1 畜禽养殖业的污染现状
畜禽业是我国农业和农村经济的重要组成部分,畜禽养殖业大力发展所带来的环境污染问题日益严重, 不仅影响经济发展, 而且还危及生态安全, 已成为人们普遍关注的社会问题。 畜禽养殖场产生的粪便和污水造成地表水、 地下水、 土壤和环境空气的严重污染, 直接影响了人们的身体健康和正常生产生活。畜禽养殖场未经处理的污水 中含有大量污染物质, 其污染负荷很高, 各类畜禽粪尿排泄系数见表 1 。这种高浓度有机废水直接排入或随雨水冲刷进入江河湖库 , 大量消耗水体中的溶解氧 , 使水体变黑发臭。水中含有大量的 N 、 P 等营养物是造成水体富营养化的重要原因之一, 排入鱼塘及河流使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡, 严重者导致鱼塘及河流丧失使用功能。养殖污水长时间渗入地下, 使地下水中的硝态氮或亚硝态氮浓度增高, 地下水溶解氧含量减少, 有毒成分增多, 导致水质恶化, 甚至丧失其使用功能, 同时危及周边生活用水水质。高浓度污水还可导致土壤孔隙堵塞, 造成土壤透气、 透水性下降及板结、盐化, 严重降低土壤质量, 甚至伤害农作物 , 造成减产和死亡。
为控制畜禽养殖业产生的废水、 废渣和恶臭对环境的污染, 国家环境保护总局发布了《 畜禽养殖业污染物排放标准》 , 着手治理畜禽养殖场和养殖区的污染难题。这一标准旨在鼓励生态养殖, 推动畜禽养殖业可持续健康发展; 促进畜禽场在废弃物处理过程中考虑资源化利用, 减少末端污染物处理量。畜禽养殖业污染物排放标准见表 2 。
2 畜禽养殖废水的预处理
畜禽养殖废水无论以何种工艺或综合措施进行处理, 都要采取一定的预处理措施。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等。针对废水中的大颗粒物质或易沉降的物质, 畜禽养殖业采用过滤、 离心、 沉淀等固液分离技术进行预处理, 常用的设备有格栅、 沉淀池、 筛网等。 格栅是污水处理的工艺流程中必不可少的部分, 其作用是阻拦污水中粗大的漂浮和悬浮固体, 以免阻塞孔洞、 闸门和管道, 并保护水泵等机械设备。 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。目前, 凡是有废水处理设施的养殖场基本上都是在舍外串联 2至3个沉淀池, 通过过滤、 沉淀和氧化分解将粪水进行处理。筛网是筛滤所用的设施, 废水从筛网中的缝隙流过, 而固体部分则凭机械或其本身的重量, 截流下来, 或推移到筛网的边缘排出。常用的畜禽粪便固液分离筛网有固定筛、振动筛和转动筛。此外, 还有常用的机械过滤设备如自动转鼓过滤机、转辊压滤机、 离心盘式分离机等。
3 畜禽养殖废水的主要处理技术
3.1 自然处理法
自然处理法时畜禽养殖废水处理技术最传统的方法。自然处理法是利用天然水体、土壤和生物的物理、 化学与生物的综合作用来净化污水。其净化机理主要包括过滤、 截留、 沉淀、 物理和化学吸附、 化学分解、 生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生态系统中物种共生、 物质循环再生原理、 结构与功能协调原则, 分层多级截留、 储藏、 利用和转化营养物质机制等。这类方法投资省、 工艺简单、 动力消耗少 , 但净化功能受自然条件的制约。 自然处理的主要模式有氧化塘、 土壤处理法、 人工湿地处理法等。氧化塘又称为生物稳定塘 , 是一种利用天然或人工整修的池塘进行污水生物处理的构筑物。 