畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術動態(tài)與發(fā)展趨勢

張靜妮，韓志剛，鄭丹，王文國，鄧良偉*

（1.農業(yè)農村部沼氣科學研究所，成都 610041；2.福州共創(chuàng)環(huán)保技術有限公司，福州 350003）

規(guī)模畜禽養(yǎng)殖在為人們提供豐富的肉、蛋、奶等營養(yǎng)食品的同時，也在部分地區(qū)造成了糞尿、污水的過度集中，給周邊環(huán)境帶來了較大壓力。近年來，畜禽糞污的處理與利用已經成為社會各界關注的焦點。為此，國家發(fā)布了一系列政策，支持和推動糞污的處理利用，在畜禽養(yǎng)殖污染的源頭減量、過程控制、末端利用等方面形成了較為系統(tǒng)的政策體系和處理利用模式。同時，大學、科研機構和環(huán)保公司的科研人員、工程師以及養(yǎng)殖場的運行管理人員圍繞畜禽糞污、特別是畜禽養(yǎng)殖廢水的處理利用展開了一系列探索與應用，并取得顯著的進步，也積累了豐富的經驗。本文著重從工程應用的角度，分析了預處理、厭氧處理、沼液利用、沼液自然處理、好氧處理、厭氧-好氧組合處理、深度處理等工藝單元的技術研究與應用現(xiàn)狀，并對以后的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 處理技術應用現(xiàn)狀

1.1 預處理

畜禽養(yǎng)殖廢水在進入生化處理之前的工藝單元統(tǒng)稱為預處理。預處理包括除雜、均質和固液分離等。除雜主要是清除廢水中較大的漂浮物和懸浮物，以免影響后續(xù)處理單元的處理效果和設備的正常運行，常見的除雜措施為格柵，柵條間隙一般為15～30 mm。均質的目的是均化廢水水質水量，避免水質水量波動對后續(xù)處理單元造成沖擊和影響，常見的均質措施是在集水池之后、主體工藝之前設置調節(jié)池。固液分離是最主要的預處理單元，通常采用物理方法將固體部分與液體部分分離，常用的固液分離方法有沉降分離與機械分離。

沉降分離是利用重力作用使廢水中不溶性固體顆粒分離，沉淀時間、廢水濃度、混凝劑的選擇與用量都會影響沉淀性能。化學需氧量（COD）為4 788～11 439 mg·L-1的豬場廢水，沉淀3 h，COD、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮固體（SS）、總磷（TP）、總氮（TN）的去除率分別為47.1%～59.3%、51.2%～64.4%、85.8%～89.7%、57.7%～73.4%、28.1%～36.7%。添加絮凝劑后，COD、SS、TN、TP 的去除率可分別提高7.4～12.4、3.9～13.3、5.3～17.5、2.2～33.2 個百分點[1]。目前，沉降分離主要用于養(yǎng)殖廢水濃稀分離[2-4]。

機械分離可分為篩分、離心分離和壓濾三大類。篩分是利用篩孔進行固液分離，去除率取決于篩孔的大小。常用的篩分設備有水力篩和振動篩，振動篩較水力篩效率更高，也不易堵塞篩孔，但工作噪聲大，零部件也更易損壞。離心分離是在離心力作用下，固體顆粒與周圍液體之間形成密度差異而使固液達到分離，其速度快、效率高，且分離后的糞渣含水率較低，但需消耗大量電能，能耗高、投資大。壓濾分離的脫水率較篩分和離心分離更高，根據工作原理，壓濾分離機分為帶式壓濾機、板框壓濾機和螺旋擠壓分離機等。工程上，豬場廢水通常采用水力篩和振動篩進行固液分離，但也有采用板框壓濾機進行固液分離。螺旋擠壓分離機常用于牛場廢水固液分離，要求進料總固體（TS）濃度大于3%。林代炎等[5-6]對4種分離機械分離豬場廢水（COD 約17 000 mg·L-1）的效果進行了對比研究，結果表明板框壓濾機與離心分離機處理能力比較低，斜板篩擠壓機處理能力最高，振動篩擠壓機次之，這兩者的處理能力是板框壓濾機與離心分離機的3～5 倍。板框壓濾機與離心分離機的單位廢水處理電耗較高，是斜板篩（水力篩）擠壓機和振動篩擠壓機的4～5倍。板框壓濾機對污染物去除效果最好，TS、COD 和BOD5的去除率分別為86.3%、85.5%和81.3%，但是投資和占地比較大。離心機內襯濾布，對糞污的TS、COD 和BOD5的去除率分別為73.5%、72.4%和66.9%，勞動強度較大。斜板篩擠壓機對TS、COD 和BOD5的去除率分別為49.7%、48.8%和38.6%，擠壓后其糞渣含水率偏高。振動篩擠壓機對TS、COD 和BOD5的去除率分別達62.6%、61.2%和57.5%，分離出的糞渣含水率為53.2%。也有研究表明，在豬場廢水濃度較低（COD 5 692 mg·L-1）的情況下，斜板篩對COD、SS 的去除率只有10%[4]。在一些養(yǎng)殖廢水處理工程中，廢水經過水力篩固液分離后，再經過疊螺脫水機進一步固液分離，此過程需要加絮凝劑，結果分離出的糞渣含水率較高，在85%左右。

