養豬廢水深度治理技術研究進展

歐陽婷， 王 濤，樊 華

(1.江西省環境保護科學研究院，江西南昌 330077；2.南昌大學資源環境與化工學院，江西南昌 330031)

養豬廢水深度治理技術研究進展

歐陽婷1,2， 王 濤1*，樊 華2

(1.江西省環境保護科學研究院，江西南昌 330077；2.南昌大學資源環境與化工學院，江西南昌 330031)

對國內外養豬廢水的深度治理技術進行了分析，首先對養豬廢水水質進行了分析，并與排放限值要求進行了對比。其次，系統地總結了養豬廢水的治理技術，并對各種技術的治理效果及治理成本進行了分析，提出了畜禽養殖廢水治理工藝的設計思路。最后，分析了我國生豬養殖污染治理面臨的困境，提出了小規模分散式養殖污染治理的發展方向，以期為我國畜禽養殖污染的治理提供科學依據。

養豬廢水；深度治理；面源污染

“十二五”時期，隨著人們生活水平的提高，生豬養殖業得到了快速發展。據《全國生豬生產發展規劃》(農牧發〔2016〕6號)統計，“十二五”末期，全國年生豬出欄量較“十一五”末期提高6.2%，豬肉占肉類的比重達63.62%。據《2014年中國養豬業發展年度報告》統計，養豬行業產值占我國畜牧業總產值的比重達47%，養豬業已經成為我國農業與農村經濟的重要組成部分[1]。隨之而來，養豬糞污對環境的污染日益嚴重，成為農業面源污染的重要來源之一。據《第一次全國污染源普查公報》顯示，畜禽養殖業COD排放量達到1 268.26萬t、總氮102.48萬t、總磷16.04萬t，分別占農業源污染物排放量的95.78%、37.89%和56.34%，占全國主要污染物排放總量的41.87%、21.67%和37.90%[2]。如何對養豬廢水進行深度治理，減輕其對環境污染，成為亟待解決的難題。筆者對國內外養豬廢水的深度治理技術進行了系統分析，并比較了治理效果，以期為養豬廢水的深度治理提供參考。

1 養豬廢水水質及排放要求

1.1 水質 豬場廢水主要來源于欄舍沖洗水、豬尿，其中伴有豬糞及飼料殘渣等，水質、水量波動大，呈灰黑色，有機物、懸浮物、營養鹽含量高，并含有大量細菌及其他微生物，對環境污染較大。豬場廢水特征值pH 6.8～8.7，CODCr2 000～15 000 mg/L,BOD5350～10 000 mg/L,SS 300～12 000 mg/L,氨氮127～1 780 mg/L[3]。

1.2 排放要求 據《畜禽養殖業污染物排放標準》(GB 15596—2001)，養豬廢水污染物最高允許日均排放濃度為CODCr400 mg/L,BOD5150 mg/L,SS 200 mg/L,TP 8 mg/L,NH4+-N 80 mg/L,糞大腸菌群1 000個/L，蛔蟲卵2個/L。由此可見，如果養豬廢水未經處理直接排放，濃度遠超GB 15596—2001中規定的濃度限值要求，對環境的污染負荷非常大。

2 常用養豬廢水治理技術

圍繞畜禽養殖廢水的治理，國內外學者開展了大量研究，提出還田利用處理、物化處理、生物處理、自然生態處理等治理技術[4]。

2.1 還田利用處理 畜禽養殖糞污還田利用處理是一種傳統方法，歷史悠久，20世紀90年代，贛南地區提出的“豬-沼-果”生態農業模式是該處理方式的典型代表。該處理方法在一定程度上實現了畜禽糞便的資源化利用，對改良農田土壤肥力具有重要作用。然而，隨著畜禽養殖業的快速發展，該處理方式已難以適應畜禽糞污的處理要求，突出表現在兩個方面：一是部分養殖場周邊土地不能完全就地消納糞污；二是農作物對糞污的需求不能與其排放量完全同步，土地休耕期間，對糞污的接納能力有限，導致糞污產生相對過量。此外，畜禽糞污中大量的營養元素及部分重金屬隨糞污一并進入農田，對土壤及水體產生累積性污染，從而破壞土壤結構，影響農作物的生長。

