黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水探討

摘 要：目前，養(yǎng)殖廢水的處理技術較為成熟，但黑膜氧化塘因具有處理成本低、易于管理和維護的特點深受養(yǎng)殖戶的青睞，有助于實現畜禽養(yǎng)殖廢水的資源化利用。研究從黑膜氧化塘處理后產生的沼液沼渣還田標準、周邊需要配套的土地承載力和其他需要配套的輔助設施等方面探討了利用黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的可行性，同時總結了黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的優(yōu)缺點及對各類污染物的去除效率，并舉例說明了黑膜氧化塘容積的設置要求，旨在為畜禽養(yǎng)殖廢水資源化利用提供技術支撐。

關鍵詞：畜禽養(yǎng)殖廢水；黑膜氧化塘；還田；資源化利用

中圖分類號： X713 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）2-144-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.02.034

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對肉、蛋、奶等產品的需求逐漸增加，畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經發(fā)展成我國農村經濟的重要組成部分。畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；l(fā)展產生了大量養(yǎng)殖廢水。若養(yǎng)殖廢水沒有得到有效處理，會對周邊環(huán)境產生較大影響，可能會造成水體富營養(yǎng)化、水生生物死亡、農田土壤污染等環(huán)境問題。2020年6月，生態(tài)環(huán)境部、國家統(tǒng)計局、農業(yè)農村部聯合發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報》顯示，2017年畜禽養(yǎng)殖業(yè)造成的水污染物排放量中化學需氧量1 000.53萬t、氨氮11.09萬t、總氮59.63萬t、總磷11.97萬t，分別占全國水污染物排放量4項分項指標的46.67%、11.50%、19.61%、37.95%。由此可見，畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物的排放已成為全國水污染物排放的主要來源之一。畜禽養(yǎng)殖廢水無害化處理是有關科研人員重點關注的研究方向。

陳磊等［1］總結了規(guī)模化養(yǎng)豬場廢水處理的技術進展，對比了物理化學法、生物法和生態(tài)與資源化處理養(yǎng)殖廢水的優(yōu)缺點及各類污染物的去除效率；徐圣君等［2］闡述了畜禽養(yǎng)殖廢水生物處理的原理、優(yōu)缺點等，表明厭氧消化是畜禽養(yǎng)殖糞污處理和資源化利用的途徑之一；付晶等［3］通過工程實例研究了UASB-A2/O工藝處理生豬養(yǎng)殖廢水，出水能夠達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）要求。目前，大部分研究僅對養(yǎng)殖廢水的處理方法、優(yōu)缺點進行了總結介紹，或者針對某一種特定的方法進行研究得出這種方法的可行性等，這些研究大部分以達標排放為目的，將養(yǎng)殖廢水中的有機物分解消耗，但未將養(yǎng)殖廢水中的有機質、氮、磷等營養(yǎng)物質進行資源化利用，從而造成了資源浪費。此研究主要探討黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的可行性，將養(yǎng)殖廢水變廢為寶，為畜禽養(yǎng)殖廢水資源化利用提供參考。

1 畜禽養(yǎng)殖廢水的特點及危害

1.1 畜禽養(yǎng)殖廢水的特點

畜禽養(yǎng)殖廢水主要由畜禽尿液、糞便殘渣、沖洗水等組成，廢水特征與畜禽種類、清糞方式、人工管理水平等因素密切相關?？傮w來看，畜禽養(yǎng)殖廢水是一種高濃度的有機廢水，廢水中含有高濃度的COD、BOD5、SS、氮、磷、病原微生物等。施勝利等［4］總結了養(yǎng)殖廢水污染物的濃度情況，干清糞情況下污染物濃度為：COD 918～2 710 mg/L、BOD5 685～4 820 mg/L、氨氮22.1～60.4 mg/L、總氮41.1～423 mg/L、總磷5.3～52.4 mg/L、懸浮物1 192～7 823 mg/L；水泡糞或水沖洗情況下污染物濃度為：COD 2 740～16 800 mg/L、BOD5 6 000～32 000 mg/L、氨氮70～1 780 mg/L、總氮97.5～1 790 mg/L、總磷13.2～293 mg/L、懸浮物15 000～18 000 mg/L。由此可知，污染物的濃度與清糞方式密切相關，干清糞比水泡糞方式污染物濃度低。雖然養(yǎng)殖種類、清糞方式等影響?zhàn)B殖廢水污染物的濃度，但是總體來看，養(yǎng)殖廢水的主要特點是有機負荷高、氮磷高、可生化性好、水質水量變化較大，且可能含有大量致病菌。

