畜禽業(yè)是我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,畜禽養(yǎng)殖業(yè)大力發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重, 不僅影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 而且還危及生態(tài)安全, 已成為人們普遍關(guān)注的社會問題。 畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便和污水造成地表水、 地下水、 土壤和環(huán)境空氣的嚴(yán)重污染, 直接影響了人們的身體健康和正常生產(chǎn)生活。畜禽養(yǎng)殖場未經(jīng)處理的污水 中含有大量污染物質(zhì), 其污染負(fù)荷很高, 各類畜禽糞尿排泄系數(shù)見表 1 。這種高濃度有機(jī)廢水直接排入或隨雨水沖刷進(jìn)入江河湖庫 , 大量消耗水體中的溶解氧 , 使水體變黑發(fā)臭。水中含有大量的 N 、 P 等營養(yǎng)物是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因之一, 排入魚塘及河流使對有機(jī)物污染敏感的水生生物逐漸死亡, 嚴(yán)重者導(dǎo)致魚塘及河流喪失使用功能。養(yǎng)殖污水長時間滲入地下, 使地下水中的硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮濃度增高, 地下水溶解氧含量減少, 有毒成分增多, 導(dǎo)致水質(zhì)惡化, 甚至喪失其使用功能, 同時危及周邊生活用水水質(zhì)。高濃度污水還可導(dǎo)致土壤孔隙堵塞, 造成土壤透氣、 透水性下降及板結(jié)、鹽化, 嚴(yán)重降低土壤質(zhì)量, 甚至傷害農(nóng)作物 , 造成減產(chǎn)和死亡。
為控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢水、 廢渣和惡臭對環(huán)境的污染, 國家*發(fā)布了《 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 , 著手治理畜禽養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖區(qū)的污染難題。這一標(biāo)準(zhǔn)旨在鼓勵生態(tài)養(yǎng)殖, 推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展; 促進(jìn)畜禽場在廢棄物處理過程中考慮資源化利用, 減少末端污染物處理量。
2 畜禽養(yǎng)殖廢水的預(yù)處理
畜禽養(yǎng)殖廢水無論以何種工藝或綜合措施進(jìn)行處理, 都要采取一定的預(yù)處理措施。通過預(yù)處理可使廢水污染物負(fù)荷降低, 同時防止大的固體或雜物進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié), 造成設(shè)備的堵塞或破壞等。針對廢水中的大顆粒物質(zhì)或易沉降的物質(zhì), 畜禽養(yǎng)殖業(yè)采用過濾、 離心、 沉淀等固液分離技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理, 常用的設(shè)備有格柵、 沉淀池、 篩網(wǎng)等。 格柵是污水處理的工藝流程中*的部分, 其作用是阻攔污水中粗大的漂浮和懸浮固體, 以免阻塞孔洞、 閘門和管道, 并保護(hù)水泵等機(jī)械設(shè)備。 沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來的處理工藝, 是廢水處理中應(yīng)的方法之一。目前, 凡是有廢水處理設(shè)施的養(yǎng)殖場基本上都是在舍外串聯(lián) 2至3個沉淀池, 通過過濾、 沉淀和氧化分解將糞水進(jìn)行處理。篩網(wǎng)是篩濾所用的設(shè)施, 廢水從篩網(wǎng)中的縫隙流過, 而固體部分則憑機(jī)械或其本身的重量, 截流下來, 或推移到篩網(wǎng)的邊緣排出。常用的畜禽糞便固液分離篩網(wǎng)有固定篩、振動篩和轉(zhuǎn)動篩。此外, 還有常用的機(jī)械過濾設(shè)備如自動轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、 轉(zhuǎn)輥壓濾機(jī)、 離心盤式分離機(jī)等。
3 畜禽養(yǎng)殖廢水的主要處理技術(shù)
3.1 自然處理法
