張靜妮，韓志剛，鄭丹，王文國，鄧良偉*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學研究所，成都 610041；2.福州共創(chuàng)環(huán)保技術(shù)有限公司，福州 350003）

規(guī)模畜禽養(yǎng)殖在為人們提供豐富的肉、蛋、奶等營養(yǎng)食品的同時，也在部分地區(qū)造成了糞尿、污水的過度集中，給周邊環(huán)境帶來了較大壓力。近年來，畜禽糞污的處理與利用已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的焦點。為此，國家發(fā)布了一系列政策，支持和推動糞污的處理利用，在畜禽養(yǎng)殖污染的源頭減量、過程控制、末端利用等方面形成了較為系統(tǒng)的政策體系和處理利用模式。同時，大學、科研機構(gòu)和環(huán)保公司的科研人員、工程師以及養(yǎng)殖場的運行管理人員圍繞畜禽糞污、特別是畜禽養(yǎng)殖廢水的處理利用展開了一系列探索與應用，并取得顯著的進步，也積累了豐富的經(jīng)驗。本文著重從工程應用的角度，分析了預處理、厭氧處理、沼液利用、沼液自然處理、好氧處理、厭氧-好氧組合處理、深度處理等工藝單元的技術(shù)研究與應用現(xiàn)狀，并對以后的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 處理技術(shù)應用現(xiàn)狀

1.1 預處理

畜禽養(yǎng)殖廢水在進入生化處理之前的工藝單元統(tǒng)稱為預處理。預處理包括除雜、均質(zhì)和固液分離等。除雜主要是清除廢水中較大的漂浮物和懸浮物，以免影響后續(xù)處理單元的處理效果和設備的正常運行，常見的除雜措施為格柵，柵條間隙一般為15～30 mm。均質(zhì)的目的是均化廢水水質(zhì)水量，避免水質(zhì)水量波動對后續(xù)處理單元造成沖擊和影響，常見的均質(zhì)措施是在集水池之后、主體工藝之前設置調(diào)節(jié)池。固液分離是最主要的預處理單元，通常采用物理方法將固體部分與液體部分分離，常用的固液分離方法有沉降分離與機械分離。

沉降分離是利用重力作用使廢水中不溶性固體顆粒分離，沉淀時間、廢水濃度、混凝劑的選擇與用量都會影響沉淀性能?；瘜W需氧量（COD）為4 788～11 439 mg·L-1的豬場廢水，沉淀3 h，COD、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮固體（SS）、總磷（TP）、總氮（TN）的去除率分別為47.1%～59.3%、51.2%～64.4%、85.8%～89.7%、57.7%～73.4%、28.1%～36.7%。添加絮凝劑后，COD、SS、TN、TP 的去除率可分別提高7.4～12.4、3.9～13.3、5.3～17.5、2.2～33.2 個百分點[1]。目前，沉降分離主要用于養(yǎng)殖廢水濃稀分離[2-4]。

機械分離可分為篩分、離心分離和壓濾三大類。篩分是利用篩孔進行固液分離，去除率取決于篩孔的大小。常用的篩分設備有水力篩和振動篩，振動篩較水力篩效率更高，也不易堵塞篩孔，但工作噪聲大，零部件也更易損壞。離心分離是在離心力作用下，固體顆粒與周圍液體之間形成密度差異而使固液達到分離，其速度快、效率高，且分離后的糞渣含水率較低，但需消耗大量電能，能耗高、投資大。壓濾分離的脫水率較篩分和離心分離更高，根據(jù)工作原理，壓濾分離機分為帶式壓濾機、板框壓濾機和螺旋擠壓分離機等。工程上，豬場廢水通常采用水力篩和振動篩進行固液分離，但也有采用板框壓濾機進行固液分離。螺旋擠壓分離機常用于牛場廢水固液分離，要求進料總固體（TS）濃度大于3%。林代炎等[5-6]對4種分離機械分離豬場廢水（COD 約17 000 mg·L-1）的效果進行了對比研究，結(jié)果表明板框壓濾機與離心分離機處理能力比較低，斜板篩擠壓機處理能力最高，振動篩擠壓機次之，這兩者的處理能力是板框壓濾機與離心分離機的3～5 倍。板框壓濾機與離心分離機的單位廢水處理電耗較高，是斜板篩（水力篩）擠壓機和振動篩擠壓機的4～5倍。板框壓濾機對污染物去除效果最好，TS、COD 和BOD5的去除率分別為86.3%、85.5%和81.3%，但是投資和占地比較大。離心機內(nèi)襯濾布，對糞污的TS、COD 和BOD5的去除率分別為73.5%、72.4%和66.9%，勞動強度較大。斜板篩擠壓機對TS、COD 和BOD5的去除率分別為49.7%、48.8%和38.6%，擠壓后其糞渣含水率偏高。振動篩擠壓機對TS、COD 和BOD5的去除率分別達62.6%、61.2%和57.5%，分離出的糞渣含水率為53.2%。也有研究表明，在豬場廢水濃度較低（COD 5 692 mg·L-1）的情況下，斜板篩對COD、SS 的去除率只有10%[4]。在一些養(yǎng)殖廢水處理工程中，廢水經(jīng)過水力篩固液分離后，再經(jīng)過疊螺脫水機進一步固液分離，此過程需要加絮凝劑，結(jié)果分離出的糞渣含水率較高，在85%左右。

