摘要:奶牛養(yǎng)殖廢水具有高COD、高SS、高氨氮的特點(diǎn)，大多數(shù)集約化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)所暴露出的廢水未經(jīng)處理任意排放的問(wèn)題，已嚴(yán)重威脅到周邊的生態(tài)環(huán)境。文中敘述了奶牛養(yǎng)殖廢水的來(lái)源及特征，討論了物化處理技術(shù)、自然處理技術(shù)、生物處理技術(shù)在處理奶牛養(yǎng)殖廢水時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出今后在奶牛養(yǎng)殖廢水處理方面仍需解決的重要問(wèn)題。
在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)中，奶牛養(yǎng)殖業(yè)逐漸成為不可或缺的一部分。近年來(lái)，集約化、標(biāo)準(zhǔn)化的奶牛養(yǎng)殖模式已經(jīng)主流。然而，在集約化養(yǎng)殖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量糞尿及沖洗水，且在這些廢水中含有COD、SS及氮磷等高濃度的污染物［1］。據(jù)2015年的《全國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)源COD和氨氮排放量分別為1068.6萬(wàn)t和72.6萬(wàn)t，占全國(guó)總排放量的48%和32%，而畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放量在農(nóng)業(yè)源排放總量中的比例高達(dá)95%［2］。畜禽養(yǎng)殖廢水無(wú)疑已成為引起農(nóng)村面源污染的罪魁禍?zhǔn)?，同時(shí)也嚴(yán)重阻礙了國(guó)家推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的進(jìn)程。目前奶牛養(yǎng)殖廢水的排量越來(lái)越大，全國(guó)范圍內(nèi)并沒(méi)有對(duì)其危害引起足夠的重視，奶牛養(yǎng)殖廢水處理效率很低。
1、奶牛養(yǎng)殖廢水的來(lái)源及特征
在集約化的奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)中，養(yǎng)殖廢水主要包括了牛尿、部分牛糞及牛舍沖洗水。調(diào)研可知，鮮牛糞中含有8.44%～10.62%的有機(jī)物，主要是未消化的蛋白質(zhì)和纖維素等，其中水溶性蛋白質(zhì)含量在1.17%～1.23%之間，pH為7.5［3］。
總體來(lái)講，奶牛養(yǎng)殖廢水具有以下幾個(gè)基本特征:(1)水質(zhì)變化大:牛舍沖洗水是影響奶牛養(yǎng)殖廢水水質(zhì)變化的主要因素，而不同場(chǎng)所不同時(shí)間段產(chǎn)生的沖洗水的水質(zhì)會(huì)有很大差異，導(dǎo)致養(yǎng)殖廢水整體水質(zhì)變化很大。(2)污染指標(biāo)高:奶牛養(yǎng)殖廢水中含有大量的COD、BOD、氨氮、總磷等污染物質(zhì)，其中高濃度的懸浮物也使其處理起來(lái)具有一定的難度［4］。(3)含有致病菌:奶牛養(yǎng)殖廢水中含有大量的致病菌和寄生蟲(chóng)，未經(jīng)處理直接排放會(huì)導(dǎo)致水體惡化［5］。(4)可生化性好:奶牛養(yǎng)殖廢水為例，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，廢水中的B/C比值均超過(guò)了0.45，廢水的可生性好。
2、奶牛養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)
目前奶牛養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)應(yīng)用較多的主要有以下幾類:物化法、自然生態(tài)法、生物法等。下面針對(duì)這幾類處理技術(shù)進(jìn)行綜合分析。
2.1物化處理技術(shù)
未經(jīng)處理的奶牛養(yǎng)殖廢水中含有較多的糞便以及少量的飼料，固體懸浮物濃度很高，單單的生物降解，反應(yīng)器會(huì)因大量固體懸浮物無(wú)法去除而發(fā)生堵塞，影響了工作效率，且污泥活性也會(huì)降低［6］。因此，需要先采用物化法對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，這樣大量的固體懸浮物會(huì)被去除，分離出來(lái)的糞渣也可進(jìn)行二次利用［7］。目前，混凝沉淀、酸堿中和、電化學(xué)、高級(jí)氧化、離子交換等物化處理技術(shù)被應(yīng)用于各行各業(yè)的廢水治理中［8］。
(1)混凝沉淀法
