【解析】蓄禽养殖废水特点处理工艺

导读

一、政策市场分析

讨论畜禽养殖废水之前，请先将目光转向内涵稍微宽泛的畜禽养殖污染，以便宏观把握畜禽养殖废水相关政策脉络。

根据2010年《第一次全国污染源普查公报》，畜禽养殖业主要水污染物排放量中化学需氧量占农业污染源（不包括典型地区农村生活源，下同）的96%，总氮占农业污染源的38%，总磷、铜、锌等有较大占比。

表1 畜禽养殖主要水污染物排放量（单位：万吨）

可以说，畜禽养殖早已成为农业污染的第一大污染源。然而，如此重要的污染处理领域竟然长期被“漠视”确实值得深思。笔者认为，这主要是由于畜禽养殖市场尚处于培育期：畜禽养殖法律法规、标准规范等基础制度建设滞后，法律，不正当竞争风险高，市场缺乏进入这一领域的基本保障；扶持引导政策不完善，政府资金投入不足，政策、资金风险较高，行业微利，市场缺乏进入这一领域的逐利动力；实用技术和研发推广不够，传统技术捉襟见肘，新技术又受经济等因素制约，市场缺乏进入这一领域的技术手段。

畜禽养殖污染引起市场爆炸性的关注是源于2015年4月16日国务院颁发的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）。“水十条”多款条文均直指畜禽养殖污染。

第一条指出：防治畜禽养殖污染。科学划定畜禽养殖禁养区，2017年底前，依法关闭或搬迁禁养区内的畜禽养殖场(小区)和养殖专业户，京津冀、长三角、珠三角等区域提前一年完成。现有规模化畜禽养殖场(小区)要根据污染防治需要，配套建设粪便污水贮存、处理、利用设施。散养密集区要实行畜禽粪便污水分户收集、集中处理利用。自2016年起，新建、改建、扩建规模化畜禽养殖场(小区)要实施雨污分流、粪便污水资源化利用。

第四条指出：加快技术成果推广应用，重点推广饮用水净化、节水、水污染治理及循环利用、城市雨水收集利用、再生水安全回用、水生态修复、畜禽养殖污染防治等适用技术。

第五条指出：地方各级人民政府要重点支持污水处理、污泥处理处置、河道整治、饮用水水源保护、畜禽养殖污染防治、水生态修复、应急清污等项目和工作。

随着“水十条”的深化落实，预计在“十三五”期间，畜禽养殖污染治理将迎来市场的爆发期。

二、畜禽养殖废水水质特点及危害

再请将目光转回到畜禽养殖废水。畜禽养殖废水主要包含养殖冲洗时的粪、尿、残余药剂混合水以及部分生活污水，水质水量变化大，悬浮物多、有机物浓度高、氨氮浓度高、含有重金属、致病菌并有恶臭。大量悬浮物沉淀，会使土壤孔隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降；高浓度有机物及氨氮，会使土壤养分失衡，导致土壤板结、盐化，消耗水体溶解氧，会引起水体发黑、变臭；畜禽饲料常有的锌、铜等重金属则易在土壤中积累，导致土壤重金属超标，影响作物生长；畜禽粪尿排泄物带有的致病微生物、寄生虫卵通过水源或蚊蝇传播，易引起感染，甚至引发疫情；畜禽粪尿排泄物伴有的H2S、NH3等气体，会产生胺、硫等恶臭气体，严重影响周边环境。总之，畜禽养殖废水亟待处理。

三、畜禽养殖废水主要处理技术

目前，畜禽养殖废水处理技术可分为物化处理技术和生物处理技术两大类。常见的物理处理技术有吸附法、磁絮凝沉淀、电化学氧化、Fenton氧化等。

（1）吸附法

该法的关键是吸附介质的选取，目前常用沸石等作为介质。吸附有氮、磷的沸石，经过处理后可作为土壤改良剂或肥料，但该法对于吸附饱和的过滤介质必须严格处理，避免造成二次污染。

(2)磁絮凝沉淀

该法工艺流程简单、沉降性好、处理周期短，但会产生大量的化学污泥。

(3)电化学氧化

该法对氨氮的去除率较高，NH3-N的去除率可高达98%，但COD的去除率则相对较低。

(4)Fenton氧化

该法对于COD和色度的去除率均较高，可作为畜禽废水深度处理技术，但该技术Fe2+用量大、H2O2的利用率不高。

总的来说，物化处理技术对畜禽养殖废水的COD、NH3-N、色度等有一定的去除率，可作为畜禽养殖废水的预处理或深度处理工艺，但工程经验不足，需要进一步的研究和实践。

生物处理技术是目前处理畜禽养殖废水的常用技术→包括厌氧处理法、好氧处理法和厌氧－好氧联合处理法等。

（1）厌氧处理法

厌氧处理法适用于处理含高浓度有机物的畜禽养殖废水。常见的有厌氧折流板反应器(ABR)、上流式厌氧污泥床(UASB)、微生物燃料电池(MFC)等。ABR的COD容积负荷较高，水力停留时间较长，能实现含高浓度有机物废水的处理；UASB是废水厌氧处理的常用技术，工程实践多，运行稳定且效果好，反应器内含颗粒污泥，处理畜禽养殖废水具有高效、经济、占地面积小等特点；MFC可在实现处理污水的同时，将污水中的化学能转化为电能，有机物的去除率也较高，适用于含高浓度有机物废水的处理。

