三峽庫區規模化養殖場糞污資源化利用新模式

摘要：通過對三峽庫區規模化養殖場糞污利用現狀的調研，總結了規模化養殖場糞污利用方式，分析了規模化養殖場糞污對庫區生態環境的危害。提出了適合三峽庫區社會、經濟、資源環境狀況的規模化養殖場糞污資源化利用技術模式，以解決畜禽養殖規模化發展帶來的環境污染問題，從而有效緩解三峽庫區區域生態環境的惡化，實現社會、經濟、生態環境的協調可持續發展。

關鍵詞：規模化養殖場；糞污；資源化利用模式；三峽庫區

中圖分類號：X713 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）02-0299-04

畜牧養殖業已經成為三峽庫區農業和農村經濟的支柱產業和農民增收的重要來源。隨著“百萬工程”的實施及城鄉統籌和現代農業的發展，重慶市的畜牧養殖業出現了強勁發展的勢頭，適度規模化養殖發展較快，近兩年來涌現出了一大批規模化養殖場，已明顯呈現區域化特征。隨著養豬場規模的不斷擴大、數量的不斷增加，養殖場污水已無法被土地消化，糞污產生的大量臭氣釋放到空氣中，未加處理而被排放的污水對自然水體造成了大面積的污染，使其BOD5、CODCr指標嚴重超標[1]。規模化養殖場的糞污使三峽庫區區域生態環境嚴重惡化。為此，通過對三峽庫區規模化養殖場糞污利用現狀的調研，提出了適合三峽庫區社會、經濟、資源環境狀況的規模化養殖場糞污資源化利用技術模式，以期解決畜禽養殖規模化發展帶來的環境污染問題，從而有效緩解三峽庫區區域生態環境的惡化，實現社會、經濟、生態環境的協調可持續發展。

1 規模化養殖場糞污處理基本模式

目前，規模化養殖場糞污處理的基本方法主要有好氧處理、厭氧處理、自然處理、混合處理4種。

1.1 好氧處理法

采用好氧技術對糞尿及廢水進行生物處理研究最多的是SBR（Sequencing batch reactor）工藝，即序批式活性污泥法。SBR是基于傳統Fill-Draw系統改進并發展起來的一種間歇式活性污泥工藝[2]。它把污水處理構筑物從空間系列轉化為時間系列，在同一構筑物內進行進水、曝氣、沉淀、排水、閑置等。20世紀70年代起，美國Notra Dame大學的Irvine等[3]在實驗室內對SBR法的基本運行特性作了研究，在美國環保署的支持下，于1980年把印地安納州南部的Culver城市污水處理廠改建成SBR系統。日本在糞便處理技術方面，自1975年起已開始采用活性污泥法同時除去糞便中的BOD5和氮的技術，這種方法被稱為糞便處理的超標準脫氮法[4]。我國自1985年建成首座處理肉類加工污水的SBR系統后，又陸續在城市污水、魚品、肉類加工污水處理中應用，20世紀90年代開始用于畜禽養殖場污水處理。活性污泥法也能去除某些金屬Ca、Mg、Hg等[5]，采用固定的活性污泥能使BOD5去除率達95%～97%[6]。

我國學者對SBR用于畜禽養殖場糞污處理研究較多，如鄧良偉等[7]用水解-SBR-活性炭吸附，NH3-N去除率達97%以上；趙巖[8]用SBR技術處理高濃度養豬污水，其CODCr去除率為92.47%，BOD5去除率為96.69%。在實際應用中，單獨使用SBR工藝并不多，多是采用SBR與其他方式結合處理，如于金蓮等[9]通過實驗室模擬試驗，探討混凝-脫氨-好氧生化處理養豬污水工藝，用石灰乳混凝沉淀，處理后出水濃度CODCr為340～380 mg/L，NH3-N為28～60 mg/L；成文等[10]采用接觸氧化-水解（酸化）-兩段接觸氧化-混凝工藝處理高濃度養豬場污水，在最佳條件下，CODCr去除率大于97%，BOD5去除率大于98%，氨氮去除率大于96%；范建偉等[11]用活性污泥膜分離技術處理畜禽污水，用膜取代了傳統二沉池，具有出水穩定、活性污泥濃度高、抗沖擊負荷能力強、剩余污泥少、裝置結構緊湊、占地少等特點。出水濃度CODCr<100 mg/L，BOD5<20 mg/L，SS<70 mg/L，NH3-N<15 mg/L，效果非常好，低于國家標準。

