規模化養豬廢水處理問題及對策

宋承謀蔡映紅吳正杰杜冬云占　偉*

（1湖北健豐牧業有限公司，湖北黃石438204；2中南民族大學，湖北武漢430074）

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規模化養豬廢水處理問題及對策

宋承謀1蔡映紅1吳正杰1杜冬云2占偉2*

（1湖北健豐牧業有限公司，湖北黃石438204；2中南民族大學，湖北武漢430074）

摘要：規模化豬場的迅速發展導致養豬廢水成為農業污染的重要源頭之一，文章介紹了規模化養豬廢水的處理現狀，分析了養豬廢水處理的突出問題，并針對問題，提出引入高效脫氮菌和抗生素預處理能使生物處理模式不斷優化，生物自動化控制技術是規模化養豬廢水處理的發展方向。

關鍵詞：規模化養豬廢水；還田模式；自然處理模式；生物處理模式；生物自動化控制系統

隨著我國農業改革進程的加快，養豬業的經營模式趨于規模化，在帶動了經濟發展的同時，規模化豬場帶來了巨大的環境風險。養豬廢水主要是飼養過程中生豬排放的尿液和清洗豬圈產生的高濃度有機廢水，含有高濃度的COD、TN（主要以氨氮形式存在）和TP[1]，如果不加處理直接排入環境中，會造成水體的富營養化、地下水污染、空氣中的氨氮和硫化物污染以及土壤板結等諸多環境問題[2]。2015年，52家規模化畜禽養殖場成為最嚴環保法的首批監控對象；同時，近幾年生豬養殖業利潤較低，在巨大的環保壓力和市場壓力下，如何經濟有效的處理養豬廢水，由原來的負效益向正效益轉變，成為我國養豬業可持續發展需要解決的重要問題。

1　規模化養豬廢水處理現狀

規模化養豬廢水處理主要有還田、自然處理和生物處理三種模式。

1.1還田模式

還田模式是一種傳統的農業處理方法，在土壤微生物的作用下將養殖廢水中的有機物質和氮磷營養鹽分解轉化為供植物生長利用的有機小分子和營養鹽。該模式在一定程度上極大地減少了豬場糞便廢水的排放，減免了處理過程中的費用，實現了植物營養鹽的廢物利用[3]；但這種處理模式需要有足夠寬廣的消納土地；未經過處理的豬場糞便廢水的有機物濃度較高，容易導致植物燒苗和土壤板結；且豬糞廢水中的致病微生物直接進入環境，污染土壤和水體。

1.2自然處理模式

自然處理模式一般是利用灘涂、荒地及低洼地帶作為穩定塘和人工濕地等的自然處理系統。最初由江西、福建和廣東等地規模化豬場采用，主要是進行廢水厭氧消化后的處理。該模式總體投資省，運行費用低，但占地面積大，處理效果受季節、溫度變化的影響，同時也容易導致地下水的污染[4]。

1.3生物處理模式

由于厭氧發酵處理能夠耐受較高的有機物負荷，并可產生清潔可再生的氣體能源——甲烷，其成為了目前規模化豬場主要的廢水處理方法。豬場糞便污水厭氧發酵生產沼氣的工藝已經比較成熟，國際上常用的工藝有：厭氧擋板反應器（ABR）[5]、持續攪拌厭氧反應器（CSTR）[6]，厭氧序批式反應器（ASBR）[7]，上流式厭氧污泥床反應器（UASB）[8]等。厭氧反應器運行的溫度范圍在25～60℃之間，處理效率能達到2.9 kg COD/m3·天，在全世界被廣泛應用[9]。在我國，除上述反應器外，半地埋式推流折返反應器也有一定范圍的應用。

好氧處理豬場廢水是早期規模化豬場采用的一種處理方法，主要包括：活性污泥法、氧化溝活性污泥法和序批式活性污泥法（SBR）等[10]。但因簡單的好氧處理無法解決豬場廢水中極高的有機物濃度，對高濃度的氮磷去除效果也不理想，應用并不廣泛。研究者采用間歇曝氣和高溫好氧生物處理來提高好氧法的處理效果，尤其是豬場污水中TN的去除，如Beline等采用間接曝氣的方法去除了53%的TN[11]。目前，好氧處理主要用于對厭氧發酵之后的出水進行進一步處理，使污水能夠達標排放[12]。