厌氧处理技术在处理含高浓度有机物废水的领域应用广泛，COD去除率高且占地少。但厌氧处理出水不能达标，若反应器不密闭常有臭味产生，因此厌氧出水需进一步处理，常采用好氧处理技术。

（2）好氧处理法

常见的畜禽养殖废水好氧处理技术包括SBR、SBBR、生物膜法、生物滤池、MBBR、MBR及A/O法等。

序批式活性污泥法(SBR)有良好的脱碳、脱氮效果，COD和NH3-N去除率均达到90%以上，它可实现自动化控制，占地面积少，有多种变型工艺，如ICEAS工艺、CAST工艺、

DAT－IAT工艺等，是畜禽养殖废水处理的常用工艺；序批式生物膜反应器(SBBR)反应器具有生物量高，占地少，脱碳、脱氮效果好等优点；好氧颗粒污泥沉降性能好，生物量高，能承受高有机负荷，脱碳、脱氮效果较好，适用于畜禽养殖废水的处理，但在理论和实际应用中的具体工艺技术需要进一步研究；生物滤池需要选择适宜的填料，脱氮效果较好；MBBR工艺是一种新型高效的污水处理方法，兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点；MBR具有较长的污泥龄和较高的污泥浓度，脱碳、脱氮效果较好，但如何减缓膜污染仍是MBR发展和实现工程应用的瓶颈；A/O法工艺流程简单、装置少、不需要外加碳源，技术成熟。

以上各种好氧工艺对COD、NH3-N等均有较高的去除率，在实践中要充分考虑各自的适用条件。

(3)厌氧(缺氧)－好氧联合处理技术

单独的厌氧或好氧处理无法实现畜禽养殖废水的达标外排，结合它们各自的优势，大多数畜禽养殖场采用厌氧(缺氧)－好氧联合处理工艺。厌氧－好氧联合处理法既克服了好氧处理能耗大和占地面积大的不足，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，特别适合于规模化畜禽养殖场污水的处理。

对于含高浓度有机物的畜禽养殖废水，厌氧－好氧联合处理法能较好的实现有机污染物和氨氮的去除，COD去除率90%以上，且处理费用相对较低，对于畜禽养殖这种受自然与市场双重风险影响的微利行业，尤其适用。其中厌氧消化阶段去除大部分的COD；好氧过程进一步去除COD、NH3-N、SS。好氧出水再经过如人工湿地、絮凝沉淀、电化学氧化等的处理可达标外排。但是，厌氧消化的各阶段处理效果很难同时达到最佳，有学者提出用水解酸化代替传统的厌氧消化。畜禽废水厌氧－好氧组合工艺应用的难点在于：厌氧或缺氧出水COD低，无法满足后续好氧处理系统中微生物脱氮的需求，外加碳源量不容易控制。

四、畜禽养殖废水处理经典案例

（1）项目简介

浙江省某牧业公司主要养殖生猪；生猪存栏量3000头。养殖场产生的生产废水和其它污水总量约为100t/d；其中生产废水进入现有的沼气池中进行厌氧消化处理；沼液经过处理后排放到生态鱼塘进行进一步处理。由于沼液量较大；COD浓度仍然较高；采用传统的生态处理方式无法进行有效处理；同时考虑到废水排放标准的要求和污染物减排的要求；要对沼液进行进一步处理。工程设计水质与排放标准如表2所示；主要污染物指标均严于浙江省畜禽养殖业污染物排放标准(DB33/593-2005)。

表2 设计进水水质与排放标准（单位：mg/L）

（2）工艺流程

针对养殖沼液的废水特征；提出了A/O+MBR的生物处理流程；如图所示。沼液经过水泵提升由毛发聚集器过滤去除废水中的毛发；进入缺氧区；好氧区混合液回流至缺氧区；主要功能进行脱氮。废水随后进入好氧区；有机物得到有效去除；氨氮发生硝化反应；经过处理的水被浸没在反应器中的膜过滤；由出水泵抽出；经过消毒送入雨水池；与收集的雨水混合后回用于生产。

工艺流程图

（3）系统运行效果

在来水COD在643～2761mg/L波动；平均为1389mg/L时；出水COD介于62～158mg/L；平均为118mg/L；COD平均去除率为91.5%。当进水负荷低于5.46kgCOD/(m3˙d)时；出水COD可保持在150mg/L以下。同时，养殖沼液废水的COD波动较大；而MBR具有良好的抗冲击负荷能力；可保证稳定的出水效果。

养殖沼液是高氨氮废水之一；直接用于还田处理；会造成营养元素过剩；造成地表水体的富营养化和典型的农村面源污染。因此；利用MBR较好的硝化效果；以达到去除氨氮的良好效果。由于整个处理工艺采用了前置的缺氧反硝化设置；系统具有良好的氨氮去除效果:在进水氨氮最高达到728mg/L；平均为276mg/L时；出水氨氮可保持在50mg/L以下；平均为31mg/L；氨氮平均去除率达到85.1%。而整个MBR处理系统可基本完全截留悬浮物质；并过滤掉细菌和部分病毒；在采用消毒处理后；可简单回用到冲洗猪舍等方面或可直接达标排放。

（4）运行成本分析

该工程总投资41.8万元；显示了MBR处理养殖沼液工程的运行费用；其直接运行费用由电费和药剂费构成；吨水运行费用约为1.3元。与传统处理工艺相比；运行成本并未有较大的上升。