（农业水土工程专业论文）畜禽养殖污水植物净化与资源化利用研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得滥江盘茎或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：i 豫瓠畸 签字日期： 叩年，月刁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝望盘茎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名。豫敏娇 签字日期：冲年歹月叫e 1 导师签名： 签字日期：z 叼年厂月纠e t 浙江大学硕士学位论文 中文摘要 规模化畜禽养殖业迅速发展所排放出的大量污水，给环境造成了巨大的压 力。本文介绍了目前国内外畜禽污水处理现状及存在的问题。在阐述目前畜禽养 殖业导致的主要环境问题及其与可持续发展关系的基础上，从生态系统学的角 度，提出应用植物修复系统对畜禽污水进行无害化处理，实现污水的资源化利用。 本文通过实验，筛选出了一批适合于不同季节、不同浓度养殖污水生存的植 物品种，并对这些植物的净化处理效果进行了深入研究。实验结果表明，不同的 污水浓度、不同的栽培方式、不同的植物对不同污染物的降解效率不同。经实验 研究，筛选出去除磷效果好的植物有：蕹菜、千屈菜、浮萍、菖蒲、黑麦草等； 去除氮效果好的植物有：水葫芦、水花生、蕹菜、黑麦草等。实验发现，蕹菜作 为一种暖季型经济作物，既是很好的青饲料，又是一种很好的蔓生性蔬菜，其嫩 梢、嫩叶可供食用，同时蕹菜生长期长，再生性强，一次种植后可多次收割，免 去反复种植的麻烦；而黑麦草亦是一种再生能力强，刈割后容易生长的冷季型牧 草，作为畜禽的青饲料，它是一种营养价值比较全面的饲料。所以利用漂浮栽培 方式，分季轮换种植蕹菜和黑麦草净化畜禽污水不仅能有效去污，达到净化水体 的效果，而且收割的蕹菜和黑麦草可作为畜禽的饲料，实现各项资源的循环利用 和合理配置。 根据实验结果，本文分析了植物修复系统设计时所要考虑的一些重要影响因 子，介绍了植物修复系统设计的主要步骤及方法。在进行植物修复工程设计时， 需要考虑的因素很多，植物修复系统的设计要因时、因地而异。 最后，对两个规模化养猪场的沼液污水植物修复工程进行了规划与设计。目 前两项工程都已基本竣工，并有部分开始投入试运行。 关键词：畜禽污水；植物修复；沼液净化：工程设计 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n t e n s i v el i v e s t o c k - p r o d u c i n gi n d u s t r yi nc h i n ah a dr e c e n t l yb e e n b o o m i n gp r o m p t l y , w h i c hh a db r o u g h ta b o u ts e v e r ep o l u t i o nb ye m i t t i n g l i v e s t o c kw a s t e w a t e rd i r e c t l yi n t ot h ei m m e d i a t ee n v i r o n m e n t t h i sp a p e r i n t r o d u c e dt h ep r o c e s s i n ga n de x i s t e n tp r o b l e m so ft h ed o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a ii i v e s t o c kw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta tp r e s e n t t h ea c t u a l i t yo f e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sc a u s e db yl i v e 或o c kh u s b a n d r yw a sd i s c u s s e da n d t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nh u s b a n d r y a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tw a s r e m a r k e do n f r o mt h ep o i n to fe c o s y s t e m ，p h y t o r e m e d i a t i o nw a sa d o p t e dt o t h ei i v e s t o c kw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nt h i sp a p er _ t h i sc a nd e a lw i t hi i v e s t o c k w a s t e w a t e rh a r m l e s s l ya n dm a k eu s eo ft h en