浅析畜禽养殖废水处理技术研究进展

洪和琪　(辽宁省城市污水处理管理中心，辽宁沈阳 110161)



浅析畜禽养殖废水处理技术研究进展

洪和琪(辽宁省城市污水处理管理中心，辽宁沈阳 110161)

目前我国畜禽养殖业粪污污染严重。据统计，21世纪初我国畜禽养殖粪污产生量为19亿t，其COD排放量为7 118万t，远超过工业废水与生活废水COD排放量之和，畜牧养殖已成为环境保护和治理的重要污染源[1]。在畜禽养殖粪污治理方面，探寻一种易操作、成本低、处理速度快、效率高的废水污水处理方法，成为国内外环境治理领域的研究热点。笔者主要简述了畜禽养殖废水治理技术的研究进展，并着重叙述了几种主要的废水处理工艺。

1畜禽养殖废水的特点及危害

养殖废水一般指尿液、粪便、饲料残渣、冲洗水及工人生活、生产过程中产生的废水总称，其中冲洗水占大部分。养殖废水是一种典型的高浓度有机废水，COD高达3 000~12 000 mg/L，氨氮浓度高达800~2 200 mg/L，SS超标数十倍，对周围环境危害较大。其水质特征与畜舍结构、清粪方式、冲洗水的使用、饲料营养成分及生产管理等有关。由于养殖废水中含有大量的有机物、氮、磷、悬浮物、致病菌、重金属元素、残留兽药、蛋白质和脂肪等成分，这些污染物如果不进行合理处置，一旦进入天然水体就会造成严重的环境污染[2]。除对水体、农田及作物产生污染外，还容易造成矿物元素和重金属的污染、残留兽药的污染以及微生物污染等。

2国内外畜禽养殖废水处理技术

养殖废水的治理应坚持“减量化、无害化、资源化”的原则，同时考虑人口规模、土地承载力等综合因素来控制规模化养殖场的发展速度和规模。目前，国内外养殖废水的处理模式主要有3类，即自然处理、还田利用和工业化处理模式。随着我国国民经济和社会的发展，可供消纳粪便污染水的土地将逐渐减少，同时还田利用和自然处理容易滋生病菌、传播疾病，带来二次污染，其应用具有局限性，因此工业化处理模式受到了广泛的关注，并逐渐成为研究的重点。

2.1厌氧处理技术厌氧处理技术是在无氧的条件下，厌氧菌将有机质代谢为二氧化碳和甲烷，使废水得到净化。采用厌氧处理技术处理养殖废水，在消除污染的同时，又能获得清洁的二次能源和物质，因此在国内外广泛应用。

2.1.1厌氧接触法。厌氧接触法是厌氧处理技术的代表工艺，它由Schroepfe在1956年提出，是最早的厌氧处理技术。该工艺是借鉴好氧活性污泥法，在厌氧消化池外增设沉淀池，沉淀池排放的污泥经管道回流至厌氧消化池，使得厌氧消化池内保持较高的污泥浓度，同时实现水力停留时间(HRT)和污泥停留时间的分离。该工艺提高了负荷，缩短了水力停留时间，使得消化池的容积减小，有机负荷率提高，多年实践证实，该工艺适用于各种废水的处理[3]。

2.1.2厌氧生物滤池。厌氧生物滤池(AF)是厌氧生物膜法的代表，该工艺是将填料填充于反应区内，微生物附着生长于滤料表面，形成厌氧生物膜，可有效降解污水中的有机质，使污水得到净化，它具有处理效率高、效果稳定、耐冲击负荷等优点。研究表明，在HRT为14 h时，TN去除率可达80%以上，TN的去除效果要优于好氧生物滤池。李文润等采用AF-BAF联合处理猪场废水，COD和氨氮的去除率分别为94.69%和87.72%，出水COD为190~340 mg/L，氨氮含量为40~70 mg/L，满足《畜禽养殖业污染物排放标准》的要求[4]。虽然厌氧生物滤池处理效果良好，但是升流式厌氧生物滤池容易出现底部堵塞的问题，同时所需填料量大，且价格相对昂贵，这些因素都制约了厌氧滤池的应用。

