歐陽婷， 王 濤，樊 華

(1.江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西南昌 330077；2.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西南昌 330031)

養(yǎng)豬廢水深度治理技術(shù)研究進(jìn)展

歐陽婷1,2， 王 濤1*，樊 華2

(1.江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西南昌 330077；2.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西南昌 330031)

對(duì)國(guó)內(nèi)外養(yǎng)豬廢水的深度治理技術(shù)進(jìn)行了分析，首先對(duì)養(yǎng)豬廢水水質(zhì)進(jìn)行了分析，并與排放限值要求進(jìn)行了對(duì)比。其次，系統(tǒng)地總結(jié)了養(yǎng)豬廢水的治理技術(shù)，并對(duì)各種技術(shù)的治理效果及治理成本進(jìn)行了分析，提出了畜禽養(yǎng)殖廢水治理工藝的設(shè)計(jì)思路。最后，分析了我國(guó)生豬養(yǎng)殖污染治理面臨的困境，提出了小規(guī)模分散式養(yǎng)殖污染治理的發(fā)展方向，以期為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染的治理提供科學(xué)依據(jù)。

養(yǎng)豬廢水；深度治理；面源污染

“十二五”時(shí)期，隨著人們生活水平的提高，生豬養(yǎng)殖業(yè)得到了快速發(fā)展。據(jù)《全國(guó)生豬生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃》(農(nóng)牧發(fā)〔2016〕6號(hào))統(tǒng)計(jì)，“十二五”末期，全國(guó)年生豬出欄量較“十一五”末期提高6.2%，豬肉占肉類的比重達(dá)63.62%。據(jù)《2014年中國(guó)養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，養(yǎng)豬行業(yè)產(chǎn)值占我國(guó)畜牧業(yè)總產(chǎn)值的比重達(dá)47%，養(yǎng)豬業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分[1]。隨之而來，養(yǎng)豬糞污對(duì)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源之一。據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)COD排放量達(dá)到1 268.26萬t、總氮102.48萬t、總磷16.04萬t，分別占農(nóng)業(yè)源污染物排放量的95.78%、37.89%和56.34%，占全國(guó)主要污染物排放總量的41.87%、21.67%和37.90%[2]。如何對(duì)養(yǎng)豬廢水進(jìn)行深度治理，減輕其對(duì)環(huán)境污染，成為亟待解決的難題。筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外養(yǎng)豬廢水的深度治理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并比較了治理效果，以期為養(yǎng)豬廢水的深度治理提供參考。

1 養(yǎng)豬廢水水質(zhì)及排放要求

1.1 水質(zhì) 豬場(chǎng)廢水主要來源于欄舍沖洗水、豬尿，其中伴有豬糞及飼料殘?jiān)?，水質(zhì)、水量波動(dòng)大，呈灰黑色，有機(jī)物、懸浮物、營(yíng)養(yǎng)鹽含量高，并含有大量細(xì)菌及其他微生物，對(duì)環(huán)境污染較大。豬場(chǎng)廢水特征值pH 6.8～8.7，CODCr2 000～15 000 mg/L,BOD5350～10 000 mg/L,SS 300～12 000 mg/L,氨氮127～1 780 mg/L[3]。

1.2 排放要求 據(jù)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15596—2001)，養(yǎng)豬廢水污染物最高允許日均排放濃度為CODCr400 mg/L,BOD5150 mg/L,SS 200 mg/L,TP 8 mg/L,NH4+-N 80 mg/L,糞大腸菌群1 000個(gè)/L，蛔蟲卵2個(gè)/L。由此可見，如果養(yǎng)豬廢水未經(jīng)處理直接排放，濃度遠(yuǎn)超GB 15596—2001中規(guī)定的濃度限值要求，對(duì)環(huán)境的污染負(fù)荷非常大。

2 常用養(yǎng)豬廢水治理技術(shù)

圍繞畜禽養(yǎng)殖廢水的治理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究，提出還田利用處理、物化處理、生物處理、自然生態(tài)處理等治理技術(shù)[4]。

