猪场废水处理技术研究进展与应用

摘要：随着人们生活水平的提高，猪场废水排放的危害越来越引起人们的重视。介绍了猪场废水的产生、危害，并从自然生物处理法、厌氧生物处理法、好氧生物处理法、厌氧—好氧联合处理法等方面阐述了猪场废水的处理技术；并进行了沼气、人工湿地与氧化塘组合处理的研究，结果表明污水经组合处理后，出水达到排放标准，并能够循环利用。

关键词：猪场废水；处理技术；生态循环

中图分类号：Ｘ７０３．１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）01－0069-04

Advance and Utilization of Treatment Technology on Wastewater from Piggery

ＰＡＮ Ｘｉａ１，ＬＩ Ｓｈｕａｎｇ－ｌａｉ２，ＨＵ Ｃｈｅｎｇ２，ＣＨＥＮ Ｙｕｎ－fｅｎｇ２，ＱＩＡＯ Ｙａｎ２

（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｗｕｈａｎ University，Ｗｕｈａｎ ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅs，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈａｒｍ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｐｉｇｇｅｒｙ waｓ ａｔｔｒａｃｔｉｎｇ ｍｏｒｅ ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｌｉｖｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ． The generationa and damage of wastewater from piggery were introduced and ｓｏｍｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｐｉｇｇｅｒｙ such as natural bioremediation， aerobic bioremediation， anaerobic bioremediation and aerobic-anaerobic combination bioremediation etc. were elaborated. The ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔs ｏｆ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｍｅｔｈａｎｅ，artificial ｗｅｔｌａｎｄｓ， ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｏｎｄ were studied． Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｕｓｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｐｉｇｇｅｒｙ； ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｙｃｌｅ

１猪场废水的产生和危害

１．１猪场废水的产生和特点

随着我国畜禽业的快速发展，规模化畜禽养殖场大量出现，截至２００５年，全国各类畜禽规模化养殖场已达４万多个［１］。在集约化、规模化养殖业迅速发展的同时，畜禽养殖业的污染也成为了重要的污染问题。养殖场排放的大量粪尿与废水现已成为许多城市和农村的新兴污染源。研究资料表明，１头猪的日排泄粪尿为６ ｋｇ，年产粪尿２．２ ｔ；若采用水冲式清粪，１头猪日污水排放量约为３０ ｋｇ。一个千头猪场日排泄粪尿６ ｔ，年排泄粪尿２ ５００ ｔ左右，采用水冲式清粪则日产污水３０ ｔ，年排污水１万ｔ左右。1万头猪场的污染负荷相当于一个１０万～１３万人的城镇的污染负荷［２］。

猪场废水主要包括猪粪尿和冲洗废水，属于高浓度有机废水，氨氮和固体悬浮物（ＳＳ）的含量都较高。有研究资料表明，猪场排放废水中生化需氧量（ＢＯＤ）高达２ ０００～８ ０００ ｍｇ／Ｌ，化学耗氧量（ＣＯＤ）高达５ ０００～２０ ０００ ｍｇ／Ｌ，且ＳＳ浓度也超标数十倍［3］。

１．２猪场废水的危害性

随着猪场养殖规模的扩大，大量的粪便污水相对集中，以致于无法在周围有限的土地上消化完全而成为污染源，对环境造成极大危害。猪场废水对环境的危害性主要表现在以下几个方面：

１）对地表水和地下水源及农田的污染。猪场废水的地面径流是造成地表水、地下水及农田污染的主要原因；据调查，有些养猪场位于城市主要河道、饮用水水库或地下水源地附近，造成这些水体受污染。有些废水渗入地下，使地下水严重污染，水井报废。监测表明，猪场废水溶淋性极强，粪尿中所含氮、磷及ＢＯＤ等的溶淋量较大，若处理不当，会致水体污染、土地丧失生产能力、树木枯死、小草不生。废水中所含大量的氮化合物在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等化学反应而形成硝酸盐下渗地下水，造成地下水中硝酸盐含量增高，水质发生变化，严重影响人体健康。

２）对大气环境的污染。猪场排放出的大量粪尿和废水含有ＮＨ３等有害气体，在未清除或清除后不能及时处理时，臭味将成倍增加，产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚及低级脂肪酸等恶臭气体，这些臭气严重恶化了养殖场内外环境的大气质量，不仅对养殖工作人员产生危害，还会影响养殖的生产性能、降低其生产水平。养殖场的粪便长期堆置造成恶臭熏天，蚊蝇滋生，严重影响居民的生活质量。

