規(guī)模化養(yǎng)豬廢水處理問(wèn)題及對(duì)策

宋承謀蔡映紅吳正杰杜冬云占　偉*

（1湖北健豐牧業(yè)有限公司，湖北黃石438204；2中南民族大學(xué)，湖北武漢430074）

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規(guī)?；B(yǎng)豬廢水處理問(wèn)題及對(duì)策

宋承謀1蔡映紅1吳正杰1杜冬云2占偉2*

（1湖北健豐牧業(yè)有限公司，湖北黃石438204；2中南民族大學(xué)，湖北武漢430074）

摘要：規(guī)?；i場(chǎng)的迅速發(fā)展導(dǎo)致養(yǎng)豬廢水成為農(nóng)業(yè)污染的重要源頭之一，文章介紹了規(guī)模化養(yǎng)豬廢水的處理現(xiàn)狀，分析了養(yǎng)豬廢水處理的突出問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題，提出引入高效脫氮菌和抗生素預(yù)處理能使生物處理模式不斷優(yōu)化，生物自動(dòng)化控制技術(shù)是規(guī)?；B(yǎng)豬廢水處理的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；B(yǎng)豬廢水；還田模式；自然處理模式；生物處理模式；生物自動(dòng)化控制系統(tǒng)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)改革進(jìn)程的加快，養(yǎng)豬業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式趨于規(guī)?；?，在帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，規(guī)?；i場(chǎng)帶來(lái)了巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。養(yǎng)豬廢水主要是飼養(yǎng)過(guò)程中生豬排放的尿液和清洗豬圈產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水，含有高濃度的COD、TN（主要以氨氮形式存在）和TP[1]，如果不加處理直接排入環(huán)境中，會(huì)造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染、空氣中的氨氮和硫化物污染以及土壤板結(jié)等諸多環(huán)境問(wèn)題[2]。2015年，52家規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)成為最嚴(yán)環(huán)保法的首批監(jiān)控對(duì)象；同時(shí)，近幾年生豬養(yǎng)殖業(yè)利潤(rùn)較低，在巨大的環(huán)保壓力和市場(chǎng)壓力下，如何經(jīng)濟(jì)有效的處理養(yǎng)豬廢水，由原來(lái)的負(fù)效益向正效益轉(zhuǎn)變，成為我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要解決的重要問(wèn)題。

1　規(guī)模化養(yǎng)豬廢水處理現(xiàn)狀

規(guī)?；B(yǎng)豬廢水處理主要有還田、自然處理和生物處理三種模式。

1.1還田模式

還田模式是一種傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)處理方法，在土壤微生物的作用下將養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)物質(zhì)和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽分解轉(zhuǎn)化為供植物生長(zhǎng)利用的有機(jī)小分子和營(yíng)養(yǎng)鹽。該模式在一定程度上極大地減少了豬場(chǎng)糞便廢水的排放，減免了處理過(guò)程中的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了植物營(yíng)養(yǎng)鹽的廢物利用[3]；但這種處理模式需要有足夠?qū)拸V的消納土地；未經(jīng)過(guò)處理的豬場(chǎng)糞便廢水的有機(jī)物濃度較高，容易導(dǎo)致植物燒苗和土壤板結(jié)；且豬糞廢水中的致病微生物直接進(jìn)入環(huán)境，污染土壤和水體。

1.2自然處理模式

自然處理模式一般是利用灘涂、荒地及低洼地帶作為穩(wěn)定塘和人工濕地等的自然處理系統(tǒng)。最初由江西、福建和廣東等地規(guī)?；i場(chǎng)采用，主要是進(jìn)行廢水厭氧消化后的處理。該模式總體投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，但占地面積大，處理效果受季節(jié)、溫度變化的影響，同時(shí)也容易導(dǎo)致地下水的污染[4]。

1.3生物處理模式

由于厭氧發(fā)酵處理能夠耐受較高的有機(jī)物負(fù)荷，并可產(chǎn)生清潔可再生的氣體能源——甲烷，其成為了目前規(guī)模化豬場(chǎng)主要的廢水處理方法。豬場(chǎng)糞便污水厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的工藝已經(jīng)比較成熟，國(guó)際上常用的工藝有：厭氧擋板反應(yīng)器（ABR）[5]、持續(xù)攪拌厭氧反應(yīng)器（CSTR）[6]，厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）[7]，上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）[8]等。厭氧反應(yīng)器運(yùn)行的溫度范圍在25～60℃之間，處理效率能達(dá)到2.9 kg COD/m3·天，在全世界被廣泛應(yīng)用[9]。在我國(guó)，除上述反應(yīng)器外，半地埋式推流折返反應(yīng)器也有一定范圍的應(yīng)用。

