牛場污水資源化利用的前處理方法效果研究

盧紅玲，彭福元，崔新衛，魯耀雄，高 鵬，彭新德

（1.湖南省農業生物資源利用研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125）

牛場污水資源化利用的前處理方法效果研究

盧紅玲1，彭福元1，崔新衛1，魯耀雄1，高 鵬1，彭新德2

（1.湖南省農業生物資源利用研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125）

采用固液分離、沉淀、超聲波振蕩及化學添加方法，對牛場污水資源化利用前進行處理。牛場廢棄物經固液分離，再經過沉淀池處理后液體廢棄物（即養殖污水）中懸浮物（SS）降低7.14%，大腸菌群數降幅達97.27%，COD含量降幅達82.51%。試驗對比了添加不同比例生石灰、石灰氮和超聲波振蕩的處理效果，發現隨著化學藥劑添加比例的提高，養殖污水透光率升高，達到澄清所需時間減少，但同時養殖污水的電導率也顯著增加，磷含量顯著降低，而鉀含量變化較小。其中添加生石灰5 g/L的處理，2 d后養殖污水大腸菌群數降至0，透光率達到90%以上；添加石灰氮5 g/L的處理，1 d后養殖污水大腸菌群數降至0，透光率達到95%以上，且處理3 d后總氮含量增至600 mg/kg以上，而超聲波振蕩處理對所測指標的影響較小。可見，養牛場廢棄物經固液分離的液體部分通過沉淀、過濾及化學添加處理后，可經水肥一體化管道就地資源化利用，這可為實現養牛場廢水以及類似水質廢水的快速處理提供依據。

牛場污水；前處理；沉淀法；化學添加法；資源化利用

隨著經濟社會的發展、人民生活水平提高，畜禽產品需求逐年增長，我國畜禽養殖業的養殖規模、養殖方式和分布區域發生了巨大變化。目前畜禽養殖方式以集約型、規模化養殖為主，為了便于運輸，許多規模化養殖場都建在大中城市近郊，由于城市近郊無足夠的土地消納大量的養殖廢棄物，因而導致規模化養殖業的環境污染問題日益突出。其中液體廢棄物（養殖污水，包括畜禽尿液和沖洗水）排放量大，污染物含量高，處理設施不足，據調查，全國80%的畜禽養殖場沒有污水處置和綜合利用設施，大量污水未經處理或經不當處理就直接排入水體，對環境構成了巨大壓力。養殖污水處理主要有還田模式、自然處理模式和工業化處理模式［1］。除還田模式外，后兩種處理模式主要涉及生化處理技術，包括厭氧處理、好氧處理以及厭氧、好氧處理等不同處理組合系統［2-4］；自然處理技術自然處理主要包括氧化塘、土地處理系統、廢水灌溉系統和人工濕地等［5］；光合細菌和EM制劑凈化技術（EM菌指有效微生物菌群）［6-7］。經過處理達到排放標準的污水稱為再生水或回用水，再排入水體或者直接用于灌溉［8-9］。但養殖污水除含有大量污染物質外，有機質、氮磷鉀等養分含量也很豐富，如果經過液肥化技術處理可生產高質量的有機液肥，達到既治理污染又利用資源的雙重目的。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

肉牛養殖場位于湖南省長沙縣金井鎮脫甲村，牛場廢棄物經固液分離機分離后，液體廢棄物（養殖污水）進入沉淀池。在沉淀池中一方面發生自然沉淀作用，另一方面，在污水中含有的微生物作用下污水發生生物接觸氧化反應，養殖污水利用原生微生物進行有氧發酵。最后在作物需要灌溉時，污水通過水肥一體化管道對作物進行自流澆灌。

實際操作過程中發現污水中固體懸浮物容易堵塞水肥一體化管道，需要在污水進入管道前采取有效的處理辦法降低固體懸浮物含量。試驗通過添加不同比例化學試劑CaO［10］和CaCN2［11-13］對養殖污水進行前處理，考察化學試劑添加對污水的無害化處理效果。