1.2 厭氧處理

畜禽養(yǎng)殖廢水有機物濃度高，因此通常采用厭氧消化（也稱沼氣發(fā)酵）工藝進行處理，采用該方法既能去除有機污染物，又能產(chǎn)生清潔能源——沼氣。幾乎所有厭氧消化工藝，包括傳統(tǒng)消化工藝（如地下水壓式沼氣池、凈化沼氣池、黑膜沼氣池）和高效的厭氧反應器（如完全混合式厭氧反應器、厭氧濾池、厭氧擋板反應器、厭氧復合反應器、上流式厭氧污泥床、內(nèi)循環(huán)厭氧反應器）在畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用中都有應用。

在我國，上流式厭氧污泥床（UASB）、升流式固體反應器（USR）被廣泛應用于養(yǎng)殖廢水厭氧處理。由于畜禽養(yǎng)殖廢水含有高濃度的懸浮物和氨氮，影響了UASB 高效率的發(fā)揮。因為沒有攪拌，UASB、USR 底部容易形成沉渣，影響進料，甚至造成整個裝置不能進料；UASB 頂部也容易形成浮渣，堵塞UASB 三相分離器和導氣管，導致產(chǎn)生的沼氣得不到很好地收集與利用。

近年來，黑膜沼氣池在我國南方地區(qū)大面積應用。黑膜沼氣池在常溫下運行，有機物降解速度隨季節(jié)、溫度變化而變化，在溫度低的季節(jié)和地區(qū)，有機物轉(zhuǎn)化速率低、容積產(chǎn)氣率低、占地面積大。因為廢水中固態(tài)物質(zhì)容易下沉聚集，所以黑膜沼氣池主要用于處理濃度比較低的沖洗污水，污水進入系統(tǒng)之前需要進行良好的固液分離。黑膜沼氣池的最大優(yōu)點是初期造價低，建造1 m3的黑膜沼氣池造價在40～60 元之間。另外一個優(yōu)點是其能利用地熱保溫。但是，黑膜壽命短，3～5 a 就需要更換維修，因此總造價并不低。黑膜沼氣池出渣困難，需要定期清塘，清理費用高。其底部膜破損會污染地下水，頂膜破損泄漏沼氣，故存在較大安全隱患。