u t n e n tr e s o u r c e s w 胁m u c he x p e r i m e n t t h et e x ts i e v e das e d e so fp l a n t ss p e c i e ss u i t a b l e f o rd i f f e r e n ts e a s o na n dd i f f e r e n td e n s i t yw a s t e w a t e r f u t h e rr e s e a c hw a s c a r r i e do nt os t u d yt h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft h e s ep l a n t s t h er e s u l ts h o w e d t h a td i f f e r e n ts e w a g ed e n s i t y , d i f f e r e n tc u l t i v a t i o nm e t h o d 。d i f f e r e n tp l a n t s p e c i e sr e m o v e dd i f f e r e n tp o l l u t a n ta td i v e r s es p e e d s p l a n t ss h o w e dg r e a t r e m o v a le f f i c i e n c yo ft ps i e v e di nt h ee x p e d m e n tw e r ei p o m o e aa q u a t i c a ， s p i k e dl o o s e s t d f e ，c o m m o nd u c k w e e d ，y e l l o w f l a gi r i s ，a n n u a lr y e g r a s s p l a n t ss h o w e dg r e a tr e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 3 ns i e v e di nt h ee x p e r i m e n t w e r ee i c h h o m i ac r a s s i p e s ，a l l i g a t o ra l t e m a n t h e r a ，i p o m o e aa q u a t i c a ，a n n u a l r y e g r a s s t h ee x p e r i m e n td i s c o v e r e dt h a ti p o m o e aa q u a t i c ag r e wq u i c k l yi n w a r ms e a s o n i tw a sn o to n l yag r e e na n i m a lf e e d 。b u ta l s oan a t u r a lv e g e t a b l e i nt h em e a n t i m ei p o m o e aa q u a t i c ah a dal o n gg r o w t hp e d o d d u d n gi t sl i f e t i m e i tc a nb eh a r v e s t e df o rs e v e r a lt i m e sa n da v o i d e dt h ea g a i na n da g a i np l a n t t r o u b l e a n n u a lr y e g r a s sw a sa l s oag r e e na n i m a lf e e d a n di tc o u l dg r o w e a s i l yi nc o l ds e a s o n t h eg r a s sw a sag o o d f e e dw i t he n o u g hn o u n s h m e n tf o r l i v e s t o c ka n i m a l s s oi p o m o e aa q u a u c aa n da n n u a lr y e g r a s sa q u i c u l t u r e di n p r o m p e rs e a s o nc o u l dp u r i f yt h e l i v e s t o c ke f f i c i e n t l y t h eh a r v e s t e dp l a n tc o u l d b eau s e f u ia n i m a if e e d t h i sa c t i o nm a d ef u u s eo ft h ev a d o u sr e s o u r c e s e s i nt h es e w a g e a c c o r d i n gt 0t h ee x p e r i m e n tr e s u l t s t h i st e ) c id i s c u s s e dt h ec o n s r u c