2.1 還田利用處理 畜禽養(yǎng)殖糞污還田利用處理是一種傳統(tǒng)方法，歷史悠久，20世紀(jì)90年代，贛南地區(qū)提出的“豬-沼-果”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式是該處理方式的典型代表。該處理方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了畜禽糞便的資源化利用，對(duì)改良農(nóng)田土壤肥力具有重要作用。然而，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，該處理方式已難以適應(yīng)畜禽糞污的處理要求，突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是部分養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土地不能完全就地消納糞污；二是農(nóng)作物對(duì)糞污的需求不能與其排放量完全同步，土地休耕期間，對(duì)糞污的接納能力有限，導(dǎo)致糞污產(chǎn)生相對(duì)過量。此外，畜禽糞污中大量的營(yíng)養(yǎng)元素及部分重金屬隨糞污一并進(jìn)入農(nóng)田，對(duì)土壤及水體產(chǎn)生累積性污染，從而破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

2.2 物化處理 物化治理技術(shù)是通過物理、化學(xué)的綜合作用凈化養(yǎng)殖廢水，具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用、有效等優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行成本相對(duì)較高，可能產(chǎn)生二次污染，常作為預(yù)處理或后續(xù)處理使用。目前，國(guó)內(nèi)外常用的養(yǎng)豬廢水物化處理技術(shù)有吸附法、絮凝沉淀法、電化學(xué)氧化法、Fenton試劑氧化法等。Fenton試劑氧化法，F(xiàn)enton試劑預(yù)氧化后，畜禽廢水生化性得到有效改善，可為后續(xù)生化處理提供基礎(chǔ)條件；采用Fenton氧化處理經(jīng)過上流式厭氧污泥床(UASB)消化的畜禽廢水，對(duì)厭氧出水化學(xué)需氧量(COD)和色度的去除率分別達(dá)到95%和96%[5]；吸附技術(shù)是一種常用物理化學(xué)法，可根據(jù)水中污染物種類的不同選擇相對(duì)應(yīng)的吸附劑，從而達(dá)到定向去除某種污染物的目的；在畜禽廢水處理中可利用吸附劑的吸附作用對(duì)氮、磷等進(jìn)行吸附預(yù)處理；電化學(xué)方法是一種集電氧化和電還原作用于一體的高效污水處理方法，能夠有效去除養(yǎng)豬廢水中的氮、磷、有機(jī)物、激素、抗生素及重金屬等污染物，歐陽超等[6]采用電化學(xué)方法處理養(yǎng)豬廢水，氨氮較COD優(yōu)先去除，在180 min內(nèi)去除率達(dá)到98.22%。物化處理技術(shù)對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水處理的效果見表1。

表1 物化處理技術(shù)對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水的處理效果

Table 1 Treatment effectiveness of physicochemical technologies to swine-breeding wastewater

處理工藝Processingtechnology去除率Removalrate∥%CODBOD5SSNH4+-NTP參考文獻(xiàn)Reference鳥糞石沉淀法Struviteprecipitation—————[7]聚合體固液分離法Pol?ymersolid-liquidsepara?tionmethod—99．7097．6098．7095．00[8]電化學(xué)氧化法Electro?chemicaloxidation———98．22—[6]UASB+Fenton氧化UASB+Fentonoxidation99．30————[5]Fentony氧化+UASBFentonyoxidation+UASB95．00————[5]

2.3 生物處理 生物處理技術(shù)主要是通過微生物作用將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為新的微生物細(xì)胞或簡(jiǎn)單的無機(jī)物，從而達(dá)到去除污染物的目的。該方法占地面積小，適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地緊張的畜禽養(yǎng)殖區(qū)。