厭氧消化工藝種類較多，究竟哪種工藝處理畜禽養(yǎng)殖廢水的效果更好？一些研究者在相同溫度和相同進水條件下，對比研究了厭氧復合反應器（UBF）、上流式厭氧污泥床（UASB）和上折流厭氧反應器（AP?BR）處理豬場廢水的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同工藝的處理性能差異不明顯，溫度對處理性能的影響更大。在10 ℃條件下，容積沼氣產(chǎn)率為0.32～0.51 L·L-1·d-1，COD去除率為82.2%～91.0%；在15 ℃下，容積產(chǎn)氣率為0.57～0.59 L·L-1·d-1，COD 去除率為91.6%～91.9%；在25 ℃下，容積產(chǎn)氣率為1.93～2.01 L·L-1·d-1，COD去除率為90.7%～90.8%[7]。在溫度35 ℃、有機負荷（以TS 計）8 g·L-1·d-1條件下，YANG 等[8]又對厭氧序批式反應器（ASBR）、厭氧復合反應器（UBF）、升流式固體厭氧反應器（USR）處理豬場廢水的效果進行了對比研究，結(jié)果顯示，ASBR、UBF 和USR 的容積沼氣產(chǎn)氣率分別為2.503、2.447、1.916 L·L-1·d-1，COD 去除率分別為78.1%、79.2%、67.6%。試驗結(jié)果也說明，不同工藝之間的差異較小[9]。關(guān)于溫度對豬場廢水厭氧消化產(chǎn)氣效率的影響，楊紅男等[10]進行了比較系統(tǒng)的研究，獲得了10、15、20、25、30 ℃和35 ℃條件下豬場廢水厭氧消化最大容積產(chǎn)沼氣率分別為0.071、0.271、1.173、1.948、2.196、2.871 L·L-1·d-1，15 ℃的容積產(chǎn)氣率是10 ℃的3.8倍，20 ℃是15 ℃的4.32倍，而25 ℃比20 ℃、30 ℃比25 ℃、35 ℃比30 ℃分別只增加了66.0%、12.7%、30.7%，說明在豬場廢水厭氧消化中，20 ℃是一個轉(zhuǎn)折點。提高處理效率與產(chǎn)氣效率的關(guān)鍵是提升厭氧消化溫度，而最經(jīng)濟的提升溫度的熱源是沼氣發(fā)電余熱。由于豬場廢水濃度較低，產(chǎn)生的沼氣量以及發(fā)電余熱量較小，因此利用發(fā)電余熱只能提高廢水溫度約6 ℃[2，11]。我國絕大部分地區(qū)冬季氣溫低于5 ℃，利用發(fā)電余熱升溫只能將廢水溫度提升到10 ℃左右，因此厭氧消化的效率仍然很低。針對這一問題，鄧良偉團隊開發(fā)了濃稀分流－濃污水加熱沼氣發(fā)酵工藝[2，11-12]、分步加熱－沼氣發(fā)酵工藝[13]。通過濃稀分流可以將豬場廢水分離為濃污水和稀污水，濃污水體積只占總污水體積的20%左右，卻含有約70%的產(chǎn)沼氣有機物，利用發(fā)電余熱加熱濃污水，可以將濃污水溫度提高30 ℃左右，濃污水厭氧消化出水再與稀污水混合，在不考慮散熱情況下，仍然能使稀污水溫度升高約6 ℃，從而可使70%以上的沼氣正常產(chǎn)出[11，13]。在寒冷地區(qū)或在冬季，濃稀分流、分步加熱工藝能顯著提升畜禽養(yǎng)殖廢水處理效率與產(chǎn)沼氣效率，這兩個工藝在實際工程中得到了成功應用。例如河北裕豐京安養(yǎng)殖有限公司2 MW 沼氣發(fā)電工程，該工程采用濃稀分流－重點增溫的沼氣發(fā)酵工藝處理豬場廢水，與采用傳統(tǒng)發(fā)酵模式的其他豬場廢水處理工程相比，容積產(chǎn)氣率提升了50%，同時節(jié)省了41%的增溫能耗[14]。

畜禽養(yǎng)殖廢水中氮含量很高，這會引起工藝條件的不穩(wěn)定，包括中間產(chǎn)物的積累和發(fā)泡及甲烷產(chǎn)量的降低。研究者們對此也提出了一些解決方法，如添加微生物或者無機添加劑進行強化，加速消化并穩(wěn)定沼氣的生產(chǎn)，如添加沸石與微量元素可以減輕氨的抑制作用；也可通過加熱或者化學預處理的方法提高豬場廢棄物的甲烷產(chǎn)量，如在170 ℃下對豬糞進行預處理，結(jié)果表明熱處理使厭氧消化過程的甲烷產(chǎn)率提高了35%；也有將畜禽養(yǎng)殖廢水與其他含氮量較少的材料進行共消化，共消化的甲烷產(chǎn)量更高，運行也更穩(wěn)定，但該方法常因無法獲得足夠數(shù)量的富含碳有機物，而存在一定的局限性[15-16]。

1.3 沼液利用

沼渣沼液是畜禽養(yǎng)殖廢水中的有機物經(jīng)過厭氧消化后的發(fā)酵殘留物，因所含沼渣較少且粒度較細，故一般稱為厭氧消化液，俗稱沼液。沼液兼具廢水和液體肥料的屬性，其養(yǎng)分主要包括發(fā)酵過程中產(chǎn)生的有機、無機鹽類，如銨鹽、鉀鹽、磷酸鹽等可溶性物質(zhì)[17]，其也富含氨基酸[18]、植物激素[19-20]、有機酸[21]等植物生理活性物質(zhì)，因此，沼液具有較高的利用價值。但是，要使沼液有效地還田利用，需要解決好以下幾個問題。

