江西赣州某猪场污水处理效果分析

唐夏军 ，臧一天 ，王尚江 ，刘宝金 ，盛孝维 ，舒邓群

（1．江西农业大学动科院，江西 南昌 330045；2．乐平市畜牧兽医局；3．乐平市金园牧业有限责任公司）

近年来，生猪规模化养殖迅速发展，截止到2016年，我国生猪存栏43 504万头，生猪出栏量68 502万头，猪肉产量5 299万吨[1]。养猪业迅速发展的同时，猪场废弃物对环境的污染成为了制约社会和养猪业发展的主要原因之一。据统计，一个万头猪场每年至少产生1.26万吨粪便[2]。由于当前我国畜牧业环保意识较差，大量粪便和污水未经处理被直接排入环境中，粪便在土壤中不断累积，进而降低土壤利用率，影响农作物生长，造成水质污染。高浓度的N和P造成水体富营养化，而粪便堆积发酵后，产生氨气和硫化氢等有害气体，严重影响空气质量[3]。此外，未被动物吸收的金属元素通过粪便和污水排入环境中，可能会引起土壤金属元素富集，危害环境[4]。因此，如何降低猪场粪污对环境的危害已经成为当今养猪业发展面临的首要问题。

有研究表明，虽然当前关于猪场污水处理的方法有很多，但是污水处理效率仍然很低[5]。导致处理率低的原因主要包括猪场对污水治理的资金投入低、环境意识淡薄、执法不严、对畜禽养殖废水处理认识模糊、处理模式单一等。然而事实上，各地的自然、经济条件千差万别,养殖场的规模大小不一,环境容量有大有小,废水排放要求也不尽相同,粪污处理模式也应该多种多样。因此，有必要对各地畜禽养殖废弃物的不同处理方法进行调查研究和技术经济评价。

大量调查和文献检索表明，目前国内污水处理工艺可归纳为三类：厌氧-还田模式、厌氧-自然处理模式和厌氧-好氧处理模式[6]。本试验以江西省赣州市的一规模化猪场为研究对象，从不同处理阶段中污染物和金属元素含量变化的角度，来讨论该猪场污水排放的处理能力和效果，通过试验结果分析该猪场污水处理存在的不足以及提出适当的改进措施，旨在为实际生产提供理论及参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验水样取自江西赣州某规模化猪场，年可提供种猪6 000余头，年出栏商品猪1.8万头。该猪场采用厌氧-好氧污水处理模式，猪舍排出的污水分别通过固液分离池、厌氧发酵池和氧化池等一系列处理后进行排放。该猪场污水处理工艺流程如图1所示。

图1 猪场污水处理工艺流程

1.2 试验设计

分别在固液分离池、厌氧发酵池和氧化池三个位置采取污水样，采集时间为生产时间，上午、下午各采集2个样本，每个样本均为500 mL，所有污水均用聚乙烯塑料瓶收集，并及时进行水样标记，混合均匀，然后按照“四分法”取3个样本。之后参照《水质采样样品的保存和管理技术规定》（GB 12999-91）[7]，将水样密封保存，根据各检测指标要求的不同，采用不同的保存方法，随后将样本送至东华理工大学分析检测研究中心进行检测。

检测内容包括猪场污水各个处理阶段污染物和重金属元素的含量，之后计算污水处理后污染物和金属元素的降解率，并将样本水样测定的数据结果与《畜禽养殖业污染物排放标准GB18596-2001》、《城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》允许日均排放的最大值和拟定“十二五”期间目标值，现有畜禽场的排放标准（限度值）3个标准进行比较，分析在不同处理池中污染物和金属元素含量的变化及处理效果。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 营养素测定的指标及方法。COD含量的测定采用《水和废水检测方法（第四版）》 ；BOD5含量的测定采用稀释与接种法（GB 7488-1987）；TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 535-2009）；TP采用钼酸铵分光光度法（GB 11893-1989）；NH3+-N采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535-2009）；SS采用重量法（GB 11901-1989）；氯化物采用硝酸银滴定法（GB11896-1989）。

1.3.2 重金属的测定指标及方法。Cr6+的测定采用二苯碳酰二肼分光光度法（GB7467-1987）；Na的测定采用火焰原子吸收分光光度法（GB11904-1989）；Cd的测定采用原子吸收分光光度法（GB7475-1989）；Cu的测定采用原子吸收分光光度法（GB7475-1989）；Fe的测定采用火焰原子吸收分光光度法（GB 11911-1989）；Mn的测定采用火焰原子吸收分光光度法（GB11911-1989）；Zn的测定采用原子吸收分光光度法(GB7475-1989)。

1.4 数据处理

试验数据使用Excel 2007进行整理,并计算各指标的降解率。

2 结果与分析

2.1 不同处理阶段污染物含量的变化

表1 不同处理阶段污染物含量的变化

由表1可知，污水中COD含量在处理过程中一直处于下降趋势，在经过固液分离池后，COD的含量从沼气池中的2 650 mg/L下降到氧化池中的1 020 mg/L，沼气池和氧化池中的降解率分别达到41.3%和77.4%，但是含量依然高于污染物排放标准；污水中BOD5含量从进入固液分离池开始就低于规定排放标准，但进入沼气池有所增加，来到氧化池又回到初始状态，所以污水中BOD5含量在处理阶段整体波动不大并且达到排放标准；污水中总氮含量经过处理也是先增加后降低的趋势，经过沼气池和氧化池的二轮处理后，总氮含量降解率达到了68.6%，但还是超过了规定污染物排放标准；水样中总磷含量在处理过程中一直在减少，在沼气池和氧化池中的降解率分别达到了36.7%和81.3%，可以看出污水中总磷的处理效果还算不错并且达到了排放标准；水样中氨氮的含量也是先上升后下降的趋势，并且最终处理结果也未达到排放标准；而水样中悬浮物的含量则呈现先下降后上升的趋势，在沼气池中悬浮物的降解率达到了93.2%，但经过氧化池后含量又略有升高，降解率相比沼气池也下降到56.1%，但总体来说还是达到了规定排放标准。