1.2 厭氧處理

畜禽養(yǎng)殖廢水有機物濃度高，因此通常采用厭氧消化（也稱沼氣發(fā)酵）工藝進行處理，采用該方法既能去除有機污染物，又能產生清潔能源——沼氣。幾乎所有厭氧消化工藝，包括傳統(tǒng)消化工藝（如地下水壓式沼氣池、凈化沼氣池、黑膜沼氣池）和高效的厭氧反應器（如完全混合式厭氧反應器、厭氧濾池、厭氧擋板反應器、厭氧復合反應器、上流式厭氧污泥床、內循環(huán)厭氧反應器）在畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用中都有應用。

在我國，上流式厭氧污泥床（UASB）、升流式固體反應器（USR）被廣泛應用于養(yǎng)殖廢水厭氧處理。由于畜禽養(yǎng)殖廢水含有高濃度的懸浮物和氨氮，影響了UASB 高效率的發(fā)揮。因為沒有攪拌，UASB、USR 底部容易形成沉渣，影響進料，甚至造成整個裝置不能進料；UASB 頂部也容易形成浮渣，堵塞UASB 三相分離器和導氣管，導致產生的沼氣得不到很好地收集與利用。

近年來，黑膜沼氣池在我國南方地區(qū)大面積應用。黑膜沼氣池在常溫下運行，有機物降解速度隨季節(jié)、溫度變化而變化，在溫度低的季節(jié)和地區(qū)，有機物轉化速率低、容積產氣率低、占地面積大。因為廢水中固態(tài)物質容易下沉聚集，所以黑膜沼氣池主要用于處理濃度比較低的沖洗污水，污水進入系統(tǒng)之前需要進行良好的固液分離。黑膜沼氣池的最大優(yōu)點是初期造價低，建造1 m3的黑膜沼氣池造價在40～60 元之間。另外一個優(yōu)點是其能利用地熱保溫。但是，黑膜壽命短，3～5 a 就需要更換維修，因此總造價并不低。黑膜沼氣池出渣困難，需要定期清塘，清理費用高。其底部膜破損會污染地下水，頂膜破損泄漏沼氣，故存在較大安全隱患。