2.1.3升流式厌氧污泥床反应器(UASB)。UASB是最先由荷兰著名学者G.Lettinga提出，1977年在国外相继投入使用的一种有机废水厌氧处理技术。因它兼具厌氧过滤和厌氧活性污泥法的优点，在污水处理领域广泛应用。UASB最早在欧美一些国家进行生产试验，处理效果较好，之后在许多国家被广泛用于屠宰、啤酒酿造、土豆加工、牛奶生产、淀粉制造等领域污水的处理。20世纪80年代，我国哈尔滨工业大学、北京环境科学研究院及清华大学等科研单位开始了对UASB处理不同有机废水的研究及应用。在我国南方地区，气温较高，UASB往往能够取得良好的处理效果；而在中部及西北部地区，由于冬季气温较低，UASB运行处理效果较差。近10年来，国内已建成许多UASB处理装置，用于处理多种工业废水，通过多年实践证明，为防止UASB升流速度太快而导致悬浮固体流失，UASB在处理中低浓度(COD为1 500~2 000 mg/L)废水时，进水COD容积负荷一般控制在5~8 kg/(m3·d)，最小HRT为4~5 h；处理高浓度(COD为5 000~9 000 mg/L)废水时，进水COD容积负荷一般在10~20 kg/(m3·d)。

2.1.4膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)。厌氧膨胀污泥床反应器(Expanded granular sludge bed,EGSB)是由荷兰Wageningen农业大学的Lettinga教授研发。该工艺利用颗粒污泥床的膨胀使废水和微生物充分接触，提高生化反应速率，从而提高处理效能。EGSB在低浓度和高浓度废水处理方面均有应用。中温(32~35 ℃)条件下，EGSB在进水有机负荷为2.00~6.75 kg/(m3·d)，进水COD为1 000~13 000 mg/L，HRT为48 h时，对高浓度豆制品废水的COD、BOD5去除率均在85%以上，并且具有较高的产气率[5]。EGSB-生物接触氧化工艺处理啤酒废水，COD负荷达15 kg/(m3·d)，COD、BOD5、SS的去除率分别达98.08%、98.94%、97.2%，出水满足《啤酒工业污染物排放标准》要求[6]。

2.1.5内循环升流式厌氧反应器(IC)。IC反应器是1985年荷兰帕克公司在UASB的基础上研发产生。IC反应器的内循环作用可使废水和污泥充分接触，提高传质效率，因此污泥活性高，同时又具有高径比大(一般可达4~8)、负荷高、有机物去除能力强等特点，具有较高的应用价值。通常IC反应器在处理中低浓度废水时，进水COD容积负荷可控制在20~24 kg/(m3·d)范围内，处理高浓度有机废水时，进水COD容积负荷可达35~50 kg/(m3·d)，这相对于UASB有较大提高。目前,IC反应器在高浓度有机废水处理方面应用广泛，如在淀粉、啤酒、造纸等行业的废水处理得到了很好的应用，且处理效果很好[7-9]。

2.2好氧处理技术好氧处理法可分自然好氧和人工好氧。自然好氧处理技术基础建设投资少，运行成本低，但其占地面积大，处理效果易受季节温度影响。自然处理法一般包括好氧塘、慢速渗滤和人工湿地等，适用于养殖规模小且周边有可利用的废弃沟塘的养殖场。

2.2.1传统活性污泥法。传统活性污泥法以曝气池为核心，配备二沉池、污泥回流等系统,曝气系统同时起到增氧和混合的作用。20世纪70年代日本采用好氧间歇曝气对猪场粪水进行处理，养殖场产生的废水大多在现场通过活性污泥法进行处理净化，出水达标排入河流。而澳大利亚则在传统鼓风曝气装置基础上开发研究出简单实用的多种浅层射流曝气装置。

2.2.2序批式活性污泥法及其改进型工艺。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)最早由由英国学者Ardern和Locket发明，是以间歇曝气方式运行的污水处理技术，在同一构筑物内经历进水、反应、沉淀、排水、闲置等过程将污水净化[10-11]。美国学者Rirvine首次对SBR工艺进行试验研究取得成功后，于1980年在美国印第安纳州的Culwer城投产运行，是世界上首个采用SBR工艺的污水处理厂。1985年，上海吴淞肉联厂设计并投产运行了我国第一座SBR污水处理站，其设计水量为2 400 t/d。SBR工艺多与其他方式结合处理污废水，现已被广泛应用于城市污水、食品加工废水等的处理。

2.2.3生物接触氧化法。生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物滤池之间的生物膜法工艺，在池内设置填料，池底曝气充氧，微生物在填料上生长形成生物膜，与废水充分接触从而去除废水中的有机质。与其他处理工艺相比，生物接触氧化工艺有以下优点：①BOD容积负荷大，污泥量大，抗冲击负荷能力强；②处理时间短且无污泥膨胀问题；③生物膜的适应能力强，可以间歇运转，同时维护管理方便等。因此，生物接触氧化工艺被广泛应用于食品、制药、染料、化工等领域的废水处理。

