馬霄航，徐 俊，蔣耿民，胡雪茹，張自杰

（南陽師范學(xué)院，河南南陽 473000）

1 概述

隨著我國工廠化養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模愈發(fā)壯大，但是這個(gè)規(guī)模壯大僅僅只在追求養(yǎng)殖規(guī)模的大小，沒有考慮到環(huán)保要求。畜禽養(yǎng)殖廢水作為主要農(nóng)業(yè)污染源，泛指畜禽養(yǎng)殖廢水中畜禽尿液和一些殘存的糞便、養(yǎng)殖區(qū)沖洗用水、工人生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢水和沖洗養(yǎng)殖場產(chǎn)生的雨水。據(jù)《第一次全國污染源普查公報(bào)》，農(nóng)業(yè)源中畜禽養(yǎng)殖業(yè)的COD和氨氮排放量分別為每年1 268.26萬t和71.73萬t，占農(nóng)業(yè)源排放量的95.8%和78.1%，全國排放量的41.9%和41.5%。黨的十八大報(bào)告把生態(tài)文明建設(shè)放在了突出地位，強(qiáng)調(diào)建設(shè)美麗城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境，必須做好畜禽養(yǎng)殖廢水的治理?！吨泄仓醒雵鴦?wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》提出，要著重加大種養(yǎng)業(yè)特別是規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖的污染防治力度?！端廴痉乐涡袆佑?jì)劃》（簡稱“水十條”）要求全面控制污染物排放，推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染防治，防治畜禽養(yǎng)殖污染。畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量CODcr、氨氮、懸浮物、重金屬、藥類和病原體等，導(dǎo)致其處理工藝復(fù)雜、運(yùn)行管理復(fù)雜。如何對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，從而避免其導(dǎo)致水生態(tài)環(huán)境污染的問題已引起廣泛關(guān)注。

2 膜技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用

我國現(xiàn)行處理畜禽養(yǎng)殖污廢水的主要方法有物理法、化學(xué)法和生物法。其中，生物法中的膜技術(shù)處理是一種操作簡便、能耗低、全自動、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)集于一身的技術(shù)。經(jīng)比較，反滲透技術(shù)、超濾膜技術(shù)以及納濾膜技術(shù)相對適用于畜禽養(yǎng)殖廢水處理應(yīng)用。

2.1 反滲透

反滲透（RO）法在污水處理中的應(yīng)用十分廣泛，其工作原理是溶質(zhì)與溶劑分離，利用膜兩側(cè)的溶液濃度不同產(chǎn)生滲透壓差，能將除水分子以外其余物質(zhì)隔離在膜一側(cè)，無法透過反滲透膜。同時(shí)，在水體一側(cè)施加壓力，從而抵消高濃度側(cè)向低濃度側(cè)產(chǎn)生的壓力差，使水分子運(yùn)動方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，達(dá)到凈水的目的。

這種反滲透膜污水處理技術(shù)在大規(guī)模污水處理中經(jīng)常使用，因?yàn)槠洳捎玫脑O(shè)備和原理比較簡單，并且在常溫下即可進(jìn)行操作，同時(shí)能量的消耗較少，操作起來也更加方便，適用度高，出水的質(zhì)量相比于其他工藝也更高?，F(xiàn)如今，該技術(shù)正致力于應(yīng)用在生活污水、工業(yè)廢水、海水淡化及純水提煉中，將該技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合能極大程度上提高出水效率及出水質(zhì)量，在實(shí)際操作中還能大幅降低成本，當(dāng)出水質(zhì)量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，還可為實(shí)現(xiàn)水資源回收利用提供一條潛在的技術(shù)途徑。在實(shí)際的應(yīng)用過程中不難發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該技術(shù)的整個(gè)污水處理過程都比較穩(wěn)定，自動化水平高，系統(tǒng)脫鹽率超過了95%。

反滲透裝置如果長時(shí)間使用，會造成裝置堵塞，即反滲透膜若不定期清洗，會造成膜分離性能降低。為了更好地保護(hù)反滲透膜裝置，在裝置中常常會安裝過濾器，如若工作人員沒有按照正常程序進(jìn)行維護(hù)，就會造成反滲透膜裝置的損傷，影響污水的處理出水質(zhì)量。且該裝置的應(yīng)用對原水水源的水質(zhì)要求較高，對于水質(zhì)好的水源技術(shù)優(yōu)勢才能突出。還有一點(diǎn)就是，由于反滲透裝置要在高壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須配置相應(yīng)的高壓泵和高壓管路，但這與其本身膜技術(shù)運(yùn)行成本低相違背。

