研究養殖牲畜污水處理技術的選擇和模式論文

2021-04-14 論文

　　摘要：通過簡要介紹規模化畜禽養殖場污水處理的常用方法，為畜禽養殖污水處理技術的選擇與適宜污水處理模式的構建提供參考。

　　關鍵詞：畜禽；污水；處理技術；

　　隨著我國畜禽養殖業規模化、集約化的發展，在畜禽養殖成本降低及養殖效率提升的同時，畜禽糞便排放密度亦逐漸增加，畜禽養殖污染已成為我國農業面源污染的最大來源之一[1].如何解決畜禽糞污對環境的污染是當前畜牧業亟需解決的問題；其中，畜禽糞污水處理成本高、工藝復雜是影響畜禽糞污處理的因素之一；因此，除需在養殖中進行“減量化”生產外[2], 如何對畜禽養殖污水進行無害化處理亦尤為關鍵；特別在畜禽養殖糞污的“達標排放”模式中，畜禽養殖污水處理方法及技術的選擇是決定畜禽糞污水處理成本及工藝的重要因素[3].因此，本文簡要介紹規模化畜禽養殖場污水處理的常用方法，為畜禽養殖糞污的處理提供參考。

　　目前的污水處理技術主要分為物理技術、化學技術、生物技術和自然處理技術（圖1） .

　　一般污水的處理工藝模式都由這四個技術單元依次或重復交叉組成，同類技術單元所采用的具體技術主要根據所處糞水處理階段需求進行合理選擇[3].

　　1、物理技術

　　物理技術如格柵、篩網、固液分離、沉淀、過濾、氣浮及膜濃縮等為養殖污水處理的常見技術；物理技術一般放置于污水處理技術流程中的最前端，如通過格柵、篩網、固液分離、沉淀等去除污水中的懸浮或固體物質，便于后續的處理。

　　其中，氣浮法是向污水中通入空氣或其他氣體產生氣泡，利用高度分散的微小泡黏附污水中密度小于或接近于水的微小顆粒污染物，形成氣浮體，從而上浮到水面，以分離去除水中細小顆粒，實現固液分離的一種方法；其可以有效降低水中某些污染物質，是具有物理處理功能，同時又具有化學絮凝功能的一種方法[4].而膜濃縮分離技術是在20世紀初出現， 20世紀60年代后迅速崛起的一門分離新技術。膜的孔徑一般為微米級，依據其孔徑的不同（或稱為截留分子量） , 可將膜分為微濾膜（MF）、超濾膜（OF）、納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）等。膜分離技術由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能。因此，被廣泛用作養殖糞水的濃縮和生化處理法中污泥與出水的分離[5].

　　2、生物技術

　　生物技術是污水處理中常用技術，主要依據微生物進行污水的處理，依據微生物的種類主要分為好氧生物處理及厭氧生物處理技術。

　　2.1 好氧生物處理技術

　　好氧生物處理技術是利用好氧微生物（包括兼性微生物）在有氧氣存在的條件下進行生物代謝以降解有機物，使其穩定、無害化的處理方法。主要包括活性污泥法及生物膜法兩大類。

　　活性污泥法是污水生物處理的一種方法。該法是在人工充氧條件下，對污水和各種微生物群體進行連續混合培養，形成活性污泥[6].利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有機污染物。然后使污泥與水分離，大部分污泥再回流到曝氣池，多余部分則排出活性污泥系統的一種處理方法，典型的活性污泥法是由初沉池、曝氣池、沉淀池、污泥回流系統和剩余污泥排除系統組成，其具體流程如圖2所示。

　　生物膜法是在充分供氧條件下，利用生物膜進行污水處理的一種方法[7].生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氧層、好氧層、附著水層、運動水層。在污水處理構筑物內設置微生物生長聚集的載體（一般稱填料） , 在充氧的條件下，微生物在填料表面聚附著形成生物膜，經過充氧的污水以一定的流速流過填料時，生物膜中的微生物吸收分解水中有機物，使污水得到凈化，同時微生物得到增殖，生物膜隨之增厚。當生物膜增長到一定厚度時，向生物膜內部擴散的.氧受到限制，其表面仍是好氧狀態，而內層則會呈缺氧甚至厭氧狀態，并最終導致生物膜的脫落。隨后，填料表面還會繼續生長新的生物膜，周而復始，使污水得到凈化[7].

　　2.2 厭氧生物處理技術

　　厭氧生物處理技術是污水處理中常用的一種方法，是在厭氧條件下，兼性厭氧和厭氧微生物群體將有機物轉化為甲烷和二氧化碳的過程，又稱為厭氧消化處理技術。畜禽糞水有機物濃度高，且碳、氮比例適中，厭氧處理產氣性能較穩定。因此，畜禽糞便厭氧處理工程常為沼氣工程，以便將畜禽糞便污染治理與能源開發結合[8].

