屠宰行業(yè)環(huán)境影響評價中常規(guī)水污染防治措施

王守偉，佟 爽,2，趙 燕，祝 明，李 佳，陳四保

（1.中國肉類食品綜合研究中心，肉類加工技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100068；2.北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京 100048）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的顯著提高，我國屠宰場規(guī)模也將逐漸擴(kuò)大。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）修訂版》，屠宰行業(yè)符合第1項第32條“農(nóng)林牧漁產(chǎn)品貯運、保鮮、加工與綜合利用”的產(chǎn)業(yè)政策，為國家鼓勵類項目；此外，《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）修訂版》的第2項第32條“年屠宰生豬15 萬頭及以下、肉牛1 萬頭及以下、肉羊15 萬只及以下、活禽1 000 萬只及以下的屠宰建設(shè)項目（少數(shù)民族地區(qū)除外）”屬于限制類項目，第3項第32條“豬、牛、羊、禽手工屠宰工藝”屬于淘汰類項目。綜上可知，國家鼓勵大型、先進(jìn)屠宰企業(yè)發(fā)展，因此，會有越來越多的屠宰廢水集中排放。

1 屠宰行業(yè)發(fā)展趨勢

國家“十三五”規(guī)劃以促進(jìn)畜禽生產(chǎn)、增加農(nóng)民收入、保障和改善居民肉食消費為目標(biāo)，加快推進(jìn)肉類產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、科技進(jìn)步和轉(zhuǎn)型升級，提高供給保障力、市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。具體來說，在推動我國肉類產(chǎn)量穩(wěn)步增長的同時，還要使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨合理，在2020年肉類產(chǎn)量實現(xiàn)9 000 萬t的大目標(biāo)下，協(xié)調(diào)好豬肉和其他肉類的比例關(guān)系，積極發(fā)展冷鮮肉加工和肉制品生產(chǎn)行業(yè)。

農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《全國生豬生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）中，明確要求“十三五”期間我國生豬生產(chǎn)保持穩(wěn)定略增、基本自給、規(guī)模比重穩(wěn)步提高。《規(guī)劃》指出，今后一個時期，生豬生產(chǎn)要堅持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，以“提素質(zhì)、增效益、穩(wěn)供給、保安全、促生態(tài)”為目標(biāo)，全面提升綜合生產(chǎn)力、國際競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

2 屠宰行業(yè)廢水特點

屠宰廢水主要由生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的血污、油脂、碎肉、畜毛、未消化的食物及糞便、尿液和清潔沖洗水構(gòu)成[1]。肉類加工廢水主要由含碎肉、脂肪、血液、蛋白質(zhì)、油脂、清潔沖洗水及一些加工工序所產(chǎn)生的含鹽量較高的廢水等構(gòu)成[2]。屠宰及肉類加工廢水主要有如下特點：1）懸浮物含量高、色度高；2）含有大量的毛皮、碎肉、碎骨及內(nèi)臟雜物等體積較大的懸浮物；3）含有大量血水，有明顯的惡臭味；4）屬高濃度的有機(jī)廢水[3]。

3 屠宰及肉類加工廢水處理工藝

《肉類工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出：所有肉類工業(yè)企業(yè)應(yīng)建成與加工規(guī)模相適應(yīng)的污水處理配套設(shè)施，加強水資源的循環(huán)利用；全面推廣畜禽資源綜合利用技術(shù)和清潔生產(chǎn)技術(shù)，“三廢”排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；通過技術(shù)改造，使主要水體污染物化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）和NH4+-N的排放量分別減少15%和10%。2015年，中央制定《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》，其中指出：加大環(huán)境治理力度，以提高環(huán)境質(zhì)量為核心，實行最嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)制度，形成政府、企業(yè)、公共共治的環(huán)境治理體系；推進(jìn)多污染物綜合防治和環(huán)境治理，實施工業(yè)污染源全面達(dá)標(biāo)排放計劃。