t i o no f t h ep h y t o r e m e d i a t i o ns y s y t e r m i m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o r sw e r ec o n s i d e r e d a n dd e s i g nm e t h o d sw e r ea n a l y z e d t h e r ew e r el o t so ff a c t o r st ob er e g a l e d i nt h ep h y t o r e m e d i a t i o ns y s y t e r me n g i n e e d n gd e s i g n t h ed e s i g nm a yb e 4 浙江大学硕士学位论文 d i s s i r n i l a d t yu n d e rd i f f e r e n tt i m ea n dl o c a t i o n w i t ht h ea b o v es t u d y , t h et e x td e s i g n e dt w op h y t o r e m e d i a t i o ns y s y t e r m s f o rl i v e s t o c kw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，t h et w op r o j e c t sh a da l r e a d yf i n i s h e dt h e c o n s t r u c t i o n p a 他o ft h ep r o j e c t sw e r ei nu s e k e y w o r d s ：l i v e s t o c kw a s t e w a t e r ；p h y t o r e m e d i a t i o n ；p u r i f i c a t i o n ；d e s i g n 5 浙江大学硕士学位论文 第章绪论 随着经济社会的发展，由此引发的一系列环境问题日益突现，污染事故时有 发生。人们从中也得到了很多教训，人类要实现可持续发展，就要学会与自然和 谐相处，任何破坏环境的行为迟早要得到环境的报复。党的十六大提出了建设和 谐社会的目标，人与自然和谐就是其中一个方面。随着人们生活水平的提高，人 们对于生存环境质量也提出了更高的要求。因此，如何同污染现象做斗争，如何 改善和保护环境不仅是时事的热点，也是研究者关注的焦点。 1 1 课题研究背景 农村水环境是指分布在广大农村的河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水 体和土壤水与地下水体的总称。水环境既是农村大地的脉管系统，对雨洪旱涝起 着调节作用，又是农业生产的生命之源。因此，保护好农村水环境是保障农业生 产发展的基础。近年来，在城市环境日益得到重视并改善的同时，农村环境问题 却越来越突出。近1 0 多年来，农村水污染严重，水环境状况越来越恶化，污染 事故时有发生，各种污染与生态问题交织在一起，不仅对粮食造成减产，影响到 数亿农村人口的生活问题，而且威胁到他们的身体健康，甚至通过水、大气污染 和食品污染等渠道最终影响到城市人口。因此，开展农村水环境污染防治研究意 义重大。 养殖行业是农业污水大户，主要包括畜禽养殖和水产养殖。畜禽养殖业作为 农业生产的重要组成部分，在现代科技的支持下，规模化畜禽养殖业有望成为继 种植业之后的第二大食物产业。传统的养殖方式由于技术和管理问题，已越来越 暴露出不可持续生产的局限性，不但自身受到暴发性流行病的困扰，生产效益的 持续性得不到保证，而且还存在破坏生态环境和浪费资源等弊端。如何对旧的生 产方式进行改革，在有限的资源条件下，进一步提高畜禽养殖业生产和后续处理 水平，同时又保护和改善生态环境，实现可持续发展，是世界范围内畜禽养殖业 所面临的最严峻的挑战。 养殖污水的特性与处理是相对较新的研究领域，与工业污水和生活污水相 比，农业养殖产生的污水具有其独特的特点，首先，采用传统工业污水或生活污 6 浙江大学硕士学位论文 水的处理方法投资过大，养殖业无法承受，并且这些方法并不完全适合养殖污水 ， ， 的处理，不能保证高浓度氮、磷等物质的去除效率：其次，养殖水体中主要是营 养成分，可以直接或者经过一定的处理供作物吸收；再者，养殖污水的处理装备 也有其自身的特殊性，无论装备的体积、使用可靠性和经济性、工艺流程都有不 同于其他行业的特殊要求。因此，发展适合我国养殖污水处理的生态环境工程技 术就显得相当迫切。 资金缺乏是限制我国环保产业发展的直接原因。目前，我国畜禽污水处理设 施几乎全部靠国家财政投资进行建设和运行维护，致使畜禽污水处理工程发展滞 后，水资源污染严重，污水二级处理率明显不足，一部分污染处理设施难以运行 下去。综合考虑我国现有技术和经济的承受能力，建设一批投资省、占地小、效 能高、运行管理便捷和运行成本低的畜禽污水处理设施，是推动畜禽养殖业健康 发展的关键。 1 2 本文研究主要内容 本课题研究目的是为农村畜禽养殖污水提供高效低能耗的生物处理技术、净 化工艺及成套装备，使重度富营养化的养殖场沼液( 直排污水经沼气池处理后) 经多级植物净化系统后的出水达到国家综合污水排放标准，为生态农业的实现和 无公害农产品的生产提供重要保证。 