畜禽养殖废水的处理分析

畜禽养殖废水的处理

内容提要：改革开放以来，随着我国经济发展以及人民生活水平的不断提升，人民对禽畜产品的需求也日渐增长。在国家一系列加速禽畜业发展的政策推动下，禽畜业养殖由原来的分散经营饲养、头目少的小户型养殖不断的转型为大型的集约化、规模化的城镇养殖。但在提高管理与肉品水平以及增加经济收入的同时，也造成粪尿过度集中，冲洗水大量增加等问题，给生态环境带来了巨大的压力。该文主要综述畜禽养殖废水的来源、水质特点以及危害，同时重点介绍几种畜禽养殖废水处理工艺。关键词：畜禽养殖废水处理技术

1 畜禽养殖废水的来源及水质特点

畜禽养殖废水指由畜禽养殖场产生的尿液、全部粪便或残余粪便及饲料残渣、冲洗水及工人生活生产过程中产生的废水的总称，其中冲洗水占大部分[1]。畜禽废水处理难度大，并呈现出以下特点：（1）COD、SS、NH3-N含量高；

（2）可生化性好，沉淀性能好；

（3）水质水量变化大；

（4）含有致病菌并有恶臭。

畜禽养殖业发展迅速。目前，我国每年产生禽畜粪便约45亿吨，其化学需氧量（COD）超过我国工业废水和生活污水之和。因此禽畜养殖污染已经是继工业污染、生活污染之后的第三大污染源。而畜禽养殖废水的处理则是其中的重点[2]。

2畜禽养殖废水的危害

随着畜禽养殖业的发展，所带来的污染以及危害也日益凸显。未经处理而直接排放的的废水往往给环境和人体带来相应的危害。

2.1 大气污染

畜禽粪尿中含有大量未被消化的有机物，主要由碳水化合物和含氮化合物组成。碳水化合物可分解成甲烷、有机酸和醇类。含氮化合物主要是蛋白质。在有氧条件下，蛋白质分解的最终产物是硝酸盐类；无氧条件下，可分解成氨、乙烯醇、二甲基硫醚、硫化氢、甲胺、三甲胺等恶臭气体。而对于刚排泄出的畜禽粪便含有氨、硫化氢、胺等有害气体，如未能及时清除处理，其臭味将成倍增加，产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及多种低级脂肪酸等有恶臭的气体[3]。这些大气污染物不仅给养殖场的工作人员以及周边的居民带来健康上的危害，也会造成小范围的纠纷和矛盾，从而影响地区的长治久安。同时畜禽养殖业所产生的大量氨气也成为温室气体的重要来源之一[4]。

2.2 水污染

畜禽饲料中大量添加钙、磷、铜、铁、锌、锰、钴、硒和碘等元素，以及畜禽粪便中本身含有的氮、磷、BOD等大量无机、有机污染物，甚至包含一些抗生素。这些组分使得畜禽养殖废水中成分复杂，污染负荷很高。没有经过妥善处理的废水通过地表土壤渗透到地表水体或地下水层，使水体受到污染，严重时水体发臭、发黑、水体丧失功能，非常难治理和恢复。其中最常见的就是水体富营养化。例如，太湖的富营养化就是因为养殖场高浓度氮磷废水排入其流域所导致[3]。

2.3 土壤污染

高浓度的养殖废水若未经处理就直接长时间的排入土壤，会导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气性和透水性的双方面下降，影响土地性能，直接影响农作物的生长质量，农作物的徒长、倒伏、返青、早熟、减产和死亡现象就是由于受高浓度污水长期污染使得其性能下降所导致的[3] 。以砷为例，近年来，媒体宣传有机砷制剂能促进猪的生长并有较好的医疗效果。而据预测，一个万头猪场若连续使用含砷饲料，5~8d将可能向猪场周边排入1t砷。土壤中砷含量每升高1 mg/kg，则甘薯块根中砷含量即上升0.28mg/kg，不超过10天，该地所产的甘薯中砷含量将超过污泥农用标准（41 mg/kg）[4]。

2.4 微生物污染

畜禽体内的微生物主要通过消化道排出体外，粪便是微生物的主要载体。有关资料表明，在1g猪场的粪污水中，含有83万个大肠杆菌，69万个肠球菌，还含有寄生虫卵。这些有害病菌，如果得不到妥善处理，将污染环境，这不仅会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重危害人体健康。粪便中病原微生物在较长时间内可以维持其感染性。如巴氏杆菌在室温条件下的粪便中，其传染性可维持34天，马立克氏病毒可维持100天，禽流感病毒在4℃时可维持30~35天[4]。

3 畜禽养殖废水处理技术的国内外研究现状

由于畜禽养殖废水所带来严重的环境压力，业界诸多相关专家针对其处理技术进行了多方面的研究。目前，畜禽养殖废水的治理主要从源头控制与末端处理入手。源头控制强调减少粪尿中有机物的含量[1]；用清洁的干清粪工艺取代原有的水冲粪、水泡粪工艺[4]；并鼓励采用生物发酵舍技术实现粪尿零排放[5]。末端处理技术按照处理模式可分为三种：还田模式、自然处理模式、工业处理模式[6]。