在現(xiàn)有屠宰與肉類加工企業(yè)廢水的末端處理中，除預(yù)處理階段有所差異外，大多數(shù)屠宰企業(yè)的廢水處理工藝基本類似。預(yù)處理方面，豬、牛、羊等畜類動物與家禽類動物加工的處理有較大差異，相比較而言，后者羽毛類雜物較多，前處理不僅需要粗略格柵，還需要采用一些行業(yè)專用的設(shè)備，如撈毛分離機(jī)、水力篩等[4]。處理工藝方面，目前該行業(yè)規(guī)模化企業(yè)采用的核心處理單元大多以厭氧與好氧相結(jié)合的組合工藝為主，小型企業(yè)主要采用簡單的厭氧發(fā)酵生物處理。

3.1 好氧生物處理工藝

屠宰廢水中的有機(jī)物在好氧微生物及充足的氧氣供給條件下，好氧分解為無機(jī)物質(zhì)。目前，較為常用的屠宰廢水好氧處理工藝為活性污泥法及生物膜法。

3.1.1 活性污泥法

活性污泥法是采用好氧微生物繁殖形成的污泥絮狀物，是污水生物處理的主要方法之一[5]。其中，序批式活性污泥（sequencing batch reacter activated sludge，SBR）法是集初沉池、反應(yīng)池、二沉池于一體的活性污泥法，其包含具有強吸附作用、能夠氧化有機(jī)物的活性污泥。SBR工藝以其簡單的流程、低廉的運行費用及同步脫氮除磷能力，廣泛應(yīng)用于屠宰廢水處理中[6]。

循環(huán)式活性污泥（cyclic activated sludge system，CASS）法相比于SBR增加了預(yù)反應(yīng)區(qū)，可實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水，且污泥產(chǎn)量僅為0.2～0.3 kg剩余污泥/kg生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD5），實現(xiàn)了污泥的減量化[7]。何健洪[8]采用CASS工藝設(shè)計100 t/d的屠宰廢水處理裝置，當(dāng)進(jìn)水的COD為1 800～2 200 mg/L時，出水可達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[9]中的一級標(biāo)準(zhǔn)，其中主要污染物COD≤100 mg/L。

3.1.2 生物膜法

微生物附著在特定的載體表面形成獨特的微生物群體結(jié)構(gòu)，并以固著方式生長形成生物膜，利用生物膜處理污水的方法即為生物膜法[10]。當(dāng)污水流經(jīng)生物膜時，其中的有機(jī)物會被微生物吸附、吸收或降解[11]。同活性污泥法相比，生物膜具有抗水質(zhì)變化沖擊能力強、可承受較高有機(jī)負(fù)荷、無污泥膨脹現(xiàn)象等優(yōu)點，但是其填料一次性投資大且容易堵塞。

邱梅等[12]將曝氣生物濾池（biological aerated filter，BAF）工藝應(yīng)用在東北某生豬屠宰加工企業(yè)廢水處理中，結(jié)果表明，采用水解酸化-BAF工藝處理屠宰廢水，出水水質(zhì)良好，出水COD＜120 mg/L、BOD5＜60 mg/L、懸浮物（suspended solids，SS）＜120 mg/L，可以滿足GB 13457—1992《肉類加工工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[13]中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 厭氧生物處理工藝

厭氧消化池是最早出現(xiàn)的厭氧水處理技術(shù)，由化糞池及雙層沉淀池組成，結(jié)構(gòu)簡單且有機(jī)物去除效果好。美國、澳大利亞、歐洲等國家和地區(qū)在19世紀(jì)七八十年代將厭氧消化池應(yīng)用于屠宰廢水處理中[14]，但是，反應(yīng)速率慢、占地面積大、對溫度要求高等缺陷使其在屠宰廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制[7]。為了進(jìn)一步提高處理效率，研究者們陸續(xù)開發(fā)出一系列厭氧生物處理工藝，現(xiàn)將屠宰廢水處理中常見的厭氧處理工藝總結(jié)如下。