（1）土地承載力。糞肥、沼液適度還田利用有利于培肥地力、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加作物產(chǎn)量、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，過度施用則會導致農(nóng)田土壤及水體污染。因此，沼液還田利用前需要評估養(yǎng)殖場附近土地的承載力。為了保護地下水和地表水不受硝酸鹽污染，歐盟《硝酸鹽法案》[The Nitrate Directive（91/676/EEC）]規(guī)定農(nóng)田氮的輸入量最大為170 kg·hm-2·a-1，并且禁止在冬季施用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2018 年專門發(fā)布了《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》（農(nóng)牧辦[2018]1號），按照該技術(shù)指南測算，大約每頭豬當量的糞污/沼液需要0.027～0.033 hm2的土地消納。上海市地方標準《畜禽糞便生態(tài)還田技術(shù)規(guī)范》（DB31/T 1137—2019）規(guī)定了糞肥施用量：糧食作物，豬場液肥178.5 t·hm-2、奶牛場液肥322.5 t·hm-2；蔬菜瓜果作物，豬場液肥535.5 t·hm-2、奶牛場液肥322.5 t·hm-2；林木作物，豬場液肥267.0 t·hm-2、奶牛場液肥322.5 t·hm-2。單次最大施用量不超過105 t·hm-2，同一地塊液肥施用時間間隔不低于7 d。

（2）沼液儲存。儲存期不得低于配套農(nóng)田作物生產(chǎn)用肥最大間隔期和冬季封凍期或預計最長降雨期，儲存時間不宜小于90 d。

（3）沼液輸送。目前主要采用管網(wǎng)輸送和罐車輸送。管網(wǎng)輸送一次性投資較大，為9 000～15 000 元·hm-2，管網(wǎng)維護管理費7～8 元·t-1。罐車輸送一次性投資較低，但是運行費用較高，運輸及施用費大約30元·t-1[22]。

（4）還田利用標準。按照《畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范》（GB/T 25246—2010）和《沼肥施用技術(shù)規(guī)范》（NY/T 2065—2011），沼液還田利用應執(zhí)行《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）。但是許多地方要求執(zhí)行《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084—2021），甚至是《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084—2021）與《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）的最嚴值，這就需要對沼液進行好氧處理和加藥劑深度處理。加入很多藥劑以后，鹽分增加，處理水是否還適合還田成為不可忽視的問題。

（5）施用的方便性。在農(nóng)村勞動力缺乏情況下，農(nóng)戶自己運輸沼液并施用到地里的方式已經(jīng)很難實現(xiàn)。目前一般通過管網(wǎng)或罐車將沼液輸送到農(nóng)田邊，農(nóng)戶再施用到地里，或者由第三方服務主體直接將沼液運輸并施用到地里。

1.4 沼液自然處理

畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)厭氧處理之后產(chǎn)生的沼液，應優(yōu)先考慮還田利用，剩余的沼液應進行達標處理后再排放。達標處理應首先考慮運行管理簡單的自然處理法。自然處理法主要有穩(wěn)定塘、人工濕地和砂濾池三大類。關(guān)于穩(wěn)定塘、人工濕地和砂濾池處理畜禽養(yǎng)殖廢水或其厭氧消化液，已經(jīng)有許多研究[23]。這些研究主要考察了污染物的去除效果以及提升效果的改進技術(shù)。美國墨西哥灣項目[the Gulf of Mexico Program（GMP）]調(diào)查了68 處總共135 個中試和生產(chǎn)規(guī)模的濕地處理系統(tǒng)，收集了大約1 300個運行數(shù)據(jù)，建立了養(yǎng)殖廢水濕地處理數(shù)據(jù)庫，調(diào)查結(jié)果表明：在平均水力負荷為5.0 cm·d-1條件下，人工濕地對奶牛場廢水BOD5、總懸浮固體（TSS）、氨氮（NH3-N）、TN的平均去除率為68%、47%、60%和51%；在平均水力負荷為5.5 cm·d-1下，人工濕地對豬場廢水BOD5、TSS、NH3-N、TN的平均去除率為58%、52%、40%和39%；在平均水力負荷為3.8 cm·d-1下，人工濕地對家禽廢水BOD5、NH3-N、TN 的平均去除率為25%、20%和22%[24]。僅通過去除效果通常很難評判哪項技術(shù)或哪座工程處理性能更優(yōu)，因為氣溫、面積、水力停留時間不相同，所以沒有可比性。理論上，只要穩(wěn)定塘、人工濕地和砂濾池面積足夠大，停留時間足夠長，則畜禽養(yǎng)殖廢水均能達到排放標準。

自然處理容易受季節(jié)溫度變化的影響[25]，因此，不同溫度下，單位面積自然處理系統(tǒng)對污染物的去除負荷是十分重要的指標。本研究團隊通過15 個月的試驗，獲得了氧化塘、人工濕地對氨氮的去除負荷（表1）[26]，從試驗結(jié)果看，氧化塘的去除負荷高于人工濕地。有研究表明，在10、25 ℃和35 ℃條件下，砂濾池氨氮去除負荷分別為9.87、31.6、31.2 g·m-2·d-1，砂濾池對氨氮的去除負荷分別是氧化塘、人工濕地的7.77～15.9、14.1～23.8 倍[27]。但是，砂濾池在運行過程中容易堵塞，需要經(jīng)常翻動砂濾層。

