贫困地区猪场废水处理模式探讨

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(1.四川省科学技术信息研究所, 四川 成都 610016; 2.长江师范学院 绿色智慧环境学院, 重庆 涪陵 408100; 3.重庆市黔江区畜牧技术推广站, 重庆 黔江 409000)

0 引言

猪场养殖废水氮磷含量较高，而且富含大量有机物、悬浮物，如果随意排放会造成水污染、大气污染和土壤污染。现阶段，养殖场往往通过厌氧发酵来完成废水中有机物的降解[1]，但同时产生大量副产物-厌氧消化液，富含氮磷的厌氧消化液排放到自然水体容易造成富营养化，随着水的迁移还容易造成地下水氮超标。猪场废水中的悬浮物含量较高，能够堵塞土壤的毛细孔，造成土壤的透水性、透气性变差，进而造成农产品减产、品质降低。厌氧消化液的氮磷含量远远超过排放标准，特别是厌氧发酵过程中，氨氮存在升高的趋势[2]。随着环保要求的不断提高，猪场废水的排放对现有处理技术提出了更高的要求。

结合猪场废水的特性和贫困地区的环境容量，综合利用和达标排放是两条可选之径，无论哪一种模式都需要对猪场的废水进行综合性预处理。猪场常用清粪工艺主要有干清粪和尿泡粪的粪污收集模式，新建采用干清粪工艺的空怀妊娠猪舍会在舍外设置收集池，在排污管进入收集池的端口需要加设格栅，可以拦截输精管等塑料制品、针头等金属制品等，另外需要加设能够吸附金属针头的设备，防止粪污泵转子等损坏。进入环保工程区的粪污则需要通过挤压、离心等具有固液分离功能的设备进行预处理，尽可能地将干物质与液体分离，现阶段虽然离心式分离机和旋转加压式分离机的处理效率相对较低，但是固液分离率可达90%以上，固体部分含水率在70%以上，所以猪场废水分离后仍含有大量有机物，仍需要进行相应的后续处理。

目前，养殖废水的主要处理技术有以下几种。

1 自然处理法

自然界的水体和土壤具有一定的自净能力，只要污染物浓度控制在一定的范围内，在一定的时间内，土壤中的微生物等能够将污染物分解，确保不会对农业生产和周边环境产生影响。但是，我国种养分离较为严重，特别是早期建设的猪场，虽然通过了环评，但是并没有足够的土地来完全消纳连续产生的污水，导致很大一部分污水在未经处理的情况下直接排入自然界，其后果就是众多的养猪场周边出现水体黑丑、蚊蝇滋生，进而影响到猪场的生物安全，导致猪场疫病频发。自然处理依靠水生动植物对污水进行处理，易受气候条件、土地面积的影响，常见的有氧化塘法、人工湿地法等。污水在自然处理设施中的水力停留时间较长，因而需要大量的土地确保微生物能够将有机物完全降解。自然处理系统在超负荷的运作条件下会很快崩溃，失去处理能力。自然处理发具有投资少、运行费用低的优点，但是也具有一定的局限性，适合于规模较小且具有足够土地的猪场。

2 厌氧处理法

饲料残渣和粪便含有大量有机物，即便进行固液分离，废水中仍含有大量有机物。在厌氧条件和微生物的作用下，20%～95%有机物在水解、酸化、产甲烷阶段被消解并产生大量的CH4、CO2、碳酸盐等，而且富含氮、磷、钾等营养元素和其他活性物质，可作为有机肥施用，但是需要根据作物的不同研究合理的配施制度。

年存栏6 000头的猪场，沼气工程减排的CO2当量为500～1 000 t，厌氧发酵是甲烷排放率较高的液体粪污管理的重要资源化手段之一。但是，厌氧消化液从厌氧设施排出后，在储存阶段仍可释放CH4，黄丹丹等[3]对猪场厌氧消化液在储存过程中的氨氮和CH4排放规律进行了研究，CH4在贮存的前12 d增加且达到峰值，这可能是厌氧消化液在储存过程中继续发酵所致，在氨氮挥发过程中，厌氧消化液pH会上升，第40 d氨氮排放浓度降低到3 mg/m3。虽然厌氧发酵能够生成生物燃气，但是不具备氮磷的去除功能，而且液体中氨氮含量往往呈上升趋势，所以厌氧发酵液的氮磷含量远远超过国家的排放标准。