3.2.1 升流式厭氧污泥床

升流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge bed，UASB）反應(yīng)器是一種高效厭氧污水處理反應(yīng)器，反應(yīng)器工作時，污水經(jīng)過均勻布水進(jìn)入反應(yīng)器底部，污水自下而上地通過厭氧污泥床反應(yīng)器，可實現(xiàn)氣、液、固三相有效分離，其具有容積負(fù)荷高、剩余污泥量少、運行費用低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理中[15]。郭永福等[16]利用UASB反應(yīng)器處理屠宰廢水，容積負(fù)荷可達(dá)6.8 g COD/（L·d），去除率約為93%；在水力停留時間（hydraulic retention time，HRT）為15 h時，出水COD、BOD5、SS及氨氮質(zhì)量濃度分別為97、47、73、44 mg/L。

3.2.2 厭氧折流板反應(yīng)器

厭氧折流板反應(yīng)器（anaerobic baffled reactor，ABR）是一種高效新型厭氧生物處理技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行管理方便、無需填料、對生物量具有優(yōu)良的截留能力和運行性能穩(wěn)定可靠等特點[17]。謝瑞英等[18]采用ABR工藝處理屠宰廢水，結(jié)果表明，其啟動過程比較快，易培養(yǎng)出顆粒化的活性污泥，且在常溫下沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力較強。楊建等[19]應(yīng)用ABR反應(yīng)器處理屠宰廢水，結(jié)果表明，ABR反應(yīng)器對進(jìn)水水質(zhì)的變化具有一定的緩沖能力，在容積負(fù)荷2.2～4.7 kg COD/（m3·d）、HRT 15.0～17.5 h時，COD去除率均保持在65%以上，出水相對穩(wěn)定。Cao等[20]研究紫外催化作用下ABR處理屠宰廢水的工藝，結(jié)果表明，在系統(tǒng)中添加適量的H2O2可以使總有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）去除率保持在95%以上。

3.2.3 厭氧序批式活性污泥系統(tǒng)

厭氧序批式活性污泥（anaerobic sequencing batch reacter activated sludge，ASBR）系統(tǒng)是一種以序批間歇運行操作為主要特征的廢水厭氧生物處理工藝，其工藝流程為進(jìn)水期-反應(yīng)期-沉淀期-排水期，該工藝可以有效延長污泥停留時間（sludge retention time，SRT），進(jìn)一步增加污泥含量，從而達(dá)到提高負(fù)荷、縮短HRT并保障處理效果的目的[21]。

3.2.4 其他厭氧反應(yīng)器

除上述常見的3 種高效厭氧反應(yīng)器之外，厭氧濾池（anaerobic filter，AF）[22]、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器[23]及厭氧膨脹顆粒污泥床[24]等在近些年也逐漸應(yīng)用于屠宰廢水處理。王凡等[25]采用厭氧生物濾池處理分散式小型屠宰廢水，連續(xù)運行2 周后，填料上的生物膜厚度約為1～2 mm，COD的去除率穩(wěn)定在70%左右，系統(tǒng)出水基本穩(wěn)定，掛膜完成；隨后根據(jù)出水情況逐漸增加進(jìn)水濃度，反應(yīng)器實現(xiàn)有機(jī)物去除率75%以上。

3.3 組合工藝

獨立的好氧工藝或厭氧工藝均存在各自的弊端，且處理后的廢水難以達(dá)標(biāo)排放，因此，厭氧-好氧等生物組合工藝逐漸進(jìn)入人們的視線。

劉艷娟等[26]采用ABR-二級生物接觸氧化組合工藝處理屠宰廢水，出水水質(zhì)可達(dá)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 11/307—2005《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[27]中的排入地表水體一級B標(biāo)準(zhǔn)。吳茹星等[28]探討AF-SBR組合工藝對屠宰廢水的處理效果，結(jié)果表明，在總HRT為24 h（厭氧12 h、好氧12 h）時，COD、氨氮、總磷（total phosphorus，TP）及凱氏氮的去除率分別可達(dá)90%、95%、70%及90%，各項出水指標(biāo)均達(dá)農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)。謝軍[29]采用UASB-SBR為主體工藝處理屠宰廢水，結(jié)果表明，COD、BOD5、SS和氨氮的去除率分別達(dá)95.1%、95.6%、95.6%和83.6%，出水的各項污染物指標(biāo)達(dá)到GB 13457—1992《肉類加工工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