1.2 養(yǎng)殖廢水的危害

基于以上特點，養(yǎng)殖廢水若處理不當，會對周邊環(huán)境產生較大影響，甚至會危害人類健康。未處理的養(yǎng)殖廢水若排入水體，可能會造成水體富營養(yǎng)化、水生生物死亡，破壞水生生態(tài)平衡，甚至造成某些流行疾病的傳播；若排入周邊農田，會造成大量有機質在土壤中累積，使土壤環(huán)境中的氧化還原體系失去平衡，土壤環(huán)境呈還原性，不僅會影響農作物的根系生長，還會使土壤中原本處于惰性狀態(tài)的有害元素還原而被釋放，有害物質在農作物累積后通過食物鏈進入人體，從而危害人類健康。因此，如何處理畜禽養(yǎng)殖廢水，使養(yǎng)殖廢水中的污染物實現綜合利用，是畜禽養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展的重點。

2 養(yǎng)殖廢水處理可行技術

畜禽養(yǎng)殖廢水的處理方法已經較為成熟，相關部門發(fā)布了污染防治技術規(guī)范，以污染物排放標準和污染控制技術為基礎，規(guī)定了畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治工程技術要求。我國發(fā)布的畜禽養(yǎng)殖行業(yè)污染控制技術相關規(guī)范主要有《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術規(guī)范》（HJ/T 81—2001）、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術規(guī)范》（HJ 497—2009）、《排污許可證申請與核發(fā)技術規(guī)范 畜禽養(yǎng)殖行業(yè)》（HJ 1029—2019）等。目前，生物處理技術是處理養(yǎng)殖廢水較為成熟且應用廣泛的工藝，主要分為厭氧、好氧、自然處理及組合工藝，企業(yè)可根據出水標準要求選擇合適的處理工藝。以上工藝中，黑膜氧化塘處理工藝因具有處理成本低、易于管理和維護的特點深受養(yǎng)殖場的青睞。此研究主要探討黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的可行性，從污染物的去除效率、氧化塘容積設置、沼液沼渣還田標準、還田時需要配套的土地承載力及其他輔助設施等方面來探討該方法處理養(yǎng)殖廢水還田的可行性，旨在為畜禽養(yǎng)殖廢水資源化利用提供技術支撐。

3 黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的可行性

3.1 黑膜氧化塘工藝介紹

黑膜氧化塘是“全封閉厭氧塘”，是在開挖好的土方基礎上，用黑色高密度聚乙烯材料的土工膜將氧化塘底部、頂部密封成一體的超大型污水厭氧反應器。在黑膜氧化塘內，養(yǎng)殖廢水中的污染物在厭氧菌的作用下分解成二氧化碳、甲烷等。黑膜厭氧塘設置進水口、出渣口、沼氣凈化設施等，具有厭氧發(fā)酵容積大、污水滯留時間長，污水處理費用低、管理簡單，處理后的沼液、沼渣可還田作農肥等優(yōu)點，適用于有充足土地承載力的中小型養(yǎng)殖場廢水的處理。

3.2 黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的優(yōu)勢

①黑膜氧化塘具有耐高低溫、耐瀝青、耐酸堿等優(yōu)異性質；對進水懸浮物濃度無要求，不會造成污泥淤積和管道堵塞。

②黑膜氧化塘施工簡單，建設成本低、周期短，安全性高，工藝流程短，運行維護方便。

③黑膜氧化塘內溫度穩(wěn)定，有利于厭氧菌發(fā)酵，即使在寒冷季長、氣溫低的北方地區(qū)，黑膜沼氣池內也可以保持常溫發(fā)酵溫度，污水處理效果好。

④黑膜氧化塘厭氧發(fā)酵容積大、污水滯留時間長、運行處理費用低。

3.3 黑膜氧化塘對各污染物的處理效率

養(yǎng)殖廢水具有高COD、高氮磷的特點。張?，幍龋?］研究了不同季節(jié)肉雞養(yǎng)殖場內的氧化塘對各污染物的處理情況，發(fā)現pH值是影響處理效率的重要因素，經氧化塘處理后總氮去除率為17.04%～78.9%，氨氮去除率為52.53%～78.86%，總磷去除率為26.98%～89.64%，COD去除率為50.25%～86.60%。由此可見，黑膜氧化塘對這些污染物均有一定的去除效率，去除率的高低與水溫、污水濃度、發(fā)酵時間等因素有關，但黑膜氧化塘的去除效率與厭氧工藝（UASB、USR等）、好氧工藝（SBR、接觸氧化、MBR）及組合工藝相比卻較低。