厭氧處理技術(shù)能耗低、有機(jī)負(fù)荷高、剩余污泥少、營(yíng)養(yǎng)需要量少、被降解有機(jī)物種類少、能承受較大的負(fù)荷變化和水質(zhì)變化，在畜禽養(yǎng)殖廢水處理領(lǐng)域中較常用。目前用于處理養(yǎng)殖糞污的厭氧工藝很多，較常用的有UASB、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)、厭氧接觸法(ACP)、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)和厭氧濾池(AF)等[9]。李文潤(rùn)等[10]采用AF-BAF聯(lián)合處理豬場(chǎng)廢水，COD和氨氮的去除率分別為94.69%和87.72%，出水COD含量為190～340 mg/L，氨氮含量為40～70 mg/L，滿足排放要求。王亮等[11]采用UASB-SFSBR-MAP工藝處理養(yǎng)豬廢水，該工藝對(duì)COD、氨氮和總磷的去除率分別達(dá)到95.1%、92.7%和88.8%；工藝出水水質(zhì)COD≤135.0 mg/L、TN<116.0 mg/L、NH4+-N<43.0 mg/L、TP≤7.3 mg/L、SS≤50.0 mg/L,滿足排放要求，該工藝穩(wěn)定可靠，運(yùn)行費(fèi)用與傳統(tǒng)厭氧好氧處理工藝相當(dāng)。

好氧處理技術(shù)主要是利用好氧微生物處理養(yǎng)殖廢水，可生物降解的有機(jī)物通過好氧處理最終轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物。較常用的有接觸氧化法、膜生物法(MBR)、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)、序批式反應(yīng)器(SBR)等工藝。其中SBR在處理豬場(chǎng)廢水中被廣泛應(yīng)用，能較好地去除有機(jī)物和氮、磷。楊劍等[12]對(duì)SBR處理豬場(chǎng)廢水厭氧消化液脫氮進(jìn)行優(yōu)化研究，SBR處理過程受C/N、DO、MLSS的影響，各參數(shù)在最佳范圍內(nèi)，氨氮、總氮、COD的去除率分別達(dá)90%、78%、90%以上。

但由于豬場(chǎng)廢水屬于高濃有機(jī)廢水，單一采用好氧或者厭氧處理，效果很難達(dá)到《畜禽廢水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)養(yǎng)豬場(chǎng)采用先厭氧后好氧工藝來處理豬場(chǎng)廢水。表2總結(jié)了各種生物技術(shù)對(duì)養(yǎng)豬廢水處理的效果。

表2 生物技術(shù)對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果

2.4 自然生態(tài)處理技術(shù) 自然生態(tài)處理模式主要是采用氧化塘、土地系統(tǒng)及人工濕地等生態(tài)系統(tǒng)來處理畜禽廢水，其凈化機(jī)理主要有過濾、截流、沉淀、物理和化學(xué)吸附、化學(xué)分解、生物氧化及生物吸附。如穩(wěn)定塘對(duì)廢水凈化和天然水體凈化類似，通過水中的微生物來代謝降解有機(jī)物，國(guó)內(nèi)經(jīng)常用于厭氧、好氧系統(tǒng)出水的后處理。如廣東某養(yǎng)殖場(chǎng)采用UASB-生物接觸氧化-氧化塘工藝，日處理廢水量為120～150 m3/d，整個(gè)工藝出水COD保持在3 000～4 000 mg/L，COD去除率為70%左右，后續(xù)生物接觸氧化池進(jìn)一步降解COD，再利用氧化塘進(jìn)行廢水的硝化脫氮，利用積磷菌吸附有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為硫酸鹽沉淀去除[23]。人工濕地綜合物理、化學(xué)和生物作用，具有去除氮、磷能力強(qiáng)、費(fèi)用低及負(fù)荷變化適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。高春芳等[24]等研究表明，水平直流和垂直潛流對(duì)規(guī)?；B(yǎng)豬廢水中氮、磷的去除效果明顯。鄧仕槐等[25]采用ABR-CASS-濕地及生態(tài)塘工藝處理豬場(chǎng)廢水，處理后出水指標(biāo)分別為COD 44～55 mg/L、BOD 20～25 mg/L、SS 25～30 mg/L、氨氮4～5 mg/L，達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。該技術(shù)具有投資少、能耗低、管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、無需復(fù)雜的污泥處理系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，但是占地面積大，處理效果受季節(jié)、溫度等外界因素影響大，污水處理過程中對(duì)地表水和地下水具有一定的污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，工程建設(shè)應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，結(jié)合地質(zhì)條件做好防滲工作[26]。表3總結(jié)了部分自然生態(tài)處理技術(shù)對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果。