厭氧消化工藝種類較多，究竟哪種工藝處理畜禽養(yǎng)殖廢水的效果更好？一些研究者在相同溫度和相同進水條件下，對比研究了厭氧復合反應器（UBF）、上流式厭氧污泥床（UASB）和上折流厭氧反應器（AP?BR）處理豬場廢水的效果，結果發(fā)現(xiàn)，不同工藝的處理性能差異不明顯，溫度對處理性能的影響更大。在10 ℃條件下，容積沼氣產率為0.32～0.51 L·L-1·d-1，COD去除率為82.2%～91.0%；在15 ℃下，容積產氣率為0.57～0.59 L·L-1·d-1，COD 去除率為91.6%～91.9%；在25 ℃下，容積產氣率為1.93～2.01 L·L-1·d-1，COD去除率為90.7%～90.8%[7]。在溫度35 ℃、有機負荷（以TS 計）8 g·L-1·d-1條件下，YANG 等[8]又對厭氧序批式反應器（ASBR）、厭氧復合反應器（UBF）、升流式固體厭氧反應器（USR）處理豬場廢水的效果進行了對比研究，結果顯示，ASBR、UBF 和USR 的容積沼氣產氣率分別為2.503、2.447、1.916 L·L-1·d-1，COD 去除率分別為78.1%、79.2%、67.6%。試驗結果也說明，不同工藝之間的差異較小[9]。關于溫度對豬場廢水厭氧消化產氣效率的影響，楊紅男等[10]進行了比較系統(tǒng)的研究，獲得了10、15、20、25、30 ℃和35 ℃條件下豬場廢水厭氧消化最大容積產沼氣率分別為0.071、0.271、1.173、1.948、2.196、2.871 L·L-1·d-1，15 ℃的容積產氣率是10 ℃的3.8倍，20 ℃是15 ℃的4.32倍，而25 ℃比20 ℃、30 ℃比25 ℃、35 ℃比30 ℃分別只增加了66.0%、12.7%、30.7%，說明在豬場廢水厭氧消化中，20 ℃是一個轉折點。提高處理效率與產氣效率的關鍵是提升厭氧消化溫度，而最經濟的提升溫度的熱源是沼氣發(fā)電余熱。由于豬場廢水濃度較低，產生的沼氣量以及發(fā)電余熱量較小，因此利用發(fā)電余熱只能提高廢水溫度約6 ℃[2，11]。我國絕大部分地區(qū)冬季氣溫低于5 ℃，利用發(fā)電余熱升溫只能將廢水溫度提升到10 ℃左右，因此厭氧消化的效率仍然很低。針對這一問題，鄧良偉團隊開發(fā)了濃稀分流－濃污水加熱沼氣發(fā)酵工藝[2，11-12]、分步加熱－沼氣發(fā)酵工藝[13]。通過濃稀分流可以將豬場廢水分離為濃污水和稀污水，濃污水體積只占總污水體積的20%左右，卻含有約70%的產沼氣有機物，利用發(fā)電余熱加熱濃污水，可以將濃污水溫度提高30 ℃左右，濃污水厭氧消化出水再與稀污水混合，在不考慮散熱情況下，仍然能使稀污水溫度升高約6 ℃，從而可使70%以上的沼氣正常產出[11，13]。在寒冷地區(qū)或在冬季，濃稀分流、分步加熱工藝能顯著提升畜禽養(yǎng)殖廢水處理效率與產沼氣效率，這兩個工藝在實際工程中得到了成功應用。例如河北裕豐京安養(yǎng)殖有限公司2 MW 沼氣發(fā)電工程，該工程采用濃稀分流－重點增溫的沼氣發(fā)酵工藝處理豬場廢水，與采用傳統(tǒng)發(fā)酵模式的其他豬場廢水處理工程相比，容積產氣率提升了50%，同時節(jié)省了41%的增溫能耗[14]。

畜禽養(yǎng)殖廢水中氮含量很高，這會引起工藝條件的不穩(wěn)定，包括中間產物的積累和發(fā)泡及甲烷產量的降低。研究者們對此也提出了一些解決方法，如添加微生物或者無機添加劑進行強化，加速消化并穩(wěn)定沼氣的生產，如添加沸石與微量元素可以減輕氨的抑制作用；也可通過加熱或者化學預處理的方法提高豬場廢棄物的甲烷產量，如在170 ℃下對豬糞進行預處理，結果表明熱處理使厭氧消化過程的甲烷產率提高了35%；也有將畜禽養(yǎng)殖廢水與其他含氮量較少的材料進行共消化，共消化的甲烷產量更高，運行也更穩(wěn)定，但該方法常因無法獲得足夠數(shù)量的富含碳有機物，而存在一定的局限性[15-16]。

1.3 沼液利用

沼渣沼液是畜禽養(yǎng)殖廢水中的有機物經過厭氧消化后的發(fā)酵殘留物，因所含沼渣較少且粒度較細，故一般稱為厭氧消化液，俗稱沼液。沼液兼具廢水和液體肥料的屬性，其養(yǎng)分主要包括發(fā)酵過程中產生的有機、無機鹽類，如銨鹽、鉀鹽、磷酸鹽等可溶性物質[17]，其也富含氨基酸[18]、植物激素[19-20]、有機酸[21]等植物生理活性物質，因此，沼液具有較高的利用價值。但是，要使沼液有效地還田利用，需要解決好以下幾個問題。

