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養殖汙水處理技術研究

添加時間:2019-7-16  錄入:本站  來源:原創

 一、養殖場汙水現狀

  近年來,由於養殖業的快速發展使得養殖汙染成為農業汙染的主要來源,養殖場汙水的處理成為畜禽養殖業健康、可持續發展的主要因素。但是,研究表明,我國畜禽養殖規模仍繼續增加,養殖總量以每年8%的趨勢增長。2015年畜禽養殖業COD排放量占農業汙染源排放量的95%,畜禽養殖業NH3-N排放量占農業汙染源排放量的79%,這將對環境造成的危害越來越大。

  1.1 養殖場汙水的來源

  養殖場汙水由畜禽尿液、飼料殘渣、殘餘糞便、衝洗水等構成。有的養殖場汙水還包括生產處理過程中產生的和人工生活產生的兩部分,前者是主要部分,尿液和衝洗水占了絕大部分。養殖場汙水的產生量主要受養殖場的規模、動植物的飲水方式、人工管理水平等多種因素的影響。研究表明不同的養殖場由於清糞方式的不同,用水量和汙水排放量差異很大。

  1.2 養殖場汙水的特點現狀

  規模化養殖場所產生的汙水主要是一些高濃度、高氨氮、高懸浮物、處理難度大的“三高”廢水。數量大、相對集中、處理難度大的特點導致其在處理過程中存在許多問題。

  1.2.1 數量大

  首先是由於快速發展的養殖業帶來了許多的養殖專業戶和養殖場。其次是由於大部分豬場是漏板式的欄舍且采用水衝式清糞,這就會導致排水量很大。

  1.2.2 相對集中

  首先受人工管理方式的影響,衝洗欄舍的時間基本在早上或者晚上,這樣相對集中的時間會導致汙水的產生也相對集中。另外農業生產是季節性的,大量集中的糞便和汙水量使得周圍的農田無法全部消納,對環境造成嚴重的危害。

  1.2.3 處理難度大

  首先,廢水固液混雜,濁度高,有機質濃度較高,且富含氮、磷,極易腐敗。大量的糞便汙水相對集中,難以運輸,無法在周圍有限的土地上完全消化而成為重要的汙染源,嚴重汙染了周邊環境。其次,受自然和市場的雙重影響,有風險,廢水處理費用高,人們往往在汙水處理上資金投入少。另外,汙水中抗生素和重金屬的殘留問題也逐漸成為養殖場汙水處理的重點。

  二、養殖場汙水處理技術研究進展

  養殖場汙水的處理過程中存在各種各樣的問題,對環境造成了嚴重的危害。不同的畜禽養殖場根據自身的規模、經濟、環境等條件,汙水處理技術也不盡相同。本文主要從源頭減量、生物處理、生態處理、混合處理技術四個方麵來綜述養殖場汙水處理技術研究進展及應用情況。

  2.1 源頭減量技術

  源頭減量是指從源頭上來減少養殖場汙水的產生。人們往往為了追求養殖業的快速發展,提高產量,會選擇在飼料中添加高蛋白,然而當動物不能全部消化吸收時就會對隨著糞便排出對環境造成一定的影響。這就需要采取合理的飼料配方,既滿足畜禽的生產效率和產量的同時,又可以最大程度地減少糞便中氮、磷等的排放,降低環境汙染。有些發達國家開展“生態營養飼料”,也就是在飼料的加工生產喂養過程中通過生態營養配方技術來嚴格控製,使動物的營養係統達到平衡,最大限度地提高營養物質的利用效率。

  2.1.1 生態營養飼料配置技術的關鍵

  (1)原料選擇。原料的選擇直接決定飼料產品的質量,營養變異小、消化率高的原料可以保證畜禽快速生長的前提下,又可以達到排泄少、汙染少的目的。首先,要選擇綠色畜產品的飼料原料,原料中綠色產品至少要達到90%;其次,消化率高、營養變異少,研究表明消化率高的飼料可以使糞尿排出量減少5%;第三,無毒、無害、安全性高的原料選擇也至關重要。研究表明草地資源的選擇直接決定了牛羊的健康養殖。