３）导致养殖传染病和寄生虫病的蔓延。实践表明，猪场排放的粪尿与废水将会污染水、饲料和空气，最终会导致养殖传染病和寄生虫病的蔓延和发展，这也是影响养殖生产水平的直接原因，严重时将成为威胁养殖生存的最重要因素之一。

４）传播人畜共患病，直接危害人的健康。人畜共患传染病指由共同病原体引起的人与脊椎动物之间相互传染和感染的疾病，养殖粪尿排泄物是人畜共患传染病的主要传播载体。据世界卫生组织和联合国粮农组织有关资料显示，目前己有２００种人畜共患传染病。

２猪场废水处理技术研究进展

养殖废水成份复杂、ＣＯＤ浓度较高且存在部分有机氮，此类物质的有效降解和转化是脱氮、脱磷等处理工艺的前提和关键，高效的猪场废水处理技术是目前的研究热点。养殖废水的处理方法，按其原理可分为物理、化学和生物方法，其中生物处理不产生二次污染，在养殖废水的处理中较常采用。生物处理按照其形式可分为自然生物处理法、厌氧生物处理法、好氧生物处理法、厌氧—好氧联合处理法。

２．１自然生物处理法

在自然生物处理法中，人工湿地处理废水是处理效果较好的一种方法。人工湿地的提出开始于２０世纪７０年代，在２０世纪８０年代得到迅速发展。１９９６年９月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会，标志着人工湿地系统作为一种独具特色的新型废水处理技术正式进入水污染控制领域［４］。人工湿地处理废水是一种高效率、低投资、低运转费、低维护费、低能耗的污水处理工艺。

２．１．１人工湿地的分类①人工湿地按照湿地中种植的植物可分为浮游植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统［５］。其中浮游植物主要用于氮、磷的去除和提高传统稳定塘的去除效率，该种植物种类繁多、习性各异；沉水植物系统中植物光合作用的组织全部潜在水中，该系统还处在实验室研究阶段，其主要应用领域为预处理和二级处理后的深度处理；应用较广泛的是挺水植物系统，通常情况下所指的人工湿地系统都是指挺水植物系统。②按照系统中水流方式又可将湿地分为表面流人工湿地工艺、地下潜流人工湿地工艺和垂直流人工湿地工艺。表面流人工湿地工艺和自然湿地类似，废水从湿地表面流过，绝大部分有机物的去除是由植物茎、杆上的生物膜来完成，这种湿地不能充分利用填料及丰富的植物根系，卫生条件差，一般不采用。地下潜流人工湿地工艺是水在填料表面下渗流，卫生条件好，是目前研究和应用较多的一种湿地系统。垂直流人工湿地工艺为水流动综合了以上两种方法的特点，但是建造要求高，易滋长蚊蝇，目前也用的不多。

２．１．２人工湿地处理废水的工艺人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元组成，通过合理设计可将ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水平。人工湿地主要从过滤、沉淀、吸附等方面探讨人工湿地是如何去除悬浮颗粒物质。过滤的机理主要是通过滤料粘附悬浮颗粒作用去除悬浮颗粒。悬浮颗粒的去除主要包括迁移过程和粘附过程，一是水流中的颗粒向颗粒滤料表面靠近和碰撞形成迁移过程，二是悬浮颗粒与滤料表面之间接近，悬浮颗粒粘附在滤料表面上形成粘附过程。陈俊等［６］认为过滤是由拦截、沉淀、扩散、重力和流体动力作用所引起的。人工湿地中的吸附能力主要由湿地中的基质、植物根须和生物膜三者共同构成的复合吸附剂决定。人工湿地中的水生植物能直接吸收利用污水中的营养物质及吸附、富集一些有毒、有害物质。人工湿地对有机物有较强的去除能力。不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤可以很快被污水截留，经过微生物和原生动物及后生动物加以利用；可溶性有机物通过生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。人工湿地运行一段时间后，填料表面和植物根部生长了大量的微生物膜，污水流经时，ＳＳ被填料及根系阻挡截留，有机物通过生物膜的吸附及同化作用而得以去除。

