徐曉云，余峰

（江西省畜牧技術推廣站，江西 南昌 330046）

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)?；杆侔l(fā)展，畜禽養(yǎng)殖廢棄物對生態(tài)環(huán)境造成的危害和破壞越來越嚴重，聯(lián)合國糧農(nóng)組織已把集約化畜禽養(yǎng)殖列為世界環(huán)境問題三大污染源之一[1]。根據(jù)污染源普查動態(tài)更新調查數(shù)據(jù)，2010年畜禽養(yǎng)殖業(yè)的化學需氧量、氨氮排放量分別達到1148萬t、65萬t，占全國排放總量的比例分別為45%、25%，畜禽養(yǎng)殖污染已經(jīng)成為環(huán)境污染的重要來源[2]。加強對畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治成為目前環(huán)境保護和畜牧業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的緊迫任務和重要內容。

近年來，通過加大政策和資金的扶持力度，我國大力發(fā)展厭氧發(fā)酵處理技術（沼氣工程），對于降低污染有機負荷及解決農(nóng)村能源短缺問題具有重要作用。然而通過厭氧發(fā)酵處理的畜禽養(yǎng)殖污水產(chǎn)生量大，若直接排放會對土壤、地表以及地下水造成污染，現(xiàn)行的沼液還田模式往往受到養(yǎng)殖場周邊土地的限制，并且很容易產(chǎn)生二次污染，無法徹底解決沼液的污染問題。因此，加強沼液深度處理技術的研究和應用就顯得非常重要。本文通過介紹國內外養(yǎng)殖場沼液處理技術研究與應用現(xiàn)狀，以期為沼液高效深度處理、資源化利用及防止環(huán)境二次污染等問題提供解決思路。

沼液深度處理技術是指沼液通過物理、生物、化學或者植物吸收利用等方式處理后達標排放或安全回用的技術。以下主要介紹序批式活性污泥法（SBR）、膜生物反應器（MBR）、人工濕地（FW）及沼液濃縮技術在沼液深度處理中的研究和應用進展。

1 序批式活性污泥法（SBR）

序批式活性污泥法（SBR）是在同一反應器中創(chuàng)造好氧／厭氧交替進行的環(huán)境，可實現(xiàn)有機物降解、脫氮、除磷等多種功能，同時具有工藝簡單、操作靈活、耐沖擊負荷等特點，非常適合處理以水質水量變化大為特征的養(yǎng)豬廢水[3]。

在反應器設計及操作過程優(yōu)化方面的研究和應用情況有如下進展。張婧倩等[4]通過對比前置反硝化SBR與連續(xù)流前置反硝化工藝相比在脫氮方面的優(yōu)勢，詳細介紹了前置反硝化SBR工藝的設計方法-簡化模型法，以活性污泥法動力學模型ASM1、ASM2和ASM3為理論基礎,精簡了動力學模型的參數(shù)數(shù)量，對SBR系統(tǒng)的碳源和NO3--N進行了核算，保證SBR最大限度地利用進水中的碳源進行高效脫氮；針對三種C/N值不同的廢水，提出了前置反硝化SBR工藝具體的設計實例,并對設計結果進行了分析。陳碧美等[5]采用兩次進水SBR處理厭氧消化液，厭氧消化液經(jīng)兩次進水SBR處理及硫酸亞鐵同步沉析及絮凝作用，出水CODCr、氨氮、總磷達到排放標準。王亞宜等[6]研究了雙污泥A2NSBR工藝反硝化除磷脫氮特性，主要考察了進水C/P和C/N及HRT的影響作用；同時基于DO、ORP和pH的典型變化規(guī)律，驗證它們作為反硝化除磷過程控制參數(shù)的可行性。

優(yōu)化SBR運行工況也是一個重要的研究方向。楊劍等[7]采用SBR處理豬場廢水厭氧發(fā)酵消化液，在達到脫氮目標的情況下，確定最優(yōu)運行工況條件為在運行參數(shù)C/N為10.4，DO為2.0mg/L，MLSS為5000mg/L條件下，瞬時進水后厭氧攪拌40min+6h前段曝氣+60min后段厭氧攪拌+40min后段曝氣+1h沉淀+40min排水，處理效果最佳。

方炳南等[8]研究確定SBR處理豬場沼液的最優(yōu)的運行工況為:瞬時進水后厭氧1h+曝氣4h+兼氧攪拌80min+沉淀lh+排水40min，整個運行周期為8h，進水C/N控制在10左右，DO值控制在2mg/L時，SBR處理豬場沼液脫氮效果最好，經(jīng)處理后出水水質能基本達到國家排放標準的要求。

