畜禽業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,畜禽養(yǎng)殖業(yè)大力發(fā)展所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重, 不僅影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 而且還危及生態(tài)安全, 已成為人們普遍關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題。 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的糞便和污水造成地表水、 地下水、 土壤和環(huán)境空氣的嚴(yán)重污染, 直接影響了人們的身體健康和正常生產(chǎn)生活。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)未經(jīng)處理的污水 中含有大量污染物質(zhì), 其污染負(fù)荷很高, 各類畜禽糞尿排泄系數(shù)見(jiàn)表 1 。這種高濃度有機(jī)廢水直接排入或隨雨水沖刷進(jìn)入江河湖庫(kù) , 大量消耗水體中的溶解氧 , 使水體變黑發(fā)臭。水中含有大量的 N 、 P 等營(yíng)養(yǎng)物是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一, 排入魚(yú)塘及河流使對(duì)有機(jī)物污染敏感的水生生物逐漸死亡, 嚴(yán)重者導(dǎo)致魚(yú)塘及河流喪失使用功能。養(yǎng)殖污水長(zhǎng)時(shí)間滲入地下, 使地下水中的硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮濃度增高, 地下水溶解氧含量減少, 有毒成分增多, 導(dǎo)致水質(zhì)惡化, 甚至喪失其使用功能, 同時(shí)危及周邊生活用水水質(zhì)。高濃度污水還可導(dǎo)致土壤孔隙堵塞, 造成土壤透氣、 透水性下降及板結(jié)、鹽化, 嚴(yán)重降低土壤質(zhì)量, 甚至傷害農(nóng)作物 , 造成減產(chǎn)和死亡。
為控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢水、 廢渣和惡臭對(duì)環(huán)境的污染, 國(guó)家*發(fā)布了《 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 , 著手治理畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)和養(yǎng)殖區(qū)的污染難題。這一標(biāo)準(zhǔn)旨在鼓勵(lì)生態(tài)養(yǎng)殖, 推動(dòng)畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展; 促進(jìn)畜禽場(chǎng)在廢棄物處理過(guò)程中考慮資源化利用, 減少末端污染物處理量。
2 畜禽養(yǎng)殖廢水的預(yù)處理
畜禽養(yǎng)殖廢水無(wú)論以何種工藝或綜合措施進(jìn)行處理, 都要采取一定的預(yù)處理措施。通過(guò)預(yù)處理可使廢水污染物負(fù)荷降低, 同時(shí)防止大的固體或雜物進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié), 造成設(shè)備的堵塞或破壞等。針對(duì)廢水中的大顆粒物質(zhì)或易沉降的物質(zhì), 畜禽養(yǎng)殖業(yè)采用過(guò)濾、 離心、 沉淀等固液分離技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理, 常用的設(shè)備有格柵、 沉淀池、 篩網(wǎng)等。 格柵是污水處理的工藝流程中*的部分, 其作用是阻攔污水中粗大的漂浮和懸浮固體, 以免阻塞孔洞、 閘門和管道, 并保護(hù)水泵等機(jī)械設(shè)備。 沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來(lái)的處理工藝, 是廢水處理中應(yīng)的方法之一。目前, 凡是有廢水處理設(shè)施的養(yǎng)殖場(chǎng)基本上都是在舍外串聯(lián) 2至3個(gè)沉淀池, 通過(guò)過(guò)濾、 沉淀和氧化分解將糞水進(jìn)行處理。篩網(wǎng)是篩濾所用的設(shè)施, 廢水從篩網(wǎng)中的縫隙流過(guò), 而固體部分則憑機(jī)械或其本身的重量, 截流下來(lái), 或推移到篩網(wǎng)的邊緣排出。常用的畜禽糞便固液分離篩網(wǎng)有固定篩、振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)動(dòng)篩。此外, 還有常用的機(jī)械過(guò)濾設(shè)備如自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)、 轉(zhuǎn)輥壓濾機(jī)、 離心盤式分離機(jī)等。
3 畜禽養(yǎng)殖廢水的主要處理技術(shù)
3.1 自然處理法
