殖规模仍继续增加，养殖总量以每年8%的趋势增长。2015年畜禽养殖业COD排放量占农业污染源排放量的95%，畜禽养殖业NH3-N排放量占农业污染源排放量的79%，这将对环境造成的危害越来越大。

1.1 养殖场污水的来源养殖场污水由畜禽尿液、饲料残渣、残余粪便、冲洗水等构成。有的养殖场污水还包括生产处理过程中产生的和人工生活产生的两部分，前者是主要部分，尿液和冲洗水占了绝大部分[3]。养殖场污水的产生量主要受养殖场的规模、动植物的饮水方式、人工管理水平等多种因素的影响。张克强[4]的研究表明不同的养殖场由于清粪方式的不同，用水量和污水排放量差异很大，见表1所示。

1.2 养殖场污水的特点现状规模化养殖场所产生的污水主要是一些高浓度、高氨氮、高悬浮物、处理难度大的“三高”废水。数量大、相对集中、处理难度大的特点导致其在处理过程中存在许多问题。

1.2.1 数量大首先是由于快速发展的养殖业带来了许多的养殖专业户和养殖场。其次是由于大部分猪场是漏板式的栏舍且采用水冲式清粪，这就会导致排水量很大。

1.2.2 相对集中首先受人工管理方式的影响，冲洗栏舍的时间基本在早上或者晚上，这样相对集中的时间会导致污水的产生也相对集中。另外农业生产是季节性的，大量集中的粪便和污水量使得周围的农田无法全部消纳，对环境造成严重的危害。

1.2.3 处理难度大首先，废水固液混杂，浊度高，有机质浓度较高，且富含氮、磷，极易腐败。大量的粪便污水相对集中，难以运输，无法在周围有限的土地上完全消化而成为重要的污染源[5]，严重污染了周边环境。其次，受自然和市场的双重影响，有风险，废水处理费用高，人们往往在污水处理上资金投入少。另外，污水中抗生素和重金属的残留问题也逐渐成为养殖场污水处理的重点。

2 养殖场污水处理技术研究进展

养殖场污水的处理过程中存在各种各样的问题，对环境造成了严重的危害。不同的畜禽养殖场根据自身的规模、经济、环境等条件，污水处理技术也不尽相同。本文主要从源头减量、生物处理、生态处理、混合处理技术四个方面来综述养殖场污水处理技术研究进展及应用情况。

2.1 源头减量技术源头减量是指从源头上来减少养殖场污水的产生。人们往往为了追求养殖业的快速发展，提高产量，会选择在饲料中添加高蛋白，然而当动物不能全部消化吸收时就会对随着粪便排出对环境造成一定的影响。这就需要采取合理的饲料配方，既满足畜禽的生产效率和产量的同时，又可以最大程度地减少粪便中氮、磷等的排放，降低环境污染[6]。有些发达国家开展“生态营养饲料”，也就是在饲料的加工生产喂养过程中通过生态营养配方技术来严格控制，使动物的营养系统达到平衡，最大限度地提高营养物质的利用效率。

2.1.1 生态营养饲料配置技术的关键

（1）原料选择。原料的选择直接决定饲料产品的质量，营养变异小、消化率高的原料可以保证畜禽快速生长的前提下，又可以达到排泄少、污染少的目的。首先，要选择绿色畜产品的饲料原料，原料中绿色产品至少要达到90%；其次，消化率高、营养变异少，研究表明消化率高的饲料可以使粪尿排出量减少5%；第三，无毒、无害、安全性高的原料选择也至关重要。张俞[7]的研究表明草地资源的选择直接决定了牛羊的健康养殖。

（2）加工技术。饲料的加工质量影响着畜禽的消化吸收效果，不同的畜禽对饲料有着不同的需求。猪饲料的颗粒一般会选择在700～800μm，最常用的是膨化和颗粒化技术加工，这样饲料的转化率、消化率最高，也会破坏其中的有毒物质，粪污排出量也会减少。

（3）酶添加。据报道，日粮中添加植酸酶，能有效提高氮的利用率，排出量将会减少2%～5%；添加蛋白酶、聚糖酶等，可以促进营养的消化吸收；添加益生素，可以降低氮的排泄量2.9%～25%；尽量选择一些高效、低吸收、无残留的合理利用[8]。