其对污水的净化过程和天然水体的自净过程很相似 , 污水在塘内停留时间长 , 有机污染物通过水中微生物的代谢活动而被降解 , 溶解氧则由藻类通过光合作用和塘面的复氧作用提供 , 亦可通过人工曝气法提供。作为环境工程构筑物 , 氧化塘主要用来降低水体的有机污染物 ,提高溶解氧的含量 , 并适当去除水中的氮和磷 , 减轻水体富营养化的程度。土壤处理法不同于季节性的污水灌溉, 是常年性的污水处理方法。 将污水施于土地上, 利用土壤 - 微生物 - 植物组成的生态系统对废水中的污染物进行一系列物理的、 化学的和生物净化过程, 使废水的水质得到净化, 并通过系统的营养物质和水分的循环利用,使绿色植物生长繁殖, 从而实现废水的资源化、 无害化和稳定化。人工湿地可通过沉淀、 吸附、 阻隔、 微生物同化分解、 硝化、 反硝化以及植物吸收等途径去除废水中的悬浮物、 有机物、 氮、 磷和重金属等。 近年来, 人工湿地的研究越来越受到重视, 叶勇等利用红树植物木榄和秋茄处理牲畜废水营养盐 N 、 P , 结果表明两种植物对N 、 P 的去除效果较好 。廖新俤 , 骆世明分别以香根草和风车草为植被 , 建立人工湿地 , 随季节不同 , 对污染物的去除率不同 , COD Cr 去除率可达 90% 以上 , BOD 5可达 80% 以上。由于自然处理法投资少 , 运行费用低 , 在有足够土地可利用的条件下 , 它是一种较为经济的处理方法 , 特别适宜于小型畜禽养殖场的废水处理。
3.2 厌氧处理技术
20 世纪 50 年代出现了厌氧接触法 (anaerobiccontact process) 工 艺 , 此 后 随 着 厌 氧 滤 器 A F(anaerobic filter) 和上流式厌氧污泥床 UASB (Upflowanaerobic sludge bed) 的发明, 推动了以提高污泥浓度�透纳品纤胛勰嗷旌闲Ч〉囊幌盗懈吒汉裳嵫醴从ζ鞯姆⒄� , 并逐步应用于禽畜污水处理中。厌氧处理特点是造价低, 占地少, 能量需求低, 还可以产生沼气 ; 而且处理过程不需要氧 , 不受传氧能力的限制 , 因而具有较高的有机物负荷潜力 , 能使一些好氧微生物所不能降解的部分进行有机物降解。常用的方法有 : 完全混合式厌氧消化器、 厌氧接触反应器、 厌氧滤池、 上流式厌氧污泥床、 厌氧流化床、 升流式固体反应器等。 邓良伟、 陈铬铭用内循环厌氧反应器( IC ) 工艺处理猪场废水 , 其 TP 去除率达53.8% ,COD 去除率达 80.3% ,BOD 5 去除率达 95.8% ,SS 去除率达 78% , 沼气产气率达 1.5～ 3 m 3 · d -1 。 张国治等选用小球藻、 颤藻等藻类 , 采用悬浮藻类法和固定藻类法两种工艺 , 对猪粪厌氧废液进行净化处理, 也取得了较好的效果。目前国内养殖场废水处理主要采用的是上流式厌氧污泥床及升流式固体反应器工艺。 近年来 , 学者对各种厌氧反应器研究较多 , 认为新型超高效厌氧反应器处理猪场污水有机污染物有广阔的前景。
3.3 好氧处理技术
好氧处理的基本原理是利用微生物在好氧条件下分解有机物 , 同时合成自身细胞 ( 活性污泥 ) 。在好氧处理中 , 可生物降解的有机物最终可被完全氧化为简单的无机物。该方法主要有活性污泥法和生物滤池、 生物转盘、 生物接触氧化、 序批式活性污泥、 A/O及氧化沟等。采用好氧技术对畜禽废水进行生物处理 , 这方面研究的较多的是水解与 SBR 结合的工艺。SBR ( sequencing batch reactor) 工艺 , 即序批式活性污泥法, 是基于传统的 Fill- Draw 系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺, 它把污水处理构筑物从空间系列转化为时间系列 , 在同一构筑物内进行进水、 反应、 沉淀、 排水、 闲置等周期循环。 SBR 与水解方式结合处理畜禽废水时, 水解过程对 COD Cr 有较高的去除率 , SBR 对总磷去除率为 74.1% , 高浓度氨氮去除率达 97% 以上。此外, 其他好氧处理技术也逐渐应用于畜禽废水处理中, 如间歇式排水延时曝气( IDEA )、 循环式活性污泥系统( CASS )、 间歇式循环延时曝气活性污泥法( ICEAS )。