  (2)加工技術。飼料的加工質量影響著畜禽的消化吸收效果,不同的畜禽對飼料有著不同的需求。豬飼料的顆粒一般會選擇在700~800μm,最常用的是膨化和顆粒化技術加工,這樣飼料的轉化率、消化率最高,也會破壞其中的有毒物質,糞汙排出量也會減少。(3)酶添加。據報道,日糧中添加植酸酶,能有效提高氮的利用率,排出量將會減少2%~5%;添加蛋白酶、聚糖酶等,可以促進營養的消化吸收;添加益生素,可以降低氮的排泄量2.9%~25%;盡量選擇一些高效、低吸收、無殘留的合理利用。

  2.1.2 研究情況

  養殖場汙水的源頭減量化主要是靠生態營養飼料的配置來實現,許多學者對此進行了研究。通過4組實驗研究了生長豬環保型飼料的配置,14.5%的日糧粗蛋白,0.4%總磷,另外可以使用枯草芽孢杆菌和有機微元素。對日糧纖維進行研究,結果表明其嚴重影響豬的消化率。對飼料加工工藝和參數進行優化,從而提高飼料的加工質量,降低汙染的排放量。研究了微生物和酶製劑在秸稈發料飼料應用,結果表明微生物和酶製劑可以大大提高飼料的營養成分,降低汙染物的排放量。

  2.2 生物處理技術

  生物處理就是微生物通過自身的新陳代謝作用,把汙水中的無機物轉化為有機物,從而使廢水得到淨化的一種方法。從需氧的角度來說生物處理方法主要有厭氧生物法、好氧生物法。

  2.2.1 厭氧好氧工藝的發展

  厭氧生物處理法是指生物在無氧或缺氧條件下,利用自身的代謝作用分解汙水中的有機汙染物,使有機汙染物轉化為無機物質的一種方法。厭氧工藝從開始的厭氧消化池,發展到厭氧濾器(AF),厭氧流化床反應器(AFB)、上流式厭氧汙泥床(UASB)厭氧折板式反應器(ABR)、升流式固體反應器(USR)、內循環厭氧反應器(IC)以及第三代膨脹顆粒汙泥床反應器(EGSB和IC)。好氧生物處理法是利用好氧生物代謝作用分解汙水中的有機汙染物一種方法。

  主要由活性汙泥法和生物膜法兩大類別。

  2.2.2 厭氧-好氧聯用技術

  鑒於養殖場廢水的有機物濃度高,直接采用好氧處理,能耗太高,而相對來說厭氧處理的費用低。直接采用厭氧處理的話,CODcr不達標。這就促使許多學者把厭氧好氧工藝結合起來,既能夠保證費用低,又可以實現汙水達標排放。通常厭氧處理會用來製沼氣,供應養殖區和辦公區的用電需求。

  對於厭氧好氧工藝組合,有許多學者進行了相關研究,取得了一定的效果。等把內循環高效厭氧反應器和A/O法結合應用於規模化畜禽養殖場汙水處理,結果顯示在水力停留時間縮短到1~1.5d,容積負荷達到5kgCOD/(m3/d)以上,COD的去除率達到75%。在厭氧-好氧生物濾池處理城市汙水試驗的研究中表明厭氧-好氧生物濾池能夠有效去除汙水中汙染物,當CODcr、NH3-N、和SS的進水分別為23mg/L、56mg/L和112mg/L,水力停留時間為8h,曝氣強度在0.5~0.6L/(m2/s)、CODcr、NH3-N、和SS的去除率分別在90%、75%、80%。等運用厭氧-3級好氧/缺氧生物膜工藝來處理農村生活汙水,結果表明該工藝可以大大提高磷的去除率。

  2.3 生態處理

  生態處理是利用天然的水體或農田建立生態修複係統來淨化汙水的一種方法。規模化養殖場汙水適合的生物處理方式主要有自然還田、氧化塘、人工濕地等,在偏離城市中心有閑置土地的農村地區比較常見,國外養殖場汙水處理采用較多的是美國和澳大利亞,國內主要是在華東地區。

  2.3.1 自然還田

  自然還田是在養殖場的附近有農作物種植,利用養殖場汙水和農田建立一個循環農業生態係統,通常采用自然沉澱或者隨雨水直接排出的方式,是目前重要的汙染源,管理粗放。其關鍵是養殖場規模和農田耕作量,養殖場規模的大小與農田耕作量成正比,才能夠達到生態效益、經濟效益最大化。汙染物中營養成分循環利用,可以降低化肥施用量,但是投資高。自然還田適於遠離市中心區,經濟落後,有足夠農田的農村偏遠地區,同時豬場規模一般2萬頭以下。