3.1 还田处理模式

还田模式即将粪尿及冲洗水施于土壤中，在微生物以及植物的共同作用下，可将其中的有机物分解并吸收利用。不仅改善了土壤肥力，有利于植物的生长发育同时降低了肥料等的使用所带来的成本以及土壤的板结[3]。但这种方法需要大片农田消纳污染物[4]，因此，欧洲一些国家已经改变了饲养方法，由水冲洗栏舍式变回传统的稻草或作物秸秆铺垫吸收尿粪，经过处理后制成肥料还原给农田。上个世纪70年代，日本曲径经过十多年的探索，又开始大力推广还田养殖废水。还田的优点是不耗能源，不用请专业的人员进行管理，运转费用低廉，节省了很大的投资和运行管理费用，还有就是使污染物得到了有效的处置和经济的利用，不仅可以达到污染物零排放还能减少化肥的施用量，改善土壤质量。但不可忽视的是，养殖废水在降解的过程中所产生的NH3以及H2S会对大气环境以及人体健康产生危害，因此，欧洲一些国家将畜禽养殖废水经过厌氧消化处理后再进行还田利用[3]。

3.2 自然处理模式

自然处理模式即通过过滤、截流、沉淀、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化及吸收等机理，采用氧化塘、土地处理系统或人工湿地等方法对畜禽养殖废水进行处理[4]。氧化塘中的各类生物互相依存，形成一个复合生态系统，在塘内停留较长时间的污水中的有机物及氮磷等营养物质被植物氧化分解，处理后的废水可用于农田灌溉。而人工湿地主要是通过植物的根和茎以及基质表层去除污水中

比较大的颗粒物从而形成一层污泥，大量氧气在植物根系的作用下进入污水中，从而使污水中的有机物被大量繁殖的好氧菌降解吸收，并经过厌氧菌的进一步吸收降解后，达到排放标准[7]。廖新偙和骆世明分别以香根草和风车草为植被建立人工湿地，其对COD的去除率可达到90%以上，BOD去除率可达80%以上[8]。邓任槐等利用芦苇、菖蒲等挺水植物系统和凤眼莲、水烛等浮水植物系统建立了一个约300m2的湿地系统，整个系统对养殖废水中的COD、BOD去除率均达到99%以上，氨氮的去除率达到98%[9]。湾墨西哥湾项目建立了相关养殖废水人工湿地处理数据库，发现污染物平均去除率为：生化需氧量BOD 为65%，固体悬浮物53%，氨氮为48%，TP 为42%，TN 为42%[10]。叶勇等利用红树植物木榄和秋茄处理畜禽养殖废水中的N、P，秋茄和木榄系统对N的去除效率达79.2%和91.8%，对P的去除效率达85.4%和95.5%[11]。但自然处理模式存在受季节温度变化的影响，且防控性差，有污染地下水源的风险[3]。

3.3 工业处理模式

由于还田模式以及自然处理模式中用于消纳或处理粪便污水的土地越来越少，加之该种处理方法有带来二次污染的风险，因此工业化处理模式越来越受到重视[12]。工业化处理模式包括：物化处理技术与生物处理技术两大类。

3.3.1 物化处理技术

常用的物化处理技术有吸附法、磁絮凝沉淀、电化学氧化、Fenton氧化等。

（1）吸附法

梁文婷等采用氧化镁改性沸石，在最佳作用时间4h下，得到猪场废水中NH3-N、总磷的去除率分别为88.6 %和76.2 %，该法的改性沸石使用微波制成，能耗和技术要求较高，且吸附剂达到饱和时必须脱附，故只能间歇处理废水[13]。

（2）磁絮凝沉淀

崔丽娜等通过投加磁种和絮凝剂进行磁絮凝分离反应，处理猪场废水，实验条件下，COD为32323 mg/L的猪场废水样，去除率最高可达61.02 %。该技术工艺流程简单、沉降性好、处理周期短，但会产生大量的化学污泥[14]。

（3）电化学氧化

电化学氧化对氨氮的去除率较高。欧阳超等对实际养猪废水进行电化学氧化处理，在180min内，NH3-N的去除率可达98.22 % ，但COD的去除率仅14.04 %[15]。

（4）Fenton氧化

Hyunhee Lee等采用Fenton氧化法处理COD为5000~5700mg/L的畜禽废水，当H2O2投入加浓度为废水初始COD浓度的1.05倍，Fe2+投加浓度4700mg/L，H2O2与Fe2+摩尔比为2，pH值控制为3.5~4，反应30min后，COD和色度的去除率分别高于80%和95%。Fenton氧化技术对于COD和色度的去除率较高，可作为畜禽废水深度处理技术，但该技术Fe2+用量大、H2O2的利用率不高[16]。

物化技术对于畜禽养殖废水中的COD、NH3-N、色度具有一定去除率，可作为其预处理或深度处理工艺。

3.3.2 生物处理技术

畜禽养殖废水的可生化性较好，因此工业上多选用生物处理技术对其进行处理。工业化生物处理技术有：厌氧处理技术、好氧处理技术以及厌氧—好养组合技术。

（1）厌氧生物处理技术

目前，常用于处理畜禽养殖废水的处理方法主要有以下几种：厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（USAB）、厌氧折流板（ABR）、内循环厌氧反应器（IC）等。邓良伟等采用了IC工艺对畜禽养殖