2.2 物化處理 物化治理技術是通過物理、化學的綜合作用凈化養殖廢水，具有工藝簡單、操作方便、實用、有效等優點，但運行成本相對較高，可能產生二次污染，常作為預處理或后續處理使用。目前，國內外常用的養豬廢水物化處理技術有吸附法、絮凝沉淀法、電化學氧化法、Fenton試劑氧化法等。Fenton試劑氧化法，Fenton試劑預氧化后，畜禽廢水生化性得到有效改善，可為后續生化處理提供基礎條件；采用Fenton氧化處理經過上流式厭氧污泥床(UASB)消化的畜禽廢水，對厭氧出水化學需氧量(COD)和色度的去除率分別達到95%和96%[5]；吸附技術是一種常用物理化學法，可根據水中污染物種類的不同選擇相對應的吸附劑，從而達到定向去除某種污染物的目的；在畜禽廢水處理中可利用吸附劑的吸附作用對氮、磷等進行吸附預處理；電化學方法是一種集電氧化和電還原作用于一體的高效污水處理方法，能夠有效去除養豬廢水中的氮、磷、有機物、激素、抗生素及重金屬等污染物，歐陽超等[6]采用電化學方法處理養豬廢水，氨氮較COD優先去除，在180 min內去除率達到98.22%。物化處理技術對畜禽養殖廢水處理的效果見表1。

表1 物化處理技術對畜禽養殖廢水的處理效果

Table 1 Treatment effectiveness of physicochemical technologies to swine-breeding wastewater

處理工藝Processingtechnology去除率Removalrate∥%CODBOD5SSNH4+-NTP參考文獻Reference鳥糞石沉淀法Struviteprecipitation—————[7]聚合體固液分離法Pol?ymersolid-liquidsepara?tionmethod—99．7097．6098．7095．00[8]電化學氧化法Electro?chemicaloxidation———98．22—[6]UASB+Fenton氧化UASB+Fentonoxidation99．30————[5]Fentony氧化+UASBFentonyoxidation+UASB95．00————[5]

2.3 生物處理 生物處理技術主要是通過微生物作用將廢水中的有機物轉化為新的微生物細胞或簡單的無機物，從而達到去除污染物的目的。該方法占地面積小，適用于經濟發達、土地緊張的畜禽養殖區。

厭氧處理技術能耗低、有機負荷高、剩余污泥少、營養需要量少、被降解有機物種類少、能承受較大的負荷變化和水質變化，在畜禽養殖廢水處理領域中較常用。目前用于處理養殖糞污的厭氧工藝很多，較常用的有UASB、內循環厭氧反應器(IC)、厭氧接觸法(ACP)、厭氧折流板反應器(ABR)和厭氧濾池(AF)等[9]。李文潤等[10]采用AF-BAF聯合處理豬場廢水，COD和氨氮的去除率分別為94.69%和87.72%，出水COD含量為190～340 mg/L，氨氮含量為40～70 mg/L，滿足排放要求。王亮等[11]采用UASB-SFSBR-MAP工藝處理養豬廢水，該工藝對COD、氨氮和總磷的去除率分別達到95.1%、92.7%和88.8%；工藝出水水質COD≤135.0 mg/L、TN<116.0 mg/L、NH4+-N<43.0 mg/L、TP≤7.3 mg/L、SS≤50.0 mg/L,滿足排放要求，該工藝穩定可靠，運行費用與傳統厭氧好氧處理工藝相當。