1.2 試驗方法

從基地取出經過沉淀池處理的養殖污水帶回實驗室，分裝入250 mL三角瓶中，每瓶裝200 mL，采用超聲波處理或者無機藥劑添加法處理。具體處理如下：處理A，自然放置為對照，不進行任何人工處理；處理B，添加CaO 2.5 g/L；處理C，添加CaO 5 g/L；處理D，添加CaO 10 g/L；處理E，添加CaCN21 g/L；處理F，添加CaCN22.5 g/L；處理G，添加CaCN25 g/L；處理H，40 kHz超聲振蕩1 h；處理I，40 kHz超聲振蕩1 h后添加CaO 5 g/L；處理J，40 kHz超聲振蕩1 h后添加CaCN22.5 g/L。然后混勻，靜置，定期振蕩混勻。于1、2、3 d取中上層清樣檢測透光率和電導率，3 d后中速濾紙過濾存樣，檢測養分含量。每個處理3次重復。所用藥劑均為分析純化學試劑，CaO由國藥集團化學試劑有限公司提供，CaCN2由上海晶純生化科技股份有限公司提供。

1.3 檢測方法

養殖污水透光率采用紫外可見分光光度計于680 nm處測定［14］。電導率采用電導率儀直接測定（采用DJS-1CF型探頭，電極常數1.003）。可溶性總氮測定方法：堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度計法測定，氧化液為0.15 mol/L NaOH和3% K2S2O8，121℃氧化30 min，220 nm和275 nm雙波長比色法［15］。總磷采用鉬銻抗比色法，于700 nm波長條件下比色［16］。液體中銨態氮采用流動注射分析儀測定，鉀采用火焰分光光度計法，固體懸浮物含量SS采用GB/T11901-1989重量法測定，0.45 μm有機濾膜過濾，重量差減法計算得出。大腸菌群數采用GB/T19524.1法測定，COD采用重鉻酸鉀法測定。

試驗所用檢測儀器包括：上海精科雷磁便攜式電導率儀DDBJ-350（上海精密科學儀器有限公司），采用DJS-1CF型探頭，電極常數1.003；CIMO新苗BX5200H超聲波儀，工作頻率40 kHz（上海新苗醫療器械制造有限公司）；CIMO新苗DHG-91438S-Ⅲ電熱恒溫鼓風干燥箱（上海新苗醫療器械制造有限公司）；754型紫外可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）。

試驗數據采用Excel軟件進行處理，采用SAS軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同前處理對養殖污水透光率的影響

色度或透光率是廢水水質的重要指標，也是水處理效果評價的重要指標。養殖污水透光率越高，表明其中有色污染物和固體懸浮物越少，液體澄清度越高。經固液分離的養殖污水中，添加一定比例的CaO或CaCN2，對養殖污水透光率的影響見圖1。由圖1可見，隨著處理時間延長，養殖污水透光率增加；CaO添加比例越高，透光率越高。添加CaO處理的養殖污水的透光率顯著高于對照，其中，添加CaO達5 g/L以上的養殖污水在處理1 d后透光率達到94.8%。添加5 g/L的CaCN2也可以達到提高養殖污水透光率的效果，處理1 d后，養殖污水的透光率就達到95%以上；而添加1 g/L和2.5 g/L的CaCN2澄清效果不顯著。處理H、處理I、處理J經超聲波振蕩處理，與處理A、處理C、處理F相比，添加同等劑量藥劑處理，經超聲波振蕩后的處理透光率下降。

圖1 不同處理養殖污水的透光率變化

2.2 不同前處理對養殖污水電導率的影響

由圖2可知，養殖污水添加CaO處理，養殖污水電導率顯著增加；而添加CaCN2處理，添加比例達到5 g/L電導率才增加，添加1～2.5 g/L比例的CaCN2處理，電導率反而低于對照；而經超聲波振蕩處理后養殖污水電導率與未經超聲波處理的差異不顯著。隨著處理時間延長，養殖污水的電導率下降，但下降幅度較小，與處理1 d相比，處理3 d后養殖污水的電導率下降幅度僅為3.09%～13.76%（除處理B下降幅度為55.83%外）。

圖2 不同處理下養殖污水的電導率變化

2.3 不同前處理對養殖污水養分含量的影響

由表1可知，養殖污水經過不同前處理3 d后，養殖污水中養分含量除鉀（K）含量外，總氮（TN）、銨態氮（NH4+-N）和總磷（TP）的含量差異均達顯著水平。添加CaO后，養殖污水的TN和NH4+-N含量降低，其中，NH4+-N含量降低達顯著水平；而添加CaCN2后，因為CaCN2的水解，總氮含量顯著升高，其中添加0.5% CaCN2的處理TN總量為對照CK的3.3倍，但銨態氮含量沒有增加，這可能是因為CaCN2水解產生尿素態氮所致。添加化學藥劑處理的養殖污水總磷含量顯著降低，其中添加CaO處理的養殖污水總磷含量降至1 mg/kg以下，降低幅度達98.59%以上，添加CaCN2的處理總磷含量降低幅度達55.94%以上。超聲波振蕩處理對養殖污水所測養分含量的影響不顯著。

