规模化猪场养殖废水处理方法与工艺

随着我国畜禽养殖行业集约化、规模化、现代化的快速发展，畜禽养殖废弃物所带来的环境问题越发突出。我国畜禽养殖的污染防治工作严重滞后于产业的发展，管理和处理应用技术的示范推广力度不够，已成为农村及城郊面源污染的主要因素和社会经济可持续发展的重要制约因素。畜禽养殖废弃物主要包括畜禽粪便、养殖废水、病死物尸体、医疗废弃物等，其中废水问题极为严峻，因为废水的“三高”特点导致废水处理工艺相对复杂，本文就养殖行业（集约化猪场）常用的废水处理工艺进行阐述。

根据猪只各个阶段饮水量的不同，所产生的废水量如表1 所示。

养猪场废水的主要特征是：有机物浓度高、悬浮物多、色度深，并含有大量的细菌，因含有大量动物的粪尿而使NH-N浓度很高。废水中的污染物主要以固态、溶解态存在的碳水化合物形式存在，使废水表现出很高的BOD5、CODcr 、SS和色度等，污染物可生物降解性好，此外废水中含有大量的N、P等营养物质。养殖废水水质见表2:

废水处理的基本方法，就是采用各种技术手段，将污废水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。

处理污水的方法很多，一般可归纳为三大类，即物理处理法、化学处理法和生物处理法。

通过物理作用分离、回收废水中不溶解的悬浮状态污染物(包括油膜和油珠)的方法，可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。属于重力分离法的处理单元有沉淀、上浮(气浮)等，相应使用的处理设备是沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池及其附属装置等；离心分离法本身就是一种处理单元，使用的处理装置有离心分离机和水旋分离器等；筛滤截留法有栅筛截留和过滤两种处理单元，前者使用的处理设备是格栅、筛网，而后者使用的是砂滤池和微孔滤机等。以热交换原理为基础的处理方法也属于物理处理法，其处理单元有蒸发、结晶等。

通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：混凝、中和、氧化还原等；而以传质作用为基础的处理单元则有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又合称为膜分离技术。其中运用传质作用的处理单元既具有化学作用，又有与之相关的物理作用，所以也可从化学处理法中分出来，成为另一类处理方法，称为物理化学法。

通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理法。根据作用微生物的不同，生物处理法又可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。

废水生物处理广泛使用的是需氧生物处理法，按其工艺方式的不同，需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及生物流化床等。生物氧化塘法又称自然生物处理法。厌氧生物处理法，又名生物还原处理法，主要用于处理高浓度有机废水和污泥。

根据废水的排放特点、水质特点及场区出水要求，确定工艺分三个部分：一是预处理，去除水中的悬浮物和浮油，降低后续处理的负荷并防止后续处理（尤其是生化处理）单元堵塞而影响处理效果，主要采用物理处理方法和化学处理方法；二是生化处理，这是整个处理工艺的核心，通过微生物的新陈代谢作用，分解废水中溶解性有机物；三是深度处理，采用物理处理方法和化学处理方法，进一步去除水中的污染物，以保证出水达标排放。

畜禽养殖废水无论以何种工艺或综合措施进行处理，都要采取一定的预处理措施。通过预处理可使废水污染物负荷降低，同时防止大的固体或杂物进入后续处理环节，造成设备的堵塞或破坏等。针对废水中的大颗粒物质或易沉降的物质，畜禽养殖业采用过滤、离心、沉淀等固液分离技术进行预处理，其中常用的有筛滤法和沉淀法。筛滤法常见的工艺有格栅和固液分离，格栅用于养殖污水场集污池前端，主要作用是去除废水中的树枝、枯草、塑料袋、输精管、针管等大型漂浮物质，以免影响后端的固液分离；固液分离是养殖废水处理必不可少的主要工艺之一，甚至成为核心工艺之一，主要作用是去除废水中的粪便，减小后端废水处理难度，减小生化运行负荷，常见的固液分离机有振动筛固液分离机和滚筒式固液分离机两种，根据不同的养殖工艺使用不同的固液分离机，达到最好的分离效果。新大牧业把固液分离步骤列入养殖场废物处理的关键步骤，这样可以减轻后续的处理难度并大幅度降低处理费用。为此，新大牧业投入了大量人力研发出自己的专利分离机，是组合震动分离机，能满足不同的养猪工艺分离的需求。沉淀法常用的工艺有沉砂池和沉淀池两种。

固液分离机

根据养殖废水高生化性的特点，生化处理技术越来越多的出现在了养殖废水处理中，生化处理根据其工作原理的不同可以分为：厌氧生化处理、好氧生化处理和自然处理法。

①厌氧生化处理

厌氧生物处理技术即为在厌氧状态下，污水中的有机物被厌氧细菌分解、代谢、消化，使得污水中的有机物含量大幅减少，同时产生沼气的一种高效的污水处理方式。在厌氧处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等。