好氧處理技術主要是利用好氧微生物處理養殖廢水，可生物降解的有機物通過好氧處理最終轉化為簡單的無機物。較常用的有接觸氧化法、膜生物法(MBR)、循環式活性污泥系統(CASS)、間歇式循環延時曝氣活性污泥法(ICEAS)、序批式反應器(SBR)等工藝。其中SBR在處理豬場廢水中被廣泛應用，能較好地去除有機物和氮、磷。楊劍等[12]對SBR處理豬場廢水厭氧消化液脫氮進行優化研究，SBR處理過程受C/N、DO、MLSS的影響，各參數在最佳范圍內，氨氮、總氮、COD的去除率分別達90%、78%、90%以上。

但由于豬場廢水屬于高濃有機廢水，單一采用好氧或者厭氧處理，效果很難達到《畜禽廢水污染物排放標準》的要求。目前，國內外大多數養豬場采用先厭氧后好氧工藝來處理豬場廢水。表2總結了各種生物技術對養豬廢水處理的效果。

表2 生物技術對養豬廢水的處理效果

2.4 自然生態處理技術 自然生態處理模式主要是采用氧化塘、土地系統及人工濕地等生態系統來處理畜禽廢水，其凈化機理主要有過濾、截流、沉淀、物理和化學吸附、化學分解、生物氧化及生物吸附。如穩定塘對廢水凈化和天然水體凈化類似，通過水中的微生物來代謝降解有機物，國內經常用于厭氧、好氧系統出水的后處理。如廣東某養殖場采用UASB-生物接觸氧化-氧化塘工藝，日處理廢水量為120～150 m3/d，整個工藝出水COD保持在3 000～4 000 mg/L，COD去除率為70%左右，后續生物接觸氧化池進一步降解COD，再利用氧化塘進行廢水的硝化脫氮，利用積磷菌吸附有機磷轉化為硫酸鹽沉淀去除[23]。人工濕地綜合物理、化學和生物作用，具有去除氮、磷能力強、費用低及負荷變化適應能力強等特點。高春芳等[24]等研究表明，水平直流和垂直潛流對規模化養豬廢水中氮、磷的去除效果明顯。鄧仕槐等[25]采用ABR-CASS-濕地及生態塘工藝處理豬場廢水，處理后出水指標分別為COD 44～55 mg/L、BOD 20～25 mg/L、SS 25～30 mg/L、氨氮4～5 mg/L，達到《畜禽養殖業污染物排放標準》。該技術具有投資少、能耗低、管理簡單、運行費用低、無需復雜的污泥處理系統等優點，但是占地面積大，處理效果受季節、溫度等外界因素影響大，污水處理過程中對地表水和地下水具有一定的污染風險。因此，工程建設應根據相關技術規范要求，結合地質條件做好防滲工作[26]。表3總結了部分自然生態處理技術對養豬廢水的處理效果。

表3 生物技術對養豬廢水的處理效果

2.5 養豬廢水處理工藝設計思路 在實際應用中，單一的技術很難使畜禽養殖廢水治理達到達標排放要求，一般是將多種技術組合使用。在設計養殖廢水處理工藝時，常用的設計思路是物理分離+厭氧+資源化利用/深度處理，深度處理工藝可采用好氧生物處理、物化處理、自然生態處理或是幾者組合。該設計思路，首先采用物理分離，減輕后續處理工藝負荷，然后進行厭氧消化，產生沼氣，再對沼液進行資源化利用或是深度處理，以達到排放標準。

3 生豬養殖污染治理面臨的困境

3.1 小規模分散式養殖污染嚴重 目前，畜禽養殖污染治理技術主要適用于規?；B殖場(企業)，而在小型分散式養殖污染治理方面缺少實用技術的研發。小規模分散養豬場占比較大，據《全國生豬生產發展規劃》(農牧發〔2016〕6號)統計，2014年出欄500頭以上的規模養殖比重僅為41.80%。由于小規模分散養殖戶管理水平低，環境保護意識差，布局零散，缺乏完善的糞污治理系統，加之近年來，種植脫節現象嚴重，小規模養殖對環境的污染不斷加重。

3.2 小規模養殖糞污治理公共基礎設施匱乏 分散養殖戶主要以自家經營為主，利潤低，養殖戶無力建設完善的糞污處理設施，導致污染治理不徹底，難以達標排放。此外，小規模養殖糞污治理公共基礎設施嚴重匱乏，不利于集中治理或資源化利用。