从一次性投资角度看，目前的生物处理由于建设用地较大，较适合用地宽余 的养殖场使用；从后续管理上看，生物处理相对简单，管理费用低；从景观角度 看，生物模块经过一定的选材和布局，具有良好的景观效果；从处理效果看，生 物处理对氮、磷的处理能力较强，具有净化富营养劣质水，节约水资源、保护生 态环境等特点。因此，本文探索利用植物作为生物过滤器，设计一套完整的植物 修复系统来处理畜禽污水，使其达到设计排放标准。 本论文研究内容包括： ( 1 ) 适应不同程度富营养化水平养殖污水的四季植物筛选与组配实验研究 由于畜禽养殖污水是高度富营养化的污水，并非所有植物都能直接在其中 存活。因此，通过对植物适应性的研究可以为整个处理工艺流程提供完整有序的 植物搭配。同时考虑植物生长的季节性因素，选取一定种类的四季植物进行试验 浙江大学硕士学位论文 和搭配，以确保实际工艺的常年运行。 ( 2 ) 植物不同移植期、收获期和不同收获次数对污水净化效率的研究 通过实验研究植物不同移植期、收获期和不同收获次数与污水净化效率的关 系，可以为确定工程规模提供依据，也为实际工程日后的运行和管理设计提供操 作依据。 ( 3 ) 植物净化系统污水处理量与生物生长量的相关性研究 通过研究植物生物量与污染物质吸收量的关系，进一步再清利用植物处理富 营养化污水的作用机理，并跟踪了解污水中污染物质的走向和全流程。有利于更 好地掌握物质循环规律，实现资源的可持续利用。 ( 4 ) 植物不同培植、移植方式对植物生长情况及污水处理效率的研究 在污水中实现植物的栽培有不同的培植方式。对于浮水植物可以不需任何栽 培体，而挺水植物则需要一定的支撑体。泡沫板、竹排、浮水苗盘及一些环保公 司生产的水上栽培体成品都可以用来实现植物的水上培植。根据冷暖季节植物配 置及栽培的需要，设计并定制同时适合冷暖季节植物栽培的栽培体，可节省成本 并提高实际工程运行效率。根据植物的生长特征选取合适的培植方式不仅影响处 理工艺的效率，而且关系到实际工程的建设和运行成本。植物的培植方式选取以 根据实际工程因地制宜地选取经济合适的载体为宜。 ( 5 ) 植物修复系统设计方法研究 植物修复系统的设计要因时、因地而异。污染物不同、场地条件不同、环境 清洁标准不同、拟采用的植物不同，植物修复系统设计的方案也不相同。进行植 物修复系统设计需要考虑场地、水文、地质、气候等诸多因素。 ( 6 ) 植物修复系统处理养殖污水工艺设计案例 根据植物实验结果和植物修复系统设计方法，针对2 个典型养殖场，设计符 合当地实际的沼液污水处理工艺。 8 浙江大学硕士学位论文 第二章。文献综述 我国水资源总量虽然达到2 8 万亿m 3 ，但人均淡水资源量仅有2 3 0 0m 3 ，只 相当于世界人均的四分之一，我国被列为世界上最贫水的1 3 个国家之一。同时 随着我国经济的高速增长，水污染问题日趋严重。一方面水资源匮乏，另一方面 大部分污水未经处理或未经有效处理就直接排放引起的水污染又促使水资源短 缺迸一步加剧，形成了恶性循环，水资源匮乏与水污染已经成为制约社会经济发 展的重要因素之一，水问题已引起世人瞩目。 2 1 我国水环境现状综述 从目前我国水环境存在的问题看，主要有以下五个方面的问题 1 l 。第一，江 河水污染问题。据水利部对7 0 0 条河流的水资源评价反映，水质良好的占评价河 长的3 2 2 ，受污染的河长占评价河长的4 6 5 。全国七大江河中，淮河、黄河、 海河的水质最差，均有7 0 的河段受到污染。黄河、淮河、海河等中下游发生的 断流现象，导致河口严重淤积；不少中小河流由于城镇工业的超量排放污水已成 为污水河。第二，湖泊、水库的富营养化严重。由于我国人口增长和城市化进程 的加快，工农业的发展，特别是农用化肥及农药的大量使用，使排入湖泊、水库 的磷、氮、钾等营养物质增加。据统计我国1 3 1 个大中型湖泊中，有8 9 个湖泊 被污染，有6 7 个湖水水体达富营养化程度。第三，北方地区地下水超量开采， 导致地下水位下降，形成许多大小“漏斗”，如北京、太原、石家庄、保定以及 黑龙江地区的地下水下降严重。第四，海水入侵严重。据调查，辽宁、河北、山 东等省有7 0 个地块发生海水入侵，总面积达1 4 3 3 6 k m z ，其中以烟台、大连最 为严重。第五，水土流失严重。全国水土流失面积达3 6 7 万k m 2 ，每年流失的泥 沙约5 0 亿吨；黄河的泥沙量约为1 6 亿吨，其中4 亿吨淤积在下游，导致黄河河 床每年以l o c m 速度抬高。以上种种构成了我国严重的水环境问题。 由于历史欠账过多和众多的主、客观原因，纵观全国水污染仍呈发展趋势。 传统的污染未能有效控制住，富营养化和有毒化学物质的污染却相继增加；点源 污染还没有效控制住，非点源污染问题在一些地区又突出起来。水资源不合理的 开发利用，尤其是水污染的不断加重，引起了严重的缺水和生态后果。目前我国 污水处理和回收利用过程中普遍存在的主要问题有： 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 污水处理技术水平较低，工程投资较大，处理成本较高，许多污水不 经处理经简单处理即用于农业灌溉或直接排放，造成了二系列的水环境污染和土 壤、农作物污染问题。 ( 2 ) 随着城市和企业的发展，现有水处理设施的处理效率低下，处理能力 严重不足，许多污水处理厂急需技术改造。 ( 3 ) 水体污染日趋严重，水体富营养化已经严重威胁着中国各大城市的供 水安全。 ( 4 ) 乡镇企业污水任意排放和污水长期灌溉造成农村水环境和土壤生态环 境恶化，影响中国农业的可持续发展。 我国政府一再强调不能走发达国家先污染后治理的老路，面对目前严峻的污 染形式，我国在污水防治技术上也做了大量研究。虽然我国政府已下决心、大手 笔地开展水环境整治工作，但是由于历史和技术等各方面的原因，我国目前的水 环境问题仍然让人担忧。有效解决污水处理问题还有很多路要走，探寻新型、高 效、节能的污水处理模式是今后发展的趋向。 2 2 畜禽养殖污水污染及处理综述 建设“菜篮子工程”以来，城乡畜牧业规模发展迅速，各地在城镇郊区附近 建立了一大批养殖厂，由原来农村的分散养殖变成了集中养殖，大量畜禽养殖污 水的直接排放是导致农村水体污染的主要原因之一。 2 2 1 畜禽养殖污水污染现状及其特点 近年来，随着畜禽养殖业的迅猛发展，使畜禽粪尿及污水的实际排放量超过 2 0 0 亿吨，相当于全国工业和城镇生活污水排放总量的一半2 1 ，成为城市郊区的 污染大户。由于当初建立养殖场时，受到资金局限，认识程度差异等原因，许多 畜禽场没有配套的粪污水处理设备。因此，畜禽场的粪便大量堆积。环境恶劣， 严重威胁着周围居民的饮用水水源。由于水环境污染所引发的一些疾病情况也时 有发生。养殖小区和养殖场的污染，不仅影响到农村经济，特别是畜牧业经济的 健康发展，对农民的身体健康也造成了一定的影响。 我国由于丰富的自然资源和市场需求，畜禽养殖规模也不断增大，分布比较 集中。对环境影响较大的大中型畜禽养殖场8 0 集中在人口比较集中、水系较发 1 0 浙江大学硕士学位论文 达的东部沿海地区和诸多大城市周围。其中8 - 1 0 的规模化养殖场距当地居民 ，水源地的距离不超过5 0 m ，3 0 4 0 的规模化养殖场距离居民或水源地最近距离 不超过1 5 0 m p 】。养殖场选址不当不仅构成了对周边地区的环境压力，还在许多 地方造成了畜禽养殖场主与周围居民的环境纠纷。 过去一些地方将规模化畜禽养殖作为产业结构调整、增加农民收入的重要途 径加以鼓励，环境意识相对薄弱，污染治理严重滞后。我国长期以来又把环境工 作重点放在工业污染防治上，对畜禽养殖场的污染治理缺乏相应的管理经验。畜 禽场的宏观环境管理水平普遍较低，全国9 0 的规模化养殖场未经过环境影响评 价，6 0 的养殖场缺乏干湿分离这一最为必要的污染防治措旋。另外，养殖场环 境污染投资力度明显不足，8 0 左右的规模化养殖场缺少必要的污染治理投资。 由于上述畜禽养殖点多面广，污染物排放量大，处理水平低下等原因，迅速 发展的畜禽养殖业排出的粪污成为环境污染的主要来源之一。规模化畜禽养殖业 的粪污排放造成的环境污染主要表现在： ( 1 ) 污染农田生态环境 畜禽粪尿污水中含有丰富的n 、p 及矿物质元素，是农作物的优良肥料，但 有机物含量过高，会使水中硝态氮、硬度和细菌总数超标，从而影响作物的生长。 此外，可导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气，透水性下降及板结。 ( 2 ) 水体富营养化 畜禽粪尿中富含的氮、磷等有机物不经处理直接排入水体，如稻田、湖泊、 水库、内海等水域，造成水体富营养化，出现稻穗倒伏，鱼池泛塘，内海红潮、 赤潮等；在畜禽尿中还含有一些微量的有毒特种污染物一医药残留物，如抗生 素、农药、激素、病原微生物、病毒、致病霉毒，有机有毒物质如多氯联苯g c b ) ， 重金属类如砷等未经处理直接排入水域，造成严重的水源污染；高浓度畜禽有机 污水排入江河湖泊中，由于水质不断恶化，对有机物污染敏感的水生物种群将逐 渐消失，而对污染适应性强的种群数量则增加。湖泊中，由于腐生生物量升高， 植物丛长满程度发生变化，破坏了植物丛的密布带状型。 ( 3 ) 空气污染 高浓度的畜禽污水排入水体，使水生生物腐烂，鱼虾死亡，水体变黑而放出 硫化氢、氨硫醇、甲烷等恶臭气体，污染周围空气，滋生各种蚊蝇，这不仅影响 浙江大学硕士学位论文 场内禽畜的生长，也会危及周围居民的健康。 ( 4 ) 传播疾病，危害城镇郊区周围卫生环境 畜牧场排放的污水中含有大量的大肠杆菌、肠球菌、蛔虫卵等有害微生物和 寄生虫卵，若不对其进行及时处理，会造成大量蚊蝇滋生，甚至引起某些人畜共 患的疾病传播和流行，危害城镇郊区的卫生环境，阻碍养殖业自身的发展。 另一方面，养殖污水含有大量的有机物和氮、磷、钾等营养成分，是我国传 统的农业资源，但同时又含有大量的病原菌、病毒微生物和易使水体富营养化的 污染物，它的产生、贮存、处理及处置过程均有可能危害环境。如何充分利用畜 禽污水中大量未被有效利用的营养元素，如c 、n 、p 等，避免无效的资源流失， 在降低整个农业生产成本的同时将其对环境的压力减小到最低限度，已成为研究 者普遍关注的问题。 2 2 2 畜禽养殖污水处理技术 随着化肥产业的不断发展和人们环境保护意识的不断增强，畜禽污水未经处 理直接还田增加土壤肥力这一古老实践已不再为人们普遍接受。集约化养殖场排 放的大量污水如果直接外排，将对周边环境造成严重破坏。随着人们法律知识和 维权意识的增强，人们更加懂得利用法律来维护自己的权益，迫于社会舆论和环 保部门压力，也出于企业自身可持续发展的要求，越来越多的养殖场走上了污水 处理的道路。