畜禽养殖废水无害化处理技术的推广应用刘振贵

畜禽养殖废水无害化处理技术的推广应用刘振贵1，孙和炎2，陈邦娜2（1.潮州市农业科技发展中心，广东潮州521000；2.潮州市潮安区农业工作总站，广东潮州521000）摘要：随着“河长制”、“湖长制”的深入推进以及畜禽养殖污染整治力度的不断加强，解决好畜禽养殖污染问题已成为当前水环境生态治理工作的重中之重。全面推广应用养殖废水无害化处理技术，是治理好农业面源污染的重要途径，也是今后畜禽养殖业可持续发展的重要保障。关键词：畜禽养殖；废水；无害化处理；推广应用中图分类号：S817.5文献标识码：A文章编码：1005⁃8567（2018）05⁃0019⁃06收稿日期：2018⁃06⁃08作者简介：刘振贵（1975⁃），男，广东潮州人，本科，高级畜牧师，现任潮州市农业科技发展中心家禽研究所副所长，主要从事畜禽新品种、新技术的推广应用以及畜禽疫病防治。E⁃mail:[e-mail]近年来，随着规模化、集约化畜禽养殖业的快速发展，畜禽养殖污染已成为我国农村污染的主要来源，给生态环境保护造成了巨大的压力。畜禽养殖业环境污染治理，始终是畜牧业持续稳定健康发展面临的首要问题。2016年12月，习近平总书记在中央财经领导小组第十四次会议上指出：加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化，关系6亿多农村居民生产生活环境，关系农村能源革命，关系能不能不断改善土壤地力、治理好农业面源污染，是一件利国利民利长远的大好事，要力争在“十三五”时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。在党的十九大报告中，习近平总书记又强调指出，要“强化土壤污染管控和修复，加强农业面源污染防治”。因此，在推行“保供给和保环境并重”发展理念的同时，推广应用一种无害化处理技术工艺解决畜禽养殖废水污染问题，是当前畜牧业生产的一项刻不容缓的任务。1畜禽养殖废水的特点以及对环境的影响畜禽养殖过程中会产生大量的粪便和废水，其中养猪场产生的废水最多，一个万头养猪场一年会产生粪尿等排泄量3万吨，其中1.3万吨粪，1.7万吨尿。养殖废水具有典型的高CODcr（化学耗氧量）、高NH3⁃N、高SS（悬浮物）“三高”特征，如果没有对废水进行综合有效的治理，将对土壤、水体和空气等造成严重的污染。以潮州市为例，2016年全市生猪饲养量约101.13万头，如果都采用水冲粪方式冲洗猪舍，按每头每天平均用水量35~40L计算，每年将产生1292~1476万吨的废水。如果将这些废水直接排放，将对环境造成严重的影响。针对养殖污染的严峻形势，近年来，潮州市全面落实“河长制”，进一步加大畜禽养殖污染减排整治力度，以壮士断腕的决心打水环境治理攻坚战，并在全市推广应用潮州市雄盛种养有限公司废水无害化处理技术，将有效解决养殖场废水污染环境的问题。2目前规模化养猪场的废水处理情况及发展趋势《畜禽规模养殖污染防治条例》于2014年正式实施，各地陆续划定畜禽养殖禁养区、限养区、适养区，对不符合规定的养殖场实施关停、搬迁。各规模化养殖场均建有沼气处理设备对废水进行处理，经过沼气池厌氧发酵处理的沼液，有机物浓度仍比较高，没有达到国家养殖废弃物排放标准（沼液成分见表1），不能直接向外排放。由于沼液的广东畜牧兽医科技广东畜牧兽医科技2018年（第43卷）第5期专题综述··19表1规模化养猪场沼液常规理化指标项目指标pH（mg/L）7.96SS（mg/L）1287.83CODCr（mg/L）2060BOD5（mg/L）618.5NH3⁃N（mg/L）740.5TP（mg/L）106粪大肠菌群数（个/l00ml）7.57×103注：以上指标为潮州市雄盛种养有限公司废水处理系统进水口的检测指标，取6次检测数据的平均值。表2集约化畜禽养殖业干清粪工艺最高允许排水量种类地区季节珠三角标准值其他地区标准值猪［m3/（百头·天）］冬季1.21.2夏季1.81.8鸡［m3/（千只·天）］冬季0.20.5夏季0.40.7牛［m3/（百头·天）］冬季1617夏季2020注：废水最高允许排放量的单位中，百头、千只均指存栏数。春、秋季废水最高允许排放量按冬、夏两季的平均值计算。