２．１．３潜流人工湿地处理废水的工艺潜流人工湿地的特征为污水没有暴露在空气表面，污水顺着填料表面下流，这种湿地在欧洲得到普遍应用。潜流湿地由一个或者几个池体或渠道组成，池体或渠道间设隔墙，底部铺设大量的碎石、卵石、砂土等多孔介质材料；基质表面栽种植物。污水在介质间渗流，水面低于介质表面，呈潜流状态。由于水在湿地内部流动而不暴露在空气中，因此不会滋生蚊蝇，且臭气控制也比表面流湿地要好得多。污水在基质孔隙间流动时可以充分接触基质颗粒表面，其吸附及离子交换能力远远高于表面流。潜流式人工湿地对磷的去除主要包括吸附和形成不溶性的钙、铁、铝等化合物沉淀，且潜流人工湿地中填料与污水的接触面积较大，除磷效果也较好。当污水流经人工湿地时，基质通过一些物理和化学途径（如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等）来净化除去污水中的氮、磷等营养物质。

去除细菌受水力负荷和水力停留时间的影响较多，由于沉淀、紫外线照射、化学反应、自然死亡和浮游生物的捕食等细菌死亡，也能由于细菌对湿地环境不适应而死亡，另外，植物根系分泌物也能杀灭细菌。病毒可被土壤和有机碎片吸附而去除［７］。

２．２厌氧生物处理法

厌氧生物处理技术在养殖场粪污水处理中是较为常用的。对于养殖场高浓度的有机废水，采用厌氧消化工艺，能将可溶性有机物去除，可杀死传染病菌，有利于防疫。目前用于处理养殖场粪污的厌氧工艺很多，其中较为常用的有混合式厌氧反应器、厌氧滤池、厌氧挡板反应器、厌氧复合反应器、上流式厌氧污泥床和内循环厌氧反应器等。

现代高效的厌氧反应器的处理以及对厌氧技术原理的应用，使厌氧技术为养殖业废水提供了重要手段。厌氧处理技术是把废水处理和能源回收利用相结合的一种技术，是一种有效、简单、费用低廉的处理技术。猪场废水的特性是氮、磷含量高，单独的厌氧处理不能有效地脱氮除磷，要使含高浓度有机物猪场污水实现高效低耗处理，达到国家排放标准，一般厌氧处理后还需进一步进行处理。

２．３好氧生物处理法

好氧生物处理法分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化及生物流化床等。对于猪场废水处理，好氧生物处理可作为厌氧处理废水的后续处理，其能迅速降低ＣＯＤ，去除氮、磷。

国内外往往采用序批式活性污泥法（ＳＢＲ）工艺作为厌氧阶段的后续处理，用于处理猪场废水厌氧消化液。杨朝晖等［８］使用ＳＢＲ工艺与固液分离和ＵＡＳＢ工艺相结合的处理方法对养猪场废水进行了试验研究，结果表明ＣＯＤ总去除率在８５％～９５％之间。

虽然好氧处理技术处理有机物、氨、氮效果较好，但是存在污水停留时间较长，需要大的反应器且耗能大，投资高等缺点。随着脱氮理论的发展，一些新的脱氮工艺，如亚硝酸盐硝化／反硝化、同时硝化／反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化等生物脱氮工艺都将会引入到处理猪场废水中去，使其朝着高效、低耗的方向发展。

２．４厌氧—好氧联合处理法

高浓度有机废水采用厌氧—好氧联合处理工艺是目前公认的最经济高效方法。一般来说，活性污泥好氧处理法，其ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＳＳ的去除率均较高，可达到排放标准，但氮、磷去除率低，且工程投资大、运行费用高；处理养殖废水直接利用好氧处理方法，费用太高。好氧工艺早期主要采取活性污泥法、接触氧化法、生物转盘、氧化沟和缺氧—好氧法等工艺。Su等［９］采用序批式反应器工艺厌氧消化液得出其氨氮的去除率仅６８．７％，ＣＯＤ去除率仅１０％～４０％。