虽然经过目前的技术手段处理后的污水一般都达不到国家综合污水 排放标准，但至少在一定程度上降低了对环境的危害。综合而言，目前用于畜禽 污水处理的技术主要有以下几种： ( 1 ) 固液分离技术 无论畜禽场污水采用什么系统或综合措施进行处理，首先都需要迸行固液分 离，固液分离技术一般有筛滤、离心、过滤、沉淀、沉降、浮除、絮凝等，这些 技术都配有相应的设备，以达到脱水、浓缩的目的。常用的设备有筛网、卧式离 心机、压滤机以及水力旋流器、旋转锥形筛、离心盘式分离机等。 沈瑾等 4 1 对规模化猪场粪污水处理固液分离工艺及设备进行了研究，发现粪 污水经固液分离后，干物质可制成有机复合肥，分离出的液体，其t s 、c o d 下 降3 0 4 0 ，可明显降低后期处理的负荷；林代炎等f 5 1 研究应用f z 一1 2 固液 分离机进行养殖污水前处理，结果表明固液分离能有效降低污水浓度，当选用 1 2 浙江大学硕士学位论文 6 0 目筛网时，对t s 、c o d e r 和b o d 5 平均去除率分别达到8 2 4 、7 7 5 和7 3 5 ， 有利于后续厌氧发酵处理工艺正常运行 6 ，7 。 ( 2 ) 厌氧发酵处理工艺 厌氧发酵( a n a e r o b i cf e r m e n t a t i o n ) 即物料中的有机物质在厌氧装置内缺氧条 件下，通过微生物分解最终产生沼气的过程。这些微生物主要由产酸发酵细菌、 产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌等三大类群组成。厌氧发酵应用于污水的处理已有 百年的历史，它可以处理有较高浓度有机物的污水，而且处理后的污水可达到高 度的稳定并可减少生物污泥量，此外，经厌氧发酵的处理，可产生有用的沼气， 开发生物能源。因此，沼气工程是一个有效处理畜禽养殖废弃物的环境工程。 张冲等【g 】应用红泥塑料厌氧工艺处理猪场养殖污水，结果表明：c o d c ，、 b o d 5 、s s 、n h 3 n 、总磷等指标的平均值均符合畜禽养殖业污染物排放标准 ( g b1 8 5 9 6 - - - 2 0 0 1 ) 有关规定；吴素芬等1 9 在浙江省乐清市南塘镇南塘欣欣种猪场 综治污水工程中，研究应用了生态净化沼气技术燃气发电燃料新工艺治理高 浓度粪污废弃物，获得指标：厌氧罐装置c o d e r 去除率8 5 ，b o d 5 去除率9 0 。 曹群芳研究了一套阶梯式沼气净化污水处理工艺：林纯洁等对规模猪场环 境污染治理模式进行了探索，提出采用高效u a s b 厌氧甜l + 湿地+ 水生植物塘生 态化处理组合工艺，污水通过厌氧池和沉淀池处理后。有机物分子得到降解，s s 、 c o d 、b o d 5 分别降低4 1 5 、7 4 1 和9 3 4 0 , 0 ，再经过人工湿地和水生植物塘等 生态法处理后，污水中s s 、c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 的去除率分别为9 7 3 、9 8 6 、 9 9 4 、9 9 9 ，完全达到排放标准。 对于规模化畜禽场，建造厌氧发酵池及配套设备投资很大，污水经过厌氧处 理后污染物浓度虽得到很大程度降低，但是氮、磷等含量仍然很大，要达标排放 还需要进一步的处理设备，更加增大了运转费用。因而，处理工艺的应用急需降 低成本，达到规模化畜禽养殖场能够承受的水平 ( 3 ) 水解酸化技术 水解酸化池是近几年出现的污水处理工艺，从结构与功能来分析，它着眼于 整个污水处理系统的去除效率和经济效益。与厌氧发酵处理工艺相比造价较低， 运行维护更为方便。此技术主要用于对可生物降解的污水进行水解和酸化，使大 分子难降解的有机物，变成易降解的小分子物质，从而提高污水的可生物降解性。 浙江大学硕士学位论文 汪植三等( 1 9 9 5 ) 【1 2 j 已经成功地将这一工艺用于万头猪场的污水处理系统中， 取得了较好的运行效果；李永泽等将水解酸化前置反硝化上向流生物滤池工 艺应用于实际城镇生活污水处理，取得较好效果；董海山等1 1 4 1 将水解酸化和s b r 工艺用于处理小规模养殖屠宰污水，出水水质达到肉类加工工业水污染物排放 标准( g b l 3 4 5 7 2 9 2 ) 的一级排放标准；台明青等对水解酸化工艺在污水处理 中的过程、作用和应用进行了总结。 ( 4 ) 光合细菌和e m 制剂净化畜禽场污水技术 e m ( e f f e e t i v em i c r o o r g a n i s m s ) 菌即指有效微生物菌群，而光合细菌 ( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a , p s b ) 就是其中有代表性的菌种，此外，e m 菌还包括放线 菌、醋酸杆菌、乳酸杆菌、酵母菌、芽孢杆菌等菌种。光合细菌和e m 制剂在我 国自2 0 世纪9 0 年代以来，作为一种具有特殊营养、促生长、抗病因子和高效率 净化养殖污水及对环境和水产动物无毒无害的特殊细菌，在水处理和动物养殖等 领域中被广泛应用。 