表1 3 d后不同處理下養殖污水的養分含量比較（mg/kg）

3 結論與討論

固液分離處理可為廢棄物的后續處理降低負荷和成本。本試驗基地采用固液分離裝置進行第一步分離，經分離后，養殖污水中只余少量懸浮物，試驗測得經固液分離的養殖污水SS含量0.5027～0.6232 g/L，透光率39.4%～42.3%，大腸菌群數1.1×105～1.2×105CFU/L，COD含量732.0～1408.0 mg/L，酸堿度為中性，pH值約7.2。

沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來的處理工藝，是廢水處理中應用最廣的方法之一。養殖污水進入沉淀池，一方面可沉淀養殖污水中雜物，另一方面，在微生物作用下污水發生生物接觸氧化反應，養殖污水利用原生微生物進行的有氧發酵，可降低廢水中大腸菌群數。經沉淀池沉淀及生物接觸氧化3 d后，養殖污水透光率達到44.9%以上，SS含量降低7.14%，大腸菌群數降幅達97.27%，COD含量降幅達82.51%，pH值變化小。可見，經沉淀池處理后，養殖污水的大腸菌群數和COD含量指標均已達到集約化畜禽養殖業水污染物最高允許日排放濃度［17］。

雖然沉淀池為有氧環境，但檢測發現，沉淀池中養殖污水的硝態氮含量很低，含量范圍約0.17～0.21 mg/L，相對于銨態氮含量（0.10～0.14 g/L）可以忽略不計。

添加藥劑CaO的養殖污水電導率比CaCN2的高，其中一個原因是CaO加入后即生成Ca（OH）2，Ca（OH）2的百分溶解度0.17 g（20℃），而CaCN2微溶于水，自身溶解度低，水解生成Ca(OH)2的速度慢，故而加入污水中對其電導率增加影響小。但添加這兩種藥劑后，總磷TP的含量均顯著降低，CaO處理的養殖污水TP含量降至1 mg/L以下，這是溶液中Ca2+離子與PO43-生成沉淀所致。

試驗發現，添加藥劑處理養殖污水，除P養分被沉淀外，N養分和K養分在液體中都能得到有效保留，添加CaCN2處理還能顯著增加養殖污水中總N含量，藥劑處理后，污水pH值由中性（pH=7.2）變為堿性（pH＞9），經處理后的養殖污水可直接通過水肥一體化管道施用，尤其適合南方酸化土壤。

試驗以經過固液分離裝置和沉淀池處理后的養牛場養殖污水（養殖污水，包括牛尿和沖洗水）為研究對象，為了使其能科學地資源化利用，考察了不同劑量化學藥劑添加和超聲波振蕩對其的處理效果。試驗發現，養殖污水添加一定比例化學藥劑CaO或者CaCN2能快速澄清，臭味減少，液體呈堿性（pH＞9），N和K養分被保留在污水中，而P被沉淀固定。其中添加生石灰5 g/L的處理，2 d后養殖污水大腸菌群數降至0，透光率達到90%以上；添加石灰氮5 g/L的處理，1 d后養殖污水大腸菌群數降至0，透光率達到95%以上，且處理3 d后總氮含量增至600 mg/kg以上。可見，養牛場廢棄物經固液分離的液體部分通過沉淀、過濾及化學添加處理后，可經水肥一體化管道就地資源化利用，適合于南方酸性土壤。但有關其水肥一體化施用于作物的效果有待進一步研究。

［1］ 鄧良偉.規模化畜禽養殖廢水處理技術現狀探析［J］.中國生態農業學報，2006，14（2）：23-26.

［2］ 陳蕊，高懷友，傅學起，等.畜禽養殖廢水處理技術的研究與應用［J］.農業環境科學學報，2006（S1）：374-377.

［3］ 王建軍，劉楊，楊長軍，等.厭氧流化床凈化畜禽廢水與產電性能［J］.農業工程學報，2012，28（10）：214-218.

［4］ 王蘭，鄧良偉，王霜，等.畜禽養殖廢水厭氧消化液好氧處理研究與應用現狀［J］.中國沼氣，2015，33（5）：3-10.