（1）土地承載力。糞肥、沼液適度還田利用有利于培肥地力、改善土壤結構、增加作物產量、提高農產品質量，過度施用則會導致農田土壤及水體污染。因此，沼液還田利用前需要評估養(yǎng)殖場附近土地的承載力。為了保護地下水和地表水不受硝酸鹽污染，歐盟《硝酸鹽法案》[The Nitrate Directive（91/676/EEC）]規(guī)定農田氮的輸入量最大為170 kg·hm-2·a-1，并且禁止在冬季施用。農業(yè)農村部于2018 年專門發(fā)布了《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》（農牧辦[2018]1號），按照該技術指南測算，大約每頭豬當量的糞污/沼液需要0.027～0.033 hm2的土地消納。上海市地方標準《畜禽糞便生態(tài)還田技術規(guī)范》（DB31/T 1137—2019）規(guī)定了糞肥施用量：糧食作物，豬場液肥178.5 t·hm-2、奶牛場液肥322.5 t·hm-2；蔬菜瓜果作物，豬場液肥535.5 t·hm-2、奶牛場液肥322.5 t·hm-2；林木作物，豬場液肥267.0 t·hm-2、奶牛場液肥322.5 t·hm-2。單次最大施用量不超過105 t·hm-2，同一地塊液肥施用時間間隔不低于7 d。

（2）沼液儲存。儲存期不得低于配套農田作物生產用肥最大間隔期和冬季封凍期或預計最長降雨期，儲存時間不宜小于90 d。

（3）沼液輸送。目前主要采用管網輸送和罐車輸送。管網輸送一次性投資較大，為9 000～15 000 元·hm-2，管網維護管理費7～8 元·t-1。罐車輸送一次性投資較低，但是運行費用較高，運輸及施用費大約30元·t-1[22]。

（4）還田利用標準。按照《畜禽糞便還田技術規(guī)范》（GB/T 25246—2010）和《沼肥施用技術規(guī)范》（NY/T 2065—2011），沼液還田利用應執(zhí)行《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）。但是許多地方要求執(zhí)行《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2021），甚至是《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2021）與《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）的最嚴值，這就需要對沼液進行好氧處理和加藥劑深度處理。加入很多藥劑以后，鹽分增加，處理水是否還適合還田成為不可忽視的問題。

（5）施用的方便性。在農村勞動力缺乏情況下，農戶自己運輸沼液并施用到地里的方式已經很難實現(xiàn)。目前一般通過管網或罐車將沼液輸送到農田邊，農戶再施用到地里，或者由第三方服務主體直接將沼液運輸并施用到地里。

1.4 沼液自然處理

畜禽養(yǎng)殖廢水經厭氧處理之后產生的沼液，應優(yōu)先考慮還田利用，剩余的沼液應進行達標處理后再排放。達標處理應首先考慮運行管理簡單的自然處理法。自然處理法主要有穩(wěn)定塘、人工濕地和砂濾池三大類。關于穩(wěn)定塘、人工濕地和砂濾池處理畜禽養(yǎng)殖廢水或其厭氧消化液，已經有許多研究[23]。這些研究主要考察了污染物的去除效果以及提升效果的改進技術。美國墨西哥灣項目[the Gulf of Mexico Program（GMP）]調查了68 處總共135 個中試和生產規(guī)模的濕地處理系統(tǒng)，收集了大約1 300個運行數(shù)據，建立了養(yǎng)殖廢水濕地處理數(shù)據庫，調查結果表明：在平均水力負荷為5.0 cm·d-1條件下，人工濕地對奶牛場廢水BOD5、總懸浮固體（TSS）、氨氮（NH3-N）、TN的平均去除率為68%、47%、60%和51%；在平均水力負荷為5.5 cm·d-1下，人工濕地對豬場廢水BOD5、TSS、NH3-N、TN的平均去除率為58%、52%、40%和39%；在平均水力負荷為3.8 cm·d-1下，人工濕地對家禽廢水BOD5、NH3-N、TN 的平均去除率為25%、20%和22%[24]。僅通過去除效果通常很難評判哪項技術或哪座工程處理性能更優(yōu)，因為氣溫、面積、水力停留時間不相同，所以沒有可比性。理論上，只要穩(wěn)定塘、人工濕地和砂濾池面積足夠大，停留時間足夠長，則畜禽養(yǎng)殖廢水均能達到排放標準。

自然處理容易受季節(jié)溫度變化的影響[25]，因此，不同溫度下，單位面積自然處理系統(tǒng)對污染物的去除負荷是十分重要的指標。本研究團隊通過15 個月的試驗，獲得了氧化塘、人工濕地對氨氮的去除負荷（表1）[26]，從試驗結果看，氧化塘的去除負荷高于人工濕地。有研究表明，在10、25 ℃和35 ℃條件下，砂濾池氨氮去除負荷分別為9.87、31.6、31.2 g·m-2·d-1，砂濾池對氨氮的去除負荷分別是氧化塘、人工濕地的7.77～15.9、14.1～23.8 倍[27]。但是，砂濾池在運行過程中容易堵塞，需要經常翻動砂濾層。