1.2 厭氧處理法

20世紀50年代出現了厭氧接觸法（Anaerobic contact process）工藝，60年代末出現的厭氧濾器（Anaerobic filter，AF）是高負荷厭氧反應器的第一個突破，此后在70年代上流式厭氧污泥床UASB（Up-flow anaerobic sludge bed）問世，UBF與UASB的發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的一系列高負荷厭氧反應器的發展，并逐步應用于禽畜污水處理中。厭氧處理特點是能量需求低，可以產生能源（沼氣），污泥量低，對pH、溫度等環境因素敏感[12]；而且由于處理過程不需要氧，所以不受傳氧能力的限制，因而具有較高的有機物負荷潛力，能對一些好氧微生物所不能降解的部分有機物進行降解[13]。

我國最早將畜禽糞污用于厭氧處理是以生產沼氣為目的，因而生產后未能達到完全分解污染物的要求，其出水CODCr的濃度仍不符合環保廢水排放標準。20世紀90年代以來，隨著畜牧業的迅猛發展，畜禽糞污造成的環境污染日漸突出，人們開始將厭氧處理用于處理畜禽糞污環境污染物，而生產沼氣只作為附加產物[14]。鄧良偉等[15]采用內循環厭氧反應器（lC）處理豬場廢水，BOD5去除率為95.8%，SS去除率為78.5%，沼氣產氣率達1.5～3.0 m3/d。后又通過改善厭氧消化液的可生化性和培養高效脫氮菌種等措施，NH3-N去除率達到了99%，CODCr去除率達95%[16]。純粹的厭氧處理畜禽污水后，出水一般殘留的CODCr值較高，達不到排放標準。實際應用中的厭氧處理實際上還摻雜其他處理單元。如張國治等[17]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行凈化處理。經過15 d室內靜態處理，去除NH3-N 93.9%，TP 78.4%，色度51.4%。

1.3 自然處理法

包括穩定塘處理、土地處理和廢水養殖。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，如果在有足夠土地可利用的條件下，它是一種較為經濟的處理方法，特別適宜于小型畜禽養殖場廢水處理。自然處理法也可以用于畜禽養殖場廢水除臭，如胡佩[18]采用細黃鏈霉菌5406除去家禽糞臭味。

畜禽養殖污水的快速滲透處理系統雖比另外的陸地處理系統效率低，但最低的去除率也達到50%，也不需要預處理，酸性環境能加速脫氮去磷，發展快速滲透系統的投資和運行費用較低；同時，具有額外的益處，如水和養分的再利用[19]。廖新弟等[20]分別以香根草和風車草為植被，建立人工濕地，凈化畜禽場污水，CODcr去除率可達90%以上，BOD5去除率可達80%以上。生態工程陸地處理系統（LTS）作為一種自然的、生態的、交替的或所謂適合的技術，中國自1986年就開始研究和利用，其具有費用低、節約能源、恢復資源、易操作、去除污染物廣而有效等優點[21]。濕地處理系統受環境條件影響較大，在寒冷地區需專門設計[22]。水萍科植物用于循環利用養豬污水是可行的處理方式，建立植物過濾帶可減少排入地表接納水體的污染物負荷[23]。