表1 兩種自然處理系統(tǒng)對豬場廢水厭氧消化液中氨氮的平均去除負荷[26]（g·m-2·d-1）Table 1 Average removal load of ammonia nitrogen from anaerobically digested effluent of swine wastewater by two natural treatment systems[26]（g·m-2·d-1）

以前，自然處理系統(tǒng)在我國南方如福建、廣東一些養(yǎng)殖場應用較多，但由于處理效果不穩(wěn)定，并且受到季節(jié)、糞污負荷變化的影響，目前該系統(tǒng)主要用于小型養(yǎng)殖場糞污處理，或者將氧化塘作為沼液或最終處理出水的儲存池。

1.5 好氧處理

在沒有足夠土地進行沼液還田利用或自然處理的養(yǎng)殖場，需要采用好氧生物處理工藝對沼液進行凈化?；钚晕勰喾ㄊ钱斍皯米顬閺V泛的廢水好氧生物處理工藝，但傳統(tǒng)的活性污泥法對畜禽養(yǎng)殖廢水的效果處理較差，且成本較高，故較少應用于畜禽養(yǎng)殖廢水的處理中。目前畜禽養(yǎng)殖廢水常用的方法是具有間歇曝氣特點的好氧處理工藝，如序批式活性污泥法（SBR）、缺氧/好氧（A/O）工藝、膜生物反應器（MBR）等。對于濃度較低的畜禽養(yǎng)殖廢水（COD 低于4 000 mg·L-1），可以采用好氧工藝進行處理。日本、西班牙、加拿大、意大利、美國以及我國都有采用活性污泥法[28-31]、A/O 工藝[32-34]、MBR[35]直接處理豬場廢水的案例。例如，美國VANOTTI 等[36]采用固液分離-A/O 處理豬場廢水，TSS、VS、BOD5、凱氏氮（TKN）、NH+4-N 和TP 的去除率分別達到97%、90%、99%、96%、96%和93%。近年來，國內(nèi)也有許多環(huán)保公司采用兩級A/O 工藝直接處理豬場廢水，該方法能使出水COD 降到200 mg·L-1以下，氨氮在25 mg·L-1以下[37-38]。實際上，很少有好氧工藝直接處理畜禽養(yǎng)殖廢水的工程案例，一般需要在好氧處理單元前采用固液分離或者絮凝強化的固液分離[31，33-34，36]作為預處理，而不是采用厭氧消化作為預處理。雖然好氧工藝能夠直接處理高濃度的畜禽養(yǎng)殖廢水，而且也能取得良好的處理效果，但是水力停留時間（HRT）長達13～20 d，廢水耗電量10 kWh·m-3，并且污泥產(chǎn)量大[32-33]。

1.6 厭氧-好氧組合處理

對于高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水，通常采用先厭氧后好氧的生化處理工藝，即傳統(tǒng)的厭氧-好氧組合工藝。厭氧單元主要采用完全混合式厭氧反應器（CSTR）、上流式厭氧污泥床（UASB）、升流式固體反應器（USR）、厭氧擋板反應器（ABR）、厭氧復合反應器（UBF）、黑膜沼氣池等。好氧單元以往主要采用SBR工藝[39]，近年來主要采用A/O 工藝[37，40]或多級A/O 工藝[41]。

試驗研究和工程應用均發(fā)現(xiàn)，采用好氧處理工藝直接處理厭氧消化液，COD、NH3-N的去除效果較差，COD 去除率只有10%～70%，出水COD 濃度在500 mg·L-1以上，盡管NH3-N 去除率在80%左右，但出水NH3-N 仍在100 mg·L-1以上[42-44]。處理效果差的主要原因在于，厭氧消化液在好氧后處理過程中，硝化作用消耗堿度致使處理系統(tǒng)的pH 降低（低至6.0 左右），從而影響了微生物的生長代謝[45]。解決這一問題最直接的辦法是加堿提高pH，雖然該方法能改進NH3-N的去除效果，但對TN去除的改善作用較小，并且每立方米廢水加堿量大約1.0～2.0 kg，費用在2～4元，另外還需要人工投加，堿溶化、泵送等，操作繁瑣。也有采用UASB-兩級A/O 組合工藝處理豬場廢水并取得良好效果的報道，如陳鳳祥[37]將UASB－兩級A/O 工藝應用于豬場廢水處理中，在厭氧UASB 容積負荷（以COD 計）5.0 kg·m-3·d-1，AO 生化池污泥負荷在以每千克混合液懸浮固體（MLSS）計的活性污泥每天可承受的BOD5的量為0.075的條件下，整個工藝對TN、COD、BOD5的去除率分別在92%、97%、99%以上。這是因為廢水在UASB 中的水力停留時間短，有機物去除率較低，殘留易降解有機物較多，能滿足A/O 工藝反硝化階段對有機物的需求。在一些豬場廢水處理工程中，UASB 對COD 的去除率通常只有50%～60%，只相當于沉淀池的作用。這種依靠UASB對有機物降解不充分而維持后續(xù)A/O 對碳源需求的方法，容易導致后續(xù)A/O 工藝運行不穩(wěn)定。夏季氣溫高時，由于UASB對有機物充分降解而導致A/O單元碳源不足；冬季氣溫低時，由于UASB對有機物降解效率太低而導致A/O單元有機負荷過高，溶解氧不足。

