畜禽养殖废水处理技术研究及资源化利用

畜禽养殖废水处理技术及资源化应用
1.畜禽养殖行业污染物防治现状
1.1畜禽养殖行业污染现状
随着规模化畜禽养殖业的迅速发展，在带动了农村经济发展的同时也带来了日益严重的农村环境污染问题，据统计我国主要污染物排放量中，农业源占大部分，其中COD排放量占总量的46%以上，达到1300万吨，氮占50%以上，磷占60%以上，而畜禽养殖污染物排放量占整个农业源的95%以上。

1.2畜禽养殖废水危害及影响
随着我国畜牧业的发展，产业竞争的日趋激烈，畜牧业规模化、集约化发展已成为必然趋势。

规模化养殖场具有较高的饲养技术，统一的管理，降低了成本，提高了经济效益，但由于大量集中的粪便冲洗污水排放引起的环境污染问题也越来越严重。

养殖业的粪尿排泄物及废水中含有大量有机物、氮、磷、悬浮物及致病菌并产生恶臭，对环境质量造成极大影响，主要的污染包括粪便污染、水质污染和大气污染几个方面，都是亟需解决的问题。

畜禽养殖废水的主要危害：
1、对水体的危害，养殖业废水属于含大量病原体的高浓度有机废水,大量有机物质进入水体后,有机物的分解将大量消耗水中的溶解氧,使水体发臭,导致水生生物大量死亡;氮、磷可使水体富营养化。

进而影响饮用水源地的安全。

2、对大气环境的危害，畜禽养殖废水在厌氧情况下会产生大量的NH
3、H
2
S
等恶臭气体,这些恶臭气体将影响及危害饲养人员及周围居民的身体健康。

3、对农田及作物的危害，畜禽养殖业废水中含有较多的氮、磷、钾等养分,如果未经任何处理就直接、连续、过量的施用,则会给土壤和农作物的生长造成不良的影响,如引起作物产量降低,推迟成熟期,影响后续作物的生产等。

4、传播病菌，畜禽废弃物中的污染物含有大量的病原体微生物，寄生虫卵及滋生的蚊蝇，会使空气中的病原种类增多，病原菌和寄生虫大量繁殖，造成人、畜传染病的蔓延，尤其是人畜共患病时会导致疫情发生，造成灾难性的危害。

2.传统养殖污染防治措施
传统的畜禽养殖主要以生产为主导，污染物治理控制主要在产后的治理，主要方法包括物理化学法、生化处理法、自然生态化、资源化利用等。

物理化学法主要包括：沉淀、脱水、干燥、混凝、氧化、消毒等工序；
生化处理法主要包括：厌氧、好氧、兼氧；
自然生态化主要包括：氧化塘、人工湿地、生态沟渠等；
资源化利用主要包括：堆肥、有机肥、饲料化等。

3.畜禽养殖污染主要原因及防治现状
3.1养殖行业污染的主要原因
1、畜禽养殖场（户）无统一规划，选址不合理
有些养殖场（户）是依河两岸的溪流河沟而建，分布散乱，并且大部分未办理有关手续，污染处理设施未建设或不完善即投入养殖，产生的废水、废物直接通过溪流河沟汇入较大流域中，对周围居民的生产、生活环境产生较大影响,甚至直接威胁城市集中饮用水源的安全
2、污染处理设施和配套管理跟不上
目前大部分畜禽养殖场基本属于粗放型的管理模式，无较为严格的管理制度和规章，在消毒、粪便管理等方面污染防治设施不完善，对水环境造成一定污染。

3、农牧脱节，粪便综合利用率低
由于受土地资源的制约，绝大多数畜禽养殖场（户）没有相应的配套耕地，即使有耕地消纳畜禽粪便的，也因面积不足，而无法全部进行消纳处理，粪便资源未得到有效综合利用。

3.2畜禽养殖污染防治现状
现有技术对COD处理达到国标不存在技术问题；
对氮、磷的处理仍存在技术和经济上的问题；
现有技术处理成本与养殖低利润、高风险之间矛盾突出；
运行管理与操作人员文化水平低，环保意识淡薄，已有设施没有正常运行；
生物有机肥推广应用力度不够，导致粪便肥料化循环利用不畅。