厌氧消化液中含有生物活性物质，如氨基酸、腐殖酸、植物内源激素(玉米素、赤霉素、吲哚乙酸)等，这些物质有的利于种子发芽、有的利于作物生长，是很好的液态有机肥。对于具有足够土地养殖场，可以对厌氧消化液进行农田施用，处理后可采用现代农业灌溉等形式加以资源化利用。大规模场在做好农业资源化利用的同时，根据场内废水剩余量，量大限度地做好达标排放。

3 好氧处理法

高负荷废水先作厌氧处理，可以把大分子物质分解为小分子酸等物质，然后再接好氧处理工艺。好氧处理工艺需要有游离态氧的参与，微生物将小分子物质分解，达到稳定、无害化处理的目标。好氧处理能够将厌氧分解的小分子物质进行降解，同时能够将难降解的物质进行分解，同时去除废水中部分氮磷。好氧处理工艺可分为活性污泥法(如氧化沟、SBR及变形工艺等)、生物膜法(生物转盘等)和好氧塘法。虽然好氧工艺对物质的处理速度相对于厌氧发酵快，但是好氧处理法的物质分解率相对较低，而且运行管理相对较为复杂，不适合高浓度废水和可生化性较差的废水。

4 组合工艺法

猪场废水属于高浓度有机废水，特别采用尿泡粪工艺的猪场具有瞬间排量大、对环保系统具有一定冲击力的特点，单纯对其采用物理、化学或生物学方法都会遇到运行成本高的瓶颈，所以实际的污水管理一般采用组合工艺法，如“厌氧+A/O”、“厌氧+SBR”等。BOD5/COD是废水可生化性(biodegrade-ability)的一个重要指标，当BOD5/COD<0.25时，说明生物降解性较差，猪粪沼液经过厌氧后该值可达0.16[4]，而且沼液的COD/TKN往往也处于不利于生化的范围内，厌氧废水需外源碳源来保证反硝化过程的顺利进行[5]，所以厌氧往往会结合BOD负荷较小的好氧处理工艺，以期完成沼液的达标排放。

猪场污水处理系统需要流程简单清晰、技术先进、设备稳定，同时能够尽量经济地运行系统，完成废水的达标处理。猪的日粮多以精细饲料为主，猪场废水中悬浮物，需要对其进行预处理，采用物理方法对废水进行预处理，粒径大于100 μm的颗粒物可通过筛滤等进行移除，BOD和COD去除率一般为30%和70%，但是如果采用采用螺旋挤压固液分离机处理尿泡粪废水，分离效果将会很差。为了减轻后续生化处理阶段的压力，可对废水进行絮凝等处理，将废水中的难溶解有机物等通过该阶段进行脱除。然后采用厌氧(如UASB)高负荷去除有机物，附以两级A/O和化学氧化，完成废水各项参数的达标处理。

抗生素具有减少动物疾病发生和提高生产效率的作用，但是不合理使用则会适得其反，威胁畜牧业的可持续发展。虽然人类没有直接摄取兽用抗生素，但是食用动物产品会导致耐药性细菌进入人体内。抗生素的不合理和不规范使用同样会导致众多的环境问题。未降解的抗生素进入环境后，可以诱导细菌产生耐药性，甚至一些常见的病原体可以演变为“超级细菌”，其耐药性基因可遗传。抗生素通过食物链作用会降低人体免疫力，美国疾病控制与预防中心估计约2.3万人死于抗生素耐药性感染。厌氧对于抗生素的分解作用较弱，大部分抗生素仍旧残留在废水当中，所以抗生素的残留将成为综合处理和资源化的难点之一。为了降低抗生素对于环境和人体的负面影响，可以通过选址、生物安全控制、设施养殖环境控制等手段来提升猪的抗病能力，尽可能地少用抗生素的使用。

为了确保“科学合理、经济可行”的目标，不同地区应该根据当地的实际情况和要求为切入点，不能一味地照抄和复制，不同的项目应全面进行技术、经济、环境容量比较，然后针对性地进行废水工艺的优选确定。