1.4 混合處理法

好氧處理法、厭氧處理法、自然處理法用于處理畜禽養殖場廢水各有優缺點，一般不單一應用，近年來畜禽糞污多采用混合處理法[24]。即是根據畜禽養殖場廢水的多少和具體情況，設計出由以上3種或以它們為主體并結合其他處理方法進行優化組合，共同處理畜禽養殖場廢水。該方式能以較低的處理成本，取得好的效果，如杭州西子養殖場采用了厭氧+好氧結合的處理工藝，經處理后，廢水中CODcr約為400 mg/L，BOD5為140 mg/L，基本達到廢水排放標準[25]；深圳農牧實業公司的污水處理工程，工藝流程為污水-固液分離-調節池-上流式厭氧消化-植物塘-魚塘-排放，處理的廢水也能達到深圳市廢水排放標準[26]；李秀金等[27]采用ASBR-SBR組合反應器系統，處理高濃度有機污水，其中ASBR作為預處理器（厭氧）主要用于去除有機物，SBR（好氧）用于生物脫氮處理。當然，混合處理方法的形式多種多樣，除以上3種方法結合外，還包括一些物理、化學處理方法結合，在實際應用中應視具體情況而定。

當今我國畜禽糞污的污染大體上已經歷了認識階段，開始進入探索和解決階段。

2 三峽庫區規模化養殖場現有的處理模式

目前，三峽庫區采取的處理模式主要有3種，即還田處理模式、無動力自然處理模式和機械化處理模式。多數養殖場糞污主要利用干清糞技術，糞便利用堆肥技術處理作為肥料[28]，污水凈化后排放；也有部分養殖場以沼氣應用方式處理，但沼氣的利用沒有解決好，有的養殖場甚至沼氣用不完白白在大氣中燃燒掉，經濟效益體現不出來，所以推廣應用就存在很大問題[29]。我國是能源和水資源緊張的國家之一，如何將糞污處理資源化和能源化，并和有機肥開發相結合，將是三峽庫區綠色農業產業發展的重要方面，也是庫區生態環境安全的重要保障。

3 規模化養殖場糞污對三峽庫區生態環境的影響

三峽庫區城市重慶市全市生豬、肉牛、奶牛、山羊、蛋雞、肉雞規模化率分別達40.0%、20.4%、66.5%、34.0%、89.0%、87.5%，畜禽養殖綜合規模化率達48.2%。隨著重慶市集約化養殖業的發展，養殖場產生的大量畜禽糞污對環境的污染越來越被人們所關注。重慶市畜禽養殖產生的糞便總量每年近8 570萬t，除少量用于農田施肥和制作成復合肥外，大多數未經處理就被排放到環境中，成為污染次級河流、水源的主要“殺手”，污染了人們賴以生存的空氣、水體。養殖場糞污的污染以規模化養豬場最為嚴重，一個萬頭豬場每天可排出豬糞10 t、尿液15 t、沖洗水100 t，相當于每天排放了CODCr 1 280 kg、TN 96 kg、TP 40 kg。

4 適宜三峽庫區規模化養殖場的處理模式

規模化養殖場糞污的資源化利用是有效緩解三峽庫區區域生態環境的惡化，實現社會、經濟、生態環境的協調可持續發展的重要途徑。從三峽庫區社會、經濟狀況及農民生活習慣和養殖糞污的物料特性出發，提出適合三峽庫區規模化養殖場糞污的資源化利用模式，為養殖場的糞污處理利用提供借鑒。

4.1 無公害食用菌環鏈模式

沼渣營養豐富，所含營養成分與食用菌栽培料所需要營養相近，且雜質少，十分適合食用菌的生長，同時食用菌培養廢物可參與厭氧發酵。無公害食用菌環鏈模式（圖1）能真正意義上達到循環農業的目的。

4.2 生態水產養殖模式

水產養殖業是三峽庫區的主要產業，沼液是養魚的好飼料，在沼液養魚利用淡期可與大田灌溉兼顧，形成靈活的利用模式。生態水產養殖模式見圖2。

4.3 低碳林業模式

在低碳經濟背景下，林業既是產業建設的載體，又是生態建設的載體。將養殖業和林業結合起來形成循環模式，促進低碳經濟的發展。低碳林業模式見圖3。

5 小結

隨著四期移民搬遷安置的全面完成，三峽庫區生態建設與產業發展至關重要。林業、水產養殖業是三峽庫區的主要經濟產業，食用菌是三峽農民致富的新興產業，將養殖業與其他產業形成大循環模式，互利互用，既能減輕養殖業對三峽庫區環境帶來的污染壓力，又可以促進無公害、生態、低碳產業的發展，帶動三峽庫區循環經濟的發展。

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