2.2.4曝气生物滤池。曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，BAF)是生物膜法的一种新型工艺，20世纪初国外开始研究，80年代末基本成型，后经过不断改进更新，现已开发出多种形式[12-13]。该工艺是普通生物滤池的一种变形，它在一个反应器内同时实现了生物氧化和固体截流，不设置二沉池，具有容积负荷和水力负荷大、HRT短、基础建设投资少、运行成本低等优点，具有同时去除COD、BOD、SS、脱氮和除磷的作用，出水水质好。1981年世界首座BAF在法国建成投产，随后在美国、加拿大、日本等国家也开始了BAF的广泛研究与应用。在我国，BAF作为一种新型工艺，正处于研究与推广阶段，许多学者及科研单位也对BAF的结构形式、启动条件、滤料等方面进行了细致的研究，并取得了一定的成果。

2.3厌氧-好氧组合处理技术单一的厌氧工艺、好氧工艺均不能实现养殖废水中高浓度有机质的高效去除。一般直接采用好氧工艺HRT需要15 d，导致构筑物投资成本增加，运行费用提高，厌氧处理出水COD一般为1 500 mg/L，达不到排放标准要求。因此，需要将工艺进行组合或深度处理，通过不同的组合工艺来提高养殖废水的处理效率，在满足处理效果和出水水质要求的同时尽可能达到节约成本的目的。如杭州某集约化畜禽养殖场采用氨吹脱-A2/O工艺处理高浓度养殖废水， COD和氨氮的去除率分别为97.4%和91.9%，出水水质良好[14]。太湖流域内某规模化养殖场采用改良UASB-自然通风脉冲生物滤池-潜流人工湿地组合工艺处理奶牛养殖废水，工况条件下COD、BOD5和氨氮的去除率分别稳定在97%、97%和96%以上，出水水质达标。将

厌氧、好氧工艺进行组合，既能够适应进水水质水量的变化，缩小占地面积，又能提高处理效果，优化出水水质，满足达标排放要求。

3结语

目前我国养殖业迅猛发展，大型规模化养殖场数量逐渐增多，养殖粪污污染治理得到相关部门的广泛重视，污染治理方式、工艺和技术也在不断提高。根据目前畜禽养殖业污染状况，应从源头上控制减少污染产生，同时加强末端治理，推广清洁生产。畜禽养殖废水处理技术多种多样，在选择时，要综合考虑技术优势、投资及运行成本、操作难易程度等方面，实现环境、社会和经济效益的统一。

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摘要我国畜禽养殖业发展迅速，规模化养殖厂数量逐渐增加，其排放的废水中含有大量的有机质、氮、磷、悬浮物、致病菌、残留兽药等污染物，处理不当容易造成严重的环境污染。在分析畜禽养殖废水污染现状、水质特点及其环境影响的基础上，介绍国内外畜禽养殖废水的处理模式及处理工艺，分别就目前广泛应用的厌氧技术、好氧技术及厌氧-好氧组合处理技术对养殖废水处理效果及优缺点进行了简要的分析，以期为畜禽养殖业废水治理提供参考。

关键词畜禽养殖；废水；好氧技术；厌氧技术

Advances on the Research of Poultry and Livestock Breeding Wastewater Treatment

HONG He-qi(Liaoning Provincial Management Center of Wastewater Treatment, Shenyang, Liaoning 110161)

AbstractLivestock and poultry breeding industry has developed rapidly in China,and the number of large-scale farms has gradually increased.The wastewater contains large amounts of organic,nitrogen,phosphorus,suspended solids,bacteria and residues of veterinary drugs. Improper disposal can cause serious environment pollution. Based on the analysis of current situation of livestock and poultry wastewater,wastewater pollution characteristics and environmental impact,the processing pattern and process at home and abroad in livestock wastewater are studied. The relative merits of an aerobic technology and aerobic and both combination technology currently widely used are analyzed, so as to provide reference for livestock wastewater treatment.

Key wordsLivestock and poultry breeding;Wastewater;Aerobic technology;Anaerobic technology

收稿日期2015-10-14

作者简介洪和琪(1982-)，女，辽宁沈阳人，硕士，从事废水处理方面的研究。

中图分类号S 181.3

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)32-109-02