养猪废水深度治理技术研究进展

欧阳婷， 王 涛，樊 华

(1.江西省环境保护科学研究院，江西南昌 330077；2.南昌大学资源环境与化工学院，江西南昌 330031)

养猪废水深度治理技术研究进展

欧阳婷1,2， 王 涛1*，樊 华2

(1.江西省环境保护科学研究院，江西南昌 330077；2.南昌大学资源环境与化工学院，江西南昌 330031)

对国内外养猪废水的深度治理技术进行了分析，首先对养猪废水水质进行了分析，并与排放限值要求进行了对比。其次，系统地总结了养猪废水的治理技术，并对各种技术的治理效果及治理成本进行了分析，提出了畜禽养殖废水治理工艺的设计思路。最后，分析了我国生猪养殖污染治理面临的困境，提出了小规模分散式养殖污染治理的发展方向，以期为我国畜禽养殖污染的治理提供科学依据。

养猪废水；深度治理；面源污染

“十二五”时期，随着人们生活水平的提高，生猪养殖业得到了快速发展。据《全国生猪生产发展规划》(农牧发〔2016〕6号)统计，“十二五”末期，全国年生猪出栏量较“十一五”末期提高6.2%，猪肉占肉类的比重达63.62%。据《2014年中国养猪业发展年度报告》统计，养猪行业产值占我国畜牧业总产值的比重达47%，养猪业已经成为我国农业与农村经济的重要组成部分[1]。随之而来，养猪粪污对环境的污染日益严重，成为农业面源污染的重要来源之一。据《第一次全国污染源普查公报》显示，畜禽养殖业COD排放量达到1 268.26万t、总氮102.48万t、总磷16.04万t，分别占农业源污染物排放量的95.78%、37.89%和56.34%，占全国主要污染物排放总量的41.87%、21.67%和37.90%[2]。如何对养猪废水进行深度治理，减轻其对环境污染，成为亟待解决的难题。笔者对国内外养猪废水的深度治理技术进行了系统分析，并比较了治理效果，以期为养猪废水的深度治理提供参考。

1 养猪废水水质及排放要求

1.1 水质 猪场废水主要来源于栏舍冲洗水、猪尿，其中伴有猪粪及饲料残渣等，水质、水量波动大，呈灰黑色，有机物、悬浮物、营养盐含量高，并含有大量细菌及其他微生物，对环境污染较大。猪场废水特征值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 据《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 15596—2001)，养猪废水污染物最高允许日均排放浓度为CODCr400 mg/L,BOD5150 mg/L,SS 200 mg/L,TP 8 mg/L,NH4+-N 80 mg/L,粪大肠菌群1 000个/L，蛔虫卵2个/L。由此可见，如果养猪废水未经处理直接排放，浓度远超GB 15596—2001中规定的浓度限值要求，对环境的污染负荷非常大。

2 常用养猪废水治理技术

围绕畜禽养殖废水的治理，国内外学者开展了大量研究，提出还田利用处理、物化处理、生物处理、自然生态处理等治理技术[4]。

2.1 还田利用处理 畜禽养殖粪污还田利用处理是一种传统方法，历史悠久，20世纪90年代，赣南地区提出的“猪-沼-果”生态农业模式是该处理方式的典型代表。该处理方法在一定程度上实现了畜禽粪便的资源化利用，对改良农田土壤肥力具有重要作用。然而，随着畜禽养殖业的快速发展，该处理方式已难以适应畜禽粪污的处理要求，突出表现在两个方面：一是部分养殖场周边土地不能完全就地消纳粪污；二是农作物对粪污的需求不能与其排放量完全同步，土地休耕期间，对粪污的接纳能力有限，导致粪污产生相对过量。此外，畜禽粪污中大量的营养元素及部分重金属随粪污一并进入农田，对土壤及水体产生累积性污染，从而破坏土壤结构，影响农作物的生长。

2.2 物化处理 物化治理技术是通过物理、化学的综合作用净化养殖废水，具有工艺简单、操作方便、实用、有效等优点，但运行成本相对较高，可能产生二次污染，常作为预处理或后续处理使用。目前，国内外常用的养猪废水物化处理技术有吸附法、絮凝沉淀法、电化学氧化法、Fenton试剂氧化法等。Fenton试剂氧化法，Fenton试剂预氧化后，畜禽废水生化性得到有效改善，可为后续生化处理提供基础条件；采用Fenton氧化处理经过上流式厌氧污泥床(UASB)消化的畜禽废水，对厌氧出水化学需氧量(COD)和色度的去除率分别达到95%和96%[5]；吸附技术是一种常用物理化学法，可根据水中污染物种类的不同选择相对应的吸附剂，从而达到定向去除某种污染物的目的；在畜禽废水处理中可利用吸附剂的吸附作用对氮、磷等进行吸附预处理；电化学方法是一种集电氧化和电还原作用于一体的高效污水处理方法，能够有效去除养猪废水中的氮、磷、有机物、激素、抗生素及重金属等污染物，欧阳超等[6]采用电化学方法处理养猪废水，氨氮较COD优先去除，在180 min内去除率达到98.22%。物化处理技术对畜禽养殖废水处理的效果见表1。