2.1.2 研究情况养殖场污水的源头减量化主要是靠生态营养饲料的配置来实现，许多学者对此进行了研究。张俞[7]通过4组实验研究了生长猪环保型饲料的配置，14.5%的日粮粗蛋白，0.4%总磷，另外可以使用枯草芽孢杆菌和有机微元素。乔建国[9]对日粮纤维进行研究，结果表明其严重影响猪的消化率。袁军[10]对饲料加工工艺和参数进行优化，从而提高饲料的加工质量，降低污染的排放量。赵萍[11]研究了微生物和酶制剂在秸秆发料饲料应用，结果表明微生物和酶制剂可以大大提高饲料的营养成分，降低污染物的排放量。

2.2 生物处理技术生物处理就是微生物通过自身的新陈代谢作用，把污水中的无机物转化为有机物，从而使废水得到净化的一种方法。从需氧的角度来说生物处理方法主要有厌氧生物法、好氧生物法。

2.2.1 厌氧好氧工艺的发展厌氧生物处理法是指生物在无氧或缺氧条件下，利用自身的代谢作用分解污水中的有机污染物，使有机污染物转化为无机物质的一种方法。厌氧工艺从开始的厌氧消化池，发展到厌氧滤器（AF），厌氧流化床反应器（AFB）、上流式厌氧污泥床（UASB）[12]厌氧折板式反应器（ABR）[13]、升流式固体反应器（USR）[14]、内循环厌氧反应器（IC）[15]以及第三代膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB和IC）[16-17]。好氧生物处理法是利用好氧生物代谢作用分解污水中的有机污染物一种方法。主要由活性污泥法和生物膜法两大类别。

2.2.2 厌氧-好氧联用技术鉴于养殖场废水的有机物浓度高，直接采用好氧处理，能耗太高，而相对来说厌氧处理的费用低。直接采用厌氧处理的话，CODcr不达标。这就促使许多学者把厌氧好氧工艺结合起来，既能够保证费用低，又可以实现污水达标排放。通常厌氧处理会用来制沼气，供应养殖区和办公区的用电需求。具体处理工艺见图1所示。

对于厌氧好氧工艺组合，有许多学者进行了相关研究，取得了一定的效果。董峥[18]等把内循环高效厌氧反应器和A/O法结合应用于规模化畜禽养殖场污水处理，结果显示在水力停留时间缩短到1～1.5d，容积负荷达到5kgCOD/（m3·d）以上，COD的去除率达到75%。方俊华[19]在厌氧-好氧生物滤池处理城市污水试验的研究中表明厌氧-好氧生物滤池能够有效去除污水中污染物，当CODcr、NH3-N、和SS的进水分别为23mg/L、56mg/L和112mg/L，水力停留时间为8h，曝气强度在0.5～0.6L/（m2·s）時，CODcr、NH3-N、和SS的去除率分别在90%、75%、80%。吴迪[20]等运用厌氧-3级好氧/缺氧生物膜工艺来处理农村生活污水，结果表明该工艺可以大大提高磷的去除率。

2.3 生态处理生态处理是利用天然的水体或农田建立生态修复系统来净化污水的一种方法。规模化养殖场污水适合的生物处理方式主要有自然还田、氧化塘、人工湿地等，在偏离城市中心有闲置土地的农村地区比较常见，国外养殖场污水处理采用较多的是美国和澳大利亚，国内主要是在华东地区。

2.3.1 自然还田自然还田是在养殖场的附近有农作物种植，利用养殖场污水和农田建立一个循环农业生态系统，通常采用自然沉淀或者随雨水直接排出的方式，是目前重要的污染源，管理粗放。其关键是养殖场规模和农田耕作量，养殖场规模的大小与农田耕作量成正比，才能够达到生态效益、经济效益最大化。污染物中营养成分循环利用，可以降低化肥施用量，但是投资高。自然还田适于远离市中心区，经济落后，有足够农田的农村偏远地区，同时猪场规模一般2万头以下。

2.3.2 氧化塘氧化塘是一种天然的或经过一定人工修建的有机废水处理池塘，其处理污水的过程实质上是一个水体自净的过程[21]。净化的过程中，既有物理因素，如絮凝、沉淀等，也有化学因素，氧化还原等，还有生物因素，氧化塘法主要适用于有旧河道、沼泽、荒地等的条件下，投资少，运行管理简单，可以和动植物形成复合生态系统。但是受土地和气候的影响比较大，土地和气候会直接影响污染物的去除率及生态效益。李瑜[21]等在谈氧化塘处理集约化畜禽养殖场污水研究中明确了氧化塘法的优缺点及适用条件等，表明氧化塘按照占优型的微生物种属以及生化反应的差异，可以分为厌氧塘、兼性塘、好氧塘、曝气4种类型，各类型的特征见表2。

