养殖场废水处理技术的研究

养殖场废水处理技术的研究

DOI：10．3969／jtis8n．1672—4011．2013．0l。050养殖场废水处理技术的研究唐艳(广东自云学院艺术与建筑学院，广东广州510450)摘要：随着中国的畜禽养殖业的不断发展带来了一系列的环境问题，尤其是养殖场废水，其废水产量大，污染负荷高，如果不加以处理，任意排放。势必对环境造成严重的影响。因此，需要适当的处理方法来解决目前出现的问题。文章分析了养殖场废水的处理技术及应用情况。包括物化处理法、厌氧处理法、好氧处理法、自然生态处理法和几种方法的混合处理技术。关键词：养殖场废水；厌氧法；好氧法；生态处理法；混舍法中圈分类号：x703文献标志码：A文章编号：1672—4011(2013)Ol—Oll2一03融w蛐’I蛔删卧=cI岫嗵。舒ofn艄W砖te舢踟l(岛drlg如昭舶岛能厶r咖哪如＆五oof矽A叶a以A商拗l删，cl‘彻苦如氇510450，C晒珏)Abst隔ct：WitIIthe∞∞tantlyd芒帆iopmem0fliV翻tock雠dpoul田bl捌inginChiIl8，ithadbmu曲ta8商∞ofeI啊啪men-talpmhle嘲，拍咧aHytlIepi8薛ryw柏te，tl地outputofpi韶erybl谳ngw鼬协w8teri818rge，llighpcIuudon108d．ifh鸽notbeen饷a刚or∞n咖Ⅱeddischarged，pi职eryb砌弼ngw酗tew撒wmimpBcte而嘲ment8lB钌i伽sly．11他refb陀，船appmpIiateapIⅡ瑚屺htosoIutethec帆ntpmbIem8sho山beneeded．hthi8P印er，幽e讹咖ent慨hnolo帮and叩曲枷onr℃8eamh《pi艇ra【yw髓tcwe弛iIl删uced．Illdudingphysical—chemisn了佃e蚰em，蛳Bembictre瞰ment，aelDbic订e姗ent，EcologicaIn_eatmentaIIdtIIemixingtechnologyoftI地m，K町words：pi躲ryw踮tew8ter；跚a卸dbictreatm朗n；∽mbicn屯咖ent；∞出Dgical岫m地nt；nlixingtecIlrIoIogyO前言自20世纪90年代以来，我国的畜牧业迅速发展起来。～方面规模化畜禽养殖业向城市居民提供了丰富的肉及其制品，繁荣了市场，满足了广大人民的生活需要；另一方面，这些规模化养殖场往往建在大中城市近郊和城乡结合都，由于对环境认识不足，绝大多数养殖场在建场初期未考虑畜禽粪的处理。畜禽排放的大量粪尿与养殖场的大量废水，大多未经妥善回收利用与处理就直接排放，对环境造成了严重的污染，产生极其不良的影响：①畜禽养殖的作者简介：唐艳，女，湖南岳阳人，硕士研究生。粪尿、废水与粪尿堆置场地面径流污染了地表水、地下水及农田；②刚排出的畜禽粪便含有NH，、H：S等有害气体，在未能及时清除或清除后不能及时处理时，产生甲基硫醇、甲硫醚及低级脂肪酸等恶臭气体，不仅严重恶化了养殖场内外环境的大气质量，还对畜禽业工作人员产生危害；③畜禽粪尿与废水污染了水、饲料和空气，最终会导致畜禽传染病和寄生虫病的蔓延和发展；④传播人畜共患病，直接危害人的健康。因此有必要对养殖场废水的处理技术进行研究，及早采取有效措施进行防治。l养殖场废水的水质特征养殖场废水主要来自猪粪便、猪尿其猪圈冲洗水，污水中富含悬浮物、c0Dcr、BOD及氨氮。是一种高浓度有机废水。如果处理不当，会造成水环境的严重污染。由于养殖场废水的悬浮物、c0Dcr、BOD及氨氮含量较高，所以处理难度较大，目前国内外运作的养殖场废水的处理有以下几种方法：物化处理法、生物处理法(好氧生物处理和厌氧生物处理)、自然生态处理法、混合处理法等。2养殖场废水处理技术2．1物化处理法物化处理法是应用物理化学作用及其原理将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的方法，如光化学混凝法、氧化一吸附法、焚烧法、萃取法、湿式催化氧化法、电化学法和膜分离法等。