3.3畜禽养殖污染系统控制理念
1、源头控制：优良品种；合理的饲料供应量；合理的营养配比。

2、过程控制：清粪工艺选择干清粪（干清粪、水冲粪、水泡粪）；
3、循环利用：解决种植业营养需求与养殖业废物产生在时空上的不协调，做到循环利用的目的。

4、末端治理：综合治理水、气、渣等污染物。

3.4畜禽养殖行业废弃物处理原则
以综合利用为前提，资源化、减量化、无害化、运行成本低廉化为主导。

3.5畜禽养殖废弃物处理技术
目前畜禽养殖废弃物在国内外所采用三种处理模式：1、还田模式；2、自然净化处理模式；3、工业处理模式。

3.5.1粪便畜禽粪便主要减排的方法：
1、农业利用：直接农用，干化后储存农用，简单堆肥后农用、水产养殖、食用菌种植等。

2、生产有机肥：利用有机肥生产设备，生产产品作为商品销售。

3、生产沼气：必须经过粪、污水分离后粪便厌氧发酵产生沼气，沼气可以用来发电或者锅炉燃烧，为厌氧处理系统提供热量。

畜禽粪便直接农业利用要求：
粪便农业利用减排原则要求：保证畜禽养殖连续产生的粪便有足够的干化场、发酵池、储存场，其中发酵池、储存场必须防雨防渗，干化场必须防渗处理；
农业种植用地与养殖规模匹配，且减排项目要求对应的农业用地必须是连片的集中种植区；
3.5.2畜禽粪便农业利用基本技术：
1、干燥技术：
太阳能大棚自然干燥（直接农业利用的主要干燥方法）。

充分利用自然条件，成本较低，干燥的速度慢，且占地面积较大；
高温快速干燥（主要用于专业有机肥生产）。

干燥速度快，可批量生产，杀菌、除臭熟化快，但能耗高，投资大；
烘干膨化干燥（应用较少）。

干燥过程中易产生恶臭气体。

从目前掌握的情况看，畜禽粪便干燥处理尚无较完善的技术。

各规模化养殖场，尤其是养鸡场只能根据自己的资金情况及所拥有的土地面积，选择相应的干燥技术。

2、堆肥技术：
自然堆肥法（直接农业利用的主要使用方法）。

无需设备和耗能，但占地面积大、腐熟慢、效率低。

现代堆肥法（主要用于专业有机肥生产）。

利用发酵罐（塔）等设备，效率高，堆制时间短，便于控制，自动化控制连续生产，处理量大，对周边无污染；一次性投资大。

堆肥法比干燥法具有省燃料、成本低、发酵产物生物活性强、粪便处理过程中养分损失少且可达到去臭，灭菌的目的，处理的最终产物臭气少且较干燥，容易包装、撒施。

因此对于畜禽场的干粪和由粪水中分离出的干物质，进行堆肥化处理是最佳的固体粪便处置方式。

3.6畜禽养殖废水减排的主要方法：
农业利用：包括直接农业利用、厌氧发酵后沼液沼渣农业利用、水产养殖等，不能设置污水排放口；
循环利用：废水经处理后全部用于回收利用（包括农用与回用于栏舍冲洗等），不能设置污水排放口；
达标排放：采用厌氧+好氧+深度处理的工业化处理方法，外排污水达标排放；
3.6.1畜禽养殖废水农业利用
畜禽粪便污水还田作肥料为传统而经济有效的处置方法，可使畜禽粪尿不排往外界环境，达到污染物零排放。

既可有效处置污染物，又能将其中有用的营养成分循环于土壤一植物生态系统中，家庭分散户养畜禽粪便污水处理均采用该法。

该方法适用于远离城市、土地宽广且有足够农田消纳粪便污水的经济落后地区，特别是种植常年需施肥作物的地区，要求养殖场规模较小。

3.6.2畜禽养殖废水处理技术
畜禽养殖废水处理单元技术分类：
厌氧处理技术：UASB、AF、UBF、USR、两段厌氧法；
好氧处理技术：活性污泥、生物滤池、生物接触氧化、序批式活性污泥（SBR）、生物转盘；
深度处理技术：氧化塘、人工湿地、土壤净化。