4 小規模分散式生豬養殖污染治理發展方向

4.1 加強糞污清理工藝改進 小規模分散式養殖戶應積極改進糞污清理工藝，采用“三分離一凈化”綜合處理模式。該技術是基于減量減排以及養殖廢水生態凈化循環利用的技術，即養殖場通過工程措施實現雨污分離、干濕分離以及污水厭氧發酵處理前后的固液分離，廢水采用物理化學及生物技術與生態凈化相結合的處理方式，實現養殖廢水的無害化處理和循環利用，以最大程度地減少養殖污水產生量以及降低污水中COD、TN、TP等濃度，實現達標排放[32]。

4.2 加快低成本易維護治理工藝研發 小規模分散式養殖戶主要分布在農村，利潤低、管理水平落后、資金薄弱，因此可重點開展以下幾方面的工藝研發：一是研發投資費用低的自然生態處理系統，如研發價格低廉、吸附能力強的填料；對植物進行改良，提高其對廢水中污染物的吸收凈化能力；二是針對養殖場周邊土地資源緊張的情況，可考慮研發能耗低、運行穩定的地埋式一體化集成設備；三是研發畜禽糞污資源化利用技術，如利用畜禽糞污“都市肥料”，提高產品附加值。

4.3 積極推進畜禽養殖糞污集中治理設施建設 小規模分散式養殖場養殖規模小、數量多、污染治理設施落后、資金不足，單家養殖場污染治理能力有限，因此可考慮采用集中治理與資源化利用模式，建設標準化糞污沉淀池和干糞堆積棚，收集污水糞便，然后通過配備的收集運輸車輛定期將畜禽糞污運送至畜禽糞污處理廠，或通過在養殖戶配置管道將糞污輸送至廢水處理廠進行處理[33]。以江蘇為例，該省對于小規模分散養殖場(戶)糞污染治理實行“兩集中三配套”模式：一是在散養密集區和集中養殖區建立分散畜禽養殖糞污收集服務體系，定期統一收集服務區內的養殖糞污，統一集中處理，可對接種植業基地和有機肥生產廠家，也可自行處理；二是加強畜禽糞便處理中心建設，集中加工有機肥，建立“專業化收集、無害化處理、商品化造肥、市場化運作”的運作模式；三是養殖場配套建設雨污分流、干濕分離和廢棄物貯存設施設備[34]。小規模分散式畜禽養殖糞污集中治理不僅解決了單戶治理面臨的設施落后、資金不足等問題，而且對于提高畜禽糞污的資源化利用水平具有重要意義。參考文獻

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Research Progress of Technologies for the Treatment of Swine-breeding Wastewater

OUYANG Ting1,2,WANG Tao1*,FAN Hua2

(1.Jiangxi Academy of Environmental Sciences,Nanchang,Jiangxi 330077; 2.School of Resources Environmental & Chemical Engineering,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi 330031)

Technologies for the treatment of swine-breeding wasterwater at home and abroad were discussed,wastewater quality from swine-breeding was analyzed,and was compared with the permitted discharging value; treatment technologies for swine-breeding wastewater were systematically summarized,and also,the effectiveness and cost of each treatment technology were analyzed,as well as the technical design thought for treatment of swine-breeding wastewater was put forward.At last,the dilemma of pollution treatment for swine-breeding was analyzed,and development direction of pollution treatment for small scale and scattered swine-breeding was proposed,which were expected to supply scientific basis for the pollution treatment of swine-breeding.

Swine-breeding wastewater; In-depth treatment; Non-point source pollution

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2014ZX07206001)；江西省科技計劃項目(20142BBF60027)。

歐陽婷(1990- )，女，江西高安人，碩士研究生，研究方向：畜禽養殖糞污處理處置及資源化利用。*通訊作者，副研究員，博士，從事畜禽廢水治理研究。

2016-10-28

S 815;X 502

A

0517-6611(2016)35-0081-03