彭军等［１０］选择厌氧—兼氧组合式生物塘作为主体工艺，将上流式厌氧污泥床移植到兼性塘，猪场废水经过该工艺处理后，其ＢＯＤ５、ＣＯＤ、ＮＨ４＋-Ｎ的含量可分别从９ ０００ ｍｇ／Ｌ、１４ ０００ ｍｇ／Ｌ、１ ２００ ｍｇ／Ｌ降至２０ ｍｇ／Ｌ、６０ ｍｇ／Ｌ、６５ ｍｇ／Ｌ。厌氧—好氧联合处理，既克服了好氧处理能耗大与占地面积大的不足，又克服了厌氧处理达不到要求的缺陷，具有投资少、运行费用低、净化效果好、能源环境综合效益高等优点。根据废水资源化的利用途径，厌氧—好氧工艺可有多种组合形式，如经厌氧处理后的污水可作为农田液肥、农田灌溉用水和水产养殖肥水。在没有上述利用条件及水资源紧缺的情况下，经深度处理和严格消毒后，可作为畜禽场清洗用水。

３实例应用

中粮集团在湖北省大冶市茗香镇建立了６万头养猪场，猪场粪便和污水的排放量均较大。为使养猪场粪便和废水污染得到彻底治理，我们于２０１０年７月对该猪场废水进行了处理试验研究。试验采用沼液处理、人工湿地与氧化塘组合技术处理污水，循环利用流程和组合处理技术见图１和图２。污水经处理后，出水达到排放标准，并能够循环利用。湿地种植的植物能产生一定的经济效益，废水处理后能够养鱼，沼渣产生肥料，沼液制作液肥，从而达到生物处理，资源化利用的效果。

试验研究结果表明，通过人工湿地与氧化塘组合技术处理的效果是理想的，优于传统的污水处理工艺。在进水浓度较低的情况下，一般对污水中ＢＯＤ的去除率在８５％～９５％之间，ＣＯＤ去除率可达８０％以上，处理污水中ＢＯＤ的浓度在1０ ｍｇ／Ｌ左右、ＳＳ浓度小于２０ ｍｇ／Ｌ，对氮的去除率可达６０％，对磷的去除率可达９０％以上。对农药类、细菌总数等的去除率在９０％以上，对重金属如铁、铜、铅、锌、镉和锰等的去除率也很高，都在９０％以上。

虽然目前人工湿地等生物处理方法在国内外有一定的研究，但组合工艺处理高浓度养猪场废水还鲜见报道。人工湿地与氧化塘组合技术也存在受气候条件限制、占地面积大、容易产生饱和、淤积等不利因素；但可以通过合理的应用、维护来去除。人工湿地与氧化塘组合技术的施工比较简单且基本上不需要耗能，其造价和运行费用比传统的二级生物处理工艺要节省，且易于维护。

参考文献：

［１］ 董峻． 我国初步形成畜牧业生产区域化布局［Ｊ］． 草业科学，２００６，２３（３）：５０．

［２］ 张克强，高怀友． 畜禽养殖业污染物处理与处置［Ｍ］． 北京：化学工业出版社，２００４．

［３］ 彭里，王定勇．猪场废水的生物处理技术及其效果［Ｊ］．家畜生态，２００３，２４（２）：６７－７０．

［４］ 万珊，刘慧，姚宗玉． 废水处理中的人工湿地技术［Ｊ］． 黑龙江水利科技，２０１０，３８（２）：２４－２５．

［５］ 马军龙，王增长． 人工湿地处理污水的应用研究［Ｊ］． 科技情报开发与经济，２００８，１８（２９）：９７－９８．

［６］ 陈俊，石瑛． 人工湿地中总悬浮物的去除机理研究［Ｊ］． 江西蓝天学院学报，２００７（１２）：３４－３５．

［７］ 王卫红，覃建雄． 人工湿地在景区生活污水处理中的应用［Ｊ］． 水土保持研究，２００７，１４（６）：１６０－１６１，１６４．

［８］ 杨朝辉，曾光明，高峰，等． 固液分离—ＵＡＳＢ—ＳＢＲ工艺处理养猪场废水的试验研究［Ｊ］．湖南大学学报（自然科学版），２００２，２９（６）：９５－９９．

［９］ ＳＵ Ｊ Ｊ，ＬＩＡＮ Ｗ Ｃ，ＷＵ Ｊ Ｆ． Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ piggery ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ａ ｆｕｌｌ-ｓｃａｌｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂａｔcｈ ｒｅａｃｔｏｒ ａｆｔｅｒ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｆｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｃｈｕｎｇ－ｈｕａ Ｎｕnｇｘｕｅ Ｈｕｉｂａｏ，１９９９，１８８：４７－５８．

［１０］ 彭军，吴分苗，唐耀武． 组合式稳定塘工艺处理养猪废水设计［Ｊ］． 工业用水与废水，２００３（６）：４４－４６．

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