还原性较强，刚排出时直接施用，会与作物争夺土壤中的氧气，影响种子发芽和根系发育，使幼苗枯黄，因此，沼液应贮存一段时间后方可施用。由于多数养殖场没有配套足够的氧化塘和人工湿地，周边的果树作物又根本无法消纳大量的沼液，废水偷排现象时有发生。近年来，广东省多家养猪场通过申请世界银行贷款广东农业面源污染治理项目（其中：世行资金补贴65%，养殖场自筹35%），投资建设环保项目。猪场的废水通过固液分离、沼气发酵、生化沉淀、臭氧消毒等多级处理后，实现达标排放。目前，潮州市110家养猪场中，已有9家规模化养猪场申报该项目，其中已有2家建成投入使用，在建（筹建）7家。深入开展农业面源污染治理、改善农村人居环境工作，全面推行养殖废水无害化处理技术显得尤为重要和迫切。3无害化处理技术工艺3.1主要规范和标准无害化处理技术主要参照以下的规范和标准：《农田灌溉水质标准》（GB5084⁃2005）、《畜禽养殖业污染物排放标准》（DB44/613⁃2009）、《粪便无害化卫生标准》（GB7959⁃2012）、《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T81⁃2001）、《畜禽场环境质量及卫生控制规范》（NY/T1167⁃2006）和《畜禽粪便无害化处理技术规范》（NY/T1168⁃2006）等。3.2范围和规模无害化处理过程是自沼气池（黑膜厌氧发酵塘）出水井至接触消毒池止。按照年存栏量10000头猪舍的标准，排水量根据《畜禽养殖业污染物排放标准》（DB44/613⁃2009）集约化畜禽养殖业水冲最高允许排水量计算（详见表2）。以雄盛种养有限公司废水处理工程为例（2017年该公司生猪存栏量约为13500头），无害化处理技术工艺设计废水总量为Qd=250m3/d，每天按24h设计，总设计处理水量：Qh≈12m3/h。3.3相关的排放标准和要求根据《畜禽养殖业污染物排放标准》的要求，集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日均排放浓度各项指标如表3所列。根据《农田灌溉水质标准》旱作物灌溉水水质的要求，排放浓度各项指标需达到如表4所列的要求。3.4技术工艺流程规模化养猪场的废水处理多采用生产沼气为目的能源型处理工艺—“黑膜厌氧发酵氧化塘”工艺，但厌氧塘出水的污染物指标远高于相关排放限值要求，需进行深度处理方能排放。（以雄盛种养有限公司为例）表3集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日均排放浓度地区控制项目珠三角标准值其他地区标准值BOD5（mg/L）140150COD（mg/L）380400SS（mg/L）160200NH3⁃N（mg/L）7080TP（以P计）（mg/L）78粪大肠菌群数（个/l00mL）10001000蛔虫卵（个/L）22专题综述畜禽养殖废水无害化处理技术的推广应用⁃刘振贵，等··20畜禽养殖废水无害化处理技术的推广应用⁃刘振贵，等专题综述厌氧发酵塘出水进入调节池，均匀水质水量后通过设置在调节池内的废水提升泵将废水提升至水解酸化池。A2O（厌氧水解酸化+缺氧+好氧接触氧化）生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。A2O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的。在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。经生化二沉池内沉淀澄清，上清液自流进入混凝沉淀池，投加相关的化学药剂，将废水中的污染物进行有效去除。为保证出水的细菌指标达到处理效果，沉淀后的上清液进入消毒池内消菌杀毒处理。经过以上处理工艺，废水达到《农田灌溉水质标准》《畜禽养殖业污染物排放标准》的污染物指标控制要求。3.5工艺流程各工序单元的功能调节池：储存沼气池（黑膜厌氧发酵塘）的废水，均匀水质水量。水解酸化池：废水通过兼氧菌群的降解作用提高了可生化性，并降解部分有机污染物。缺氧池：配合好氧池脱氮除磷，将大分子有机颗粒分解成小分子有机颗粒，可以提高废水的可生化性。好氧接触氧化池：通过鼓风曝气，增加废水中的溶解氧浓度，利用好氧菌群和微生物的新陈代谢作用，去除掉废水中大部分污染物质。