畜禽養殖廢水處理方法的研究進展

馬曉冬，張星梓，胡玉洪，劉艷

（云南省環境科學研究院（中國昆明高原湖泊國際研究中心），云南昆明650034）

根據全國第一次污染源普查動態數據顯示，2010年我國畜禽養殖業所排放的CODCr，TN，TP分別占農業面源污染的 96%，38%和 56%[1-2]；其中 CODCr，NH4+-N相當于當年工業源排放量的3.23和2.3倍，占全國污染物排放總量的45%和25%[3]，畜禽養殖廢水污染已經成為我國農業面源污染之首。畜禽養殖廢水對環境的影響主要體現為：（1）養殖廢水被做農家肥，未經處理直接施用可能超過土壤的自凈能力，故造成土壤污染；（2）畜禽廢水散發的惡臭成分復雜，不經處理會造成嚴重的大氣污染；（3）畜禽養殖廢水對水體的污染有地表水污染和地下水污染；有機物、氮磷引起的水體富營養化和水體黑臭。水體滲入地下會導致地下水污染，從而影響人們的身體健康和生產生活[4]。隨著畜禽養殖廢水對環境影響的日益凸顯，2015年國務院頒發的《水污染防治行動計劃》（簡稱水十條）多款條文指出畜禽養殖污染。第一條指出：現有規模化畜禽養殖場（小區）要根據污染防治需要，配套建設糞便污水貯存、處理、利用設施。散養密集區要實行畜禽糞便污水分戶收集、集中處理利用。自2016年起，新建、改建、擴建規模化畜禽養殖場（小區）要實施雨污分流、糞便污水資源化利用[5]，從而畜禽養殖廢水的處理已經成為我國環境保護工作的重點工作之一。如何在畜禽養殖廢水處理過程中同時進行CODCr，TN，TP的去除，已經成為該領域的研究熱點[6]。我國于2003年頒布實施《禽畜養殖業污染物排放標準》（GB 18596—2001），其中要求畜禽養殖業排放的污染物必須采用還田或其他措施綜合處理，實現污染物的資源化利用。目前國內主要的養殖廢水處理方法主要包括物化法和生物法。

1 畜禽養殖廢水處理技術

1.1 物化法

物化處理法是指通過物理、化學手段對畜禽養殖廢水進行處理，目前主要的物化處理技術有絮凝沉淀法[7，8]、吸附法[9-11]、Fenton 氧化法[12]、電化學氧化法[13]等，但畜禽養殖廢水產生量大、污染物濃度高，物化法處理成本高，通常用于畜禽養殖廢水的預處理和深度處理。

1.2 生物法

生物法作為污水處理工藝，因其具有占地面積少、處理能力強、受環境影響因素小等特點，已經成為近年來用于處理畜禽養殖廢水的主要技術。經物化處理開環斷鏈后生成的小分子有機物，適合生物去除，能減少處理能耗，降低運行費用。生物法主要包括厭氧生物處理技術[14]、好氧生物處理技術[15]、自然生物處理技術[16，17]。其中，厭氧技術在養殖場廢水處理領域中是較為常用的，采用厭氧消化工藝，能降解難溶性有機物，并殺死大量致病菌。目前常用的厭氧工藝有化糞池、厭氧生物濾池（Anaerobic bio-filter，AF）、厭氧反應器、厭氧折流板反應器（Anaerobic baffled Reactor，ABR）、厭氧復合反應器、升流式厭氧污泥床（Up-flow anaerobic sludge blanket，UASB）和內循環厭氧反應器（Internal circulation reaction，IC）等，但厭氧生物處理技術對氮磷的去除效率有限[18]。好氧生物處理技術能在一定程度上彌補這方面的缺陷，其是指在有氧的情況下提高好氧微生物降解廢水中污染物的能力，該方法主要有活性污泥法（A/O工藝、A2/O工藝、UCT工藝、SBR、CASS等）、生物膜法（生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化等）、膜生物法（膜生物反應器、MBR、膜曝氣生物反應器、MBBR）等。好氧生物處理技術能較好地去除廢水中的有機物、氨氮和總磷[19]，但好氧處理設備投資多，運行成本高。而自然生物處理技術是運用自然界本身的自我凈化功能來使廢水達到凈化水質的目的，主要有人工濕地、穩定塘、人工滲濾等。

2 畜禽養殖廢水處理組合工藝

根據畜禽養殖廢水高有機物、高氨氮等特性，單純的采用物化法或者生物處理技術很難達到《禽畜養殖業污染物排放標準》排放要求，一般情況下需采用組合工藝——利用物化法、生物法中的兩種或者兩種以上工藝聯用設計出的畜禽養殖廢水處理系統。

2.1 厭氧-好氧組合工藝

單獨的厭氧或者好氧處理無法實現畜禽養殖廢水的達標排放，目前無論是試驗研究還是工程應用，均采用厭氧-好氧為主體的組合工藝。

從研發的角度出發，陳晴等[20]針對ABR-MABR耦合工藝對畜禽養殖廢水的同步啟動進行研究發現：CODCr平均去除率可達89%，NH4+-N去除率可達60%以上。王剛等[21]采用UASB-SBBR組合工藝對畜禽養殖廢水進行處理，COD的平均去除率達97.3%，NH4+-N的去除率為97.4%，并實現了以短程硝化反硝化為主的生物脫氮。Shin等[22]采用升流式厭氧濾床（AUBF）-MBR反應器處理養豬場廢水，其COD和NH4+-N的平均去除率為91%和60%。但這些還只限于實驗研究階段，還未實際應用到工程中。