表3 生物技術(shù)對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果

2.5 養(yǎng)豬廢水處理工藝設(shè)計(jì)思路 在實(shí)際應(yīng)用中，單一的技術(shù)很難使畜禽養(yǎng)殖廢水治理達(dá)到達(dá)標(biāo)排放要求，一般是將多種技術(shù)組合使用。在設(shè)計(jì)養(yǎng)殖廢水處理工藝時(shí)，常用的設(shè)計(jì)思路是物理分離+厭氧+資源化利用/深度處理，深度處理工藝可采用好氧生物處理、物化處理、自然生態(tài)處理或是幾者組合。該設(shè)計(jì)思路，首先采用物理分離，減輕后續(xù)處理工藝負(fù)荷，然后進(jìn)行厭氧消化，產(chǎn)生沼氣，再對(duì)沼液進(jìn)行資源化利用或是深度處理，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 生豬養(yǎng)殖污染治理面臨的困境

3.1 小規(guī)模分散式養(yǎng)殖污染嚴(yán)重 目前，畜禽養(yǎng)殖污染治理技術(shù)主要適用于規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)(企業(yè))，而在小型分散式養(yǎng)殖污染治理方面缺少實(shí)用技術(shù)的研發(fā)。小規(guī)模分散養(yǎng)豬場(chǎng)占比較大，據(jù)《全國(guó)生豬生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃》(農(nóng)牧發(fā)〔2016〕6號(hào))統(tǒng)計(jì)，2014年出欄500頭以上的規(guī)模養(yǎng)殖比重僅為41.80%。由于小規(guī)模分散養(yǎng)殖戶管理水平低，環(huán)境保護(hù)意識(shí)差，布局零散，缺乏完善的糞污治理系統(tǒng)，加之近年來，種植脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，小規(guī)模養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的污染不斷加重。

3.2 小規(guī)模養(yǎng)殖糞污治理公共基礎(chǔ)設(shè)施匱乏 分散養(yǎng)殖戶主要以自家經(jīng)營(yíng)為主，利潤(rùn)低，養(yǎng)殖戶無力建設(shè)完善的糞污處理設(shè)施，導(dǎo)致污染治理不徹底，難以達(dá)標(biāo)排放。此外，小規(guī)模養(yǎng)殖糞污治理公共基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重匱乏，不利于集中治理或資源化利用。

4 小規(guī)模分散式生豬養(yǎng)殖污染治理發(fā)展方向

4.1 加強(qiáng)糞污清理工藝改進(jìn) 小規(guī)模分散式養(yǎng)殖戶應(yīng)積極改進(jìn)糞污清理工藝，采用“三分離一凈化”綜合處理模式。該技術(shù)是基于減量減排以及養(yǎng)殖廢水生態(tài)凈化循環(huán)利用的技術(shù)，即養(yǎng)殖場(chǎng)通過工程措施實(shí)現(xiàn)雨污分離、干濕分離以及污水厭氧發(fā)酵處理前后的固液分離，廢水采用物理化學(xué)及生物技術(shù)與生態(tài)凈化相結(jié)合的處理方式，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的無害化處理和循環(huán)利用，以最大程度地減少養(yǎng)殖污水產(chǎn)生量以及降低污水中COD、TN、TP等濃度，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放[32]。