重金屬對SBR處理效果影響及SBR活性污泥對重金屬的吸附性能的研究也是當前的一個熱點。邢賾等[9]通過試驗探討了Cu2+對豬場廢水SBR處理系統(tǒng)的影響，在確定去除COD最佳工況條件下，通過曲線擬合得到Cu2+對SBR的臨界脅迫濃度分別為2.994mg/L(按COD排放標準)和4.956mg/L(按Cu2+排放標準)，且通過鏡檢發(fā)現(xiàn)脅迫濃度下SBR微生物有較為明顯的變化。趙麗等[10]以SBR活性污泥系統(tǒng)為對象，研究了不同濃度Ni2+對SBR污水處理系統(tǒng)的長期影響，結果表明，Ni2+對SBR系統(tǒng)的影響隨其濃度的增大而增強；當Ni2+濃度為10mg/L時，Ni2+對SBR去除有機物和氨氮的抑制在試驗前期不顯著，后期則十分明顯，對COD和NH4+-N的去除率分別下降了19.8%和55.6%；當Ni2+濃度分別為20和40mg/L時，Ni2+對活性污泥的抑制作用明顯,對COD和NH4+-N去除率的最大降幅分別為23.4%、68.0%和34.0%、75.3%。在相同Ni2+濃度條件下，通過對比SBR去除COD和NH4+-N的抑制作用發(fā)現(xiàn)，SBR去除NH4+-N的抑制明顯強于去除COD的，說明硝化菌對Ni2+的敏感性大于降解COD的菌種。吳云海等[11]研究了SBR活性污泥對四種重金屬離子(Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe3+)的吸附作用，結果表明:在30℃溫度下，pH為5時,其對Cu2+、Zn2+、Mn2+的去除率達到最大值50%左右;當pH為3時,對Fe3+的去除率達到最大值73.6%，并用二級吸附速率方程描述了吸附動力學過程；在10℃～30℃范圍內,隨著溫度的升高，Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe3+的去除率分別由54.6%、46.3%、45.3%、68.9%,增加到58.6%、51.3%、49.6%、73.6%；當重金屬離子初始質量濃度為50mg/L、污泥投加量為0.2g時，Cu2+、Zn2+、Mn2+和Fe3+的去除率達到最大值，分別為61.5%、54.3%、53.3%和76.2%；吸附等溫線結果表明，Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe3+在污泥上的吸附可用Freundlich方程描述。

董國日等[12]首次提出了成分參數(shù)、過程參數(shù)和工藝參數(shù)3個概念，系統(tǒng)總結了SBR工藝有機物降解過程中COD、DO、OPR、pH數(shù)值曲線變化，討論了成分參數(shù)COD與過程參數(shù)DO、ORP、pH之間以及過程參數(shù)DO、ORP、pH相互間的相關性，探討了利用DO、ORP、pH進行智能模糊控制的可能性，以期為SBR工藝的設計及其自動化控制提供理論基礎。

2 膜生物反應器（MBR）

膜生物反應器(MBR)是指把生物反應與膜分離相結合，以膜為分離介質替代常規(guī)重力固液分離獲得出水，并能改變反應進程和提高反應效率的污水處理方法。作為一種新型的水處理技術，近年來在國內外已在多種水處理領域進行了研究與應用,長期實踐運行結果表明其具有出水水質好、結構緊湊等特點。應用膜生物反應器處理畜禽養(yǎng)殖沼液，不僅可以提高出水水質，還具有濃縮原水的功能。

朱建龍等[13]采用MBR工藝處理規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖沼液對COD、氨氮等具有較好的去除效果，運行穩(wěn)定，運行費用較低；在進水COD平均濃度為1389 mg/L時，平均出水濃度可達到118mg/L，COD平均去除率為91.5%；平均進水氨氮濃度為276mg/L時，出水氨氮濃度可保持在50mg/L以下，平均濃度為31mg/L；MBR的平均有機負荷為2.7kgCOD/(m3/d)，工程運行費用為1.3元/t水，MBR出水水質達到相應的設計標準，并遠優(yōu)于浙江省的行業(yè)標準(DB33/593-2005)。鄭育毅等[14]利用A/O工藝系統(tǒng)中組合膜生物反應器(MBR)處理養(yǎng)豬廢水，研究了混合液污泥質量濃度(MLSS)、氨氮負荷(AL)、堿度、DO與HRT等因素對脫氮的影響，結果表明，通過MBR系統(tǒng)提升MLSS，可提高A/O工藝的脫氮效果，并可減少反應HRT及DO與堿度的消耗。

姜路等[15]將PLC控制系統(tǒng)引入到MBR處理污水過程中，主要對PLC控制系統(tǒng)的配置、控制方式及設計程序結構等方面進行闡述，實際運行結果表明，該控制系統(tǒng)操作簡單方便、運行安全可靠，解決了污水處理操作麻煩、運行維護困難、需專業(yè)技術人員管理等難題。

崔喜勤等[16,17]將養(yǎng)豬場廢水作為處理對象，在不排泥情況下就膜生物反應器(MBR)在處理廢水過程中污染物的去除效果、污泥特性以及膜通量的衰減情況進行了研究，結果表明，MBR對養(yǎng)豬場廢水中污染物的去除效果較好，在水力停留時間(HRT)為9.6～48.0h，化學需氧量(COD)和NH4+-N容積負荷分別為0.2～2.9和0.05～2.10kg·/m3·d的條件下，MBR對COD和NH4+-N的去除率分別為80.1%～93.6%和76.8%～99.7%；反應器中的污泥濃度隨容積負荷的增加而升高，通量隨運行時間的增加而減小，并通過死端過濾實驗和膜污染阻力測定實驗，確定MBR中造成膜污染的優(yōu)勢污染物和優(yōu)勢污染阻力。