张风杰等【1 6 】对e m 技术用于污水处理的效率进行了研究，发现同对照组相 比，e m 系统启动时间加快1 0 d 左右，污泥的沉降性能好，污泥产量减少了约2 0 ； 当水力停留时间为6 h ，c o d e r 、b o d 5 、n h 3 - n 和 i n 的去除率分别为9 5 9 2 、 9 9 0 3 、9 1 8 7 和9 6 7 7 ，较对照组分别提高1 0 1 1 、8 0 4 、8 4 8 和1 8 4 1 。 结果表明：e m 能够缩短系统启动时间，改善污泥沉降性能，减少处理系统的污 泥产生量，明显提高污水中污染物的去除效果。 ( 5 ) 生态修复技术处理养殖污水 生态工程修复技术是一种通过水体生态系统中各种生物群落的综合作用而 去除其中污染物的技术；是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动， 对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术。本文将 在2 3 章节中重点介绍生态修复技术类型及应用。 2 2 3 养殖污水处理发展史及趋势 2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代间，世界上许多畜牧业发达的国家和地区首先出 现了畜禽粪便污染问题。随之发达国家制定了相关的法律法规或规定，有效地遏 制了畜牧公害事件的发生。加拿大对畜禽污染的治理主要采取畜牧业与农业高度 结合的方式，并以充足土地进行消化作为解决畜禽污染的出发点；美国在畜禽污 1 4 浙江大学硕士学位论文 染控制方面形成了国家、州政府、地方政府三位一体的环境管理框架，污水必须 经过擂水处理厂，有效控制了污染；欧洲国家在养殖污水处理方面有很多相似的 地方，如规定污水的贮存时间、禁止冬秋季节施粪便等1 1 7 】。 8 0 年代发展中国家畜牧业迅猛发展，与许多发展中国家一样，我国养殖污 染控锘无论是管理上还是政策上都显得滞后。近年来，我国加快了此方面的研究 和治理工作。目前，国内研究较多的方法是生态处理技术。该系统首先利用厌氧 发酵原理，对畜禽养殖场排放的污水进行预处理，降低污染负荷；其次利用自然 生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子 交换来实现对污水的净化；通过湿地植物根系的穿插作用，实现氧气的有效输送， 使得湿地基质中形成好氧、兼氧及厌氧层面交替出现，利于微生物对氮、磷的去 除；经微生物分解后的污染物成为生态模块表层植物的有效养分，实现污染物质 的资源化。高茹英等【1 8 】通过对粪污水进行分离、沉淀、曝气、生物滤池和添加 微生物菌群有机物的降解对比试验，优选出了一套工艺流程，并在北京东广德猪 场进行了工程实践。结果表明，优选出的以生物滤池为主的好氧生物处理工艺降 解效率高、设备投资少、运行费用低且管理方便，高速生物滤池的降解率可达 9 0 以上，整个污水处理系统有机物的降解率达到9 3 0 o , - - 9 7 。吴淑杭等【1 研对猪 粪便生态型处理与资源化技术进行研究，采用生态工程与资源化综合技术处理猪 场粪便，固态粪堆肥发酵后转化成优质有机肥粪水经厌氧产沼、光合细菌液肥 化、水生植物氧化塘多级处理和资源化利用，出水可达排放标准，为猪场粪便的 处置提供了可供选用的技术。 由于畜牧业是微利行业，农民和畜牧经营者无法承受高投资的污水处理模 式，因此低投资的植物修复技术被引进到养殖污水的处理中，随之相关的研究也 越来越多。植物用来修复富营养化湖泊水体的研究很多，在实际工程应用上也取 得了一定成果。用植物修复系统来处理高度富营养化养殖污水的研究还处于探索 阶段。 2 3 污水生态修复技术综述 生态工程修复技术是当前水环境修复技术的研究开发热点。因为大自然在发 展变化的长期过程中，本身已经具备了自我净化、自我完善的强大能力，使得自 浙江大学硕士学位论文 然界得以持续而有序地运行。其中水体的自然生物净化能力，在人类出现之前的 远古时期，就保证了自然界江河湖泊的水体洁净。所以，目前开发的水体生物一 生态工程修复技术，实质上是按照仿生学的理论对于自然界恢复能力与自净能力 的强化。可以说，按照自然界自身规律去恢复自然界的本来面貌；强化自然界自 身的自净能力去治理被污染水体，这是入与自然和谐相处的合乎逻辑的治污思 路，也是一条创新的技术路线。 2 3 1 生态修复技术概述 生态工程修复技术是一种通过水体生态系统中各种生物群落的综合作用而 去除其中污染物的技术；是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动， 对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术。近年来， 这类技术发展很快，在国内外都达到了工程实用化的程度，并且积累了系列观测 数据。 与传统的物理、化学处理方式相比，生态修复技术处理污水具有以下优点： 首先是处理效果好；其次是工程造价相对较低，不需耗能或低耗能，运行成本低 廉。工程所需的微生物具有来源广、繁殖快的特点，如能在一定条件下，对其进 行筛选、定向驯化、富集培养，可以对大多数有机物质实现生物降解处理；另外， 这种处理技术不向水体投放药剂，不会形成二次污染。所以，这种廉价实用技术 不仅适用于我国江河湖库大范围的污水治理工作，也同样可用于诸如居民小区等 小范围的污水回收和治理工作，甚至用这种生态工程的技术可以与绿化环境及景 观改善相结合，在治理区建设休闲设施和体育设施，从而创造人与自然相融合的 优美环境，促进入与自然的协调发展。 