生物法处理畜禽养殖污水的研究现状与展望

随着我国畜禽养殖业的迅速发展，畜禽养殖场所排放的大量污水已经成为我国环境治理的一个重大问题。根据国家环保总局对全国23个省(区)、市规模化畜禽养殖业污染状况调查表明，畜禽粪便产生量为工业固体废弃物产生量的2.4倍，畜禽粪便化学需氧量(COD)远远超过我国工业废水和生活污水化学需氧量排放量之和。许多地区因畜禽养殖所带来的污染已经或者正在成为当地环境的主要污染源。

根据国家环保总局南京环境科学研究所的研究，畜禽养殖场的污水中含有大量的污染物质，其生化指标极高，如猪粪尿混合排出物的COD值达81000 mg/L，牛粪尿混合排出物的COD值达36000mg/L，笼养蛋鸡场冲洗废水的COD值为43000~77000 mg/L，BOD为17000~32000 mg/L，NH₃一N浓度为 2500~4000 mg/L。这些高浓度的畜禽有机污水如果不经处理直接排入江河湖泊中，就会造成水质恶化、敏感的水生生物死亡等危害；同时，畜禽污水中所含有的高浓度的N、P也是造成水体富营养化的一个重要原因。

因此，畜禽养殖场的污水处理问题已成为现在环境污染治理的一个重要问题。本文主要综述了近几年来生物处理方法在畜禽养殖污水治理中的应用及研究进展，并提出了一些思考和展望，期望能在将生物方法更好地应用于畜禽养殖污水的处理方面具有一定的参考价值 。

一、常用的畜禽养殖污水处理技术

目前常用于养殖污水的生物方法主要有沼气池发酵处理法、氧化塘处理法和人工湿地处理法等。

1．沼气池发酵处理技术

沼气池发酵处理技术属于厌氧生物处理技术。其主要流程为：利用厌氧生物技术，通过配套相应的设施，将养殖污水制成以甲烷为主要成分的沼气，通过沼气池收集到的沼气应用于职工生活、圈舍保温等。一些大型的养殖场还可以通过合理配置沼气发电机组，将沼气转化为电能，利用沼气发电，从而实现养殖场生产、生活用能沼气化，以最大限度地减少养殖污染的处理成本。

此外，如果污水经沼气池厌氧处理后，污染物浓度虽大大降低，但仍未达到排放标准时，该污水还可以作为肥料应用于农田。寿亦丰等以杭州灯塔养殖总场沼气与废水处理工程的为例，试验表明，COD总去除率达98％，NH3一N去除率达99％以上，出水COD≤150mg/L，NH₃一N≤15 mg/L，出水达到污水综合排放标准 (GB8978—1996)的二级标准，日产沼气8500m³。

一般来说，通过带有前处理的沼气处理系统之后，废水中C0D、BOD、SS的去除率一般可以达到85％以上。因此，在发展畜禽养殖业的同时，将污水通过沼气发酵处理“变废为宝”，还可以获得生活、生产能源和有机肥料，这种处理方法，目前已得到了广泛的应用。但是，对于中小型养殖场来说，应用沼气池发酵处理技术需要一些处理设施和占用一定的场地，一次性投资大，会大大降低场的经济效益。尤其是现在的畜禽养殖业，大规模的养殖场只占少数，大部分都是中小规模的农村散户。以福州市为例，规模化的养殖场仅占40％左右，而近60％的养殖场都是农村散户。以养猪业为例，据估算，养殖一头猪的毛利大约只有100~200元，根本无法投入沼气处理所需要的投资。所以，如果能够研发出更简便、易行、成本低的处理方法，以期减少污染，并获得更多的收益。

2.氧化塘处理技术

氧化塘又称为生物稳定塘，它是一种利用天然的或者人工整修过的池塘进行污水生物处理的方法。它对污水的净化过程和天然水体的自净过程相似。当污水在塘内停留较长时间时，其中含有的有机污染物就会被水中微生物的代谢活动降解，其中所需的溶解氧可以由藻类通过光合作用和塘面的复氧作用提供，也可以由人工曝气法提供。氧化塘作为环境工程构筑物，主要是用来降低水体的有机污染物，提高水体中溶解氧的含量，并适当去除水中的氮和磷，减轻水体富营养化的程度等。氧化塘处理法具有操作简单、经济实用、净化效果好的特点，塘内种植的水生植物也可作为饲料或绿肥。但是，氧化塘处理技术受自然条件的限制比较大。一是必须要有现成的塘、沟或者足够的面积来建塘；二是这种方法受光线、温度、季节的影响较大；第三，该方法的处理周期较长。因此，有现成的沟塘可以利用的养殖场才可以采用这项技术，这样就限制了这项技术的推广和应用，有待于进一步的改进和研究。

在国外，一般未经厌氧处理而直接进入氧化塘处理畜禽粪便污水，往往采用多级厌氧塘、兼性塘、好氧塘与水生植物塘 ，污水停留时间长(水力停留时间长达600d，占地面积大，多数情况下氧化塘只作为人工湿地的预处理单元。