2　規模化養豬廢水處理存在的突出問題

從豬場廢水處理的三種基本模式可以看出，還田模式和自然處理模式是靠自然生態循環和大量的土地來消納污染物，不適用于大規模養殖場，特別是隨著經濟的發展，土地資源日益緊張，養豬場更趨于規模化，生物處理模式受到大家的關注。目前國內外所用的生物處理工藝流程大致相同，都是固液分離+厭氧消化+好氧處理。有些治污企業不切實際地追求處理設施的機械化和現代化，導致處理工程投資大、運行費用高，致使微利運營的養殖企業難以承受，即使建有處理設施，也可能只是作擺設。因此，有必要對養豬廢水生物處理方法及過程進行調查研究和技術經濟評價，找出廢水處理存在的問題，探尋設施投資少、運行費用低和處理高效穩定的養殖業污水處理方法，進行污染物的減量化、無害化、資源化處理與合理利用，才是治理養殖業污染的最佳途徑。以下是兩個對生物處理模式有突出影響的因素。

2.1高氨氮導致碳氮比失衡，抑制微生物生長

氨氮主要來源于豬場廢水中尿素和蛋白質的分解作用。盡管氨氮是微生物生長所必需的營養物質，但當其濃度超過了一定范圍時，會對微生物產生抑制作用。大部分豬場廢水中所含的氨氮在500～1 000 mg/L之間，當氨氮濃度超過一定數值時就會減少甲烷產量[13]。氨氮會改變細胞內的pH值，抑制相關酶的活性，從而對厭氧產甲烷的菌群產生影響[14]。

2.2抗生素的影響

為了達到治療疾病或是促進生豬生長發育的目的，養殖場每年會使用大量抗生素，僅用于養豬業的抗生素就多達數十種。在中國，抗生素每年有21萬噸的生產總量，其中48%被用于農業和養殖業[15]。一旦這些抗生素被豬攝入體內，其代謝途徑雖有不同，但最終會以原始結構或同分異構體的形式排出體外。按照抗生素的種類，占攝入量17%～67%的抗生素完全沒有改變就被排出體外[16]，并隨著糞便尿液進入厭氧反應器，依舊保持原本的抗菌活性，甚至有一部分抗生素的代謝產物比其本身的生物毒性更強[17]。

3　優化廢水生物處理模式的對策

從以上論述可以看出，養豬廢水生物處理模式存在的突出問題是高氨氮和抗生素，因此，針對這兩個問題，在減量化、資源化、無害化及生態化的原則下，提出如下對策。

3.1引入高效脫氮菌

高效脫氮菌強化技術是將帶有特定脫氮功能的一類菌或菌群重新引入受污染環境中，促進目標污染物的降解和轉化，該類具有脫氮功能的菌或菌群應分離篩選自相同或相似的生長環境。將高效脫氮菌強化技術應用到養豬廢水厭氧-好氧處理系統中，可以通過提高處理系統整體微生物的活性來實現受污染水環境的污染物降解，是一種成本相對較低而環境生態效益顯著的技術手段。

3.2抗生素的預處理

抗生素主要在養豬廢水厭氧處理中引起相關變化[18]，因此，針對具體養豬企業使用抗生素的不同，以及對微生物厭氧發酵過程產生沼氣和好氧過程的抑制狀況，研究抗生素的衰減規律及其物理化學預處理方法，降低其對水處理微生物的影響，為豬場廢水生物處理模式的安全性提供參考。

3.3生物自動化控制技術的應用

從環保角度來看，養豬廢水處理主要使用生物處理模式，而在實際運行中，影響生物活性的因素很多，因此，針對以上培養的高效脫氮菌，可以通過生物自動化控制系統強化污水處理系統，根據實際水質的變化，實時在線培養高活性的厭氧和好氧微生物（包括脫氮菌）投加到反應系統，其目的在于：抵御污水水質變化及抗生素廢水的沖擊；增強反應系統的微生物濃度及活性，增強去除效果；同時，投加高效特定的微生物菌群，可在提高甲烷產量的同時，有效去除氨氮，確保最終出水達標。

4　結論

規模化養豬廢水是一種高濃度有機廢水，含氮量高、碳氮比失調，處理難度大。本文結合目前規模化豬場廢水處理現狀，對不同處理模式進行總結和分析；針對目前生物處理模式所存在的問題，結合國內外研究現狀，找出適合規模化養豬廢水處理的模式和對策。在生物處理模式下，筆者認為通過引入高效脫氮菌和抗生素的預處理，解決高氨氮和抗生素對微生物毒害的影響，研發針對生物處理系統中厭氧階段、好氧階段與生物自動化控制系統的組合，根據實時水質情況培養高活性微生物投加到生物處理系統中，提高甲烷產量，增強系統處理效率，將有望解決規模化養豬廢水處理存在的問題。

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作者簡介：宋承謀（1969-），湖北紅安人，執業獸醫師，主要從事規模化豬場生產技術管理及科技開發工作*通訊作者：占偉（1983-），湖北浠水人，主要從事污染控制化學和廢棄物的資源化利用

收稿日期：2015-11-02

中圖分類號：X713

文獻標識碼：B

文章編號：1673-4645(2016)02-0066-04