猪场废水悬浮物质浓度很高，过高的悬浮物质将会影响后续生化处理的效果，所以在养殖场废水进入生化处理系统之前有必要对其进行固液分离处理。固液分离机有振动筛、回转筛、水力筛和挤压式分离机等，其中挤压式分离机的分离效果较好。德国研制的FAN—sEPAToR的挤压式离心分离机，具有很好的分离效果。猪场废水氮磷含量很高，采用磷酸镁铵(MgNH。Po。·6H20，俗称鸟粪石)化学沉淀法处理，使得废水中的氨氮转化为缓释肥中的营养元素，解决了氮的回收和氨的污染两大问题，同时达到较好的预处理效果，为后续的生化处理创造了条件。用聚丙烯酰胺处理可以一方面通过化合作用，使自由的妯¨、ca2+与带负电的营养盐H2P042‘、Nq一结合；另～方面通过中性分子的架桥作用使地P0。“、No，一得到去除。充氧促进结晶去除猪场废水中P04”、Mg“、ca2+是一个包括结晶、曝气、沉淀三个单元的连续处理实际猪场污水的反应装置。福建省农科院地热所研制的FZ—12固液分离机采用机械振动对养殖场粪污水进行固液分离n处理污水能力大于12m3／h髑，CODcr，BOD，去除率分别为62。6％，61．2％和57．5％，有效降低污水浓度，使其c0D浓度降到4000m∥L左右，有利于后续厌氧发酵处理。2．2生物处理法2．2．1厌氧处理法厌氧生物技术是利用厌氧微生物的代谢特性分解有机污染物，在不需要提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体的一种处理技术。厌氧生物处理过程的实质是一系列复杂的生物化学反应，其过程包括水解酸化、产乙酸和产甲烷阶段，各阶段都由特定的生物茵群完成。其中的底物、各类中间产物以及各种微生物菌群之间的相互作用，形成一个复杂的微生物生态系统。用于养殖场废水处理的厌氧反应器主要有以下。(1)厌氧滤池。是美国斯坦福大学的两位学者首先研制的，它的成功在于巧妙地将平均水力停留时间与生物固体停留时间相分离，在相同的条件下，厌氧滤池的负荷高出厌氧接触工艺的两到三倍，同时具有很高的COD去除率，但是厌氧滤池在运行中常出现堵塞和短流现象，且需要大量的填料和对填料进行定期清洗，增加了处理成本。(2)厌氧折流板反应器(ABR)。他是P．I．McCa啊教授于1981年提出的一种新型高效厌氧反应器。ABR反应器分为若干隔室，在处理高浓度污水时，前面的隔室以水解菌为主，后面的隔室以甲烷菌为主，各个隔室的条件不同，为不同种的微生物创造了不同的适宜的生存环境，因此处理效果比较好。但是在进水浓度较低时(c0D为500mg／L)，发酵菌、产酸菌和产甲烷菌在不同隔室中的选择性积累不会发生，处理效果就会受到影响。(3)上流式厌氧污泥床(邸uASB)反应器。uASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流人与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区域溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。由于厌氧微生物生长缓慢，生物增长量低，因此，在处理低浓度的城市生活污水时出现了颗粒污泥培养困难的问题。为了解决uAsB的问题，出现了升流式厌氧流化床(uFB)、厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、内循环式反应器(Ic)和厌氧序批式反应器等。厌氧处理广泛用于去除废水中的有机质，具有以下一些优点：①破坏了致病微生物和寄生微生物群落；②产生的沼气可作为能源，排放的液体和污泥可以改良土壤；③污泥体积小，降低了污泥管理费用；④处理高coD的养殖废水的费用明显低于好氧处理法。2．2．2好氧生物处理法好氧生物处理是由好氧微生物和兼性微生物利用废水中存在的有机污染物作为营养源进行好氧代谢，将有机物转化为二氧化碳、水、氨气或亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等，达到去除污染物的目的。