3.4 黑膜氧化塘容積的設置

一般情況下，黑膜氧化塘占地面積較大，適合周邊有充足種植面積的養(yǎng)殖場。容積的設置按照《畜禽養(yǎng)殖污水貯存設施設計要求》（GB/T 26624—2011）確定，容積為養(yǎng)殖污水體積、降雨體積、預留體積三者之和。養(yǎng)殖污水體積與飼養(yǎng)畜禽種類、數量、季節(jié)、清糞工藝有關；降雨體積根據25年來該設施每天能夠收集的最大雨水量與平均降雨持續(xù)時間進行計算；預留體積按照設施的實際長、寬及預留高度進行計算，宜預留0.9 m高。

研究以北方某養(yǎng)殖場為例進行黑膜氧化塘容積的計算。該養(yǎng)殖場年存欄生豬量為5 000頭，采用干清糞工藝，養(yǎng)殖場養(yǎng)殖污水產生量見表1。

降雨體積的計算應根據該養(yǎng)殖場具體情況而定，如果設置雨污分流裝置，黑膜氧化塘只收集初期雨水，則降雨體積會遠小于未設置雨污分流裝置的養(yǎng)殖場。該地區(qū)25年來最大降雨強度為110 mm/d，降雨時收集到黑膜氧化塘雨水的養(yǎng)殖場面積為50 000 m2，按照雨污合流進行計算，最大降雨時間為2 d，則降雨體積為11 000 m3；如果按照雨污分流計算，只需將初期雨水（降水后15 min）收集到黑膜氧化塘，則收集的降雨體積為57.3 m3/次。

預留體積按照設施的實際長、寬和預留高度進行計算。該養(yǎng)殖場黑膜氧化塘設計的長、寬均為80 m，預留高度按照0.9 m計算，則需要預留的體積為5 760 m3。

綜上，按照雨污合流計算，該養(yǎng)殖場需要設置的黑膜氧化塘的容積為44 135 m3；按照雨污分流計算，需要設置的黑膜氧化塘的容積為33 192.3 m3。通過以上數據可看出，養(yǎng)殖場需要設置較大容積的黑膜氧化塘來處理養(yǎng)殖廢水。

3.5 沼液、沼渣處置利用可行性分析

養(yǎng)殖廢水經黑膜氧化塘充分處理后會產生沼液、沼渣。沼液、沼渣中含有豐富的腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、鉀等，具有刺激作物生長、增強作物抗逆性及改善產品品質的作用，是緩速兼?zhèn)涞膬?yōu)質農家肥。廢水經黑膜氧化塘處理后還田不僅能提高廢水的資源化利用率，還能降低企業(yè)的運行成本。養(yǎng)殖場選址一般在農村地區(qū)，周圍需有充足的種植農作物的土地，因此，沼液和沼渣可在農作物施肥季節(jié)進行還田施肥，實現資源化利用。郭二果等［6］研究了養(yǎng)殖廢水還田對土壤環(huán)境的影響，發(fā)現施用三級氧化塘處理的養(yǎng)殖廢水6 a后，土壤的理化性質、重金屬含量、營養(yǎng)元素含量均發(fā)生了一定變化，但是土壤環(huán)境質量仍處于較為清潔的安全狀態(tài)。因此，經處理的養(yǎng)殖廢水進行還田利用的方案是可行的。

3.5.1 沼液、沼渣還田標準要求

沼液、沼渣還田前需要達到相關的標準要求。為保證沼液、沼渣充分發(fā)酵腐熟，推薦發(fā)酵周期為90 d以上，處理后的沼液、沼渣中的蛔蟲卵、糞大腸菌群數、有機質、腐殖酸等各項指標均應滿足《畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范》（GB/T 36195—2018）和《農用沼液》（GB/T 40750—2021）等規(guī)范中的相關要求，以免造成二次污染。

3.5.2 沼液、沼渣還田土地承載力分析

經黑膜氧化塘處理的沼液、沼渣達到上述標準要求還田時，還需要對周邊土地承載力進行分析，周邊需要配套充足的土地對沼液、沼渣進行消化。根據《關于進一步明確畜禽糞污還田利用要求強化養(yǎng)殖污染監(jiān)管的通知》（農辦牧〔2020〕23號），糞污還田利用除了需要達到以上相關質量要求外，還需要配套充足的土地消納面積。配套的土地消納面積應滿足《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》要求。該指南中指出，畜禽糞污土地承載力及規(guī)模養(yǎng)殖場配套土地面積測算以糞肥養(yǎng)分供給和植物養(yǎng)分需求為基礎進行核算，其中畜禽糞肥養(yǎng)分需求量與土壤肥力、作物類型和產量、糞肥施用比例有關，畜禽糞肥養(yǎng)分供給量與畜禽養(yǎng)殖量、糞污養(yǎng)分產生量、糞污收集處理方式有關，可根據該指南中的公式計算出最小的土地消納面積。