因此反滲透技術(shù)的高壓運(yùn)行導(dǎo)致的高能耗和高膜污染問題，限制了其在畜禽養(yǎng)殖廢水深度處理與資源化領(lǐng)域的有效應(yīng)用。

2.2 超濾膜

超濾膜在廢水處理中，可以有效去除大分子物質(zhì)，如微粒、膠體、微生物等。超濾膜的直徑在 0.001 ～ 0.02 μm，并不完全統(tǒng)一，可根據(jù)廢水中需要過濾的雜質(zhì)性質(zhì)選用不同的膜孔徑。

使用超濾膜對畜禽養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理時(shí)，可以選擇組合膜技術(shù)對其進(jìn)行處理，以減緩超濾膜膜污染，常用的組合膜技術(shù)為混凝-超濾膜技術(shù)和活性炭-超濾膜技術(shù)。

混凝-超濾膜技術(shù)主要應(yīng)用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)物、金屬離子等，該系統(tǒng)可根據(jù)是否增加沉淀工藝分為標(biāo)準(zhǔn)與在線混凝。標(biāo)準(zhǔn)混凝是在混凝后進(jìn)行沉淀，可以去除不穩(wěn)定的污染物或聚集體，在沉淀過程中，混凝劑水解物可以部分消除污染物，減少超濾膜阻力。而在線混凝則不進(jìn)行沉淀直接進(jìn)行膜過濾，混凝后能夠在膜表面形成絮體攔截后續(xù)的微小絮體，從而避免微小絮體污堵膜孔，提高過濾通量，緩解膜污染，此外，在線混凝相較而言工藝流程簡單，能夠降低運(yùn)行成本。

活性炭-超濾膜技術(shù)是在超濾膜前設(shè)置活性炭吸附預(yù)處理單元或者將活性炭負(fù)載在超濾膜上，由于活性炭具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，因此該技術(shù)具有較強(qiáng)的吸附作用，能夠在有效去除水源中有機(jī)物的同時(shí)減緩對膜的污染。此外，粉末活性炭對顆粒物也有不錯(cuò)的去除效果，因此增加活性炭預(yù)處理技術(shù)能夠有效降低跨膜壓差增長速率，有利于增加膜通量，抑制膜污染，特別是有助于減緩部分不可逆的污染。但是過多的粉末活性炭會加大濾阻，導(dǎo)致跨膜壓差加速增加。因此，超濾與粉末活性炭組合工藝的優(yōu)點(diǎn)很多，但是粉末活性炭的回收與投加量問題還需要做進(jìn)一步的研究。

2.3 納濾膜

納濾膜孔徑比超濾膜小，平均孔徑2nm左右，納濾工藝介于反滲透工藝與超濾分離工藝之間，納濾分離技術(shù)中的納濾膜也具備選擇透過性，主要用來分離小分子有機(jī)物和多價(jià)離子等，分離過濾效果更加顯著。此外，納濾膜內(nèi)存在電荷，可利用膜濃差電位、電解質(zhì)在膜內(nèi)的滲透速率和截留性，有效分離畜禽養(yǎng)殖廢水中的抗生素，能達(dá)到較好的廢水處理效果。

采用納濾膜進(jìn)行污水處理時(shí)，通常采用組合工藝，常見的組合工藝是常規(guī)工藝-納濾和深度處理-納濾。

常規(guī)工藝-納濾是將常規(guī)工藝作為納濾膜預(yù)處理過程，大量實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常規(guī)水處理工藝對有機(jī)物去除效果有限，但是能有效降低水的濁度、色度，將水的濁度降到1NTU以下。經(jīng)過常規(guī)工藝預(yù)處理后，納濾膜能進(jìn)一步有效截留常規(guī)工藝不能截留的有機(jī)物和無機(jī)離子等物質(zhì)，從而進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。但該工藝通常對原水要求較高，若原水水質(zhì)較好，可節(jié)約水處理成本，反之，不僅會造成膜污染，成本同樣會提升。

深度處理（臭氧-生物活性炭）-納濾是最具有應(yīng)用前景的工藝之一。臭氧的添加可使大分子有機(jī)物氧化為中小分子類有機(jī)物，又為生物活性炭池中的好氧微生物提供充足的溶解氧，而活性炭單元對小分子類有機(jī)物具有顯著吸附作用，使得活性炭表面以及內(nèi)部的微生物能夠?qū)⑽降闹行》肿宇愑袡C(jī)物進(jìn)行生物降解。因此，相比于其他幾種工藝，臭氧-生物活性炭工藝不僅能夠顯著降低出水濁度，還能對小分子類有機(jī)物進(jìn)行有效去除，從而防止納濾膜的有機(jī)污染和生物污染。

