畜禽养殖废水预处理技术研究进展

畜禽养殖废水预处理技术研究进展

吴建军 1 苏醒 2

湖南酉联生态环境工程有限公司，湖南省 长沙市 413400

摘要：畜禽养殖业是保障民生水平的重点行业，我国畜禽养殖量和消费量均居世界第一，畜禽养殖污染已经成为我国最主要的面源污染。畜禽养殖废水的危害主要体现在水体、大气、土壤以及微生物污染4个方面，畜禽养殖废水属于高浓度有机废水，如果畜牧养殖产生的排泄物不经无害化处理直接排放到河流、湖泊等水体中，水体会滋生大量菌落，且营养物质过剩产生富营养化现象，水生生物大量繁殖，水体溶解氧供需失衡，水中动物缺氧死亡，水体生态结构被破坏。如何对畜禽养殖废水进行科学处理和利用是当前生态环境保护领域的重要研究课题，若能将畜禽养殖废水中有机物、氮、磷等污染物进行高效处理，不仅可降低环境污染，还能实现废物资源化利用。本文就畜禽养殖废水预处理技术研究进展展开探讨。

关键词：畜禽养殖废水；预处理；进展

引言

畜禽养殖业是保障民生水平的重点行业，我国畜禽养殖量和消费量均居世界第一，畜禽养殖污染成为我国最主要的面源污染。目前已经发现，部分养殖区地下水受到污染，并加剧了养殖区防疫压力；水体中发现的激素、畜用抗生素等污染物可能会危害健康。

1畜禽养殖废水的特点及危害

畜禽养殖废水主要包括粪尿、饲料残渣和冲洗水，其排放量大，成分复杂，含有高浓度的悬浮物（SS）、有机物、营养物质、重金属、激素以及病毒和病原菌等。畜禽养殖废水通常含有1%以上的总固体，主要污染物为：化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺－N）、总磷（TP。畜禽养殖废水不适当的处理和排放不仅对空气、水体、土壤产生负面影响，而且对人类健康构成威胁。畜禽养殖废水经微生物作用会释放大量的有害气体。氮磷导致富营养化，影响水体的正常功能，含氰化毒素的有害藻华，会导致人类急性中毒。高浓度硝酸盐（NO₃^－）会导致人类高铁血红蛋白血症。未经处理的畜禽养殖废水会导致农田土壤中的重金属积累，对人类的健康构成潜在的威胁。此外，畜禽粪中还含有大量的致病性肠道细菌，引起的交叉感染不仅影响畜禽养殖生产力水平和经济效益，还会导致人畜共患病的灾难性爆发。畜禽养殖废水中含有雌激素、雄激素和孕激素等，会引起鱼类的内分泌失调。在人类中，雌激素达到指定的污染水平，会导致女性患乳腺癌和男性患前列腺癌。国内规模化畜禽养殖废水处理方式中，沉淀和过滤处理占65.85%，生物处理仅占21.95%，其他直接排放，农田、河道等是废水的主要去向。为了减少畜禽养殖废水不适当处理和利用带来的环境和健康问题，在畜禽养殖废水排放之前需要进行彻底的处理。

2畜禽养殖废水预处理技术

2.1预处理——厌氧消化产甲烷

厌氧消化产甲烷又称厌氧消化，是指厌氧微生物在无氧条件下利用有机物合成自身细胞物质并释放能量和H₂、CH₄、CO₂等气体的生化反应。反应过程比较复杂，主要可以分为水解、酸化、产乙酸和甲烷转化4个阶段，且影响因素众多，温度、pH、挥发性有机酸、氨、碳氮比、有机负荷率、水力停留时间、硫化物和金属离子等都会对其产生影响。与畜禽废水其他处理技术相比，厌氧消化技术优势明显，消化过程产生的能量可供人们集中收集并高效利用；可有效处置不同类型和浓度的畜禽养殖粪污；污泥产量低、投资少且运行费用低。但此技术也存在一些缺陷，大多数厌氧微生物世代时间偏长，导致厌氧产甲烷反应器启动时间较长；厌氧微生物对环境要求严苛，反应器运行效果易恶化；畜禽废水厌氧发酵后沼液易引发二次污染；产气效率低、受低温抑制。已有许多学者针对这些问题开展了研究，如可采用添加微量元素、鸟粪石沉淀法以及与低氮原料混合发酵等方式缓解畜禽粪便高含氮特性对厌氧微生物的抑制作用，以提升产气效率；可通过热预处理、添加铁盐等方式对厌氧消化工艺进行强化；在甲烷生产过程中加速物质间直接电子传递以提高甲烷产量等。畜禽养殖废水经厌氧发酵后的沼液仍含有大量有机物和氮磷物质，需进一步处理。国内外常采用的沼液处理模式有3种，即还田、自然处理和好氧处理模式，随着畜禽养殖业规模化发展，还田模式逐渐被淘汰，而由于占地面积小、处理效果较好，好氧处理法成为沼液处理的主要模式。目前厌氧-好养工艺是处理高浓度畜禽养殖废水最经济、高效的方法，常将厌氧消化工艺与生物脱氮技术结合运用，且自然处理法由于操作简单、美观环保等优势，也常被用来进行沼液后处理。

