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    2017年规模化养猪场废水处理问题备受关注
    时间:2017-05-18

         随着我国农业改革进程的加快,养猪业的经营模式趋于规模化,在带动了经济发展的同时,规模化猪场带来了巨大的环境风险。养猪废水主要是饲养过程中生猪排放的尿液和清洗猪圈产生的高浓度有机废水,含有高浓度的CODTN(主要以氨氮形式存在)和TP,如果不加处理直接排入环境中,会造成水体的富营养化、地下水污染、空气中的氨氮和硫化物污染以及土壤板结等诸多环境问题。2015年,52家规模化畜禽养殖场成为最严环保法的首批监控对象;同时,近几年生猪养殖业利润较低,在巨大的环保压力和市场压力下,如何经济有效的处理养猪废水,由原来的负效益向正效益转变,成为我国养猪业可持续发展需要解决的重要问题。

     

    1 规模化养猪废水处理现状

    规模化养猪废水处理主要有还田、自然处理和生物处理三种模式。

    1.1 还田模式

    还田模式是一种传统的农业处理方法,在土壤微生物的作用下将养殖废水中的有机物质和氮磷营养盐分解转化为供植物生长利用的有机小分子和营养盐。该模式在一定程度上极大地减少了猪场粪便废水的排放,减免了处理过程中的费用,实现了植物营养盐的废物利用;但这种处理模式需要有足够宽广的消纳土地;未经过处理的猪场粪便废水的有机物浓度较高,容易导致植物烧苗和土壤板结;且猪粪废水中的致病微生物直接进入环境,污染土壤和水体。

    1.2 自然处理模式

    自然处理模式一般是利用滩涂、荒地及低洼地带作为稳定塘和人工湿地等的自然处理系统。最初由江西、福建和广东等地规模化猪场采用,主要是进行废水厌氧消化后的处理。该模式总体投资省,运行费用低,但占地面积大,处理效果受季节、温度变化的影响,同时也容易导致地下水的污染。

    1.3 生物处理模式

    由于厌氧发酵处理能够耐受较高的有机物负荷,并可产生清洁可再生的气体能源——甲烷,其成为了目前规模化猪场主要的废水处理方法。猪场粪便污水厌氧发酵生产沼气的工艺已经比较成熟,国际上常用的工艺有:厌氧挡板反应器(ABR)、持续搅拌厌氧反应器(CSTR),厌氧序批式反应器(ASBR),上流式厌氧污泥床反应器(UASB)等。厌氧反应器运行的温度范围在2560℃之间,处理效率能达到2.9 kg COD/m3·天,在全世界被广泛应用。在我国,除上述反应器外,半地埋式推流折返反应器也有一定范围的应用。

    好氧处理猪场废水是早期规模化猪场采用的一种处理方法,主要包括:活性污泥法、氧化沟活性污泥法和序批式活性污泥法(SBR)等。但因简单的好氧处理无法解决猪场废水中极高的有机物浓度,对高浓度的氮磷去除效果也不理想,应用并不广泛。研究者采用间歇曝气和高温好氧生物处理来提高好氧法的处理效果,尤其是猪场污水中TN的去除,如Beline等采用间接曝气的方法去除了53%TN。目前,好氧处理主要用于对厌氧发酵之后的出水进行进一步处理,使污水能够达标排放。

     

    2 规模化养猪废水处理存在的突出问题

    从猪场废水处理的三种基本模式可以看出,还田模式和自然处理模式是靠自然生态循环和大量的土地来消纳污染物,不适用于大规模养殖场,特别是随着经济的发展,土地资源日益紧张,养猪场更趋于规模化,生物处理模式受到大家的关注。目前国内外所用的生物处理工艺流程大致相同,都是固液分离+厌氧消化+好氧处理。有些治污企业不切实际地追求处理设施的机械化和现代化,导致处理工程投资大、运行费用高,致使微利运营的养殖企业难以承受,即使建有处理设施,也可能只是作摆设。因此,有必要对养猪废水生物处理方法及过程进行调查研究和技术经济评价,找出废水处理存在的问题,探寻设施投资少、运行费用低和处理高效稳定的养殖业365bet备用网址方法,进行污染物的减量化、无害化、资源化处理与合理利用,才是治理养殖业污染的最佳途径。以下是两个对生物处理模式有突出影响的因素。