自然處理法時(shí)畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)傳的方法。自然處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、 化學(xué)與生物的綜合作用來(lái)凈化污水。其凈化機(jī)理主要包括過(guò)濾、 截留、 沉淀、 物理和化學(xué)吸附、 化學(xué)分解、 生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、 物質(zhì)循環(huán)再生原理、 結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則, 分層多級(jí)截留、 儲(chǔ)藏、 利用和轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)機(jī)制等。這類方法投資省、 工藝簡(jiǎn)單、 動(dòng)力消耗少 , 但凈化功能受自然條件的制約。 自然處理的主要模式有氧化塘、 土壤處理法、 人工濕地處理法等。氧化塘又稱為生物穩(wěn)定塘 , 是一種利用天然或人工整修的池塘進(jìn)行污水生物處理的構(gòu)筑物。 其對(duì)污水的凈化過(guò)程和天然水體的自凈過(guò)程很相似 , 污水在塘內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng) , 有機(jī)污染物通過(guò)水中微生物的代謝活動(dòng)而被降解 , 溶解氧則由藻類通過(guò)光合作用和塘面的復(fù)氧作用提供 , 亦可通過(guò)人工曝氣法提供。作為環(huán)境工程構(gòu)筑物 , 氧化塘主要用來(lái)降低水體的有機(jī)污染物 ,提高溶解氧的含量 , 并適當(dāng)去除水中的氮和磷 , 減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化的程度。土壤處理法不同于季節(jié)性的污水灌溉, 是常年性的污水處理方法。 將污水施于土地上, 利用土壤 - 微生物 - 植物組成的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行一系列物理的、 化學(xué)的和生物凈化過(guò)程, 使廢水的水質(zhì)得到凈化, 并通過(guò)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的循環(huán)利用,使綠色植物生長(zhǎng)繁殖, 從而實(shí)現(xiàn)廢水的資源化、 無(wú)害化和穩(wěn)定化。人工濕地可通過(guò)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徑去除廢水中的
懸浮物、 有機(jī)物、 氮、 磷和重金屬等。 近年來(lái), 人工濕地的研究越來(lái)越受到重視, 葉勇等利用紅樹(shù)植物木欖和秋茄處理牲畜廢水營(yíng)養(yǎng)鹽 N 、 P , 結(jié)果表明兩種植物對(duì)N 、 P 的去除效果較好 。廖新俤 , 駱世明分別以香根草和風(fēng)車草為植被 , 建立人工濕地 , 隨季節(jié)不同 , 對(duì)污染物的去除率不同 , COD Cr 去除率可達(dá) 90% 以上 , BOD 5可達(dá) 80% 以上。由于自然處理法投資少 , 運(yùn)行費(fèi)用低 , 在有足夠土地可利用的條件下 , 它是一種較為經(jīng)濟(jì)的處理方法 , 特別適宜于小型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水處理。
3.2 厭氧處理技術(shù)
20 世紀(jì) 50 年代出現(xiàn)了厭氧接觸法 (anaerobiccontact process) 工 藝 , 此 后 隨 著 厭 氧 濾 器 A F(anaerobic filter) 和上流式厭氧污泥床 UASB (Upflowanaerobic sludge bed) 的發(fā)明, 推動(dòng)了以提高污泥濃度和改善廢水與污泥混合效果為基礎(chǔ)的一系列高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器的發(fā)展 , 并逐步應(yīng)用于禽畜污水處理中。厭氧處理特點(diǎn)是造價(jià)低, 占地少, 能量需求低, 還可以產(chǎn)生沼氣 ; 而且處理過(guò)程不需要氧 , 不受傳氧能力的限制 , 因而具有較高的有機(jī)物負(fù)荷潛力 , 能使一些好氧微生物所不能降解的部分進(jìn)行有機(jī)物降解。常用的方法有 : *混合式厭氧消化器、 厭氧接觸反應(yīng)器、 厭氧濾池、 上流式厭氧污泥床、 厭氧流化床、 升流式固體反應(yīng)器等。 鄧良偉、 陳鉻銘用內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器( IC ) 工藝處理豬場(chǎng)廢水 , 其 TP 去除率達(dá)53.8% ,COD 去除率達(dá) 80.3% ,BOD 5 去除率達(dá) 95.8% ,SS 去除率達(dá) 78% , 沼氣產(chǎn)氣率達(dá) 1.5～ 3 m 3 · d -1 。 張國(guó)治等選用小球藻、 顫藻等藻類 , 采用懸浮藻類法和固定藻類法兩種工藝 , 對(duì)豬糞厭氧廢液進(jìn)行凈化處理, 也取得了較好的效果。目前國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖場(chǎng)廢水處理主要采用的是上流式厭氧污泥床及升流式固體反應(yīng)器工藝。 近年來(lái) , 學(xué)者對(duì)各種厭氧反應(yīng)器研究較多 , 認(rèn)為新型超高效厭氧反應(yīng)器處理豬場(chǎng)污水有機(jī)污染物有廣闊的前景。
3.3 好氧處理技術(shù)
好氧處理的基本原理是利用微生物在好氧條件下分解有機(jī)物 , 同時(shí)合成自身細(xì)胞 ( 活性污泥 ) 。在好氧處理中 , 可生物降解的有機(jī)物終可被*氧化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。該方法主要有活性污泥法和生物濾池、 生物轉(zhuǎn)盤、 生物接觸氧化、 序批式活性污泥、 A/O及氧化溝等。采用好氧技術(shù)對(duì)畜禽廢水進(jìn)行生物處理 , 這方面研究的較多的是水解與 SBR 結(jié)合的工藝。SBR ( sequencing batch reactor) 工藝 , 即序批式活性污泥法, 是基于傳統(tǒng)的 Fill- Draw 系統(tǒng)改進(jìn)并發(fā)展起來(lái)的一種間歇式活性污泥工藝, 它把污水處理構(gòu)筑物從空間系列轉(zhuǎn)化為時(shí)間系列 , 在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行進(jìn)水、 反應(yīng)、 沉淀、 排水、 閑置等周期循環(huán)。 SBR 與水解方式結(jié)合處理畜禽廢水時(shí), 水解過(guò)程對(duì) COD Cr 有較高的去除率 , SBR 對(duì)總磷去除率為 74.1% , 高濃度氨氮去除率達(dá) 97% 以上。此外, 其他好氧處理技術(shù)也逐漸應(yīng)用于畜禽廢水處理中, 如間歇式排水延時(shí)曝氣( IDEA )、 循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)( CASS )、 間歇式循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法( ICEAS )。