好氧處理豬場(chǎng)廢水是早期規(guī)?；i場(chǎng)采用的一種處理方法，主要包括：活性污泥法、氧化溝活性污泥法和序批式活性污泥法（SBR）等[10]。但因簡(jiǎn)單的好氧處理無(wú)法解決豬場(chǎng)廢水中極高的有機(jī)物濃度，對(duì)高濃度的氮磷去除效果也不理想，應(yīng)用并不廣泛。研究者采用間歇曝氣和高溫好氧生物處理來(lái)提高好氧法的處理效果，尤其是豬場(chǎng)污水中TN的去除，如Beline等采用間接曝氣的方法去除了53%的TN[11]。目前，好氧處理主要用于對(duì)厭氧發(fā)酵之后的出水進(jìn)行進(jìn)一步處理，使污水能夠達(dá)標(biāo)排放[12]。

2　規(guī)?；B(yǎng)豬廢水處理存在的突出問(wèn)題

從豬場(chǎng)廢水處理的三種基本模式可以看出，還田模式和自然處理模式是靠自然生態(tài)循環(huán)和大量的土地來(lái)消納污染物，不適用于大規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)，特別是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地資源日益緊張，養(yǎng)豬場(chǎng)更趨于規(guī)?；锾幚砟Ｊ绞艿酱蠹业年P(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外所用的生物處理工藝流程大致相同，都是固液分離+厭氧消化+好氧處理。有些治污企業(yè)不切實(shí)際地追求處理設(shè)施的機(jī)械化和現(xiàn)代化，導(dǎo)致處理工程投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，致使微利運(yùn)營(yíng)的養(yǎng)殖企業(yè)難以承受，即使建有處理設(shè)施，也可能只是作擺設(shè)。因此，有必要對(duì)養(yǎng)豬廢水生物處理方法及過(guò)程進(jìn)行調(diào)查研究和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，找出廢水處理存在的問(wèn)題，探尋設(shè)施投資少、運(yùn)行費(fèi)用低和處理高效穩(wěn)定的養(yǎng)殖業(yè)污水處理方法，進(jìn)行污染物的減量化、無(wú)害化、資源化處理與合理利用，才是治理養(yǎng)殖業(yè)污染的最佳途徑。以下是兩個(gè)對(duì)生物處理模式有突出影響的因素。

2.1高氨氮導(dǎo)致碳氮比失衡，抑制微生物生長(zhǎng)

氨氮主要來(lái)源于豬場(chǎng)廢水中尿素和蛋白質(zhì)的分解作用。盡管氨氮是微生物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但當(dāng)其濃度超過(guò)了一定范圍時(shí)，會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用。大部分豬場(chǎng)廢水中所含的氨氮在500～1 000 mg/L之間，當(dāng)氨氮濃度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)就會(huì)減少甲烷產(chǎn)量[13]。氨氮會(huì)改變細(xì)胞內(nèi)的pH值，抑制相關(guān)酶的活性，從而對(duì)厭氧產(chǎn)甲烷的菌群產(chǎn)生影響[14]。

2.2抗生素的影響

為了達(dá)到治療疾病或是促進(jìn)生豬生長(zhǎng)發(fā)育的目的，養(yǎng)殖場(chǎng)每年會(huì)使用大量抗生素，僅用于養(yǎng)豬業(yè)的抗生素就多達(dá)數(shù)十種。在中國(guó)，抗生素每年有21萬(wàn)噸的生產(chǎn)總量，其中48%被用于農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)[15]。一旦這些抗生素被豬攝入體內(nèi)，其代謝途徑雖有不同，但最終會(huì)以原始結(jié)構(gòu)或同分異構(gòu)體的形式排出體外。按照抗生素的種類，占攝入量17%～67%的抗生素完全沒(méi)有改變就被排出體外[16]，并隨著糞便尿液進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，依舊保持原本的抗菌活性，甚至有一部分抗生素的代謝產(chǎn)物比其本身的生物毒性更強(qiáng)[17]。