表1 兩種自然處理系統(tǒng)對豬場廢水厭氧消化液中氨氮的平均去除負荷[26]（g·m-2·d-1）Table 1 Average removal load of ammonia nitrogen from anaerobically digested effluent of swine wastewater by two natural treatment systems[26]（g·m-2·d-1）

以前，自然處理系統(tǒng)在我國南方如福建、廣東一些養(yǎng)殖場應用較多，但由于處理效果不穩(wěn)定，并且受到季節(jié)、糞污負荷變化的影響，目前該系統(tǒng)主要用于小型養(yǎng)殖場糞污處理，或者將氧化塘作為沼液或最終處理出水的儲存池。

1.5 好氧處理

在沒有足夠土地進行沼液還田利用或自然處理的養(yǎng)殖場，需要采用好氧生物處理工藝對沼液進行凈化?；钚晕勰喾ㄊ钱斍皯米顬閺V泛的廢水好氧生物處理工藝，但傳統(tǒng)的活性污泥法對畜禽養(yǎng)殖廢水的效果處理較差，且成本較高，故較少應用于畜禽養(yǎng)殖廢水的處理中。目前畜禽養(yǎng)殖廢水常用的方法是具有間歇曝氣特點的好氧處理工藝，如序批式活性污泥法（SBR）、缺氧/好氧（A/O）工藝、膜生物反應器（MBR）等。對于濃度較低的畜禽養(yǎng)殖廢水（COD 低于4 000 mg·L-1），可以采用好氧工藝進行處理。日本、西班牙、加拿大、意大利、美國以及我國都有采用活性污泥法[28-31]、A/O 工藝[32-34]、MBR[35]直接處理豬場廢水的案例。例如，美國VANOTTI 等[36]采用固液分離-A/O 處理豬場廢水，TSS、VS、BOD5、凱氏氮（TKN）、NH+4-N 和TP 的去除率分別達到97%、90%、99%、96%、96%和93%。近年來，國內也有許多環(huán)保公司采用兩級A/O 工藝直接處理豬場廢水，該方法能使出水COD 降到200 mg·L-1以下，氨氮在25 mg·L-1以下[37-38]。實際上，很少有好氧工藝直接處理畜禽養(yǎng)殖廢水的工程案例，一般需要在好氧處理單元前采用固液分離或者絮凝強化的固液分離[31，33-34，36]作為預處理，而不是采用厭氧消化作為預處理。雖然好氧工藝能夠直接處理高濃度的畜禽養(yǎng)殖廢水，而且也能取得良好的處理效果，但是水力停留時間（HRT）長達13～20 d，廢水耗電量10 kWh·m-3，并且污泥產量大[32-33]。

1.6 厭氧-好氧組合處理

對于高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水，通常采用先厭氧后好氧的生化處理工藝，即傳統(tǒng)的厭氧-好氧組合工藝。厭氧單元主要采用完全混合式厭氧反應器（CSTR）、上流式厭氧污泥床（UASB）、升流式固體反應器（USR）、厭氧擋板反應器（ABR）、厭氧復合反應器（UBF）、黑膜沼氣池等。好氧單元以往主要采用SBR工藝[39]，近年來主要采用A/O 工藝[37，40]或多級A/O 工藝[41]。

試驗研究和工程應用均發(fā)現(xiàn)，采用好氧處理工藝直接處理厭氧消化液，COD、NH3-N的去除效果較差，COD 去除率只有10%～70%，出水COD 濃度在500 mg·L-1以上，盡管NH3-N 去除率在80%左右，但出水NH3-N 仍在100 mg·L-1以上[42-44]。處理效果差的主要原因在于，厭氧消化液在好氧后處理過程中，硝化作用消耗堿度致使處理系統(tǒng)的pH 降低（低至6.0 左右），從而影響了微生物的生長代謝[45]。解決這一問題最直接的辦法是加堿提高pH，雖然該方法能改進NH3-N的去除效果，但對TN去除的改善作用較小，并且每立方米廢水加堿量大約1.0～2.0 kg，費用在2～4元，另外還需要人工投加，堿溶化、泵送等，操作繁瑣。也有采用UASB-兩級A/O 組合工藝處理豬場廢水并取得良好效果的報道，如陳鳳祥[37]將UASB－兩級A/O 工藝應用于豬場廢水處理中，在厭氧UASB 容積負荷（以COD 計）5.0 kg·m-3·d-1，AO 生化池污泥負荷在以每千克混合液懸浮固體（MLSS）計的活性污泥每天可承受的BOD5的量為0.075的條件下，整個工藝對TN、COD、BOD5的去除率分別在92%、97%、99%以上。這是因為廢水在UASB 中的水力停留時間短，有機物去除率較低，殘留易降解有機物較多，能滿足A/O 工藝反硝化階段對有機物的需求。在一些豬場廢水處理工程中，UASB 對COD 的去除率通常只有50%～60%，只相當于沉淀池的作用。這種依靠UASB對有機物降解不充分而維持后續(xù)A/O 對碳源需求的方法，容易導致后續(xù)A/O 工藝運行不穩(wěn)定。夏季氣溫高時，由于UASB對有機物充分降解而導致A/O單元碳源不足；冬季氣溫低時，由于UASB對有機物降解效率太低而導致A/O單元有機負荷過高，溶解氧不足。