3.4 混合處理法
上述的自然處理法、 厭氧法、 好氧法用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍, 為了取長(zhǎng)補(bǔ)短,獲得良好穩(wěn)定的出水水質(zhì), 實(shí)際應(yīng)用中加入其他處理單元?；旌咸幚砭褪歉鶕?jù)畜禽廢水的多少和具體情況 , 設(shè)計(jì)出由以上 3 種、 或以它們?yōu)橹黧w并結(jié)合其他處理方法進(jìn)行優(yōu)化的組合共同處理畜禽廢水。 這種方式能以較低的處理成本 , 取得較好的效果。
彭軍等選擇厭氧 - 兼氧組合式生物塘作為主體工藝, 將上流式厭氧污泥床移植到兼性塘, 豬場(chǎng)廢水經(jīng)處理后, 其 BOD 5 、 COD Cr 、 NH 4 + - N 可分別從 9 000 、14 000 、 1 200 降至 20 、 60 、 65 mg · L -1 , 成功地解決了熱帶地區(qū)規(guī)?；i場(chǎng)污水污染負(fù)荷高和養(yǎng)豬行業(yè)利潤(rùn)低的兩大難題。杭州西子養(yǎng)殖場(chǎng)采用了厭氧好氧結(jié)合的處理工藝 , 經(jīng)處理后 , 水中 COD Cr 約為 400 mg · L -1 ,BOD 5為 140 mg · L -1 , 基本達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。韓力平等采用直接投加優(yōu)勢(shì)菌的方法, 可大大改善原自然處理系統(tǒng)的能力, 提高對(duì)水體或土壤中難降解有機(jī)物的降解能力。深圳農(nóng)牧實(shí)業(yè)公司的污水處理工程工藝流程為污水 → 固液分離 → 調(diào)節(jié)池 → 上流式厭氧消化 → 植物塘 → 魚(yú)塘 → 排放 , 處理后廢水也能達(dá)到深圳市廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。 李金秀等采用 ASBR- SBR 組合反應(yīng)器系統(tǒng) ,ASBR 作為預(yù)處理器 ( 厭氧 ) , 主要用于去除有機(jī)物 , SBR ( 好氧 ) 用于生物脫氮處理。膜生物反應(yīng)器是由膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的新型生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。 它用膜取代了傳統(tǒng)的二沉池, 具有出水穩(wěn)定、 活性污泥濃度高、 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、 剩余污泥少、 裝置結(jié)構(gòu)緊湊、 占地少等特點(diǎn)。近年來(lái), 已經(jīng)逐漸應(yīng)用于各種污水的處理。 范建偉, 張杰采用膜生物反應(yīng)器對(duì)上海市郊一畜禽場(chǎng)的排出廢水進(jìn)行處理, 通過(guò)一段時(shí)間的調(diào)整, 處理系統(tǒng)逐步穩(wěn)定, 出水達(dá)到*排放標(biāo)準(zhǔn) 。畜禽養(yǎng)殖廢水是比較難處理的有機(jī)廢水, 主要是因?yàn)槠渑帕看? 溫度較低, 廢水中固液混雜, 有機(jī)物含量較高, 固形物體積較小, 很難進(jìn)行分離, 而且沖洗時(shí)間相對(duì)集中, 使得處理過(guò)程無(wú)法連續(xù)進(jìn)行。由于廢水
中的 COD , BOD 等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo), 懸浮物量大, 氮磷含量豐富, 氨氮含量高且不易去除, 單純采用物理、 化學(xué)或者生物處理方法都很難達(dá)到排放要求。 因此一般養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水處理都需要使用多種處理方法相結(jié)合的工藝。根據(jù)畜禽廢水的特點(diǎn)和利用途徑, 可采用以上不同的處理技術(shù)。
4 結(jié)語(yǔ)
畜禽養(yǎng)殖廢水的處理方法還有很多 , 某一種處理方法能否被接受 , 不僅要考慮這種處理方法在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì) , 還要考慮該方法的投資、 日常運(yùn)行費(fèi)用和操作是否方便等問(wèn)題。為了做好畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治工作 , 實(shí)現(xiàn)廢水回收再利用, 減少?gòu)U水的排放和化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的輸入, 使污染減輕限度, 不僅要實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程的無(wú)害化, 而且要實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程的資源化, 有效地保護(hù)和改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境 , 促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。