一、厌氧处理技术
定义：在隔绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物
化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。

优点:
1.应用范围广；
2.厌氧生物处理技术可以把环境保护、能源回收以良性循环的形式结合起来，
是一种低成本、低能耗的废水处理技术；
3.厌氧处理设备负荷高、占地少；
4.厌氧方法产生的剩余污泥量比好氧法少得多；
5.厌氧生物法对营养物的需求量小；
6.能被厌氧法降解的有机物种类多。

缺点：
1.采用厌氧生物处理法不能去除废水中的氮和磷。

2.厌氧法启动时间长。

3.运行管理较为复杂。

如进水负荷突然提高，反应器的pH值会下降，如不
及时发现控制，反应器就会出现“酸化”现象，使产甲烷菌受到严重抑止，甚至使反应器不能再恢复正常运行，必须重新启动。

4.卫生条件较差。

常用的厌氧生物处理反应器有以下几种：
1、化粪池
用于处理粪便污水，兼有污水沉淀和污泥发酵双重作用。

粪便污水经化粪池沉淀和厌氧分解。

缺点：反应时间相当长，去除效率低，对含悬物多的养殖废水沉积物过多，难于清理。

很少用于对养殖废水的处理。

2、厌氧生物滤池
优点：
滤池内可保持很高的微生物浓度；处理能力较高；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便等。

缺点：
滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚。

堵塞后，没有简单有效的清洗方法。

因此，悬浮物高的废水不适用。

3、上流式厌氧污泥反应器（UASB）
广泛应用于养殖废水的厌氧处理，能源部门推行的沼气工程主要应用该反应器。

优点：
反应器内的污泥浓度高，有机负荷高
(10-20kg COD/m3.d)，水力停留时间短；反
应器内设三相分离器，污泥自动回流到反应区，无需污泥回流设备，无需混合搅拌设备；污泥床内不需填充载体，节省造价且避免堵塞。

缺点：
反应器内有短流现象，影响处理能力；难消化的有机固体不宜太高；运行启
动时间长，对水质和负荷变化较敏感。

4、厌氧流化床反应器
低密度载体，无烟煤和塑料物质（减少所需的液体上升流速，从而减少提少提升费用）
优点：填料比表面积大，微生物浓度高，有机负荷大；载体处于流化状态，无堵塞现象，对高、中、低浓度的废水均有较好的处理能力；有较高的净化速度；结构紧凑，占地少，基建投资省。

缺点：载体重量较大，介质颗粒流化和膨胀需要大量的回流，增加了运行过程的能耗，并且其三相分离特别是固液分离比较困难，要求较高的运行和设计水平，实际应用较少。

5、分段厌氧处理法
将厌氧发酵过程分别在两个容器中独立进行，维持各自最佳的环境条件，促进整个厌氧消化过程。

第一段：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固态物质。

第二段：保持严格的厌氧条件和pH值，以有利于甲烷菌的生长，降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，截留悬浮物质，改善出水水质。

优点：耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；两阶段反应不在同一反应器内进行，相互影响小，可更好的控制工艺条件；消化效率高，尤其适应于处理含悬浮固体多，难消化降解的高浓度有机废水。

缺点：两步法设备多，流程和操作复杂。

分段厌氧组合方式：流程尚无定式，根据废水水量和水质的不同而采用不
同的组合方式。

1.悬浮物含量高，前一段采用厌氧接触系统，后一段采用厌氧接触系统（水量大时）或UASB（水量小时）。

2.悬浮物含量很少且水量不很大时，可考虑两上流式厌氧污泥反应器串联组合，后段也可采用厌氧生物滤池。

二、好氧生物处理技术
常用的好氧生物处理法有以下几种：
1、活性污泥
基本流程：
优点：
吸附氧化有机物的能力强，活性污泥的活性较高。

调济平衡能力强，回流比达50～100%。

缺点：
吸附时间短，处理效率低。

污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。

运行过程能耗高，处理费用难于接受。

污泥产生量高。

2、生物滤池
生物滤池有很多种类，其中又可分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；
原理：塔式生物滤池由顶部布水，污水沿塔自上而下流动，在供养充足的条件下，好氧微生物在滤料表面迅速繁殖。