3.人工湿地净化技术

人工湿地就是通过沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径以去除废水中悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等物质。人工湿地技术实质上就是模拟和强化自然湿地功能的技术。在人工湿地污水处理系统中，起净化作用的是植物、基质和微生物。基质是湿地中最基础的物质，由砂和砾石构成。植物栽种在砂石上，与砂石共同创造一个供微生物生长、繁殖的环境，在这个环境中产生的微生物就可以将污水净化。

近年来 ，人工湿地的研究越来越受到人们的重视 。叶勇等利用红树植物木榄和秋茄处理牲畜废水营养盐 N、P，结果表明两种植物对 N、P的去除效果较好。廖新佛、骆世明 分别以香根草和风车草为植被，建立人工湿地，随季节不同，对污染物的去除率不 同，C0D去除率可达90％以上，B0D可达80％以上 。

人工湿地处理方法的主要优点有：投资较省 ，能耗少 ，运行管理费用较低；污泥量少 ，不需要复杂的污泥处理系统；且便于管理，对周围环境影响较小。目前，这种模式在欧洲、美国、澳大利亚和东南亚的一些国家应用较多。

但是，人工湿地处理系统存在的主要缺点是：土地占用量较大；处理效果容易受季节温度变化的影响；建于地下的厌氧系统 出泥困难，且维修不便：并且还有污染地下水的可能。因此，这种处理模式对于中小型养殖场仍然是不适用的。

二、近年来养殖污水处理研究的新进展

近年来，人们也在不断地进行着的探索和研究，改进现有技术、处理工艺和处理方法，研究新的处理工艺和方法，应用新材料，开发更加高效、无污染，环保、经济、耗费低的新的处理技术 。

1.厌氧好氧工艺处理畜禽养殖污水

在厌氧工艺处理养殖污水方面，张冲等采用斜板式固液分离一红泥塑料厌氧池工艺处理猪场养殖污水，处理后出水主要指标分别为：COD为283mg/L、BOD₅为122 mg/L、NH3一N为40 mg/L、SS为95 mg/L、TP为6 mg/L，达到国家畜禽污水排放标准同时，还可以收集到大量的沼气 。

在好氧工艺处理养殖场废水方面，于金莲等Ⅱ卅通过实验室模拟试验，探讨了混凝一脱氨．好氧生化处理养猪场废水的工艺。经石灰乳混凝沉淀之后，再经过脱氨作用，使废水中的氨氮低于 200 mg/L，有利于后续生化反应的顺利进行。试验表明，当生化池活性污泥浓度在3500~4500 mg/L之间，COD容积负荷<3．0 kg/m³，NH，-N容积负荷<0.22kg/m³·d时，其生化出水可达到上海市提出的畜牧业排放标准(COD<400mg/L，NH3一N≤100mg/L )。

彭军等选择厌氧．兼氧组合式生物塘作为主体工艺，将上流式厌氧污泥床移植到兼性塘，猪场废水经处理后，其BOD、COD、NH₃-N可分别从9000mg/L、14000mg/L、1200mg/L降至20 mg/L、60 mg/L、65 mg/L。如上所述，这些处理方法效果较为理想，但是，无论是厌氧还是好氧处理工艺,都存在着投资、处理工艺、设备和占用场地等方面的问题，这些问题对于目前养殖业中占大部分的中小规模养殖场来说，仍然是一个大问题 。

2．生物滤池方法处理养殖废水

彭英霞等以北京大兴区种猪场的废水处理工程为实例，实践了生物滤池在处理养殖废水中的实际应用。结果表明，粪污水通过沉淀池的COD去除率为71~90．4％；调节池的COD去除率为 51~79%,高速生物滤池的去除率达63．0％-89．3％，滤池出水的 COD低至127 mg/L，最终的滤池出水水质均达到了国家规定的畜禽养殖业污染物排放标准。而且，系统终端的出水还可应用于周 围林木和农田的灌溉，有较好的环保、生态和经济效益。

潘涌璋等采用高级综合稳定塘工艺对广州市某养猪场的废水进行处理。实际运行结果表明，在废水COD为15899 mg/L、BOD₅为10840 mg/L、氨氮为1283 mg/L和SS为3024 mg/L的条件下，出水COD为71．5mg/L 、BOD₅为23 mg/L 、氨氮为66．5 mg/L，SS为34 mg/L，达到畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)的要求 ，处理效果较好。但是，这些方法需要占用的场地，以及前期必要的投资，中小规模养殖场仍然是无法承担的。

3.新材料应用于养殖场污水处理

林琰对比了硫酸亚铁、漂白粉和活性炭3种活性剂对畜禽养殖污水的处理效果，试验结果表明，活性炭对污水处理的效果最好，使污水的COD值从进样的10500．00 mg/L降低到 147．30 mg/L，BOD从进样的7000．00 mg/L降低到8O．00 mg/L，各项指标均达到国家《畜牧养殖业粪便污染物排放标准》。但是，就目前来说，随着活性炭的市场售价越来越高，使用活性炭技术处理畜禽养殖废水，对于大多数的养殖场来说难以负担 。

