畜禽養(yǎng)殖廢水處理方法的研究進(jìn)展

馬曉冬，張星梓，胡玉洪，劉艷

（云南省環(huán)境科學(xué)研究院（中國昆明高原湖泊國際研究中心），云南昆明650034）

根據(jù)全國第一次污染源普查動態(tài)數(shù)據(jù)顯示，2010年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)所排放的CODCr，TN，TP分別占農(nóng)業(yè)面源污染的 96%，38%和 56%[1-2]；其中 CODCr，NH4+-N相當(dāng)于當(dāng)年工業(yè)源排放量的3.23和2.3倍，占全國污染物排放總量的45%和25%[3]，畜禽養(yǎng)殖廢水污染已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)面源污染之首。畜禽養(yǎng)殖廢水對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)為：（1）養(yǎng)殖廢水被做農(nóng)家肥，未經(jīng)處理直接施用可能超過土壤的自凈能力，故造成土壤污染；（2）畜禽廢水散發(fā)的惡臭成分復(fù)雜，不經(jīng)處理會造成嚴(yán)重的大氣污染；（3）畜禽養(yǎng)殖廢水對水體的污染有地表水污染和地下水污染；有機(jī)物、氮磷引起的水體富營養(yǎng)化和水體黑臭。水體滲入地下會導(dǎo)致地下水污染，從而影響人們的身體健康和生產(chǎn)生活[4]。隨著畜禽養(yǎng)殖廢水對環(huán)境影響的日益凸顯，2015年國務(wù)院頒發(fā)的《水污染防治行動計(jì)劃》（簡稱水十條）多款條文指出畜禽養(yǎng)殖污染。第一條指出：現(xiàn)有規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場（小區(qū)）要根據(jù)污染防治需要，配套建設(shè)糞便污水貯存、處理、利用設(shè)施。散養(yǎng)密集區(qū)要實(shí)行畜禽糞便污水分戶收集、集中處理利用。自2016年起，新建、改建、擴(kuò)建規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場（小區(qū)）要實(shí)施雨污分流、糞便污水資源化利用[5]，從而畜禽養(yǎng)殖廢水的處理已經(jīng)成為我國環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)工作之一。如何在畜禽養(yǎng)殖廢水處理過程中同時(shí)進(jìn)行CODCr，TN，TP的去除，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6]。我國于2003年頒布實(shí)施《禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001），其中要求畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的污染物必須采用還田或其他措施綜合處理，實(shí)現(xiàn)污染物的資源化利用。目前國內(nèi)主要的養(yǎng)殖廢水處理方法主要包括物化法和生物法。

1 畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)

1.1 物化法

物化處理法是指通過物理、化學(xué)手段對畜禽養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，目前主要的物化處理技術(shù)有絮凝沉淀法[7，8]、吸附法[9-11]、Fenton 氧化法[12]、電化學(xué)氧化法[13]等，但畜禽養(yǎng)殖廢水產(chǎn)生量大、污染物濃度高，物化法處理成本高，通常用于畜禽養(yǎng)殖廢水的預(yù)處理和深度處理。

1.2 生物法

生物法作為污水處理工藝，因其具有占地面積少、處理能力強(qiáng)、受環(huán)境影響因素小等特點(diǎn)，已經(jīng)成為近年來用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的主要技術(shù)。經(jīng)物化處理開環(huán)斷鏈后生成的小分子有機(jī)物，適合生物去除，能減少處理能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。生物法主要包括厭氧生物處理技術(shù)[14]、好氧生物處理技術(shù)[15]、自然生物處理技術(shù)[16，17]。其中，厭氧技術(shù)在養(yǎng)殖場廢水處理領(lǐng)域中是較為常用的，采用厭氧消化工藝，能降解難溶性有機(jī)物，并殺死大量致病菌。目前常用的厭氧工藝有化糞池、厭氧生物濾池（Anaerobic bio-filter，AF）、厭氧反應(yīng)器、厭氧折流板反應(yīng)器（Anaerobic baffled Reactor，ABR）、厭氧復(fù)合反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床（Up-flow anaerobic sludge blanket，UASB）和內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（Internal circulation reaction，IC）等，但厭氧生物處理技術(shù)對氮磷的去除效率有限[18]。好氧生物處理技術(shù)能在一定程度上彌補(bǔ)這方面的缺陷，其是指在有氧的情況下提高好氧微生物降解廢水中污染物的能力，該方法主要有活性污泥法（A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝、SBR、CASS等）、生物膜法（生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化等）、膜生物法（膜生物反應(yīng)器、MBR、膜曝氣生物反應(yīng)器、MBBR）等。好氧生物處理技術(shù)能較好地去除廢水中的有機(jī)物、氨氮和總磷[19]，但好氧處理設(shè)備投資多，運(yùn)行成本高。而自然生物處理技術(shù)是運(yùn)用自然界本身的自我凈化功能來使廢水達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，主要有人工濕地、穩(wěn)定塘、人工滲濾等。