厭氧消化液直接好氧處理存在的另一個問題是，由于厭氧消化液缺乏有機營養(yǎng)，廢水處理工程啟動時污泥培養(yǎng)困難，有的豬場廢水處理工程經過4 年調試都沒有培養(yǎng)出足夠的活性污泥。因此，另一個解決辦法是補充碳源，工程上有加面粉、飼料，甚至加紅糖或葡萄糖，但添加這些碳源的費用很高，工程上很難應用。鄧良偉等提出了厭氧消化液配原水的技術路線，添加原水能改善厭氧消化液好氧后處理過程中的反硝化作用，反硝化產生的堿度可以回補硝化階段消耗的堿度，使pH 能穩(wěn)定在7.0 以上，進而使厭氧消化液（沼液）好氧處理效果得到了很大改善。試驗表明，好氧處理工藝（SBR）對配原水后沼液中COD、BOD5、NH3-N、TN 和TP 的平均去除率分別達到89.8%、98.7%、99.5%、93.5% 和54.8%，出水COD、BOD5、NH3-N、TN 和TP 分別為288、15.6、3.89、51.9 mg·L-1和51.9 mg·L-1[39，45-47]?；谠囼灲Y果，鄧良偉等[39]構建了配水比例模型，建立了“厭氧-配原水-間歇曝氣（Anaerobic-adding raw wastewater- intermittent aera?tion，簡稱Anarwia）”的養(yǎng)殖廢水處理工藝，即大部分畜禽養(yǎng)殖廢水先進行厭氧消化，再與小部分未經厭氧消化的廢水混合，然后采用間歇曝氣的SBR 或A/O 工藝進行好氧后處理，該工藝只需增加1 臺配水泵，在工程中容易實現(xiàn)，因此獲得了工程技術人員的廣泛認同，同時也在養(yǎng)殖廢水以及其他高氮高濃度有機廢水處理工程中得到了大面積應用[48-52]。

“厭氧-配原水-間歇曝氣”工藝解決了厭氧消化液好氧后處理效果差的問題。前面提到，畜禽養(yǎng)殖廢水還存在升溫困難和厭氧處理冬季效率低的問題。針對這兩個問題，可以采用濃稀分流-厭氧-好氧組合處理工藝進行解決。YANG 等[11]通過濃稀分離，將豬場廢水分離成體積比1∶9、2∶8、3∶7 的濃污水和稀污水，濃污水用于厭氧消化，厭氧消化后的沼液與稀污水混合后再采用SBR進行好氧處理，SBR對濃稀比1∶9 的混合液中COD 的去除率能達到86.4%，好氧處理出水COD 平均濃度為447 mg·L-1；濃稀比2∶8 混合液中COD 的去除率最高，能夠達到91.0%，出水COD平均濃度為256 mg·L-1；濃稀比3∶7 混合液中COD 的去除率只能達到56.8%，出水COD 平均濃度為949 mg·L-1。在進水NH3-N 濃度為652～668 mg·L-1的條件下，SBR 對濃稀比1∶9、2∶8、3∶7 混合液中NH3-N 的去除率分別達到99.6%、99.7%、87.5%，出水NH3-N濃度分別為2.76、2.02、81.7 mg·L-1。濃稀比2∶8 的系統(tǒng)獲得了最優(yōu)的好氧處理效果；同時，濃污水能產生總產量73.79%的沼氣，采用發(fā)電余熱升溫，厭氧消化溫度可以提高27.8 ℃，從而可以確保冬季正常處理效果與沼氣生產。