常用的方法有：完全混合式厌氧消化器（CSTR）、厌氧接触反应器、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧流化床（AFB）、升流式固体反应器（USR）等。目前国内养殖场废水处理主要采用的是上流式厌氧污泥床及升流式固体反应器工艺。

②好氧生化处理

好氧处理的基本原理是利用微生物在好氧条件下分解有机物，同时合成自身细胞(活性污泥)。在好氧处理中，可生物降解的有机物最终可被完全氧化为简单的无机物。

该方法主要有活性污泥法和生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、序批式活性污泥法、A/O及氧化沟等。

③自然处理技术

自然处理法是利用天然水体、土壤和生物的物理、化学与生物的综合作用来净化污水。其净化方式主要包括过滤、截留、沉淀、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生态系统中物种共生、物质循环再生原理、结构与功能协调原则，分层多级截留、储藏、利用和转化营养物质机制等。这类方法投资省、工艺简单、动力消耗少，但净化功能受自然条件的制约。自然处理的主要模式有氧化塘、土壤处理法、人工湿地处理法等。

深度处理为进一步处理生化处理未能去除的污染物的净化过程。深度处理通常由以下处理单元优化组合而成：混凝沉淀、膜技术等。

①混凝沉淀法

混凝沉淀法就是向废水中投加混凝药剂，使其中的胶体和细微悬浮物脱稳，并聚集为数百微米以至数毫米的矾花，进而可以通过重力沉降或其他固液分离手段予以去除的废水处理技术。

②膜分离技术

膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的成分进行选择性分离的技术。用于废水处理的膜分离技术包括扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、微滤等几种。根据膜的种类及其功能和推动力的不同，各种膜分离技术的特征和它们之间的区别如下所示。

③膜生物反应器（MBR）

膜生物反应器工艺（MBR工艺）是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，也称膜分离活性污泥法。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使反应池中的活性污泥浓度大大增加，使降解污水的生化反应进行得更迅速更，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明从而省掉二沉池。因此，膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。与传统的生物处理方法相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前最有前途的废水处理新技术之一。

国内现有养殖废水处理工艺模式主要可分为：种养结合、清洁回用、达标排放三种模式。

1.  种养结合模式

种养结合模式是将畜禽养殖产生的粪便、有机物作为生产加工有机肥的基础，为种植业提供有机肥来源，同时种植业产生的作物又能够给畜禽养殖提供食源的一种循环发展经济模式，是农业部提倡的四种发展模式之一。

种植业和养殖业结合是畜禽养殖粪污处理与综合利用的最有效途径，但是他也需要大量与之配套的的土地作为支撑，就目前公司状况家庭农场是最为符合种养结合模式的。主要工艺流程如下：

2.  清洁回用模式

清洁回用是以综合利用和提高资源化利用率为出发点，通过在养殖场高度集成节水的粪便收集方式（采用机械干清粪、高压冲洗等严格控制生产用水，减少用水量）、遮雨防渗的粪便输送储存方式（场内实行雨污分流，粪水密闭防渗运输）、粪便固液分离、液态粪水深度处理后回用和固体干粪资源化利用（堆肥、牛床或发酵床垫料，栽培基质、蘑菇种植、蚯蚓和蝇蛆养殖、碳棒燃料等）等处理利用方式，且符合资源化、减量化、无害化原则的粪便资源化利用模式。

清洁回用模式的特征就是干粪和粪水经过处理后被回用。整个工艺流程环节多，工艺复杂，操作要求高，每个环节都要能够稳定运行，才能实现回用目标。在选用具体工艺时，应该根据养殖场的养殖种类、养殖规模、粪便收集方式、当地的自然地理环境条件以及排水去向等因素，确定工艺路线及处理目标，并应充分考虑畜禽养殖废水的特殊性，在实现综合利用的前提下，优先选择低运行成本的处理工艺，并慎重选用物化处理工艺。主要工艺流程如下：

3.  达标排放模式

达标排放模式是在耕地畜禽承载力有限的区域，大型规模养殖场通过控制粪水产生量和污染物浓度；粪水通过厌氧、好氧生化处理、深度处理及氧化塘、人工湿地等自然处理，出水水质达到国家排放标准和总量控制要求；固体粪便通过堆肥发酵等方式生产有机肥。

主要工艺流程如下

我国畜禽养殖污染排放量大、浓度高，如果依赖于工业化达标排放处理，既不经济，亦不符合目前农村实际情况，因此首选走资源化循环利用的道路。针对养殖废水处理方式和方法不是千篇一律、一成不变的，我们要根据场区所处地理位置和周边环境的不同制定出水的要求，选择符合法律法规和自身需求的处理工艺，最终实现无害化处理、资源化利用、生态化循环、规范化管理的目的。

本文作者新大牧业环保部技术推广助理鄢朋飞