这些微生物又进一步吸附废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的有机物质，并随着有机物被分解的同时，微生物也不断增长和繁殖，生物膜厚度逐渐增加，当生物膜上的微生物老化或死亡时，通过某些蝇类的幼虫活动以及水流的冲刷，失活的生物膜从滤池表面脱落下来然后随废水流出。

基本构成：一般高达 8～24m，直径 1～3．5m径高比为 l：6～1：8左右，呈塔状。

在平面上塔式生物滤池多呈圆形。

在构造上由塔身、滤料、布水系统以及通风排水装置组成。

优点：
占地面积小，净化效率高。

塔身高，通风条件好，供氧充足，氧利用效率高。

产生的污泥量少，一般为活性污泥处理的3/4左右。

对水质、水量的变动有较强的适应性。

污泥沉降性能良好，易于固液分离。

缺点：
当预处理不够充分、或生物膜季节性大规模脱落时，容易导致滤池堵塞，进水的BOD5浓度应控制在500mg/L以下。

滤池较高，废水提升费用较大，基建投资大，运行管理不方便。

产生滤池蝇，恶化环境卫生；布水器布水时，散发臭味等问题。

3、生物接触氧化
工艺流程：
随着新型填料的开发，生物接触氧化已大量应用于畜禽养殖污水的处理中，该方法对氮磷的去除较活性污法有较大的提高。

优点：
净化效率高，处理所需时间短；
对进水有机负荷的变动适应性较强；
不必进行污泥回流，同时没有污泥膨胀问题；
运行管理方便。

缺点：
池内填料间的生物膜有时会出现堵塞现象；
填料需定期更换，费用较高，操作难度大。

4、序批式活性污泥（SBR）
SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段：进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期。

SBR工艺的优点：
流程简单，运行费用低（集进水、调节、反应、沉淀于一池，不需调节池和二沉池等构筑物、也不需污泥回流设备）；
固液分离效果好，出水水质好；
运行操作灵活，效果稳定；
脱氮除磷效果好；
有效防止污泥膨胀（进水与反应阶段的缺氧(或厌氧)与好氧状态的交替，既能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，防止污泥膨胀）；
耐冲击负荷；
节省占地面积。

三、厌氧+好氧组合工艺
主要方式：A/O、A2/O、A-O-A-O
现阶段规模化养殖场工厂化处理的主要方式。

A2/O反应器的特点
优点：是比较简单的脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；在厌氧、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。

缺点：进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，运行费用高；除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高；脱氮效果也难于进一步提高。

四、深度处理技术
水体净化法：氧化塘（好氧塘、兼性塘、厌氧塘）和养殖塘；
氧化塘处理优缺点：
优点：①在条件合适时(如有可利用的旧河道、河滩、沼泽、山谷及无农业利用价值的荒地等)氧化塘系统的基建投资少；
②运行管理简单，耗能少，运行管理费用为传统人工处理厂的1／5-1／3；
③可进行综合利用，如养殖水生动物，形成多级食物网的复合生态系统。

如使用得当，会产生明显的经济、环境和社会效益。

缺点：①占地面积过多；
②处理效果受气候的影响，如越冬问题、雨季问题、春秋翻塘问题；
③如设计或运行不当，可能形成二次污染，如污染地下水、产生臭气等。

适于采用氧化塘的条件：
①土地：因氧化塘占地多，当地需有供氧化塘使用的土地；
②气候：当地的气候适于氧化塘的运行，首先要考虑气温，其次应考虑日照条件及风力等气候条件。

土壤净化法：土地处理（慢速渗滤、快速渗滤、地面漫流）和人工湿地；
原理：在传统污水灌溉基础上发展起来的污水深度处理技术。

污水土地处理净化原理主要是利用土壤截滤吸附、生物降解和植物吸收。

优点：与污水人工处理相比，具有建设运行费用低、节省能源等特点。

缺点：要求在污水水源附近有可以利用的土地资源，处理能力低，需要的土地面积大。

另外，污水土地处理系统在雨雪等复杂气候条件下无法运行，需要对污水作特殊处理；存在对地下水污染的风险，运行时间长容易发生堵塞问题。

化学强化处理：Fenton高级氧化、化学混凝、活性炭吸附等。

五、不同综合控制技术比较。