表2 不同处理阶段金属元素含量的变化

2.2 不同处理阶段金属元素含量的变化

由表2可知，大部分金属元素经过猪场的沼气池和氧化池处理后在污水中含量下降都较明显，其中的Cr6＋虽然在沼气池中的含量比在固液分离池中增加了一倍，但经过沼气池的处理后，Cr6＋在污水中并未被检测出，所以达到了规定排放标准；Na和氯化物的含量在污水处理的过程中都是在沼气池中先增加，然后在氧化池中下降，二者降解率分别为69.7%和67.6%，处理效果大致相近；而Cd虽然在经过固液分离池后经过了两次处理，但在氧化池中处理效果似乎并不理想，与在沼气池中测定的含量一样，Cd降解率仅为28.8%，并且没有达到排放标准；水样中Cu的含量在测定中始终低于现有畜禽场的排放标准，含量从0.85 mg/L下降到0.27 mg/L再到最后的0.09mg/L，沼气池和氧化池的降解率分别为68.2%和89.4%；水样中Fe的含量从2.72 mg/L下降到0.91 mg/L，在经过氧化池后又上升到1.45 mg/L，最终的降解率为46.7%；水样中Mn和Zn的变化趋势都是先下降再上升，但Mn的变化幅度比锌元素要大，Mn二次处理的降解率分别为80.1%和52.8%，显然Mn经过沼气池的处理效果比经过氧化池要好，而Zn经过二次处理后的降解率分别为64.6%和61.8%，两次处理的变化不大，但Mn和Zn在污水中的含量最终都达到了规定的排放标准。

3 讨论

3.1 不同处理阶段污染物含量的变化

研究发现，高浓度的有机污水排入江河湖泊中，污水中的高浓度的N、P造成水体富营养化，进而会对人畜健康造成危害[8]。其次，污水中的SS堵塞土壤空隙，降低土壤的透气性和透水性，影响农作物的生长[9]。本试验结果表明，经过固液分离后的污水在经过沼气池和氧化池处理后，污染物中的COD、TN、NH3+-N、BOD5、TP 和 SS 含量均有明显降低，这与罗义春等[10]的研究结果一致，说明该猪场实行的厌氧-好氧处理模式可显著降低污水中有机质的含量，但是除了BOD5、TP和SS外，其它的仍然不符合国家要求的排放标准，分析其可能原因是猪场采用水冲粪处理模式，造成污水样品中的有机质浓度过高，进而增加了污水处理的难度，影响最终的处理效果。因此，就以上问题提出几点相关建议：

①建议在冲洗栏舍时，应减少传统的水冲式清粪方式，实现粪水分离，采用干清粪工艺，减轻猪场粪污水无害化处理的压力。

②通过添加无公害的添加剂（如微生态制剂、益生菌等）来改善饲料结构，进而提高饲料利用率，减少NH3+-N的排出。

③合理设计饲料配方，在满足畜禽生长所必需氨基酸的前提下降低日粮中蛋白质的含量以减少N的排放。

④改造排水系统，实行雨污分离以减少污水的产生量。在场区内外设置的污水收集输送系统要采取暗沟布设。

⑤采用合成氨基酸代替日粮中的蛋白质（如在仔猪玉米-豆粕型日粮中添加0.2%的L-氨基酸，降低粗蛋白的水平）。

3.2 不同处理阶段金属元素含量的变化

在畜禽养殖过程中，重金属因为能促进动物生长和防治疾病，广泛作为饲料添加剂添加到饲料中[11]。研究发现，猪场饲料中添加的重金属的量普遍超过动物的需求量，使大量的重金属随排泄物排出体外，进而在环境中造成污染，对人类健康和生态系统造成危害[12]。本试验结果表明，经过固液分离后的污水在经过沼气池和氧化池处理后，污染物中Na、Cd、Cu、Fe、Mn、Zn、氯化物的含量都有明显降低，说明厌氧 - 好氧处理模式对 Cu、Fe、Mn、Zn、氯化物都有较好的去除效果。但Na、Fe和氯化物含量偏高，Cd含量超过国家排放标准，结合表2数据，分析其可能原因是猪饲料中Na、Fe、Cd等金属元素的添加量过高所导致。因此，针对数据结果中显示的Na、Fe、Cd、氯化物等含量过高或超标的问题，减少Na、Fe、Cd、氯化物的排放是该猪场治理污染的关键。现就以上问题提出几点相关建议：

①用有机微量元素复合物来取代无极微量元素（如用有机Cu来代替无机Cu在饲料中的添加），进而减少饲料中微量元素的添加量。

②在污水处理工艺流程中加入明矾等混凝剂。如危霄月[8]等研究发现，经混凝沉淀后，污水中的Fe、Cd、Cu、Zn 等元素含量明显下降。

4 结论

根据试验结果可以看出，该猪场的污水处理体系对污水中污染物和重金属元素的处理有一定的效果，但是仍有一些排放物质没有达到规定排放标准。可见该猪场当前的污水处理工艺虽然在一定程度上可行，但是还需要一定的改进和优化，如在氧化池后再添加农田或湿地的自然处理步骤来进行改善。