对于猪场废水的好氧处理，早期主要采用活性污泥法、生物滤池、生物转盘、氧化沟、后来序批式反应器(SBR)在猪场废水处理中广泛应用，获得了较好的效果，也建立了生产性装置。(1)活性污泥法。该方法主要由：曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系统组成。废水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液，曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充人空气，空气中的氧溶入混合液，产生好氧代谢反应，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态，这样，废水中的有机物、氧气同微生物能充分接触反应，随后混合液进入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离，流出沉淀池的就是净化水，沉淀池中的污泥大部分回流即回流污泥，这就保持了一定的微生物浓度。多余的污泥冲沉淀池中排除以维持活性污泥系统的稳定运行，这部分污泥即剩余污泥。优缺点：该法具有处理能力高，出水水质好的优点，但是，该法易出现污泥膨胀现象，且脱氮除磷效果不好。(2)生物滤池。塔式生物滤池由顶部布水，沿塔自上向下流动，在供氧充足的条件下，好氧微生物在滤料表面迅速繁殖，这些微生物又进一步吸附废水中的有机物质，随着有机物的被分解，微生物不断的增长和繁殖，使生物膜不断的增厚，当生物膜上的微生物老化或死亡时，滤池中由于某些蝇类的幼虫活动以及水流的冲刷，使得失活的生物膜从滤池表面脱落下来，随废水流出池外。优缺点：占地面积小、基建投资省、出水水质高、氧的传输效率高、抗冲击负荷能力强等。但是，当生物膜较厚时，靠近滤料内层的生物膜因得不到充足的氧使兼性厌氧微生物大量繁殖产生有机酸、CO：和H：S等产物影响出水水质。严重时，甚至改变生物膜的酸碱平衡度，导致生物膜上的微生物群的数量和种类发生变化，影响废水处理效果。(3)生物转盘。生物转盘开始运作时，转盘进行旋转。使盘片时而浸在废水里，时而悬浮在空气中，当盘片浸在废水中时，废水中的有机物被生物膜吸附、氧化。当转盘夹带废水离开液面后，除继续对有机物进行氧化分解外，还可以使空气中的氧从废水膜表面通过混合、渗透和扩散等作用补给给液膜内部的生物膜，随着膜的增厚，内层的微生物呈厌氧状态，当失去活性时，便使其自然脱落，与此同时，由于转盘旋转运作，膜与废水不断摩擦，产生沿转盘切线方向的剪切力，也可以使衰老的生物膜及时剥落并随废水出水一同进入二沉池。优缺点：转盘上的生物膜具有大的比表面积，允许进水有机物的浓度较高；生物转盘的生物膜在“水一空气”的体系中交替循环，使微生物常处在“缺氧一好氧”的状态中，n具有好的脱氮效果。但是此法的动力消耗较大，因此所需的工程投资也很大。(4)氧化沟。氧化沟是荷兰卫生研究所的Pasveer博士在20世纪50年代研制成功的。氧化沟是活性污泥的一种改型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，利用空间的好氧、缺氧变化达到去除cODcr、BO耽及氨氮的目的。在环状的氧化沟中一点或多点曝气机，采用延时曝气，连续进出水，污泥则沿氧化沟循环流动，而在曝气机的下游为好氧区。进行硝化反应，远离曝气机的区域则为缺氧区，进行反硝化反应，达到脱氮除磷的目的。优缺点：用此法进行水处理，其出水水质好、运行稳定、管理方便，不需设初沉池和污泥消化池，使氧化沟的能源及运行成本低，但是氧化沟占地面积大。五3自然生态处理法由于自然处理法投资少，运行费用低，在有足够土地可利用的条件下，它是一种较为经济的处理方法，特别适宜于小型猪场废水处理。包括稳定塘处理、人工湿地等自然处理系统。2．3．1稳定塘稳定塘是一种利用天然的或经过人工修整的池塘处理废水的构筑物，稳定塘对废水的净化和天然水体净化类似，有机物通过水中的微生物代谢丽降解。