通過(guò)混凝劑的作用使廢水中的膠體顆粒和小懸浮物聚集形成大的絮凝體，絮凝體自然沉降到廢水底部，從而實(shí)現(xiàn)污染物的去除。目前常用的混凝劑主要有聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鐵(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)等混凝劑。該法操作簡(jiǎn)單、成本低廉，迄今為止仍被廣泛使用。周亞紅［9］等研究不同混凝劑對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水的處理效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，混凝沉淀法對(duì)養(yǎng)牛廢水的預(yù)處理效果明顯，鋁鹽和鐵鹽混凝劑可以有效地降低廢水中的有機(jī)物含量，COD去除率為82%以上，混凝產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)量增長(zhǎng)到之前的2.7倍左右，更容易實(shí)現(xiàn)固液分離。
(2)吹脫法
吹脫法主要用于氨氮的去除，其原理是在堿性條件下進(jìn)行空氣吹脫，改變氣液相中的氨比例，利用氨在廢水中處于游離狀態(tài)的特性，使其透過(guò)氣液界面，達(dá)到去除廢水中氨氮的目的［10］。劉麗［11］通過(guò)超聲吹脫法對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水氨氮吹脫的處理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在初始濃度為667.8mg/L，pH=12，曝氣量為0.3m3/h，吹脫時(shí)間為8h的條件下，較終使出水濃度達(dá)到78.4mg/L，達(dá)到了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18596－2001)要求的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。
(3)吸附法
利用吸附材料孔隙密集的特點(diǎn)，可以有效地將廢水中的污染物吸附到吸附劑的表面，將污染物與水體進(jìn)行了分離處理。HaimingHuang［12］等在處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的研究中發(fā)現(xiàn)，使用鎂鹽對(duì)沸石進(jìn)行改性，在改性后的沸石濃度為110g/L、反應(yīng)時(shí)間為40min的條件下，可以去除廢水中82%的氨氮和98%的磷酸鹽。吸附法相對(duì)來(lái)說(shuō)運(yùn)行成本較高，技術(shù)要求也較嚴(yán)格，同時(shí)吸附完成后吸附劑表面會(huì)附著大量污染物，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行脫附防止引起以防發(fā)生二次污染。
2.2自然處理技術(shù)
自然處理技術(shù)是利用河流湖泊等自然水體及土壤中的微生物、植物，利用其生命活動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解，以此達(dá)到凈化廢水的目的，多用于廢水的深度處理。穩(wěn)定塘和人工濕地是兩種常用自然處理技術(shù)。
(1)穩(wěn)定塘工藝
穩(wěn)定塘又稱氧化塘，是一種利用天然或?qū)⑷斯ば拚某靥吝M(jìn)行廢水處理的構(gòu)筑物。通過(guò)藻類光合作用、好氧菌好氧分解、厭氧菌厭氧分解的共同作用，將池塘內(nèi)污染物進(jìn)行降解。具有操作簡(jiǎn)單、投資運(yùn)行費(fèi)用少、出水效果較好的優(yōu)點(diǎn)［13］。但穩(wěn)定塘容易受自然因素的影響，例如要依靠現(xiàn)有池塘進(jìn)行構(gòu)建、季節(jié)溫度的變化可能會(huì)導(dǎo)致凈化效果不穩(wěn)定，因此多數(shù)情況下作為人工濕地的預(yù)處理單元。
(2)人工濕地工藝
與土壤處理類似，人工濕地也具備了低廉的投資和運(yùn)行成本、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，此外，該技術(shù)可針對(duì)不同的污染物，通過(guò)種植合適的植物來(lái)實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和多樣性。但其也存在著占地面積大、受外界條件影響大等缺點(diǎn)。XuYang［14］等在研究潛流人工濕地處理奶牛養(yǎng)殖廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)水流量為3m3/d的條件下，較終可以去除66.98%的COD，57.49%的TP，57.16%的TN和55.09%的NH3－N。
2.3生物處理技術(shù)
生物處理技術(shù)是一種利用微生物自身的代謝來(lái)降解轉(zhuǎn)化水中污染物的方法。具有去除效果好，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。生物處理技術(shù)主要包括厭氧處理技術(shù)、好氧處理技術(shù)和厭氧－好氧聯(lián)合處理技術(shù)等。
(1)厭氧處理技術(shù)