從工程應用的角度出發，EGSB-生物接觸氧化法-MBR組合工藝被用來處理廣州某規模化養殖場[23]，廢水水量為100 m3/d，穩定運行后COD和NH4+-N去除率高，分別達到96.16%和91.97%，該項目一次性投資133萬元，運行成本總計2.43元/m3，該工藝的建設成本和運行成本均偏高。而使用水解酸化-中溫UASB-生物接觸氧化-人工濕地工藝處理江西某規模化養豬場養殖廢水[24]，水量為400 m3/d，一次性投資360萬元，運行成本為0.85元/m3，該組合工藝雖然運行成本低，但占地面積大。貴港市環境保護科學研究所[25]采用UASB-生物接觸氧化-氧化塘工藝處理排水量150 m3/d的養殖廢水，經過1年多的運行，COD去除率達96.8%,BOD5去除率達96.2%，NH4+-N去除率達85.6%，該項目一次性投資47萬元，運行成本總計0.6元/m3，該工藝相對來說投資建設成本均能接受，但占地面積大。上述組合處理工藝出水水質均能達到排放標準。

2.2 物化-生物組合工藝

盡管好氧生物工藝能在某種程度上彌補了厭氧工藝的缺陷，對有機物、氮、磷等有較高的去除率，但生物處理技術受水質水量的影響非常大，且對重金屬、抗生素等的去除有限。隨著畜禽養殖規模的不斷擴大，畜禽養殖廢水處理工藝也朝著綜合處理工藝（物化-生物相結合）的方向發展。

從理論的角度出發，江蘇省無錫市濱湖區環保局[26]提出了采用UASB+A/O+Fenton綜合處理方法處理生豬養殖廢水，根據該工藝在畜禽廢水處理中的應用結果來看，出水效果穩定達標，經濟效益較好，具有推廣價值。趙鶴謙等[27]采用“初沉池+UASB+MBBR組合反應池+二沉池+砂濾罐+活性炭罐+消毒池+清水池”處理遼寧某奶牛養殖場處理效果好，設備投資低。鄧仕槐等[28]采用“調節池+氣浮池+ABR+CASS+濕地處理系統+生態塘”處理畜禽養殖廢水，處理效果良好，預計運行成本約為1.17元/m3。上述理論工藝出水水質均能達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）中的一級排放標準。

從實際工程應用角度出發，信陽市環境監測站[29]采用“預處理+物化+生化”聯合處理工藝處理出水量為300 m3/d畜禽養殖廢水并應用實際工程（工藝流程如圖1），可以大幅度削減污染物排放量，其中COD，BOD5，NH3-N，SS，TP 削減量分別為 61.3 t/a，16.9 t/a，64.0 t/a，6.4 t/a，2.691 t/a，具有較好的社會效益和環境效益。深圳市龍崗區自來水有限公司[30]采用“生物微電解-接觸氧化-穩定塘”為主體的工藝，對出水量為360 m3/d的某養豬場的廢水處理系統進行了技術改造，工程總投資僅為69萬元,運行成本只有1.36元/m3。長沙環境保護職業技術學院[31]對某生豬生產基地廢水治理工程進行工藝改造，用“固液分離+O/A/O法+連續循環曝氣系統工藝”的新組合工藝取代原有工藝“復合厭氧+SBR”，使高濃度畜禽養殖廢水處理設施中COD的去除率達96.7%，氨氮的去除率達84.4%，SS的去除率達98.1%，且該工藝運行成本為2.09元/m3。劉宇賾[32]等采用“UASB+SBR+混凝沉淀”工藝處理某養豬場廢水，處理水量為150 m3/d，CODCr的平均去除率達到92.3%，NH3-N的去除率達到90.0%；工程總造價110萬元，運行成本約1.1元/m3。

圖1 聯合處理工藝流程圖

工程實踐中多數都是將有機物、氮、磷一并去除，在選擇畜禽養殖廢水處理工藝時，不僅要考慮水質的達標情況，要同時結合養殖廢水處理廠所處的環境、建設投資成本及運營成本等多方面進行考量評估，而不是簡單套用前期的處理工藝，實行一廠一工藝技術的規范化制度，使其能達標、穩定、長效運行。

3 畜禽養殖廢水處理存在問題

畜禽養殖廢水中含有大量污染物，除有機物、氮、磷等外，還含有如重金屬、殘留的獸藥和大量的病原體等，如不經處理就排放或直接農用，將會對當地生態環境和農田造成嚴重污染。但目前仍存在很多問題，導致畜禽養殖廢水的處理不當，嚴重影響環境：（1）完善的畜禽環境污染綜合治理的長效機制、相關法規政策體系等的缺乏；（2）畜禽養殖廢水處理成本高、深度處理不當等問題；（3）廢水成分復雜，排放量大，處理后污染物含量仍很高，且受季節灌溉影響；（4）養殖戶環保意識缺乏，直接用作農家肥甚至直排。