4.2 加快低成本易維護(hù)治理工藝研發(fā) 小規(guī)模分散式養(yǎng)殖戶主要分布在農(nóng)村，利潤(rùn)低、管理水平落后、資金薄弱，因此可重點(diǎn)開展以下幾方面的工藝研發(fā)：一是研發(fā)投資費(fèi)用低的自然生態(tài)處理系統(tǒng)，如研發(fā)價(jià)格低廉、吸附能力強(qiáng)的填料；對(duì)植物進(jìn)行改良，提高其對(duì)廢水中污染物的吸收凈化能力；二是針對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土地資源緊張的情況，可考慮研發(fā)能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定的地埋式一體化集成設(shè)備；三是研發(fā)畜禽糞污資源化利用技術(shù)，如利用畜禽糞污“都市肥料”，提高產(chǎn)品附加值。

4.3 積極推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖糞污集中治理設(shè)施建設(shè) 小規(guī)模分散式養(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖規(guī)模小、數(shù)量多、污染治理設(shè)施落后、資金不足，單家養(yǎng)殖場(chǎng)污染治理能力有限，因此可考慮采用集中治理與資源化利用模式，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化糞污沉淀池和干糞堆積棚，收集污水糞便，然后通過配備的收集運(yùn)輸車輛定期將畜禽糞污運(yùn)送至畜禽糞污處理廠，或通過在養(yǎng)殖戶配置管道將糞污輸送至廢水處理廠進(jìn)行處理[33]。以江蘇為例，該省對(duì)于小規(guī)模分散養(yǎng)殖場(chǎng)(戶)糞污染治理實(shí)行“兩集中三配套”模式：一是在散養(yǎng)密集區(qū)和集中養(yǎng)殖區(qū)建立分散畜禽養(yǎng)殖糞污收集服務(wù)體系，定期統(tǒng)一收集服務(wù)區(qū)內(nèi)的養(yǎng)殖糞污，統(tǒng)一集中處理，可對(duì)接種植業(yè)基地和有機(jī)肥生產(chǎn)廠家，也可自行處理；二是加強(qiáng)畜禽糞便處理中心建設(shè)，集中加工有機(jī)肥，建立“專業(yè)化收集、無害化處理、商品化造肥、市場(chǎng)化運(yùn)作”的運(yùn)作模式；三是養(yǎng)殖場(chǎng)配套建設(shè)雨污分流、干濕分離和廢棄物貯存設(shè)施設(shè)備[34]。小規(guī)模分散式畜禽養(yǎng)殖糞污集中治理不僅解決了單戶治理面臨的設(shè)施落后、資金不足等問題，而且對(duì)于提高畜禽糞污的資源化利用水平具有重要意義。參考文獻(xiàn)

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Research Progress of Technologies for the Treatment of Swine-breeding Wastewater

OUYANG Ting1,2,WANG Tao1*,FAN Hua2

(1.Jiangxi Academy of Environmental Sciences,Nanchang,Jiangxi 330077; 2.School of Resources Environmental & Chemical Engineering,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi 330031)

Technologies for the treatment of swine-breeding wasterwater at home and abroad were discussed,wastewater quality from swine-breeding was analyzed,and was compared with the permitted discharging value; treatment technologies for swine-breeding wastewater were systematically summarized,and also,the effectiveness and cost of each treatment technology were analyzed,as well as the technical design thought for treatment of swine-breeding wastewater was put forward.At last,the dilemma of pollution treatment for swine-breeding was analyzed,and development direction of pollution treatment for small scale and scattered swine-breeding was proposed,which were expected to supply scientific basis for the pollution treatment of swine-breeding.

Swine-breeding wastewater; In-depth treatment; Non-point source pollution

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2014ZX07206001)；江西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(20142BBF60027)。

歐陽婷(1990- )，女，江西高安人，碩士研究生，研究方向：畜禽養(yǎng)殖糞污處理處置及資源化利用。*通訊作者，副研究員，博士，從事畜禽廢水治理研究。

2016-10-28

S 815;X 502

A

0517-6611(2016)35-0081-03