    2.1 高氨氮导致碳氮比失衡,抑制微生物生长

    氨氮主要来源于猪场废水中尿素和蛋白质的分解作用。尽管氨氮是微生物生长所必需的营养物质,但当其浓度超过了一定范围时,会对微生物产生抑制作用。大部分猪场废水中所含的氨氮在5001 000 mg/L之间,当氨氮浓度超过一定数值时就会减少甲烷产量。氨氮会改变细胞内的pH值,抑制相关酶的活性,从而对厌氧产甲烷的菌群产生影响。

    2.2 抗生素的影响

    为了达到治疗疾病或是促进生猪生长发育的目的,养殖场每年会使用大量抗生素,仅用于养猪业的抗生素就多达数十种。在中国,抗生素每年有21万吨的生产总量,其中48%被用于农业和养殖业。一旦这些抗生素被猪摄入体内,其代谢途径虽有不同,但最终会以原始结构或同分异构体的形式排出体外。按照抗生素的种类,占摄入量17%67%的抗生素完全没有改变就被排出体外,并随着粪便尿液进入厌氧反应器,依旧保持原本的抗菌活性,甚至有一部分抗生素的代谢产物比其本身的生物毒性更强。

     

    3 优化废水生物处理模式的对策

    从以上论述可以看出,养猪废水生物处理模式存在的突出问题是高氨氮和抗生素,因此,针对这两个问题,在减量化、资源化、无害化及生态化的原则下,提出如下对策。

    3.1 引入高效脱氮菌

    高效脱氮菌强化技术是将带有特定脱氮功能的一类菌或菌群重新引入受污染环境中,促进目标污染物的降解和转化,该类具有脱氮功能的菌或菌群应分离筛选自相同或相似的生长环境。将高效脱氮菌强化技术应用到养猪废水厌氧-好氧处理系统中,可以通过提高处理系统整体微生物的活性来实现受污染水环境的污染物降解,是一种成本相对较低而环境生态效益显著的技术手段。

    3.2 抗生素的预处理

    抗生素主要在养猪废水厌氧处理中引起相关变化[18],因此,针对具体养猪企业使用抗生素的不同,以及对微生物厌氧发酵过程产生沼气和好氧过程的抑制状况,研究抗生素的衰减规律及其物理化学预处理方法,降低其对水处理微生物的影响,为猪场废水生物处理模式的安全性提供参考。

    3.3 生物自动化控制技术的应用

    从环保角度来看,养猪废水处理主要使用生物处理模式,而在实际运行中,影响生物活性的因素很多,因此,针对以上培养的高效脱氮菌,可以通过生物自动化控制系统强化365bet备用网址系统,根据实际水质的变化,实时在线培养高活性的厌氧和好氧微生物(包括脱氮菌)投加到反应系统,其目的在于:抵御污水水质变化及抗生素废水的冲击;增强反应系统的微生物浓度及活性,增强去除效果;同时,投加高效特定的微生物菌群,可在提高甲烷产量的同时,有效去除氨氮,确保最终出水达标。

     

          规模化养猪废水是一种高浓度有机废水,含氮量高、碳氮比失调,处理难度大。本文结合目前规模化猪场废水处理现状,对不同处理模式进行总结和分析;针对目前生物处理模式所存在的问题,结合国内外研究现状,找出适合规模化养猪废水处理的模式和对策。在生物处理模式下,笔者认为通过引入高效脱氮菌和抗生素的预处理,解决高氨氮和抗生素对微生物毒害的影响,研发针对生物处理系统中厌氧阶段、好氧阶段与生物自动化控制系统的组合,根据实时水质情况培养高活性微生物投加到生物处理系统中,提高甲烷产量,增强系统处理效率,将有望解决规模化养猪废水处理存在的问题。

     

     

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