厭氧消化液直接好氧處理存在的另一個問題是，由于厭氧消化液缺乏有機營養(yǎng)，廢水處理工程啟動時污泥培養(yǎng)困難，有的豬場廢水處理工程經(jīng)過4 年調(diào)試都沒有培養(yǎng)出足夠的活性污泥。因此，另一個解決辦法是補充碳源，工程上有加面粉、飼料，甚至加紅糖或葡萄糖，但添加這些碳源的費用很高，工程上很難應用。鄧良偉等提出了厭氧消化液配原水的技術(shù)路線，添加原水能改善厭氧消化液好氧后處理過程中的反硝化作用，反硝化產(chǎn)生的堿度可以回補硝化階段消耗的堿度，使pH 能穩(wěn)定在7.0 以上，進而使厭氧消化液（沼液）好氧處理效果得到了很大改善。試驗表明，好氧處理工藝（SBR）對配原水后沼液中COD、BOD5、NH3-N、TN 和TP 的平均去除率分別達到89.8%、98.7%、99.5%、93.5% 和54.8%，出水COD、BOD5、NH3-N、TN 和TP 分別為288、15.6、3.89、51.9 mg·L-1和51.9 mg·L-1[39，45-47]?；谠囼灲Y(jié)果，鄧良偉等[39]構(gòu)建了配水比例模型，建立了“厭氧-配原水-間歇曝氣（Anaerobic-adding raw wastewater- intermittent aera?tion，簡稱Anarwia）”的養(yǎng)殖廢水處理工藝，即大部分畜禽養(yǎng)殖廢水先進行厭氧消化，再與小部分未經(jīng)厭氧消化的廢水混合，然后采用間歇曝氣的SBR 或A/O 工藝進行好氧后處理，該工藝只需增加1 臺配水泵，在工程中容易實現(xiàn)，因此獲得了工程技術(shù)人員的廣泛認同，同時也在養(yǎng)殖廢水以及其他高氮高濃度有機廢水處理工程中得到了大面積應用[48-52]。

“厭氧-配原水-間歇曝氣”工藝解決了厭氧消化液好氧后處理效果差的問題。前面提到，畜禽養(yǎng)殖廢水還存在升溫困難和厭氧處理冬季效率低的問題。針對這兩個問題，可以采用濃稀分流-厭氧-好氧組合處理工藝進行解決。YANG 等[11]通過濃稀分離，將豬場廢水分離成體積比1∶9、2∶8、3∶7 的濃污水和稀污水，濃污水用于厭氧消化，厭氧消化后的沼液與稀污水混合后再采用SBR進行好氧處理，SBR對濃稀比1∶9 的混合液中COD 的去除率能達到86.4%，好氧處理出水COD 平均濃度為447 mg·L-1；濃稀比2∶8 混合液中COD 的去除率最高，能夠達到91.0%，出水COD平均濃度為256 mg·L-1；濃稀比3∶7 混合液中COD 的去除率只能達到56.8%，出水COD 平均濃度為949 mg·L-1。在進水NH3-N 濃度為652～668 mg·L-1的條件下，SBR 對濃稀比1∶9、2∶8、3∶7 混合液中NH3-N 的去除率分別達到99.6%、99.7%、87.5%，出水NH3-N濃度分別為2.76、2.02、81.7 mg·L-1。濃稀比2∶8 的系統(tǒng)獲得了最優(yōu)的好氧處理效果；同時，濃污水能產(chǎn)生總產(chǎn)量73.79%的沼氣，采用發(fā)電余熱升溫，厭氧消化溫度可以提高27.8 ℃，從而可以確保冬季正常處理效果與沼氣生產(chǎn)。