厭氧處理技術(shù)是指在厭氧狀態(tài)下，厭氧菌與兼性菌把廢水中的有機(jī)物利用自身的代謝活動(dòng)中，將其作為自身生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所利用，并較終使有機(jī)物分解為CH4、CO2和H2O等小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的一種廢水處理方法。該技術(shù)經(jīng)歷了近百年時(shí)間的發(fā)展，目前常用的有上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧濾池(AF)、厭氧流化床(AFB)等二代厭氧反應(yīng)器，三代厭氧反應(yīng)器則是以厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器(IC)、上流式厭氧污泥床過(guò)濾器(UBF)和厭氧折流板反應(yīng)器(ABＲ)等技術(shù)為主［15］，厭氧處理技術(shù)能夠去除大量污染物，提高廢水的可生化性，適用于處理高濃度的有機(jī)廢水，并且在養(yǎng)殖廢水的處理上已有很多工程實(shí)例［16］。
聶麗君［17］等研究ABＲ－MAP－MBＲ組合工藝對(duì)高濃度養(yǎng)殖廢水處理效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為2000～3000mg/L時(shí)，經(jīng)ABＲ反應(yīng)器處理后COD去除率穩(wěn)定在70%，較終COD去除率為96.6%，處理效果好。楊陽(yáng)［18］采用UASB處理技術(shù)，反應(yīng)器共運(yùn)行207d，較終COD去除率為80%。
(2)好氧處理技術(shù)
好氧處理技術(shù)是指在好氧微生物的作用下將廢水中污染物降解去除的方法，一般通過(guò)曝氣等方式來(lái)提高好氧微生物的代謝活動(dòng)，從而增強(qiáng)其降解污染物的能力。好氧法可以有效去除廢水中的氮磷及臭味，目前常用的好氧處理工藝有序批式活性污泥法(SBＲ)、氧化溝、A2O工藝、生物濾池、膜生物反應(yīng)器(MBＲ)等［17］。
楊朝暉［18］等在養(yǎng)牛場(chǎng)廢水處理過(guò)程中運(yùn)用了水解酸化－SBＲ好氧工藝，不論是對(duì)COD還是NH3－N，都達(dá)到了90%以上的去除效果，尤其是NH3－N的去除率高達(dá)99%，滿足相關(guān)排放規(guī)定。LijiaoＲen［19］等對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行了稀釋，再利用A/O法進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)器運(yùn)行72d時(shí)，COD去除率為79%～94%，TN去除率為37%～50%，去除效果較好。
(3)厭氧－好氧聯(lián)合處理技術(shù)
在處理養(yǎng)殖廢水的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，僅通過(guò)單一的厭氧或好氧處理技術(shù)并不能滿足廢水的排放要求。厭氧處理技術(shù)雖能去除大部分的COD，但對(duì)高濃度的氨氮基本沒(méi)有去除能力;而好氧處理技術(shù)雖然能夠有效處理廢水的氨氮，出水水質(zhì)較好，但是一般好氧反應(yīng)器容積負(fù)荷較低，高濃度的養(yǎng)殖廢水會(huì)對(duì)其產(chǎn)生沖擊力。因此采用厭氧和好氧技術(shù)相結(jié)合，甚至生物處理與物化處理相結(jié)合的工藝處理養(yǎng)殖廢水成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，并且取得了較好的效果。趙玉祥［20］采用UASB－生物接觸氧化池組合工藝處理養(yǎng)牛廢水的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度為3000～4000mg/L，NH3－N濃度為30～50mg/L時(shí)，較終有98%的COD和80%的NH3－N被去除，組合工藝出水經(jīng)進(jìn)一步的化學(xué)處理后水質(zhì)可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。
3、結(jié)語(yǔ)
針對(duì)目前中國(guó)奶牛養(yǎng)殖廢水污染問(wèn)題，政府部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管力度，完善防治措施，對(duì)于污染源頭要嚴(yán)加監(jiān)管，對(duì)于不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要責(zé)令整改。
雖然目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于奶牛養(yǎng)殖廢水的處理技術(shù)問(wèn)題越來(lái)越重視，但是在實(shí)際運(yùn)用方面還有待加強(qiáng)和改善，需根據(jù)奶牛養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)條件、地理位置等因素選擇合適的處理技術(shù)。對(duì)于廣大研究學(xué)者而言，探討出一種處理效果優(yōu)良、投資成本低、適于推廣的奶牛養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)，對(duì)于奶牛養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)模化發(fā)展具有重要意義。