2 畜禽養(yǎng)殖廢水處理組合工藝

根據(jù)畜禽養(yǎng)殖廢水高有機(jī)物、高氨氮等特性，單純的采用物化法或者生物處理技術(shù)很難達(dá)到《禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求，一般情況下需采用組合工藝——利用物化法、生物法中的兩種或者兩種以上工藝聯(lián)用設(shè)計(jì)出的畜禽養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)。

2.1 厭氧-好氧組合工藝

單獨(dú)的厭氧或者好氧處理無法實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖廢水的達(dá)標(biāo)排放，目前無論是試驗(yàn)研究還是工程應(yīng)用，均采用厭氧-好氧為主體的組合工藝。

從研發(fā)的角度出發(fā)，陳晴等[20]針對ABR-MABR耦合工藝對畜禽養(yǎng)殖廢水的同步啟動進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：CODCr平均去除率可達(dá)89%，NH4+-N去除率可達(dá)60%以上。王剛等[21]采用UASB-SBBR組合工藝對畜禽養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，COD的平均去除率達(dá)97.3%，NH4+-N的去除率為97.4%，并實(shí)現(xiàn)了以短程硝化反硝化為主的生物脫氮。Shin等[22]采用升流式厭氧濾床（AUBF）-MBR反應(yīng)器處理養(yǎng)豬場廢水，其COD和NH4+-N的平均去除率為91%和60%。但這些還只限于實(shí)驗(yàn)研究階段，還未實(shí)際應(yīng)用到工程中。

從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，EGSB-生物接觸氧化法-MBR組合工藝被用來處理廣州某規(guī)?；B(yǎng)殖場[23]，廢水水量為100 m3/d，穩(wěn)定運(yùn)行后COD和NH4+-N去除率高，分別達(dá)到96.16%和91.97%，該項(xiàng)目一次性投資133萬元，運(yùn)行成本總計(jì)2.43元/m3，該工藝的建設(shè)成本和運(yùn)行成本均偏高。而使用水解酸化-中溫UASB-生物接觸氧化-人工濕地工藝處理江西某規(guī)?；B(yǎng)豬場養(yǎng)殖廢水[24]，水量為400 m3/d，一次性投資360萬元，運(yùn)行成本為0.85元/m3，該組合工藝雖然運(yùn)行成本低，但占地面積大。貴港市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所[25]采用UASB-生物接觸氧化-氧化塘工藝處理排水量150 m3/d的養(yǎng)殖廢水，經(jīng)過1年多的運(yùn)行，COD去除率達(dá)96.8%,BOD5去除率達(dá)96.2%，NH4+-N去除率達(dá)85.6%，該項(xiàng)目一次性投資47萬元，運(yùn)行成本總計(jì)0.6元/m3，該工藝相對來說投資建設(shè)成本均能接受，但占地面積大。上述組合處理工藝出水水質(zhì)均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 物化-生物組合工藝

盡管好氧生物工藝能在某種程度上彌補(bǔ)了厭氧工藝的缺陷，對有機(jī)物、氮、磷等有較高的去除率，但生物處理技術(shù)受水質(zhì)水量的影響非常大，且對重金屬、抗生素等的去除有限。隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝也朝著綜合處理工藝（物化-生物相結(jié)合）的方向發(fā)展。