盡管濃稀分流-厭氧-好氧組合處理工藝既能改善厭氧消化出水好氧后處理的效果，又能解決厭氧處理冬季效率低的問題，但是，與傳統(tǒng)的厭氧-好氧組合工藝相比，沼氣產(chǎn)量會減少大約30%。最好的厭氧-好氧組合處理工藝應該是既能解決養(yǎng)殖廢水處理存在的兩個問題，又能保持沼氣不減少。畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧出水后處理的最大難點在于高氮低碳消化液的脫氮，短程硝化-厭氧氨氧化工藝為高氮低碳廢水的脫氮帶來了新的希望。將厭氧消化與短程硝化-厭氧氨氧化工藝組合在畜禽養(yǎng)殖廢水處理中已經(jīng)有許多研究[53]，目前主要處在實驗室小試階段。在35 ℃條件下，WANG 等[54]采用短程硝化-厭氧氨氧化顆粒污泥處理豬場廢水厭氧消化液，獲得了73%的TN 去除率和3.9 kg·m-3·d-1的TN 去除負荷，TN 去除負荷約是傳統(tǒng)硝化/反硝化脫氮工藝的10 倍。在福建、廣東、廣西、云南等南方地區(qū)的一些豬場廢水處理工程中，可以看到一些紅色顆粒污泥，自然形成了厭氧氨氧化過程。有研究表明，在自然形成了厭氧氨氧化過程的多級A/O 豬場廢水處理工程中，在缺氧區(qū)，厭氧氨氧化對TN 去除的貢獻達到78.3%，而在好氧區(qū)只有40%。整個系統(tǒng)厭氧氨氧化對TN去除的貢獻率為61.5%，而反硝化的貢獻率為38.5%[55]。而在北方一座采用A2/O 的豬場廢水厭氧消化液處理工程中，通過基于硝態(tài)氮的碳源調(diào)控和間歇曝氣，TN 去除率達到65.5%～83.5%，厭氧氨氧化對TN 去除的貢獻率達到39%～77%[56]。

1.7 深度處理

畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)過厭氧-好氧二級生化處理后，主要污染物能達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）。一些環(huán)境脆弱、敏感的地區(qū)要求處理出水達到更加嚴格的《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級標準，即COD 小于100 mg·L-1，氨氮小于15 mg·L-1，色度小于50 倍，磷酸鹽小于0.5 mg·L-1。為了達到嚴格的排放標準，必須對二級生化處理出水進行三級處理。三級處理也稱深度處理或高級處理，主要方法有混凝、電解、臭氧氧化、芬頓氧化、膜分離等[57]。

通過投加混凝劑使廢水中難以自然沉淀的膠體物質(zhì)以及細小的懸浮物聚集成較大的顆粒，從而與水分離的過程稱為混凝。混凝是畜禽養(yǎng)殖廢水處理中廣泛采用的方法，該方法既可以作為獨立的處理方法，也可以和其他方法配合使用，作為預處理、中間處理或最終處理?；炷膬?yōu)點是設備簡單、操作容易、能耗低、處理效果較好，且間歇或連續(xù)運行均可；缺點是處理出水濃度仍然較高、污泥量比較大、藥劑費用較高。常用的混凝劑有硫酸鋁、聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等?；炷饕コ龖腋∥锖虲OD，對COD 的去除率在50%左右[58]，目前工程上常用的絮凝劑有石灰、PAC和PAM，廢水生化出水絮凝的藥劑費為2.5～4元·m-3。

電解是在直流電的作用下，污染物生成不溶于水的沉淀物或生成氣體而從水中逸出，從而實現(xiàn)廢水的凈化。根據(jù)電極反應發(fā)生方式的不同，可分為電絮凝法、電氣浮法和電催化氧化法（也稱電解氧化法）等，其中應用較多的是電解氧化法。電解氧化法既可以去除COD，也能去除氨氮，COD去除率超過70%，氨氮去除率超過90%，但是該方法能耗太高，去除1 kg氨氮或是1 kg COD的電耗基本上均在90 kWh左右[59-61]。