3 前景和展望

在當(dāng)今節(jié)能低碳減排的背景下，高效、低能耗、可回用的廢水處理流程正在受到更多關(guān)注。針對畜禽養(yǎng)殖業(yè)本身成本高，利潤低，難以承受高成本的畜禽廢水處理工藝，在選擇畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮施工成本可控、運(yùn)營管理成本較低、廢水處理效果較好的工藝。針對畜禽養(yǎng)殖廢水，本文提出可采用組合膜處理技術(shù)取代傳統(tǒng)的“生化”處理技術(shù)。反滲透裝置設(shè)備簡單，初期使用效果較好，但對維護(hù)要求較高，長期運(yùn)行后會影響出水質(zhì)量。采用超濾膜時(shí)常采用組合膜技術(shù)對其進(jìn)行預(yù)處理，混凝-超濾組合技術(shù)是目前較為常用的預(yù)處理技術(shù)，但諸如長時(shí)間運(yùn)行膜通量降低和膜孔堵塞等膜污染問題依舊限制著該技術(shù)的發(fā)展。而深度處理（臭氧-生物活性炭）-納濾是最具有應(yīng)用前景的工藝，能有效防止納濾膜的有機(jī)和生物污染。

采用組合膜進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖廢水處理的過程中，污染物會在膜表面吸附沉積，進(jìn)而堵塞膜孔，造成膜污染。而被污染的膜會直接導(dǎo)致膜通量的降低，使水處理的效果顯著降低，同時(shí)縮短膜的使用壽命，增加工程造價(jià)。而在實(shí)際操作過程中想要完全避免膜污染是不可能的，因此，組合膜處理技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中的主要難題仍是膜污染問題。影響膜污染的因素有很多，如膜的材質(zhì)、膜的表面性能、混合液特性、pH等。后續(xù)需針對不同的影響因素進(jìn)一步進(jìn)行探討，減緩膜污染的速率、延長清洗周期，這對于膜工藝的應(yīng)用而言，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)如今膜組合工藝在污水處理領(lǐng)域已嶄露頭角，為了能夠更好地發(fā)揮膜組合工藝的作用，今后應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

（1）進(jìn)一步研究膜污染的成因，建立相關(guān)模型，開發(fā)具有抗污染、抗氧化、高通量等特點(diǎn)的新型膜，這對緩解膜污染、延長膜壽命具有重大意義。此外，可聯(lián)合應(yīng)用其他技術(shù)形式對水源進(jìn)行處理，勘查現(xiàn)場環(huán)境，明確污染物質(zhì)，優(yōu)化和開發(fā)新的組合工藝，針對不同的原水水質(zhì)找出最佳的組合工藝，從而提高處理效率。

（2）為解決膜污染問題，保證出水效果，降低工程造價(jià)，常對膜進(jìn)行清洗重復(fù)利用，常采用的清洗方式有高速水流沖洗、超聲清洗、空氣清洗等物理清洗方式和添加化學(xué)清洗劑進(jìn)行化學(xué)清洗方式，目前這些清洗方式的效果還有待提高，因此研發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的膜清洗方案十分必要。

（3）膜技術(shù)的應(yīng)用成本較高，因而一般適用于經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)地區(qū)。因此，還需要不斷優(yōu)化和改進(jìn)制膜工藝，以降低制膜成本。

4 結(jié)束語

畜禽養(yǎng)殖廢水是我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染的主要污染源之一，具有水量大、水質(zhì)條件惡劣、處理難度大、技術(shù)工藝要求高等特點(diǎn)。結(jié)合在市政環(huán)保領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的膜技術(shù)對畜禽養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理和回用，分析了反滲透膜、超濾膜以及納濾膜在畜禽養(yǎng)殖廢水應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，提出使用組合膜處理技術(shù)可有效改善廢水處理質(zhì)量，提高廢水處理效率，具有良好的應(yīng)用前景。但同時(shí)，在畜禽養(yǎng)殖廢水處理的過程中，膜污染問題還沒有得到很好的解決，限制了其發(fā)展。因此，還需要進(jìn)一步加大膜技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)力度，從而更好地服務(wù)于生活、生產(chǎn)和市政環(huán)保等領(lǐng)域。