通過與單一厭氧或好氧系統(tǒng)對比可以發(fā)現(xiàn)，厭氧-好氧、厭氧-缺氧-好氧優(yōu)化組合工藝具有更好的處理效果，在對屠宰行業(yè)環(huán)境影響評價的過程中，更推薦企業(yè)優(yōu)先選擇優(yōu)化組合工藝。

3.4 人工濕地處理系統(tǒng)

人工濕地處理技術(shù)是一項新型污水生態(tài)處理技術(shù)，其主要通過植物、微生物、土壤的共同作用來凈化污水，投資及運行成本低且操作管理簡便，被廣泛應(yīng)用于屠宰廢水處理中。其中，蘆葦相比于美人蕉、茭白和黃色鳶尾等濕地植物具有生長密度大、單位面積生物量大、對氨氮、TP等吸收量高等優(yōu)點，往往被作為主要的濕地植物所利用[30]。

余江等[31]采用人工濕地處理系統(tǒng)處理屠宰廢水，發(fā)現(xiàn)：1）在較低的污染負(fù)荷條件下，濕地具有更高的抗沖擊能力，隨著進(jìn)水COD、氨氮等濃度的升高，濕地處理效率也得到提升；2）當(dāng)COD污染負(fù)荷達(dá)560 kg/（hm2·d）及以上時，會對蘆葦生長產(chǎn)生抑制甚至毒害；3）過低的污染負(fù)荷會因濕地基質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏而影響蘆葦?shù)纳L。因此，在確保濕地植物蘆葦正常生長和高效的氨氮去除基礎(chǔ)上，同時考慮最大減少濕地占地面積和投資，濕地進(jìn)水COD污染負(fù)荷宜控制在250 kg/（hm2·d）。

4 屠宰行業(yè)水污染防治措施的發(fā)展方向

隨著國家對環(huán)保的重視和民眾環(huán)保意識的日益增強，我國對屠宰及肉類加工處理的排放要求越來越高，相應(yīng)的技術(shù)需求也日益增加。就目前常規(guī)處理工藝而言，可基本滿足《屠宰及肉類加工工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中對COD、BOD5、SS、動植物油、NH4+-N等指標(biāo)的要求，主要限制因素為廢水中總氮（total nitrogen，TN）及TP去除能力有限。因此，在未來的環(huán)境影響評價工作中，需要依據(jù)征求意見稿提出相應(yīng)的、適合我國國情及氣候條件的新型屠宰廢水深度脫氮除磷工藝。

目前，較為前沿且適宜擴(kuò)大規(guī)模形成工藝的強化脫氮技術(shù)主要有同步硝化-反硝化[32]及厭氧氨氧化[33]，這2 種工藝均可以達(dá)到去除NH4+且無大量NO3--N及NO2--N生成，而使TN有效去除的目的；且無需回流等工藝，可以大幅度降低脫氮成本。在深度除磷方面，現(xiàn)行方法主要為在原有微生物好氧吸磷后排泥除磷的基礎(chǔ)上，后續(xù)添加吸附材料或化學(xué)藥劑，通過物理化學(xué)方法進(jìn)一步去除廢水中的磷，但化學(xué)藥劑無法循環(huán)利用，因此，吸附材料的研發(fā)及重復(fù)利用是目前的主要發(fā)展方向[34]。

5 結(jié) 語

當(dāng)前我國水環(huán)境形勢嚴(yán)峻，為有效遏制我國水體富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重的趨勢，并滿足人民日益增長的生活需要，屠宰行業(yè)的環(huán)境影響評價工作也正面臨著相應(yīng)的壓力與機(jī)遇，環(huán)評工作者必須始終保持超前意識，做到與時俱進(jìn)，能夠根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)政策的變化為屠宰企業(yè)提出適用的廢水處理工藝，為我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展及人民生活水平的穩(wěn)步提高保駕護(hù)航。