3　優(yōu)化廢水生物處理模式的對(duì)策

從以上論述可以看出，養(yǎng)豬廢水生物處理模式存在的突出問(wèn)題是高氨氮和抗生素，因此，針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，在減量化、資源化、無(wú)害化及生態(tài)化的原則下，提出如下對(duì)策。

3.1引入高效脫氮菌

高效脫氮菌強(qiáng)化技術(shù)是將帶有特定脫氮功能的一類菌或菌群重新引入受污染環(huán)境中，促進(jìn)目標(biāo)污染物的降解和轉(zhuǎn)化，該類具有脫氮功能的菌或菌群應(yīng)分離篩選自相同或相似的生長(zhǎng)環(huán)境。將高效脫氮菌強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用到養(yǎng)豬廢水厭氧-好氧處理系統(tǒng)中，可以通過(guò)提高處理系統(tǒng)整體微生物的活性來(lái)實(shí)現(xiàn)受污染水環(huán)境的污染物降解，是一種成本相對(duì)較低而環(huán)境生態(tài)效益顯著的技術(shù)手段。

3.2抗生素的預(yù)處理

抗生素主要在養(yǎng)豬廢水厭氧處理中引起相關(guān)變化[18]，因此，針對(duì)具體養(yǎng)豬企業(yè)使用抗生素的不同，以及對(duì)微生物厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生沼氣和好氧過(guò)程的抑制狀況，研究抗生素的衰減規(guī)律及其物理化學(xué)預(yù)處理方法，降低其對(duì)水處理微生物的影響，為豬場(chǎng)廢水生物處理模式的安全性提供參考。

3.3生物自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

從環(huán)保角度來(lái)看，養(yǎng)豬廢水處理主要使用生物處理模式，而在實(shí)際運(yùn)行中，影響生物活性的因素很多，因此，針對(duì)以上培養(yǎng)的高效脫氮菌，可以通過(guò)生物自動(dòng)化控制系統(tǒng)強(qiáng)化污水處理系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際水質(zhì)的變化，實(shí)時(shí)在線培養(yǎng)高活性的厭氧和好氧微生物（包括脫氮菌）投加到反應(yīng)系統(tǒng)，其目的在于：抵御污水水質(zhì)變化及抗生素廢水的沖擊；增強(qiáng)反應(yīng)系統(tǒng)的微生物濃度及活性，增強(qiáng)去除效果；同時(shí)，投加高效特定的微生物菌群，可在提高甲烷產(chǎn)量的同時(shí)，有效去除氨氮，確保最終出水達(dá)標(biāo)。

4　結(jié)論

規(guī)?；B(yǎng)豬廢水是一種高濃度有機(jī)廢水，含氮量高、碳氮比失調(diào)，處理難度大。本文結(jié)合目前規(guī)?；i場(chǎng)廢水處理現(xiàn)狀，對(duì)不同處理模式進(jìn)行總結(jié)和分析；針對(duì)目前生物處理模式所存在的問(wèn)題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，找出適合規(guī)?；B(yǎng)豬廢水處理的模式和對(duì)策。在生物處理模式下，筆者認(rèn)為通過(guò)引入高效脫氮菌和抗生素的預(yù)處理，解決高氨氮和抗生素對(duì)微生物毒害的影響，研發(fā)針對(duì)生物處理系統(tǒng)中厭氧階段、好氧階段與生物自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組合，根據(jù)實(shí)時(shí)水質(zhì)情況培養(yǎng)高活性微生物投加到生物處理系統(tǒng)中，提高甲烷產(chǎn)量，增強(qiáng)系統(tǒng)處理效率，將有望解決規(guī)模化養(yǎng)豬廢水處理存在的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：宋承謀（1969-），湖北紅安人，執(zhí)業(yè)獸醫(yī)師，主要從事規(guī)?；i場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)管理及科技開(kāi)發(fā)工作*通訊作者：占偉（1983-），湖北浠水人，主要從事污染控制化學(xué)和廢棄物的資源化利用

收稿日期：2015-11-02

中圖分類號(hào)：X713

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-4645(2016)02-0066-04