從理論的角度出發(fā)，江蘇省無錫市濱湖區(qū)環(huán)保局[26]提出了采用UASB+A/O+Fenton綜合處理方法處理生豬養(yǎng)殖廢水，根據(jù)該工藝在畜禽廢水處理中的應(yīng)用結(jié)果來看，出水效果穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益較好，具有推廣價(jià)值。趙鶴謙等[27]采用“初沉池+UASB+MBBR組合反應(yīng)池+二沉池+砂濾罐+活性炭罐+消毒池+清水池”處理遼寧某奶牛養(yǎng)殖場處理效果好，設(shè)備投資低。鄧仕槐等[28]采用“調(diào)節(jié)池+氣浮池+ABR+CASS+濕地處理系統(tǒng)+生態(tài)塘”處理畜禽養(yǎng)殖廢水，處理效果良好，預(yù)計(jì)運(yùn)行成本約為1.17元/m3。上述理論工藝出水水質(zhì)均能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

從實(shí)際工程應(yīng)用角度出發(fā)，信陽市環(huán)境監(jiān)測站[29]采用“預(yù)處理+物化+生化”聯(lián)合處理工藝處理出水量為300 m3/d畜禽養(yǎng)殖廢水并應(yīng)用實(shí)際工程（工藝流程如圖1），可以大幅度削減污染物排放量，其中COD，BOD5，NH3-N，SS，TP 削減量分別為 61.3 t/a，16.9 t/a，64.0 t/a，6.4 t/a，2.691 t/a，具有較好的社會效益和環(huán)境效益。深圳市龍崗區(qū)自來水有限公司[30]采用“生物微電解-接觸氧化-穩(wěn)定塘”為主體的工藝，對出水量為360 m3/d的某養(yǎng)豬場的廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，工程總投資僅為69萬元,運(yùn)行成本只有1.36元/m3。長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院[31]對某生豬生產(chǎn)基地廢水治理工程進(jìn)行工藝改造，用“固液分離+O/A/O法+連續(xù)循環(huán)曝氣系統(tǒng)工藝”的新組合工藝取代原有工藝“復(fù)合厭氧+SBR”，使高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施中COD的去除率達(dá)96.7%，氨氮的去除率達(dá)84.4%，SS的去除率達(dá)98.1%，且該工藝運(yùn)行成本為2.09元/m3。劉宇賾[32]等采用“UASB+SBR+混凝沉淀”工藝處理某養(yǎng)豬場廢水，處理水量為150 m3/d，CODCr的平均去除率達(dá)到92.3%，NH3-N的去除率達(dá)到90.0%；工程總造價(jià)110萬元，運(yùn)行成本約1.1元/m3。

圖1 聯(lián)合處理工藝流程圖

工程實(shí)踐中多數(shù)都是將有機(jī)物、氮、磷一并去除，在選擇畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝時(shí)，不僅要考慮水質(zhì)的達(dá)標(biāo)情況，要同時(shí)結(jié)合養(yǎng)殖廢水處理廠所處的環(huán)境、建設(shè)投資成本及運(yùn)營成本等多方面進(jìn)行考量評估，而不是簡單套用前期的處理工藝，實(shí)行一廠一工藝技術(shù)的規(guī)范化制度，使其能達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定、長效運(yùn)行。

3 畜禽養(yǎng)殖廢水處理存在問題

畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量污染物，除有機(jī)物、氮、磷等外，還含有如重金屬、殘留的獸藥和大量的病原體等，如不經(jīng)處理就排放或直接農(nóng)用，將會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)田造成嚴(yán)重污染。但目前仍存在很多問題，導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖廢水的處理不當(dāng)，嚴(yán)重影響環(huán)境：（1）完善的畜禽環(huán)境污染綜合治理的長效機(jī)制、相關(guān)法規(guī)政策體系等的缺乏；（2）畜禽養(yǎng)殖廢水處理成本高、深度處理不當(dāng)?shù)葐栴}；（3）廢水成分復(fù)雜，排放量大，處理后污染物含量仍很高，且受季節(jié)灌溉影響；（4）養(yǎng)殖戶環(huán)保意識缺乏，直接用作農(nóng)家肥甚至直排。