　　廢水厭氧生物處理（沼氣發酵）工藝按微生物的凝聚形態可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。厭氧活性污泥法包括傳統消化池，如水壓式沼氣池、完全混合式厭氧反應器（CSTR）、厭氧接觸工藝（AC）、厭氧擋板反應器（ABR）、升流式厭氧污泥床（UASB）等；厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池（AF）、厭氧流化床（AFBR）和厭氧生物轉盤等[9].

　　2.3 厭氧-好氧組合處理技術

　　厭氧生物處理工藝能直接處理高濃度有機廢水，且污泥量產量低，耗能低，運行成本低，但該處理技術使出水得有機物濃度高，氮磷去除效果差，不能達到排放標準。好氧生物處理工藝可使出水有機物濃度低，氮磷去除效果較好，但投資能耗高、運行費用高[9].因此，將厭氧、好氧生物處理工藝組合技術可降低處理成本同時，達到排放標準。采用該組合可以充分利用厭氧、兼性厭氧、好氧微生物的代謝活動分解廢水中的有機污染物，將有機物、氮和磷等作為微生物的營養被微生物利用，最終分解為穩定的無機物或合成細胞物質而作為污泥由水中分離，從而使廢水得到凈化[9].其常見技術流程如圖3所示。

　　3、化學技術

　　化學處理技術也是污水處理中常用技術，如絮凝、電解、消毒等。但化學處理中，有些技術成本較高，因此需要在后續較清潔的污水中處理，如消毒技術，有時添加消毒劑或臭氧等對出水中仍有可能存在較多的病原微生物進行殺滅。電解技術是利用電化學在電極反應過程中直接或間接產生大量氧化能力極強的羥基自由基，以達到分解有機物目的的一種方法，電解法對于糞水中難以生物降解的有機物具有很強的氧化去除能力。因此，被廣泛應用于養殖糞水好氧處理后的深度處理及消毒[10].

　　4、自然處理技術

　　自然處理技術中常見的是人工濕地和氧化塘系統。人工濕地系統是模仿自然生態系統中的濕地，主要利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術。植物是人工濕地的重要組成部分，通常選取蘆葦、茭白、美人蕉等作為濕地植物，具有良好的景觀和生態效應[11].

　　自然處理中，常用的另一種方法是氧化塘；氧化塘是一種利用天然凈化能力對污水進行處理的構筑物的總稱。通常是將土地進行適當的人工修整，建成池塘，并設置圍堤和防滲層，依靠塘內生長的微生物來處理污水；主要利用菌藻的共同作用處理廢水中的有機污染物。氧化塘污水處理系統具有基建投資和運轉費用低、維護和維修簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體、無需污泥處理等優點。按照塘內微生物的類型和供氧方式來劃分，氧化塘可以分為厭氧塘、兼性塘、好氧塘、曝氣塘[11].

　　5、小結

　　對于大型規模化畜牧場，達標排放模式可以解決種養結合模式所需的土地緊缺問題，而畜牧業的“微利潤”要求污水在達標排放同時，必須盡可能的節約污水處理成本，簡化污水處理工藝。因此，選擇合理的畜禽養殖污水處理技術尤為關鍵。

　　污水處理技術的選擇應根據污水的成分及特點，在綜合考慮經濟、資源成本的前提下，根據糞水處理階段的技術需求，對各物理、化學、生物及自然處理技術進行技術選擇，進而構建適宜的污水處理模式。

　　參考文獻

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　　[2]臧一天，彭忠平，吳志敏，等。生豬養殖中的清潔生產技術[J].江西畜牧獸醫雜志， 2018 （1） :31~32.

　　[3]全國畜牧總站主編。畜禽糞便資源化利用技術模式-達標排放模式[M].中國農業科學技術出版社，北京， 2016.

　　[4]劉海芳，王凡。氣浮技術在水產養殖中的應用[J].水利漁業， 2008, 28 （2） :69~70.

　　[5]王雷，段立安，林孝昶，等。膜前預處理技術在畜禽養殖污水處理中的應用進展[J].水處理技術2016 （2） :6~10.

　　[6]段焱。活性污泥法復合懸掛填料處理畜禽廢水研究[D].四川農業大學，碩士學位論文， 2010.

　　[7]封紅。序批式生物膜法處理水產養殖廢水研究[D].北京化工大學，博士學位論文， 2014.

　　[8]張翔。厭氧消化-SBR-絮凝組合工藝處理牛糞廢水研究[D].鄭州大學，博士學位論文， 2008.