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近年来,随着我国经济的不断发展和农业结构的调整,规模化畜禽养殖业发展迅速,并已成为我国农村经济发展中的重要支柱。规模化畜禽养殖具有许多优点,它可以缩短畜禽养殖的生长周期、提高产量、节约成本、便于管理;但是,规模化畜禽养殖产生大量畜禽废水,带来一系列的环境污染问题,且污染相对集中,处理困难。

畜禽养殖废水的直接排放不仅会污染地表水体,引起水体富营养化,还会对地下水和农田生态系统造成破坏,甚至危害人体健康。国内外已开发出多种禽养殖废水处理技术,对这些技术进行分析和总结,对于推动我国畜禽养殖废水处理技术的进步非常重要。

1畜禽养殖废水特点与污染现状

畜禽养殖废水处理难度大。其特点主要如下:(1)COD、SS、NH3-N含量高;(2)可生化性好,沉淀性能好;(3)水质水量变化大;(4)含有致病菌并有恶臭。畜禽养殖业发展迅速。仅以四川省为例,据相关资料显示,2010年四川省生猪等主要畜禽规模化养殖比重达到45%,预计2020年将提高到80%以上。

目前,我国每年产生畜禽粪便约45亿吨,其化学需氧量(COD)超过我国工业废水和生活污水之和。因此畜禽养殖污染已经是继工业污染、生活污染之后的第三大污染源。而畜禽养殖废水的处理则是其中的重点。

2畜禽养殖废水处理技术

为控制畜禽养殖废水直接外排对环境的破坏,目前畜禽养殖废水的处理技术可分为物化处理技术和生物处理技术两大类。

2.1物化处理技术

常用的物化处理技术有吸附法、磁絮凝沉淀、电化学氧化、Fenton氧化等。

(1)吸附法。该法的关键是吸附介质的选取,目前常用沸石等作为介质。钱锋等采用吸附-过滤法对实际养猪废水进行预处理,以稻草-沸石双层滤料为过滤介质,在5m/h的滤速下,COD、NH3-N和磷的最高去除率分别达47.9%、72.9%和50.1%,还能去除一定量的小分子有机物和臭味,同时附着有大量固体有机物的稻草和吸附有氨氮、磷的沸石,经过处理后可作为土壤改良剂或肥料,但该法对于吸附饱和的过滤介质必须严格处理,避免造成二次污染。

梁文婷等采用氧化镁改性沸石,在最佳作用时间4h下,得到猪场废水中NH3-N、总磷的去除率分别为88.6%和76.2%,该法的改性沸石使用微波制成,能耗和技术要求较高,且吸附剂达到饱和时必须脱附,故只能间歇处理废水。

(2)磁絮凝沉淀。崔丽娜等通过投加磁种和絮凝剂进行磁絮凝分离反应,处理猪场废水,实验条件下,COD为3232mg/L的猪场废水样,去除率最高可达61.02%。该技术工艺流程简单、沉降性好、处理周期短,但会产生大量的化学污泥。

(3)电化学氧化。电化学氧化对氨氮的去除率较高。欧阳超等对实际养猪废水进行电化学氧化处理,在180min内,NH3-N的去除率可达98.22%,但COD的去除率仅14.04%。

(4)Fenton氧化。HyunheeLee等采用Fen-ton氧化法处理5000~5700mgCOD/L的畜禽废水,当H2O2投加浓度为废水初始COD浓度的1.05倍,Fe2+投加浓度4700mg/L,H2O2与Fe2+摩尔比为2,pH值控制为3.5~4,反应30min后,COD和色度的去除率分别高于80%和95%。

KaanYetilm-ezsoy等采用Fenton氧化法处理经UASB消化的畜禽废水,厌氧出水(1750±200)mgCOD/L,色度1500Hazen。当pH值控制为3~4,Fe2+投加浓度100mg/L,H2O2投加浓度1200mg/L时,COD和色度的去除率分别高于95%和96%。

Fenton氧化技术对于COD和色度的去除率较高,可作为畜禽废水深度处理技术,但该技术Fe2+用量大、H2O2的利用率不高。

物化处理技术对畜禽养殖废水的COD、NH3-N、色度等有一定的去除率,可作为畜禽养殖废水的预处理或深度处理工艺,但工程经验不足,目前大多还停留在实验阶段,需要进一步的研究和实践。

2.2生物处理技术

生物处理技术是目前处理畜禽养殖废水的常用技术,包括厌氧处理法、好氧处理法和厌氧-好氧联合处理法等。

(1)厌氧处理法。厌氧处理法适用于处理含高浓度有机物的畜禽养殖废水。常见的有厌氧折流板反应器(ABR)、上流式厌氧污泥床(UASB)、微生物燃料电池(MFC)等。这些畜禽养殖废水厌氧处理技术及参数见表1。

由表1可知,ABR的COD容积负荷较高,水力停留时间较长,能实现含高浓度有机物废水的处理。它是McCarty和Bachmaann等于1982年提出的一种新型高效厌氧反应器,对冲击负荷有很好的适应能力;