表1 物化处理技术对畜禽养殖废水的处理效果

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

处理工艺Processingtechnology去除率Removalrate∥%CODBOD5SSNH4+-NTP参考文献Reference鸟粪石沉淀法Struviteprecipitation—————[7]聚合体固液分离法Pol⁃ymersolid-liquidsepara⁃tionmethod—99．7097．6098．7095．00[8]电化学氧化法Electro⁃chemicaloxidation———98．22—[6]UASB+Fenton氧化UASB+Fentonoxidation99．30————[5]Fentony氧化+UASBFentonyoxidation+UASB95．00————[5]

2.3 生物处理 生物处理技术主要是通过微生物作用将废水中的有机物转化为新的微生物细胞或简单的无机物，从而达到去除污染物的目的。该方法占地面积小，适用于经济发达、土地紧张的畜禽养殖区。

厌氧处理技术能耗低、有机负荷高、剩余污泥少、营养需要量少、被降解有机物种类少、能承受较大的负荷变化和水质变化，在畜禽养殖废水处理领域中较常用。目前用于处理养殖粪污的厌氧工艺很多，较常用的有UASB、内循环厌氧反应器(IC)、厌氧接触法(ACP)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧滤池(AF)等[9]。李文润等[10]采用AF-BAF联合处理猪场废水，COD和氨氮的去除率分别为94.69%和87.72%，出水COD含量为190～340 mg/L，氨氮含量为40～70 mg/L，满足排放要求。王亮等[11]采用UASB-SFSBR-MAP工艺处理养猪废水，该工艺对COD、氨氮和总磷的去除率分别达到95.1%、92.7%和88.8%；工艺出水水质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,满足排放要求，该工艺稳定可靠，运行费用与传统厌氧好氧处理工艺相当。

好氧处理技术主要是利用好氧微生物处理养殖废水，可生物降解的有机物通过好氧处理最终转化为简单的无机物。较常用的有接触氧化法、膜生物法(MBR)、循环式活性污泥系统(CASS)、间歇式循环延时曝气活性污泥法(ICEAS)、序批式反应器(SBR)等工艺。其中SBR在处理猪场废水中被广泛应用，能较好地去除有机物和氮、磷。杨剑等[12]对SBR处理猪场废水厌氧消化液脱氮进行优化研究，SBR处理过程受C/N、DO、MLSS的影响，各参数在最佳范围内，氨氮、总氮、COD的去除率分别达90%、78%、90%以上。

但由于猪场废水属于高浓有机废水，单一采用好氧或者厌氧处理，效果很难达到《畜禽废水污染物排放标准》的要求。目前，国内外大多数养猪场采用先厌氧后好氧工艺来处理猪场废水。表2总结了各种生物技术对养猪废水处理的效果。

表2 生物技术对养猪废水的处理效果

2.4 自然生态处理技术 自然生态处理模式主要是采用氧化塘、土地系统及人工湿地等生态系统来处理畜禽废水，其净化机理主要有过滤、截流、沉淀、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化及生物吸附。如稳定塘对废水净化和天然水体净化类似，通过水中的微生物来代谢降解有机物，国内经常用于厌氧、好氧系统出水的后处理。如广东某养殖场采用UASB-生物接触氧化-氧化塘工艺，日处理废水量为120～150 m3/d，整个工艺出水COD保持在3 000～4 000 mg/L，COD去除率为70%左右，后续生物接触氧化池进一步降解COD，再利用氧化塘进行废水的硝化脱氮，利用积磷菌吸附有机磷转化为硫酸盐沉淀去除[23]。人工湿地综合物理、化学和生物作用，具有去除氮、磷能力强、费用低及负荷变化适应能力强等特点。高春芳等[24]等研究表明，水平直流和垂直潜流对规模化养猪废水中氮、磷的去除效果明显。邓仕槐等[25]采用ABR-CASS-湿地及生态塘工艺处理猪场废水，处理后出水指标分别为COD 44～55 mg/L、BOD 20～25 mg/L、SS 25～30 mg/L、氨氮4～5 mg/L，达到《畜禽养殖业污染物排放标准》。该技术具有投资少、能耗低、管理简单、运行费用低、无需复杂的污泥处理系统等优点，但是占地面积大，处理效果受季节、温度等外界因素影响大，污水处理过程中对地表水和地下水具有一定的污染风险。因此，工程建设应根据相关技术规范要求，结合地质条件做好防渗工作[26]。表3总结了部分自然生态处理技术对养猪废水的处理效果。