自然處理法時畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)傳的方法。自然處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、 化學(xué)與生物的綜合作用來凈化污水。其凈化機(jī)理主要包括過濾、 截留、 沉淀、 物理和化學(xué)吸附、 化學(xué)分解、 生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、 物質(zhì)循環(huán)再生原理、 結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則, 分層多級截留、 儲藏、 利用和轉(zhuǎn)化營養(yǎng)物質(zhì)機(jī)制等。這類方法投資省、 工藝簡單、 動力消耗少 , 但凈化功能受自然條件的制約。 自然處理的主要模式有氧化塘、 土壤處理法、 人工濕地處理法等。氧化塘又稱為生物穩(wěn)定塘 , 是一種利用天然或人工整修的池塘進(jìn)行污水生物處理的構(gòu)筑物。 其對污水的凈化過程和天然水體的自凈過程很相似 , 污水在塘內(nèi)停留時間長 , 有機(jī)污染物通過水中微生物的代謝活動而被降解 , 溶解氧則由藻類通過光合作用和塘面的復(fù)氧作用提供 , 亦可通過人工曝氣法提供。作為環(huán)境工程構(gòu)筑物 , 氧化塘主要用來降低水體的有機(jī)污染物 ,提高溶解氧的含量 , 并適當(dāng)去除水中的氮和磷 , 減輕水體富營養(yǎng)化的程度。土壤處理法不同于季節(jié)性的污水灌溉, 是常年性的污水處理方法。 將污水施于土地上, 利用土壤 - 微生物 - 植物組成的生態(tài)系統(tǒng)對廢水中的污染物進(jìn)行一系列物理的、 化學(xué)的和生物凈化過程, 使廢水的水質(zhì)得到凈化, 并通過系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)和水分的循環(huán)利用,使綠色植物生長繁殖, 從而實現(xiàn)廢水的資源化、 無害化和穩(wěn)定化。人工濕地可通過沉淀、 吸附、 阻隔、 微生物同化分解、 硝化、 反硝化以及植物吸收等途徑去除廢水中的
懸浮物、 有機(jī)物、 氮、 磷和重金屬等。 近年來, 人工濕地的研究越來越受到重視, 葉勇等利用紅樹植物木欖和秋茄處理牲畜廢水營養(yǎng)鹽 N 、 P , 結(jié)果表明兩種植物對N 、 P 的去除效果較好 。廖新俤 , 駱世明分別以香根草和風(fēng)車草為植被 , 建立人工濕地 , 隨季節(jié)不同 , 對污染物的去除率不同 , COD Cr 去除率可達(dá) 90% 以上 , BOD 5可達(dá) 80% 以上。由于自然處理法投資少 , 運(yùn)行費(fèi)用低 , 在有足夠土地可利用的條件下 , 它是一種較為經(jīng)濟(jì)的處理方法 , 特別適宜于小型畜禽養(yǎng)殖場的廢水處理。
3.2 厭氧處理技術(shù)
20 世紀(jì) 50 年代出現(xiàn)了厭氧接觸法 (anaerobiccontact process) 工 藝 , 此 后 隨 著 厭 氧 濾 器 A F(anaerobic filter) 和上流式厭氧污泥床 UASB (Upflowanaerobic sludge bed) 的發(fā)明, 推動了以提高污泥濃度和改善廢水與污泥混合效果為基礎(chǔ)的一系列高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器的發(fā)展 , 并逐步應(yīng)用于禽畜污水處理中。厭氧處理特點(diǎn)是造價低, 占地少, 能量需求低, 還可以產(chǎn)生沼氣 ; 而且處理過程不需要氧 , 不受傳氧能力的限制 , 因而具有較高的有機(jī)物負(fù)荷潛力 , 能使一些好氧微生物所不能降解的部分進(jìn)行有機(jī)物降解。常用的方法有 : *混合式厭氧消化器、 厭氧接觸反應(yīng)器、 厭氧濾池、 上流式厭氧污泥床、 厭氧流化床、 升流式固體反應(yīng)器等。 鄧良偉、 陳鉻銘用內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器( IC ) 工藝處理豬場廢水 , 其 TP 去除率達(dá)53.8% ,COD 去除率達(dá) 80.3% ,BOD 5 去除率達(dá) 95.8% ,SS 去除率達(dá) 78% , 沼氣產(chǎn)氣率達(dá) 1.5～ 3 m 3 · d -1 。 張國治等選用小球藻、 顫藻等藻類 , 采用懸浮藻類法和固定藻類法兩種工藝 , 對豬糞厭氧廢液進(jìn)行凈化處理, 也取得了較好的效果。目前國內(nèi)養(yǎng)殖場廢水處理主要采用的是上流式厭氧污泥床及升流式固體反應(yīng)器工藝。 近年來 , 學(xué)者對各種厭氧反應(yīng)器研究較多 , 認(rèn)為新型超高效厭氧反應(yīng)器處理豬場污水有機(jī)污染物有廣闊的前景。
3.3 好氧處理技術(shù)
好氧處理的基本原理是利用微生物在好氧條件下分解有機(jī)物 , 同時合成自身細(xì)胞 ( 活性污泥 ) 。在好氧處理中 , 可生物降解的有機(jī)物終可被*氧化為簡單的無機(jī)物。該方法主要有活性污泥法和生物濾池、 生物轉(zhuǎn)盤、 生物接觸氧化、 序批式活性污泥、 A/O及氧化溝等。采用好氧技術(shù)對畜禽廢水進(jìn)行生物處理 , 這方面研究的較多的是水解與 SBR 結(jié)合的工藝。SBR ( sequencing batch reactor) 工藝 , 即序批式活性污泥法, 是基于傳統(tǒng)的 Fill- Draw 系統(tǒng)改進(jìn)并發(fā)展起來的一種間歇式活性污泥工藝, 它把污水處理構(gòu)筑物從空間系列轉(zhuǎn)化為時間系列 , 在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行進(jìn)水、 反應(yīng)、 沉淀、 排水、 閑置等周期循環(huán)。 SBR 與水解方式結(jié)合處理畜禽廢水時, 水解過程對 COD Cr 有較高的去除率 , SBR 對總磷去除率為 74.1% , 高濃度氨氮去除率達(dá) 97% 以上。此外, 其他好氧處理技術(shù)也逐漸應(yīng)用于畜禽廢水處理中, 如間歇式排水延時曝氣( IDEA )、 循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)( CASS )、 間歇式循環(huán)延時曝氣活性污泥法( ICEAS )。