盡管濃稀分流-厭氧-好氧組合處理工藝既能改善厭氧消化出水好氧后處理的效果，又能解決厭氧處理冬季效率低的問題，但是，與傳統(tǒng)的厭氧-好氧組合工藝相比，沼氣產量會減少大約30%。最好的厭氧-好氧組合處理工藝應該是既能解決養(yǎng)殖廢水處理存在的兩個問題，又能保持沼氣不減少。畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧出水后處理的最大難點在于高氮低碳消化液的脫氮，短程硝化-厭氧氨氧化工藝為高氮低碳廢水的脫氮帶來了新的希望。將厭氧消化與短程硝化-厭氧氨氧化工藝組合在畜禽養(yǎng)殖廢水處理中已經有許多研究[53]，目前主要處在實驗室小試階段。在35 ℃條件下，WANG 等[54]采用短程硝化-厭氧氨氧化顆粒污泥處理豬場廢水厭氧消化液，獲得了73%的TN 去除率和3.9 kg·m-3·d-1的TN 去除負荷，TN 去除負荷約是傳統(tǒng)硝化/反硝化脫氮工藝的10 倍。在福建、廣東、廣西、云南等南方地區(qū)的一些豬場廢水處理工程中，可以看到一些紅色顆粒污泥，自然形成了厭氧氨氧化過程。有研究表明，在自然形成了厭氧氨氧化過程的多級A/O 豬場廢水處理工程中，在缺氧區(qū)，厭氧氨氧化對TN 去除的貢獻達到78.3%，而在好氧區(qū)只有40%。整個系統(tǒng)厭氧氨氧化對TN去除的貢獻率為61.5%，而反硝化的貢獻率為38.5%[55]。而在北方一座采用A2/O 的豬場廢水厭氧消化液處理工程中，通過基于硝態(tài)氮的碳源調控和間歇曝氣，TN 去除率達到65.5%～83.5%，厭氧氨氧化對TN 去除的貢獻率達到39%～77%[56]。

1.7 深度處理

畜禽養(yǎng)殖廢水經過厭氧-好氧二級生化處理后，主要污染物能達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）。一些環(huán)境脆弱、敏感的地區(qū)要求處理出水達到更加嚴格的《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級標準，即COD 小于100 mg·L-1，氨氮小于15 mg·L-1，色度小于50 倍，磷酸鹽小于0.5 mg·L-1。為了達到嚴格的排放標準，必須對二級生化處理出水進行三級處理。三級處理也稱深度處理或高級處理，主要方法有混凝、電解、臭氧氧化、芬頓氧化、膜分離等[57]。

通過投加混凝劑使廢水中難以自然沉淀的膠體物質以及細小的懸浮物聚集成較大的顆粒，從而與水分離的過程稱為混凝。混凝是畜禽養(yǎng)殖廢水處理中廣泛采用的方法，該方法既可以作為獨立的處理方法，也可以和其他方法配合使用，作為預處理、中間處理或最終處理?；炷膬?yōu)點是設備簡單、操作容易、能耗低、處理效果較好，且間歇或連續(xù)運行均可；缺點是處理出水濃度仍然較高、污泥量比較大、藥劑費用較高。常用的混凝劑有硫酸鋁、聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等?；炷饕コ龖腋∥锖虲OD，對COD 的去除率在50%左右[58]，目前工程上常用的絮凝劑有石灰、PAC和PAM，廢水生化出水絮凝的藥劑費為2.5～4元·m-3。

電解是在直流電的作用下，污染物生成不溶于水的沉淀物或生成氣體而從水中逸出，從而實現(xiàn)廢水的凈化。根據電極反應發(fā)生方式的不同，可分為電絮凝法、電氣浮法和電催化氧化法（也稱電解氧化法）等，其中應用較多的是電解氧化法。電解氧化法既可以去除COD，也能去除氨氮，COD去除率超過70%，氨氮去除率超過90%，但是該方法能耗太高，去除1 kg氨氮或是1 kg COD的電耗基本上均在90 kWh左右[59-61]。