在国外，猪场废水往往采用多级厌氧塘、兼性塘、好氧塘与水生植物塘进行处理。这种方法废水停留时问长，占地面积大，很多情况下氧化塘只作人工湿地的预处理单元。在美国，10年前厌氧塘曾普遗用于猪场废水的处理，但由于存在温室气体和有害气体大量释放的问题，近年来已逐渐被其他更有效的处理模式替代。Z3．2人工湿地人工湿地处理技术是20世纪70年代末发展起来的一种废水处理技术，人工湿地按流动方式可分为地表流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。人工湿地综合了物理、化学和生物三种作用，具有处理效果好、除氮和磷能力强、费用低以及负荷变化适应能力强等特点。郑耀通利用细菌与小球藻和螺旋藻组合成有益菌藻生态系统处理猪场废水，出水可用于冲洗猪场，同时获得菌藻蛋白产品；安徽省合肥某养殖厂废水处理工程主要就是采用水生生物塘处理养殖废水的，其工艺流程为格栅一调节池一水解酸化池一人工湿地一水生生物塘一清水池一紫外消毒一回用冲洗场舍；廖新弟、骆世明分别以香根草和风车草为植被，建立人工湿地，随季节不同，对污染物的去除率不同，CODcr去除率可达90％以上，BODs可达80％以上；叶勇等利用红树植物木榄和秋茄处理牲畜废水营养盐N、P，在淡水条件下，秋茄和木榄系统N的处理效率为84．5％和95．5％，海水条件下则为92．7％和98％；淡水条件下秋茄和木榄系统P的去除率为79．2％和91．8％，海水条件下则为88％和97．8％；两种植物对N、P的去除效果较好。3结论养殖场废水具有CoDcr含量高、BoD含量高、氨氮含量高且难降解、悬浮物浓度高等特点，如果单独采用物化处理法或生物处理法或自然生态处理法都不能取得较好的效果，必须采用混合处理法才能使出水水质达到排放标准，通过对养殖场废水处理技术的研究，主要获得如下认识。(1)养殖场废水的悬浮物浓度高，过高的悬浮物质将会影响后续生化处理的效果，所以在养殖场废水进入生化处理系统之前必须先进行固液分离处理。(2)养殖场废水生物处理方法因投资低，无二次污染，且排放水质可达国家标准(GBl8596—2001)要求，所以养殖场废水处理主要以生物处理法为主，最经济可靠的方法是厌氧处理法，但经过厌氧处理后，出水水质还不能达到排放标准，必须通过后续好氧处理或其它处理才能达到排放要求。(3)利用人工湿地、菌藻或水生植物等处理经过厌氧消化后的养殖场废水，具有能耗省，投资成本低，处理效果好，资源回收利用率高等特点，是一个值得研究的养殖场废水处理技术。(4)sBR反应器可工作于好氧／缺氧或厌氧的条件下，具有较好的脱氮除磷效果，因此该工艺应用广泛。(5)养殖业属于传统产业，猪场废水处理和综合利用应以减量化、无害化、资源化和生态化为原则，走种养结合和生态农业的道路。[ID：79lO]参考文献：[1]姜文来．中国2l世纪永资源安全对策研究[M]．北京：科学出版社。1998．[2]南忠仁，程国栋，王文瑞，宋晰字．废水资源化与西北大开发及对策[J]．工业水处理，199l，(1)：12—17．[3]罗仙平，谢明辉．金属矿山选矿废水净亿与资源化利用现状与研究发展方向[J】．中国矿业，2006，15(10)：51—56．f4】任伯帜，邓仁建。流域水资源安全性及其保障措施[J]．中国安全科学学报，2007。17(4)：5—10．[5]PII矗d11．8NP．Activaled戗抵B—aIrI瑚ac∞u8丑dso由enlsintedl．nolo盯蛐dn试瑚眦ntalpr咖c6彻[J]．chem．Eng．wodd，1995，30(2)：55—57．[6]RENBo枷，LoNGTen目“，wANGHuajunEd．妇∞mm加ly—l墙edal伊黼mofP—mdi嘲ib嘶帆饥He吼d缸applic“∞[J]．J叫m丑l0fChon鲥ngUlIi嘴睁一EIIg．Ed．D∞emb盱2003，(2)：79—80．[7]OlIlfH0yer，M∞i硎ng删伽盯qIIal畸锄d删u8tment《仃哪·mentp1呻饯燃鸭一稍甲a如nc麓暑tthewBlm姒弛鸵_nior，w吐．sd．‰h．1998，”(2)43—45．