  2.3.2 氧化塘

  氧化塘是一種天然的或經過一定人工修建的有機廢水處理池塘,其處理汙水的過程實質上是一個水體自淨的過程。淨化的過程中,既有物理因素,如絮凝、沉澱等,也有化學因素,氧化還原等,還有生物因素,氧化塘法主要適用於有舊河道、沼澤、荒地等的條件下,投資少,運行管理簡單,可以和動植物形成複合生態係統。但是受土地和氣候的影響比較大,土地和氣候會直接影響汙染物的去除率及生態效益。等在談氧化塘處理集約化畜禽養殖場汙水研究中明確了氧化塘法的優缺點及適用條件等,表明氧化塘按照占優型的微生物種屬以及生化反應的差異,可以分為厭氧塘、兼性塘、好氧塘、曝氣4種類型。

  2.3.3 人工濕地

  人工濕地是用人工築成水池或溝槽,底麵鋪設防滲隔水層,種植水生植物,從而使汙水得到淨化。其關鍵是植物的選擇及土壤-濕生物-微生物複合係統的基本性質特征。不同汙染物需要不同的植物來去除。人工濕地法不僅起到汙水淨化作用,而且可以通過天然的濕地環境,創造獨特的生態景觀。通過潛流人工濕地實驗,表明蘆葦和黑麥草可以富集Cr、Cu、Zn等重金屬,並且生長速度快、適應能力強,可以用此構建人工濕地來處理養豬場的汙水。等通過對比2種主要的紅樹植物木欖和秋茄對牲畜廢水的處理,結果表明對N、P的去除效果比較好。研究表明香根草和風車草對汙水中汙染物COD的去除率達到80%以上。

  2.4 混合技術處理

  混合技術處理是為了有效地改善養豬場汙水的質量而選擇多種技術聯用的方法。為了解決養殖場的汙染問題,許多學者會選擇多種技術綜合運用,研究其最佳的處理條件及參數。

  2.4.1 超聲波協同H2O2法

  養殖場汙水處理的影響因素有很多,處理時間、超聲波電流強度、H2O2用量等。多種因素的考慮需要設置正交實驗。通過超聲波協同H2O2來對養豬場汙水進行研究,結果得出了超聲波協同H2O2在電流0.7A、處理時間2min、H2O2用量3%時處理汙水的效果最佳,COD量可降低95%以上,NH3-N含量可降至14~15mg/L,臭味也得到了改善,汙水也由黑色變為淺黃色。

  2.4.2 自然生物處理和石灰混凝沉降

  采用自然生物處理和石灰混凝沉降相結合的工藝來處理養殖場汙水,通過檢測CODcr、TP、pH、細菌總數等一些指標的變化,確定適當的自熱處理天數,進一步添加不同量的石灰來觀察不同階段廢水的處理效果,從而確定石灰添加量,結果表明“自然生物處理+石灰混凝沉降”工藝可以實現養殖場汙水的快速處理。

  2.4.3 改性黏土礦物的吸附

  改性黏土礦物具有儲量豐富、吸附處理效果好、成本低、應用廣泛、再生簡單等優點,具有很高的潛在使用價值。選擇改性後的凹凸棒土對糞便汙水進行吸附研究,結果表明在25℃、吸附時間為60min、pH為5、吸附用量為0.4g時,吸附效果最佳。對COD、TN、TP、NH4+-N、NO3--N、SS去除率可以達91.75%、80.06%、80.80%、83.78%、73.51%、90.20%。

  結束語:

  規模化養殖場的快速發展,使養殖場廢水逐漸成為人們關注的焦點。為了適應不斷出現的汙水問題,人們一步步地將工藝技術進行改進、創新。本文主要從源頭減量、生物處理、生態處理、混合技術處理四個方麵綜述了養殖場汙水處理技術。源頭減量主要是配製生態營養飼料,生物處理法鑒於費用和處理效果綜合考慮,一般厭氧好氧工藝結合起來使用。混合處理主要是多種技術的綜合運用。生態處理技術的關鍵是構築生態修複係統,循環農業發展和人工濕地修複是未來生態處理的主要發展方向。另外,養殖場汙水的處理技術仍需進一步提高,相關政府部門應加大宣傳力度,完善法律法規,同時加大資金的投入,企業或科研單位則應加快技術的開發創新,從而使汙水得到更高效合理的利用。

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