3.5.3 沼液、沼渣還田還需配套的設施

沼液、沼渣還田還需要配套一些輔助設施，以解決糞污資源化利用的 “最后一公里”問題。根據《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術規(guī)范》（HJ/T 81—2001），在畜禽養(yǎng)殖場與農田之間，應建立有效的污水輸送網絡，通過車載或管道形式將處理后的污水輸送至農田，嚴格控制污水輸送沿途的泄漏、遺灑現象。因此，種養(yǎng)結合的養(yǎng)殖場需要配套建設專屬管線及泵房，確保將處理后的養(yǎng)殖廢水輸送至周邊農田，以實現養(yǎng)殖廢水的資源化利用。專屬管線的建設能避免養(yǎng)殖廢水的肆意排放，同時也減輕了環(huán)境監(jiān)管部門的監(jiān)管壓力。

3.6 黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的缺點

以上探討了黑膜氧化塘處理養(yǎng)殖廢水的可行性及使用該工藝需要重點關注的問題，該工藝處理畜禽養(yǎng)殖廢水具有投資低、易管理、能實現廢水的資源化利用等優(yōu)點，但也有不能忽視的缺點。

①黑膜氧化塘僅對養(yǎng)殖廢水進行厭氧發(fā)酵處理，不能達到直排或者灌溉利用標準；處理后的沼液、沼渣可作為肥料進行還田利用，不能排入周邊水體。沼液、沼渣如果使用不當會造成二次污染，污染周邊水體和土壤。

②黑膜氧化塘占地面積較大；廢水處理效果受溫度影響較大，高溫或低溫均會影響微生物的代謝速度，影響處理效果。

③黑膜氧化塘如果密封不嚴，惡臭氣體會逸出，對人體健康產生影響，因此不宜建在人員密集的地方。

4 問題及展望

未處理的養(yǎng)殖廢水亂排放會造成周邊農田和水體污染，利用目前較成熟的處理技術可以有效解決這個問題。黑膜氧化塘工藝一般適用于有充足土地面積的中小型規(guī)?；B(yǎng)殖場，且周邊需有充足的種植農作物的土地。對黑膜氧化塘處理后的養(yǎng)殖廢水進行還田利用，不僅能減少肥料的施用，而且能充分利用水資源。此方法在實施過程中可能會存在一些問題：①處理后的養(yǎng)殖廢水受地域和季節(jié)的限制，在非灌溉季節(jié)不能有效將處理后的廢水還田；②養(yǎng)殖戶環(huán)保意識淡薄，在缺乏監(jiān)管的情況下會將未達標處理的廢水排入水體，污染周邊水體。

為解決以上問題，筆者提出以下建議。①提高養(yǎng)殖場職工環(huán)保意識，聘請技術專家對養(yǎng)殖場職工進行培訓，將黑膜氧化塘污水治理技術運用到實際生產中。②對規(guī)?；B(yǎng)殖場進行合理選址，根據周邊種植規(guī)模確定養(yǎng)殖規(guī)模，在建設前對黑膜氧化塘治理技術進行可行性論證。③黑膜氧化塘處理后的廢水在非灌溉季節(jié)要進行暫存，不能隨意排放，待灌溉施肥期來臨時再進行還田利用；同時，要加強對養(yǎng)殖場的監(jiān)管，在規(guī)模化養(yǎng)殖場安裝在線監(jiān)控平臺，加大環(huán)境執(zhí)法力度，實現糞污資源化利用，打通從養(yǎng)殖場到種植地的“最后一公里”，促進養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)緊密結合，形成良性發(fā)展。

參考文獻：

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［2］徐圣君，王華彩，姜參參，等.畜禽養(yǎng)殖廢水生物處理技術研究進展［J］.環(huán)境科學與技術，2021，44（S2）：153-162.

［3］付晶，韓淇.UASB-A2/O工藝處理生豬養(yǎng)殖廢水工程實例［J］.工業(yè)用水與廢水，2022，53（4）：69-71.

［4］施勝利，侯勇，王新鋒.我國畜禽養(yǎng)殖廢水處理模式的研究進展［J］.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2021（21）：29-35.

［5］張希瑤，申李琰，牛晉國，等.不同季節(jié)規(guī)模化肉雞場養(yǎng)殖污水主要指標變化規(guī)律及處理效果研究［J］.家畜生態(tài)學報，2021，42（7）：43-46.

［6］郭二果，李長青，田彥峰，等.北方地區(qū)養(yǎng)殖水還田對土壤環(huán)境的影響［J］.北方農業(yè)學報，2020，48（2）：82-88.