3.4 混合處理法
上述的自然處理法、 厭氧法、 好氧法用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍, 為了取長補(bǔ)短,獲得良好穩(wěn)定的出水水質(zhì), 實際應(yīng)用中加入其他處理單元。混合處理就是根據(jù)畜禽廢水的多少和具體情況 , 設(shè)計出由以上 3 種、 或以它們?yōu)橹黧w并結(jié)合其他處理方法進(jìn)行優(yōu)化的組合共同處理畜禽廢水。 這種方式能以較低的處理成本 , 取得較好的效果。
彭軍等選擇厭氧 - 兼氧組合式生物塘作為主體工藝, 將上流式厭氧污泥床移植到兼性塘, 豬場廢水經(jīng)處理后, 其 BOD 5 、 COD Cr 、 NH 4 + - N 可分別從 9 000 、14 000 、 1 200 降至 20 、 60 、 65 mg · L -1 , 成功地解決了熱帶地區(qū)規(guī)模化豬場污水污染負(fù)荷高和養(yǎng)豬行業(yè)利潤低的兩大難題。杭州西子養(yǎng)殖場采用了厭氧好氧結(jié)合的處理工藝 , 經(jīng)處理后 , 水中 COD Cr 約為 400 mg · L -1 ,BOD 5為 140 mg · L -1 , 基本達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。韓力平等采用直接投加優(yōu)勢菌的方法, 可大大改善原自然處理系統(tǒng)的能力, 提高對水體或土壤中難降解有機(jī)物的降解能力。深圳農(nóng)牧實業(yè)公司的污水處理工程工藝流程為污水 → 固液分離 → 調(diào)節(jié)池 → 上流式厭氧消化 → 植物塘 → 魚塘 → 排放 , 處理后廢水也能達(dá)到深圳市廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。 李金秀等采用 ASBR- SBR 組合反應(yīng)器系統(tǒng) ,ASBR 作為預(yù)處理器 ( 厭氧 ) , 主要用于去除有機(jī)物 , SBR ( 好氧 ) 用于生物脫氮處理。膜生物反應(yīng)器是由膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的新型生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。 它用膜取代了傳統(tǒng)的二沉池, 具有出水穩(wěn)定、 活性污泥濃度高、 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、 剩余污泥少、 裝置結(jié)構(gòu)緊湊、 占地少等特點(diǎn)。近年來, 已經(jīng)逐漸應(yīng)用于各種污水的處理。 范建偉, 張杰采用膜生物反應(yīng)器對上海市郊一畜禽場的排出廢水進(jìn)行處理, 通過一段時間的調(diào)整, 處理系統(tǒng)逐步穩(wěn)定, 出水達(dá)到*排放標(biāo)準(zhǔn) 。畜禽養(yǎng)殖廢水是比較難處理的有機(jī)廢水, 主要是因為其排量大, 溫度較低, 廢水中固液混雜, 有機(jī)物含量較高, 固形物體積較小, 很難進(jìn)行分離, 而且沖洗時間相對集中, 使得處理過程無法連續(xù)進(jìn)行。由于廢水
中的 COD , BOD 等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo), 懸浮物量大, 氮磷含量豐富, 氨氮含量高且不易去除, 單純采用物理、 化學(xué)或者生物處理方法都很難達(dá)到排放要求。 因此一般養(yǎng)殖場的廢水處理都需要使用多種處理方法相結(jié)合的工藝。根據(jù)畜禽廢水的特點(diǎn)和利用途徑, 可采用以上不同的處理技術(shù)。
4 結(jié)語
畜禽養(yǎng)殖廢水的處理方法還有很多 , 某一種處理方法能否被接受 , 不僅要考慮這種處理方法在技術(shù)上的優(yōu)勢 , 還要考慮該方法的投資、 日常運(yùn)行費(fèi)用和操作是否方便等問題。為了做好畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治工作 , 實現(xiàn)廢水回收再利用, 減少廢水的排放和化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境的輸入, 使污染減輕限度, 不僅要實現(xiàn)處理過程的無害化, 而且要實現(xiàn)處理過程的資源化, 有效地保護(hù)和改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境 , 促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。