2 3 2 污染水体生态修复主要技术类型 ( 1 ) 自然净化修复和强化自然修复技术 自然净化修复是指河流、湖泊受到污染后能够在一定程度上通过自然净化使 其恢复到受污染以前的状态。污染物进入水体后，有机物在微生物作用下，进行 氧化降解，逐渐被分解，最后变为无机物。随着有机物被降解，细菌经历了生长 繁殖和死亡的过程。当有机物被去除后，河水水质改善，河流中的其他生物也逐 渐重新出现，生态系统得到恢复。 1 6 浙江大学硕士学位论文 为了达到更快更好的处理效果，向河流输送某种形式的能量或者物质，强化 水体固有的自我净化过程，就是强化自然净化修复。通常有以下三种途径：水体 曝气复氧技术；多功能水体生态工程修复技术；生物试剂添加技术( 投菌法) 。 自然净化修复和强化自然修复技术工艺相对简单，但工程效果因时因地而 异，修复效果受环境影响较大，因而运行稳定性较差。 ( 2 ) 陆生生态修复技术( 土地处理技术) 陆生生态修复是利用土壤一植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化 功能对被污染的水体进行易位处理的技术。可分为以净化、回收利用污水为主要 目的的土地渗滤技术和以利用水肥资源为主要目的的污水灌溉技术。陆生生态修 复技术应用局限在于可能会引起土壤的二次污染。 一般地，完整的土地渗滤修复系统由预处理、水量调节与贮存、配水与布水、 土壤一植物田间工程、排水及监测等部分组成。根据布水方式、水力负荷大小、 水力流动方向、处理水及回收方式不同，土地渗滤修复可分为慢速渗滤、快速渗 滤、地表漫流与地下渗滤等不同类型。1 9 9 2 年北京市环境保护科学研究院应用 地下土壤毛管渗滤法处理某试验场的生活污水，对污水净化效果和绿地利用作了 研究【z 0 】；清华大学在2 0 0 0 年国家科技部重大专项中，首先在农村地区推广应用 地下土壤渗滤系统，取得了良好效果【2 1 j ；张建等 2 2 1 研究了土壤e h 对地下土壤渗 滤系统总n 去除率的影响；v a nc u y k 等 2 3 1 研究发现，土壤不同深度的土壤含水 量、e h 、颗粒的表面积等均不同，保持一定厚度的土壤层对地下土壤渗滤系统的 净化效果是非常必要的；不同土壤的固p 能力是不同的【2 4 j ，通过改良土壤可增 加其对p 的吸附能力；j o h a n s s o n 等f 2 5 j 研究表明在原土中适当掺和富含f e 、a 1 的物质不仅可以增强除p 的效果，还能增加系统吸附p 的容量；李正昱等【2 6 】将 人工快速渗滤系统应用于实际工程，取得较好效果。 污水灌溉一般采用地面灌溉方法比较安全，可以降低环境的污染。水资源是 有限的，好质量的水更是缺乏，因此污水回收用于灌溉，既可以节约用水，又充 分利用了污水中的肥料，也降低了农业成本。尤其是缺水地区，污水是主要的灌 概资源。通过降低污水处理的级剐，还可以充分利用污水中的养料，减少肥料的 费用。袁耀武等【2 7 】研究了污水灌溉对土壤中不同微生物类群数量的影响；马敏 等分析了我国再生水农业灌溉的现状及发展趋势；彭致功等 2 9 1 对再生水灌溉 1 7 浙江大学硕士学位论文 草坪观赏品质进行了综合评价；朱岐武【蜘研究了污水灌溉对土壤环境的影响。i 这些研究表明，3 级处理过的污水用于灌溉农作物是安全的。对农作物应根据其 需要采取不同的措施进行灌概，根据农作物自身生长的特点，用不同级别的污水 灌溉会取得最优的效果。 多年的实践证明，在我们这样一个水资源比较缺乏的国家，引用污水灌溉， 变废为宝，从我国国情出发，努力积极探索经济有效、技术可行、节省能源的污 水灌溉方法和污水处理与利用系统，科学合理地引用污水灌溉，对缓解日益紧张 的水资源供需矛盾、净化污水、充分利用污水的水肥资源，提高经济效益，保护 生态环境有重要的意义。同时，对污水灌溉要进行实时监测，对其引起的负面影 响不容忽视，要采取积极有效的对策和科学的态度来把污水灌溉引导到更高层 次。 ( 3 ) 水生生态修复技术 水生生态修复技术俗称氧化塘技术。可分为微生物稳定塘和水生生物塘两大 类。其中微生物塘占绝对优势，包括好氧塘、兼性塘、曝气塘、厌氧塘。水生生 物塘又有水生植物塘和养殖塘等。 好氧稳定塘，简称好氧塘，深度较浅，一般不超过o 5 m ，阳光能够透入塘 底，主要由藻类供氧，全部塘水都呈好氧状态，由好氧微生物起有机污染物的降 解与污水的净化作用。 兼性稳定塘，简称兼性塘，塘水较深，一般在1 o m 以上，从塘面到一定深 度( 0 5 m 左右) ，阳光能够透入。藻类光合作用旺盛，溶解氧比较充足，呈好氧 状态，塘底为沉淀污泥，处于厌氧状态，进行厌氧发酵，介于好氧与厌氧之间为 兼性区，存活大量的兼性微生物。兼性塘的污水净化是由好氧、兼性、厌氧微生 物协同完成的。兼性稳定塘是城市污水处理最常用的一种稳定塘。 厌氧稳定塘，简称厌氧塘，塘水深度一般在2 o m 以上，有机负荷率高，整 个塘水基本上都呈厌氧状态，在其中进行水解、产酸以及甲烷发酵等厌氧反应全 过程。净化速度低，污水停留时间长。厌氧稳定塘一般用作为高浓度有机污水的 首级处理工艺，继之还设兼性塘、好氧塘甚至深度处理塘。 曝气稳定塘，简称曝气塘，塘深在2 o m 以上，由表面曝气器供氧，并对塘 水进行搅动，在曝气条