3.4 混合处理法
上述的自然处理法、 厌氧法、 好氧法用于处理畜禽养殖废水各有优缺点和适用范围, 为了取长补短,获得良好稳定的出水水质, 实际应用中加入其他处理单元。混合处理就是根据畜禽废水的多少和具体情况 , 设计出由以上 3 种、 或以它们为主体并结合其他处理方法进行优化的组合共同处理畜禽废水。 这种方式能以较低的处理成本 , 取得较好的效果。
彭军等选择厌氧 - 兼氧组合式生物塘作为主体工艺, 将上流式厌氧污泥床移植到兼性塘, 猪场废水经处理后, 其 BOD 5 、 COD Cr 、 NH 4 + - N 可分别从 9 000 、14 000 、 1 200 降至 20 、 60 、 65 mg · L -1 , 成功地解决了热带地区规模化猪场污水污染负荷高和养猪行业利润低的两大难题。杭州西子养殖场采用了厌氧好氧结合的处理工艺 , 经处理后 , 水中 COD Cr 约为 400 mg · L -1 ,BOD 5为 140 mg · L -1 , 基本达到废水排放标准。韩力平等采用直接投加优势菌的方法, 可大大改善原自然处理系统的能力, 提高对水体或土壤中难降解有机物的降解能力。深圳农牧实业公司的污水处理工程工艺流程为污水 → 固液分离 → 调节池 → 上流式厌氧消化 → 植物塘 → 鱼塘 → 排放 , 处理后废水也能达到深圳市废水排放标准。 李金秀等采用 ASBR- SBR 组合反应器系统 ,ASBR 作为预处理器 ( 厌氧 ) , 主要用于去除有机物 , SBR ( 好氧 ) 用于生物脱氮处理。膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的新型生物化学反应系统。 它用膜取代了传统的二沉池, 具有出水稳定、 活性污泥浓度高、 抗冲击负荷能力强、 剩余污泥少、 装置结构紧凑、 占地少等特点。近年来, 已经逐渐应用于各种污水的处理。 范建伟, 张杰采用膜生物反应器对上海市郊一畜禽场的排出废水进行处理, 通过一段时间的调整, 处理系统逐步稳定, 出水达到国家一级排放标准 。畜禽养殖废水是比较难处理的有机废水, 主要是因为其排量大, 温度较低, 废水中固液混杂, 有机物含量较高, 固形物体积较小, 很难进行分离, 而且冲洗时间相对集中, 使得处理过程无法连续进行。由于废水中的 COD , BOD 等指标严重超标, 悬浮物量大, 氮磷含量丰富, 氨氮含量高且不易去除, 单纯采用物理、 化学或者生物处理方法都很难达到排放要求。 因此一般养殖场的废水处理都需要使用多种处理方法相结合的工艺。根据畜禽废水的特点和利用途径, 可采用以上不同的处理技术。典型的工艺流程见图 1 。。
4 结语
畜禽养殖废水的处理方法还有很多 , 某一种处理方法能否被接受 , 不仅要考虑这种处理方法在技术上的优势 , 还要考虑该方法的投资、 日常运行费用和操作是否方便等问题。为了做好畜禽养殖业污染防治工作 , 实现废水回收再利用, 减少废水的排放和化学物质对环境的输入, 使污染减轻到最低限度, 不仅要实现处理过程的无害化, 而且要实现处理过程的资源化, 有效地保护和改善农村生态环境 , 促进畜禽养殖环境与经济的可持续协调发展。