3 人工濕地

人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的、與沼澤類似的地面，它是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。濕地系統(tǒng)主要由各種具有透水性的基質、水生植物、水體、濕地中低等動物和好氧或厭氧微生物種群五部分組成。

人工濕地水生植物有多種選擇。朱鳳香等[18]對比研究了茭白、蓮藕和水稻等不同水生作物全生育期對沼液進行消解凈化處理效果，試驗結果表明，1hm2蓮藕池塘在1個全生育期可消納凈化沼液2475t，所得蓮藕符合NY5238-2005無公害食品水生蔬菜的要求;不同水生作物凈化沼液試驗表明，按495t/hm2的灌溉量，茭白和蓮藕只需7d時間消解凈化就可符合國家GB18596-2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》要求，水稻需要14d，而無作物的空白處理則需21d。

大量研究基于人工濕地基質的選擇對處理效果影響。高紅杰等[19]研究了以天然鈣型沸石為基質的循環(huán)流人工濕地對模擬養(yǎng)豬廢水的處理效能，結果表明，高NH4+-N負荷運行22個月,可使人工濕地中的鈣型沸石對NH4+-N的吸附達到飽和；在天然鈣型沸石填料銨飽和條件下,濕地系統(tǒng)對模擬養(yǎng)豬廢水中NH4+-N的處理效果仍可達61%～76%,對TN的去除率可達66%～80%,對CODCr的去除率維持在78%～92%之間。劉娜娜等[20]采用靜態(tài)吸附實驗，對比了岷江砂、沱江砂、青衣江砂、沸石、活性炭對豬場廢水厭氧消化液中氨氮的吸附去除效率，吸附實驗表明，砂對氨氮的去除率隨振蕩時間和投加量的增加而增加，通過吸附等溫曲線Langmuir方程和Freundlich方程擬合，計算得出砂的最大吸附容量為0.418mg/g，與實測吸附容量基本一致。

4 沼液濃縮技術

沼渣、沼液中含有大量的有機質、腐殖酸等營養(yǎng)物質,回用于農(nóng)田可有效提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量,但往往存在附近農(nóng)田消納能力不足、冬季利用量小、遠距離運輸成本高等利用時空分布不均和經(jīng)濟性問題。

針對沼液量大、儲存運輸困難、營養(yǎng)元素偏低的問題，國內外采用真空濃縮和脫水等手段來濃縮沼液以減少其體積和提高營養(yǎng)元素含量[22]。

梁康強等[23]提出了采用高耐污反滲透技術對沼液進行濃縮；通過建立中試規(guī)模膜濃縮裝置,在間歇試驗和連續(xù)試驗的基礎上,分析膜通量、壓力、運行時間、電導率等指標的關系,研究了系統(tǒng)的最佳運行壓力、沼液最佳濃縮倍數(shù)、連續(xù)運行清洗周期等工藝參數(shù)；在此基礎上,對沼液的濃縮效果及系統(tǒng)運行經(jīng)濟性進行了評價，結果表明，建立反滲透系統(tǒng)對沼液進行濃縮是可行的,與原始沼液比較,所產(chǎn)透過液中氨氮、COD和電導率的去除率高達90%以上，同時濃縮沼液體積約為原液的20%～25%，沼液中營養(yǎng)物質濃度提高4～5倍,可回用于農(nóng)業(yè)種植，實現(xiàn)了沼液的高值利用，過濾液可滿足沼氣工程工藝前端調漿要求。

宋成芳等[24]將超濾膜和納濾膜用于畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼液的分離濃縮，處理過程不破壞沼液中有效物質的活性，濃縮液可作為無公害生物肥料的原料；沼液的pH值影響其體積濃縮倍數(shù),當pH值為5時,體積濃縮倍數(shù)為最大值23倍，與沼液原液相比,濃縮液中的常規(guī)營養(yǎng)成分、微量元素和部分活性物質含量均得到顯著提高,其中TP濃度提高了約309倍，微量元素Fe、Mn和Zn濃度分別提高了約104、335和84倍，其他成分含量多數(shù)可提高10～20倍。

5 總結

綜上所述，應對沼液的深度處理有多種方式，各具特點。隨著科學技術的不斷發(fā)展，將出現(xiàn)很多新的技術，現(xiàn)有處理技術也在不斷完善，將不斷優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖沼液深度處理手段。在沼液深度處理實踐中，應該根據(jù)畜禽養(yǎng)殖場的實際規(guī)模和清糞方式等合理選擇廢水深度處理方式，不斷提高畜禽養(yǎng)殖的清潔生產(chǎn)水平。

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