表3 生物技术对养猪废水的处理效果

2.5 养猪废水处理工艺设计思路 在实际应用中，单一的技术很难使畜禽养殖废水治理达到达标排放要求，一般是将多种技术组合使用。在设计养殖废水处理工艺时，常用的设计思路是物理分离+厌氧+资源化利用/深度处理，深度处理工艺可采用好氧生物处理、物化处理、自然生态处理或是几者组合。该设计思路，首先采用物理分离，减轻后续处理工艺负荷，然后进行厌氧消化，产生沼气，再对沼液进行资源化利用或是深度处理，以达到排放标准。

3 生猪养殖污染治理面临的困境

3.1 小规模分散式养殖污染严重 目前，畜禽养殖污染治理技术主要适用于规模化养殖场(企业)，而在小型分散式养殖污染治理方面缺少实用技术的研发。小规模分散养猪场占比较大，据《全国生猪生产发展规划》(农牧发〔2016〕6号)统计，2014年出栏500头以上的规模养殖比重仅为41.80%。由于小规模分散养殖户管理水平低，环境保护意识差，布局零散，缺乏完善的粪污治理系统，加之近年来，种植脱节现象严重，小规模养殖对环境的污染不断加重。

3.2 小规模养殖粪污治理公共基础设施匮乏 分散养殖户主要以自家经营为主，利润低，养殖户无力建设完善的粪污处理设施，导致污染治理不彻底，难以达标排放。此外，小规模养殖粪污治理公共基础设施严重匮乏，不利于集中治理或资源化利用。

4 小规模分散式生猪养殖污染治理发展方向

4.1 加强粪污清理工艺改进 小规模分散式养殖户应积极改进粪污清理工艺，采用“三分离一净化”综合处理模式。该技术是基于减量减排以及养殖废水生态净化循环利用的技术，即养殖场通过工程措施实现雨污分离、干湿分离以及污水厌氧发酵处理前后的固液分离，废水采用物理化学及生物技术与生态净化相结合的处理方式，实现养殖废水的无害化处理和循环利用，以最大程度地减少养殖污水产生量以及降低污水中COD、TN、TP等浓度，实现达标排放[32]。

4.2 加快低成本易维护治理工艺研发 小规模分散式养殖户主要分布在农村，利润低、管理水平落后、资金薄弱，因此可重点开展以下几方面的工艺研发：一是研发投资费用低的自然生态处理系统，如研发价格低廉、吸附能力强的填料；对植物进行改良，提高其对废水中污染物的吸收净化能力；二是针对养殖场周边土地资源紧张的情况，可考虑研发能耗低、运行稳定的地埋式一体化集成设备；三是研发畜禽粪污资源化利用技术，如利用畜禽粪污“都市肥料”，提高产品附加值。

4.3 积极推进畜禽养殖粪污集中治理设施建设 小规模分散式养殖场养殖规模小、数量多、污染治理设施落后、资金不足，单家养殖场污染治理能力有限，因此可考虑采用集中治理与资源化利用模式，建设标准化粪污沉淀池和干粪堆积棚，收集污水粪便，然后通过配备的收集运输车辆定期将畜禽粪污运送至畜禽粪污处理厂，或通过在养殖户配置管道将粪污输送至废水处理厂进行处理[33]。以江苏为例，该省对于小规模分散养殖场(户)粪污染治理实行“两集中三配套”模式：一是在散养密集区和集中养殖区建立分散畜禽养殖粪污收集服务体系，定期统一收集服务区内的养殖粪污，统一集中处理，可对接种植业基地和有机肥生产厂家，也可自行处理；二是加强畜禽粪便处理中心建设，集中加工有机肥，建立“专业化收集、无害化处理、商品化造肥、市场化运作”的运作模式；三是养殖场配套建设雨污分流、干湿分离和废弃物贮存设施设备[34]。小规模分散式畜禽养殖粪污集中治理不仅解决了单户治理面临的设施落后、资金不足等问题，而且对于提高畜禽粪污的资源化利用水平具有重要意义。参考文献

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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

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2014ZX07206001)；江西省科技计划项目(20142BBF60027)。

欧阳婷(1990- )，女，江西高安人，硕士研究生，研究方向：畜禽养殖粪污处理处置及资源化利用。*通讯作者，副研究员，博士，从事畜禽废水治理研究。

2016-10-28

S 815;X 502

A

0517-6611(2016)35-0081-03