2.2生化预处理

水解酸化法是现阶段畜禽养殖废水处理中最常用的生化预处理技术，主要是利用兼性厌氧的水解和产酸细菌将废水中的难溶性有机物水解为溶解性有机物，使难降解的大分子物质转化为易降解的小分子物质，从而提高废水的可生物降解性并去除部分有机物、悬浮物和有毒物质.

2.3物理化学联合处理技术

单一的物理处理技术和化学处理技术都有很强的局限性，难以有效去除养殖废水中的污染物，将物理处理技术和化学处理技术联合应用可大幅度提升去除效果。将臭氧氧化技术和膜处理技术相互结合，既能提升污染物的去除效率，还能解决频繁更换过滤膜的问题。这是因为在臭氧的辅助下，膜的通过量会始终保持在稳定状态，而且还能加速污染物的降解速度和效率。二者相互结合可很好的应用在养殖废水深度处理中，通过膜过滤技术可有效截留养殖废水中的有毒有害物质，而通过臭氧氧化技术，可降解膜截留下的污染物质。二者联合应用，可降解化学处理存在二次污染的问题，提升氧化剂和污染物的接触几率，进而提升氧化基团的综合利用率，降低处理成本。

2.4短程硝化+厌氧氨氧化+反硝化型甲烷厌氧氧化

反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)即甲烷厌氧氧化耦合反硝化，是指在厌氧条件下以甲烷作为电子供体，NO₂^-/NO₃^-作为电子受体的反硝化过程，即利用微生物作用，将甲烷氧化为二氧化碳，硝态氮及亚硝态氮还原为氮气的过程，此过程受甲烷、NO₂^-/NO₃^-、接种物、反应器构型、温度、溶解氧（DO）和生物量截留等因素的影响]。与传统脱氮工艺相比，DAMO技术既解决碳源投加问题又控制温室气体排放，作为污水脱氮新工艺潜力巨大，但受甲烷易燃、反硝化速率慢、难以保证厌氧环境等缺陷和种种因素影响，暂无工程应用实例。目前国内外对DAMO的研究主要集中在功能微生物的富集及其作用机制、反应过程和微生物活性影响因素等方面，且已取得相当显著的成果，DAMO污水脱氮工艺发展得以推进。但在DAMO功能微生物快速富集的环境限制因子以及如何确保厌氧环境等方面的研究仍需要进一步探讨。

结语

高浓度畜禽养殖废水预处理的好坏，直接关系到后续生物处理的效率及质量，只有采取切实可行的预处理措施，为后续生物工艺减轻污染负荷及生物毒性，才能有效保证出水水质。基于经济、环保、高效的废水处理与资源化理念，提出以下展望：建议综合分析畜禽养殖废水的水质特性，针对现有生物处理工艺的不足和不同预处理技术的优势，优先考虑投入低、运行管理费用少并可实现资源化利用的预处理技术。

参考文献

[1]邓良伟.规模化畜禽养殖废水处理技术现状探析[J].中国生态农业学报,2019,14(2):23-26.

[2]张力桅,赫春玲.废水中悬浮物对生化处理的影响及其控制措施[J].化工环保,2020,17(6):367-369.

[3]汪文强,王电站,颜成,等.常规生化/物化工艺处理猪场废水效果及存在问题[J].中国给水排水,2019,35(21):24-31.

[4]邓良伟.SBR工艺处理猪场粪污的试验研究[J].中国沼气,2020,18(2):17-19.

[5]吴根义,廖新俤,贺德春,等.我国畜禽养殖污染防治现状及对策[J].农业环境科学学报,2019,33(7):1261-1264.

[6]王庆,丁原红,任洪强,等.高浓度氨氮对活性污泥性能的影响[J].工业用水与废水,2020,43(2):13-16.