化學氧化法是通過氧化劑的氧化作用，使難降解的有機物轉(zhuǎn)化為易降解有機物，或?qū)⒂袡C物徹底氧化為CO2和H2O 的方法。目前常用的化學氧化劑有臭氧、氯系氧化劑、過氧化氫等。臭氧氧化脫色效果好，對COD 的去除率較低（約50%），而且電耗高。臭氧氧化用于豬場廢水深度處理時，去除1 g COD 需要消耗7.28 g 臭氧[62]，產(chǎn)生1 kg 臭氧電耗一般為14～22 kWh，因此去除1 kg COD 需要耗電大約140 kWh。氯系氧化劑有次氯酸鈣、次氯酸鈉、二氧化氯等，其脫色效果較好，對COD去除可達30%～50%，每立方米廢水所需藥劑費用大約3 元。以過氧化氫作為氧化劑，F(xiàn)e2+作為催化劑的氧化即Fenton 氧化法，在豬場廢水生化出水深度處理中應用較廣泛，其脫色效果高，COD 去除率高，能超過70%，出水COD 在100 mg·L-1以下。在生化系統(tǒng)處理效果較好的情況下，F(xiàn)enton 氧化法的藥劑費每立方米廢水約為3 元。如果生化系統(tǒng)處理效果差，例如生化出水COD 為947 mg·L-1時，采用Fenton 氧化法，硫酸亞鐵、雙氧水和石灰的投加量大，每立方米廢水的處理費用則高達15.16 元[63]。

膜分離是以壓力為驅(qū)動力，利用膜的選擇透過性將離子或分子或某些微粒從水中分離的過程。根據(jù)膜的孔徑大小可以分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）等。超濾、納濾、反滲透對豬場廢水生化處理出水COD 的去除率分別可達50%、70%、90%，對氨氮的去除率可達28%、48%、79%。反滲透膜雖然能達到很好的出水效果，但是濃水比例達到20%～50%。膜分離最大的問題是膜污染導致膜通量下降，因此需要經(jīng)常洗膜或者更換膜。

通過最近幾年對畜禽養(yǎng)殖廢水處理工程的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以種豬場每頭母豬產(chǎn)生40 L 廢水，育肥豬場每頭存欄豬產(chǎn)生10 L 廢水的水量計算，處理出水達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084—2021）與《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB 18596—2001）最嚴值，厭氧、好氧生化處理加上深度處理，廢水處理成本為10～15元·m-3，出欄1頭肥豬，廢水處理費用為20～25元。

2 結(jié)論與展望

總結(jié)以上有關(guān)畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用技術(shù)研究及應用現(xiàn)狀的分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用可以分為還田利用和達標處理兩種模式。周邊有足夠土地消納糞污/沼液的中小養(yǎng)殖場時，主要采用還田利用模式；大型、特大型養(yǎng)殖場，特別是南方水網(wǎng)地區(qū)、山丘區(qū)的養(yǎng)殖場，周邊沒有足夠土地供糞污、沼液還田利用時，主要采用達標處理模式。

（2）還田利用和達標處理模式，通常都需要采用厭氧消化進行前處理。厭氧消化工藝主要采用傳統(tǒng)消化工藝（如地下水壓式沼氣池、黑膜沼氣池）和高效厭氧反應器（如完全混合式厭氧反應器、上流式厭氧污泥床、升流式固體反應器等）。

（3）達標處理模式主要采用“固液分離-厭氧-好氧-深度處理”工藝。工程上，固液分離通常采用水力篩和振動篩，好氧生化處理主要采用序批式反應器和缺氧/好氧工藝。

（4）僅生化處理難以達到排放標準，通常需進行深度處理，應用較多的深度處理方法有混凝、芬頓氧化等。

展望未來，畜禽養(yǎng)殖廢水處理利用技術(shù)可能呈現(xiàn)以下趨勢。

（1）打通沼氣利用通道，提升厭氧處理減污降碳協(xié)同效應。甲烷排放量在全球溫室氣體排放量中約占20%。在農(nóng)業(yè)行業(yè)，畜禽養(yǎng)殖與糞便管理是溫室氣體排放的主要貢獻者。在“碳中和”的形勢下，國家有可能出臺甲烷限量排放標準，廢水厭氧處理產(chǎn)生的沼氣直接排放將會受到限制。

（2）總氮去除將會成為畜禽養(yǎng)殖廢水達標處理的新要求。對于大型、特大型畜禽養(yǎng)殖場，處理后的出水仍然難以完全還田利用。目前，許多地方要求處理出水達到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》（GB/T 31962）后進入城鎮(zhèn)污水處理廠，該標準對總氮有較高要求。另外，一些省市修訂的《集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放標準》也提出了總氮排放要求。因此，在以后的畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)研究與應用中，應關(guān)注總氮的去除，短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)將會是畜禽養(yǎng)殖廢水研究與應用的熱點。

（3）智能化信息技術(shù)在廢水處理工程中的應用將會更加廣泛。在廢水處理工程中應用智能化信息技術(shù)可以減少人工、提高運行穩(wěn)定性、有效降低費用、提升廢水處理效率。利用數(shù)據(jù)采集、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無線傳輸、反饋信號調(diào)節(jié)等技術(shù)提升廢水處理自動化、智能化程度，將會是現(xiàn)代畜禽廢水處理工程的發(fā)展趨勢。