化學氧化法是通過氧化劑的氧化作用，使難降解的有機物轉化為易降解有機物，或將有機物徹底氧化為CO2和H2O 的方法。目前常用的化學氧化劑有臭氧、氯系氧化劑、過氧化氫等。臭氧氧化脫色效果好，對COD 的去除率較低（約50%），而且電耗高。臭氧氧化用于豬場廢水深度處理時，去除1 g COD 需要消耗7.28 g 臭氧[62]，產生1 kg 臭氧電耗一般為14～22 kWh，因此去除1 kg COD 需要耗電大約140 kWh。氯系氧化劑有次氯酸鈣、次氯酸鈉、二氧化氯等，其脫色效果較好，對COD去除可達30%～50%，每立方米廢水所需藥劑費用大約3 元。以過氧化氫作為氧化劑，F(xiàn)e2+作為催化劑的氧化即Fenton 氧化法，在豬場廢水生化出水深度處理中應用較廣泛，其脫色效果高，COD 去除率高，能超過70%，出水COD 在100 mg·L-1以下。在生化系統(tǒng)處理效果較好的情況下，F(xiàn)enton 氧化法的藥劑費每立方米廢水約為3 元。如果生化系統(tǒng)處理效果差，例如生化出水COD 為947 mg·L-1時，采用Fenton 氧化法，硫酸亞鐵、雙氧水和石灰的投加量大，每立方米廢水的處理費用則高達15.16 元[63]。

膜分離是以壓力為驅動力，利用膜的選擇透過性將離子或分子或某些微粒從水中分離的過程。根據膜的孔徑大小可以分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）等。超濾、納濾、反滲透對豬場廢水生化處理出水COD 的去除率分別可達50%、70%、90%，對氨氮的去除率可達28%、48%、79%。反滲透膜雖然能達到很好的出水效果，但是濃水比例達到20%～50%。膜分離最大的問題是膜污染導致膜通量下降，因此需要經常洗膜或者更換膜。

通過最近幾年對畜禽養(yǎng)殖廢水處理工程的調查發(fā)現(xiàn)，以種豬場每頭母豬產生40 L 廢水，育肥豬場每頭存欄豬產生10 L 廢水的水量計算，處理出水達到《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2021）與《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）最嚴值，厭氧、好氧生化處理加上深度處理，廢水處理成本為10～15元·m-3，出欄1頭肥豬，廢水處理費用為20～25元。

2 結論與展望

總結以上有關畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用技術研究及應用現(xiàn)狀的分析，可以得出以下結論。

（1）畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用可以分為還田利用和達標處理兩種模式。周邊有足夠土地消納糞污/沼液的中小養(yǎng)殖場時，主要采用還田利用模式；大型、特大型養(yǎng)殖場，特別是南方水網地區(qū)、山丘區(qū)的養(yǎng)殖場，周邊沒有足夠土地供糞污、沼液還田利用時，主要采用達標處理模式。

（2）還田利用和達標處理模式，通常都需要采用厭氧消化進行前處理。厭氧消化工藝主要采用傳統(tǒng)消化工藝（如地下水壓式沼氣池、黑膜沼氣池）和高效厭氧反應器（如完全混合式厭氧反應器、上流式厭氧污泥床、升流式固體反應器等）。

（3）達標處理模式主要采用“固液分離-厭氧-好氧-深度處理”工藝。工程上，固液分離通常采用水力篩和振動篩，好氧生化處理主要采用序批式反應器和缺氧/好氧工藝。

（4）僅生化處理難以達到排放標準，通常需進行深度處理，應用較多的深度處理方法有混凝、芬頓氧化等。

展望未來，畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用技術可能呈現(xiàn)以下趨勢。

（1）打通沼氣利用通道，提升厭氧處理減污降碳協(xié)同效應。甲烷排放量在全球溫室氣體排放量中約占20%。在農業(yè)行業(yè)，畜禽養(yǎng)殖與糞便管理是溫室氣體排放的主要貢獻者。在“碳中和”的形勢下，國家有可能出臺甲烷限量排放標準，廢水厭氧處理產生的沼氣直接排放將會受到限制。

（2）總氮去除將會成為畜禽養(yǎng)殖廢水達標處理的新要求。對于大型、特大型畜禽養(yǎng)殖場，處理后的出水仍然難以完全還田利用。目前，許多地方要求處理出水達到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（GB/T 31962）后進入城鎮(zhèn)污水處理廠，該標準對總氮有較高要求。另外，一些省市修訂的《集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放標準》也提出了總氮排放要求。因此，在以后的畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術研究與應用中，應關注總氮的去除，短程硝化-厭氧氨氧化技術將會是畜禽養(yǎng)殖廢水研究與應用的熱點。

（3）智能化信息技術在廢水處理工程中的應用將會更加廣泛。在廢水處理工程中應用智能化信息技術可以減少人工、提高運行穩(wěn)定性、有效降低費用、提升廢水處理效率。利用數(shù)據采集、物聯(lián)網、大數(shù)據、無線傳輸、反饋信號調節(jié)等技術提升廢水處理自動化、智能化程度，將會是現(xiàn)代畜禽廢水處理工程的發(fā)展趨勢。