［5］ 廖新俤，駱世明.人工濕地對豬場廢水有機物處理效果的研究［J］.應用生態學報，2002，13（1）：113-117.

［6］ 李文英，彭智平，楊少海，等.不同菌劑組合處理豬場沼液試驗效果評價［J］.廣東農業科學，2010，37（11）：88-90.

［7］ 劉鵬，鐘成華，張文東，等.復合菌處理抗生素廢水的初步研究［J］.工業水處理，2012，32（10）：35-38.

［8］ 陳衛平，呂斯丹，張煒鈴，等.再生（污）水灌溉生態風險與可持續利用［J］.生態學報，2014，34（1）：163-172.

［9］ 張文莉，李陽，王文全.再生水灌溉對土壤和葡萄品質的影響［J］.農業資源與環境學報，2016，33（2）：149-156.

［10］ 蔡秀萍，王芳，吳啟堂.一種同步化學脫氮除磷的堿性活性污泥法廢水處理工藝［J］.農業環境科學學報，2008，27（5）：2002-2007.

［11］ 白同日格.牛糞堆肥中添加石灰氮對金黃色葡萄球菌的殺滅效果及堆肥發酵影響的研究［D］.呼和浩特：內蒙古農業大學，2011.

［12］ 李玉.牛糞堆肥中添加石灰氮對糞腸球菌的殺滅效果及堆肥發酵影響的研究［D］.呼和浩特：內蒙古農業大學，2011.

［13］ 張天華.牛糞強制通風靜態堆肥中添加石灰氮對大腸桿菌的殺滅效果及相關指標的測定［D］.呼和浩特：內蒙古農業大學，2012.

［14］ GB13200-91 水質 濁度的測定［S］.1991.

［15］ 盧紅玲.黃土高原典型土壤氮素礦化過程中有機氮組分變化及其對礦化氮的貢獻［D］.楊凌：中國科學院水利部水土保持研究所，2008.

［16］ 鮑士旦.土壤農化分析［M］.第3版.北京：中國農業出版社，2000.

［17］ 胡永全，朱振林，胡清.石灰氮及其衍生物［M］.北京：化學工業出版社，2007.

（責任編輯 楊賢智）

Pretreatment effect of wastewater from cattle farm before its resource utilization

LU Hong-ling1，PENG Fu-yuan1，CUI Xin-wei1，LU Yao-xiong1，GAO Peng1，PENG Xin-de2
（1.Institute of Agricultural and Biological Resources Utilization，Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410125，China；
2.Longping Branch of Graduate School of Hunan University，Changsha 410125，China）

Solid-liquid separation，precipitation，ultrasonic oscillation and bio-chemical treatment methods were used to treat wastewater in cattle farm before its utilization.Wastewater were separated before entered precipitation tank and reduced 7.14% suspended solids，97.27% fecal coliform numbers and 82.51% COD contents.Effects of agent addition （CaO and CaCN2） and ultra-sonic oscillation treatment were compared and discussed.The results showed that the increase of agent addition ratios to wastewater increased the transmittance，shortened the time to clarification，and increased the electric conductivity，decreased the total phosphorus content，but had little influence on potassium content.Addition of CaO 5 g/kg decreased fecal coliform number to 0，and increased the transmittance to over 90% after 2 days.Addition of CaCN25 g/kg decreased fecal coliform number to 0，and increased the transmittance to over 95% after 1 day，and increased total nitrogen content to 600 mg/kg after 3 days.While ultrasonic oscillation treatment had little influence on these detection indexes.The study suggested that wastewater from cattle farm could be resource utilization through integrative pipes of water and fertilizer locally after separated from solid wastes，treatment in precipitation tank，and addition of proper ration agent.It provided a basis for quick treatment of cattle farm wastewater before its safely resource utilization.

wastewater from cattle farm；pretreatment；precipitation method；agent addition method；resource utilization

X713

A

1004-874X（2016）12-0059-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.12.010

2016-09-29

國家科技支撐計劃項目（2012BAD14B17）；湖南省自然科學基金(2016JJ6065)

盧紅玲（1979- ），女，博士，助理研究員，E-mail：luhl_2004@126.com

彭新德（1966-），男，博士，研究員，E-mail：pengxinde2008@qq.com

盧紅玲，彭福元，崔新衛，等.牛場污水資源化利用的前處理方法效果研究［J］.廣東農業科學，2016，43（12）：59-63.