沉淀池：进行泥水分离，回流污泥及剩余污泥的外排。混凝池：投加PAC（聚合氯化铝），使得胶体微粒相互聚结。絮凝池：投加PAM（聚丙烯酰胺），形成大颗粒的絮凝体，加速颗粒沉降。二次沉淀池：泥水分离，上清液自流进入接触消毒池，污泥进入化学污泥池。接触消毒池：投加二氧化氯对废水进行消毒，确保出水的微生物学指标达标排放。生化污泥池：收集生物处理单元产生的污泥。化学污泥池：收集化学处理单元产生的污泥。应急池：储存因故不能排至废水处理系统的废水。设备楼：放置二氧化氯发生器、风机、配电设备、板框压滤机等设备，并用作办公、化验场所。3.6废水中污染物的处理方法废水处理通常选用生物法、化学法及物理化学法等，不同的污染物是经不同的方式去除的，污染物的去除取决于废水处理工艺流程。3.6.1悬浮物的去除废水中SS的去除主要靠沉淀、过滤作用。废水中的无机颗粒和大尺寸的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除，小尺寸的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小尺寸的无机颗粒（包括尺寸大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）则要靠活性污泥絮凝体的吸附、网捕作用，与活性污泥絮体同时沉淀去除。废水池出水中悬浮物浓度涉及到出水SS指标，还因为组成出水悬浮物的主要是活性污泥絮凝体，其本身的有机成分很高，因此对出水的CODcr、五日生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）等指标也有直接影响，所以控制出水的SS指标是最基本的，也是很重要的。为了降低出水中的悬浮物浓度，需要在工程中采用适当的措施，例如采用适当的污泥负荷值以保持活性污泥的凝聚及沉降性能，采用较小的类型控制项目旱作物BOD5（mg/L）100COD（mg/L）200SS（mg/L）100NH3⁃N（mg/L）-TP（以P计）（mg/L）-粪大肠菌群数（个/l00mL）4000蛔虫卵（个/L）2表4旱作物灌溉用水水质的要求··21二次沉淀池的表面负荷，采用较低的出水堰负荷，充分利用活性污泥悬浮层的吸附、网捕作用等。3.6.2BOD5的去除废水中的BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和微生物的代谢作用，然后对污泥与水进行分离完成的。活性污泥中的微生物在有氧的条件下利用废水中的一部分有机物用于合成新细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，这是BOD5的降解过程。在这种合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（例如低分子有机酸等易降解有机物）直接进入细胞内部被利用。而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解溶解后进入细胞内部被利用。由此可见，微生物的好氧代谢作用对废水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质，因此可使处理废水中的残余BOD5浓度很低。BOD5的去除分为厌氧处理法和好氧处理法。3.6.3CODcr的去除废水中的CODcr去除与BOD5基本相同。CODcr的去除率取决于原废水的可生化性，与废水的组成有关。养殖废水中，BOD5/CODcr比值接近0.4，其废水的可生化性较好，出水中的CODcr值可以控制在较低的水平。3.6.4氮的去除含氮化合物在水体中的转化分为三步：第一步是含氮化合物如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等有机氮转化为无机氨氮；第二步是氨氮的亚硝化和硝化；第三步是硝态氮的反硝化转化为氮气。这三步转化反应都是在微生物作用下进行的，第一步在水解、异养菌的作用下进行，第二步在好氧环境中利用硝化菌及亚硝化菌进行硝化反应完成，第三步在缺氧环境中利用反硝化细菌利用有机物为电子供体转化完成。在缺氧的水体中，硝化反应不能进行，可在反硝化细菌的作用下