竹炭也是炭材料的一种，近年来，人们对竹炭有了较广泛深入的研究。竹炭因其孔隙较一般的炭材料大，所以具有更好的吸附性能。杨磊、陈清松等研究了竹炭对水溶液中苯酚的吸附性能，测得250目竹炭对苯酚的最大吸附值为73．4mg/g，效果良好 。王云燕 、陈清松等以竹炭为载体，制成了竹炭、壳聚糖复合型吸附剂，研究结果表明：在温度为4～15~C，pH值为3．5，复合吸附剂中竹炭．壳聚糖．海藻酸钠的配比为4：O．54：O．06时，复合吸附剂对酸性红B(质量浓度为400mg/L)的饱和吸附量为397 mg/L，吸附效果良好。

张齐生院士则利用竹炭良好的吸附性能，把对分解污染物有益的微生物负载到竹炭上，吸附分解净化污水，以南京林业大学的紫湖溪污水的处理实践为例，取得了良好的效果 。我国竹炭资源丰富，竹炭的造价低廉，可再生性强，如果能将其吸附性能应用在畜禽养殖污水的处理方面 ，前景广阔。

4.固定化微生物技术在养殖污水处理中的应用

固定化微生物技术是近年来研究较多的一门新的污水处理技术。早在1996年，Travieso等利用固定化小球藻处理污水的研究就表明：固定化小球藻对污水净化7d后，污水中的氨氮由原来的35 mg/L--降低为近乎零，磷酸盐的去除率也达到71％。李谷等应用固定化技术，采用改进的pVA．H’BO，固定化方法，以海 藻酸钠作为包埋剂，将富集培养的硝化活性污泥制成固定化小球，对固定化小球在不同条件下其硝化活性的影响进行了研究；同时，采用摇瓶试验比较了固定化小球和悬浮硝化活性污泥对养鳖污水氨氮的处理效果，发现固定化小球对混凝前后养殖污水氨氮的去除率分别为76．5％和 8O．7％，而悬浮硝化活性 污泥为 57．6％和70．2％。固定化小球的处理效果明显优于悬浮活性污泥的处理效果。但是，现在固定化微生物技术在水产养殖的污水处理方面有较多的研究和实践，取得了较好的处理效果，在畜禽养殖方面的应用实践报道还很少见 。

5.有效微生物在养殖污水处理中的应用

邵孝侯等对有效微生物菌群(EM)进行复壮试验 ，并用复壮的EM活性液在厌氧条件下对奶牛场废水进行处理。试验结果表明：复壮后的EM活性液能有效降解奶牛场废水的COD_Cr。与不添加 EM活性液的对照组相比，添加EM活性液可以使CoD_Cr降解较为迅速；而且，添加0．I％EM活性液对奶牛场废水的去除效果要好于添加 O．05％的EM活性液；试验结果还表明，EM活性液对奶牛场废水的臭味有明显的去除效果。

郑耀通利用高效菌藻系统资源化处理畜牧养殖废水。首先厌氧酸化预处理养猪污水，同时，在室内条件下，比较了由小球藻、光合细菌、乳酸菌、红酵母及产朊假丝酵母所组成的菌藻生态系统在不同初始数量配比、不同环境条件下对经厌氧酸化预处理的猪场废水中NH3-N、有机质的去处效果及形成转化藻蛋白的效率。

结果表明，光照利于菌藻系统对氨态氮的去除，而黑暗条件则利于有机质的降解。同时，光照强度愈大，愈有利于氨态氮去除。振荡处理有机质时去除效果比静置时高。该菌藻生态系统可以使酸化养猪场污水在48h内BOD、NH-N的去除率分别达96．8％、98．7％，同时产生6．54g/L菌—藻蛋白。显示出菌藻系统在资源化利用污染严重的养猪污水方面具有的良好应用前景 。

其他，还有许多试验研究有效微生物应用于污水处理的效果与条件 ，以及探索新型材料在污水处理中的应用，目的是研究开发出具有高效、无二次污染、操作简便易行、成本低等特点的新的污水处理方法。另外，目前光合细菌和微生物絮凝剂 ，以及絮凝剂复合菌剂共同作用处理水产养殖污水的方法已进入实际应用阶段 ，而这些方法在畜禽养殖污水处理方面的应用也鲜有报道 。

三、展 望

综上所述，现有的畜禽养殖场的污水处理技术工艺较为复杂，投入较大 ，运行成本较高，有时还需要占用相当面积的土地，这对于规模较大的养殖场来说也是一笔不小的投资，大大降低了养殖场的经济效益，面对于规模较小的养殖场来说，这样的投入养殖人根本无力承担。为了更好地治理养殖污水，研究和开发更简便、可应用性强、且成本低的污水处理.

新方法和新材料，成为目前应当给以重视的一个重要问题。如果可以把廉价的竹炭材料所具有的良好的吸附性能，和高效的微生物所具有的降解特性，以及处理效果较好的固定化微生物技术结合起来，研发出以竹炭为载体材料的固定化微生物菌剂，可以进行直接投加对畜禽养殖污水进行处理，则可以大大降低处理成本 ，简化处理工艺，也无需占用较多的场地.这方面的技术研究还有待于进一步的探索和开发。