2.3.3 人工湿地人工湿地是用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗隔水层，种植水生植物，从而使污水得到净化[22]。其关键是植物的选择及土壤-湿生物-微生物复合系统的基本性质特征。不同污染物需要不同的植物来去除。人工湿地法不仅起到污水净化作用，而且可以通过天然的湿地环境，创造独特的生态景观。赵颖[3]通过潜流人工湿地实验，表明芦苇和黑麦草可以富集Cr、Cu、Zn等重金属，并且生长速度快、适应能力强，可以用此构建人工湿地来处理养猪场的污水。叶勇[23]等通过对比2种主要的红树植物木榄和秋茄对牲畜废水的处理，结果表明对N、P的去除效果比较好。廖新俤[24]的研究表明香根草和风车草对污水中污染物COD的去除率达到80%以上。

2.4 混合技术处理混合技术处理是为了有效地改善养猪场污水的质量而选择多种技术联用的方法。为了解决养殖场的污染问题，许多学者会选择多种技术综合运用，研究其最佳的处理条件及参数。

2.4.1 超声波协同H2O2法养殖场污水处理的影响因素有很多，处理时间、超声波电流强度、H2O2用量等。多种因素的考虑需要设置正交实验。杨铁金[28]通过超声波协同H2O2来对养猪场污水进行研究，结果得出了超声波协同H2O2在电流0.7A、处理时间2min、H2O2用量3%时处理污水的效果最佳，COD量可降低95%以上，NH3-N含量可降至14～15mg/L，臭味也得到了改善，污水也由黑色变为浅黄色。

2.4.2 自然生物处理和石灰混凝沉降李雪梅[29]采用自然生物处理和石灰混凝沉降相结合的工艺来处理养殖场污水，通过检测CODcr、TP、pH、细菌总数等一些指标的变化，确定适当的自热处理天数，进一步添加不同量的石灰来观察不同阶段废水的处理效果，从而确定石灰添加量，结果表明“自然生物处理+石灰混凝沉降”工艺可以实现养殖场污水的快速处理。

2.4.3 改性黏土矿物的吸附改性黏土矿物具有储量丰富、吸附处理效果好、成本低、应用广泛、再生简单等优点，具有很高的潜在使用价值。郑露露[30]选择改性后的凹凸棒土对粪便污水进行吸附研究，结果表明在25℃、吸附时间为60min、pH为5、吸附用量为0.4g时，吸附效果最佳。对COD、TN、TP、NH4+-N、NO3--N、SS去除率可以达91.75%、80.06%、80.80%、83.78%、73.51%、90.20%。

3 展望

近年来，养殖场污水的处理技术不断改进，但是仍然存在处理效率低、污染严重等各种各样的问题，对于环境治理的投入，往往会降低养殖场的经济效益。大规模的养殖场可以选择处理厌氧-好氧、SBR等工艺来处理，加大对新技术研发的投资是有效治理养殖场污水的一个途径。而对于小规模的养殖场而言，需要考虑周边的环境，形成一个农业循环生态系统，粪污还田、还塘，秸秆制作饲料等。为了更好地治理养殖场污水问题，一些吸附性能好、廉价的材料有待于开发探索，比如说非金属黏土矿物材料的开发、秸秆的应用，都可以对此进行改性处理，再结合微生物筛选降解技术来降低养殖场污水中的污染物，这样不仅可以降低成本，还可以减少土地的占用。另外养殖场废水中残留的重金属和抗生素的去除方法研究也将成为今后研究的方向和重点。

4 结语

规模化养殖场的快速发展，使养殖场废水逐渐成为人们关注的焦点。为了适应不断出现的污水问题，人们一步步地将工艺技术进行改进、创新。本文主要从源头减量、生物处理、生态处理、混合技术处理四个方面综述了养殖场污水处理技术。源头减量主要是配制生态营养饲料，生物处理法鉴于费用和处理效果综合考虑，一般厌氧好氧工艺结合起来使用。混合处理主要是多种技术的综合运用。生态处理技术的关键是构筑生态修复系统，循环农业发展和人工湿地修复是未来生态处理的主要发展方向。另外，养殖场污水的处理技术仍需进一步提高，相关政府部门应加大宣传力度，完善法律法规，同时加大资金的投入，企业或科研单位则应加快技术的开发创新，从而使污水得到更高效合理的利用。

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