（环境工程专业论文）茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究.pdf

茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 摘要 丹江口水库是举世瞩目的南水北调工程的中线水源地，水域面积8 4 0k m 2 ，蓄 水总量达8 1 亿m 3 ，直接担负为京、津、冀、豫四省( 市) 提供生活饮用水的巨大 任务，其水质状况对于我国未来社会的经济发展和生态安全均具有举足轻重的作 用。丹江口库区分布有两千多条小流域，库区人口生活和主要的农业生产都在这些 小流域中进行。但随着当地农村经济的飞速发展，禽畜废水排放、农田养分流失等 污染已对农村水环境产生了明显的影响，进而威胁着丹江口水库的水质安全。据统 计，丹江口库区7 0 的小流域分布在十堰市辖区，十堰市水资源水环境监测中心对 地表水体监测评价表明：十堰市河流水质总体是好的或比较好的，但局部区域和部 分中、小河流污染较严重。 本研究在十堰市茅箭区茅塔河流域中游廖家村选择了一个小型养殖场( 点源污 染) 和一处坡耕地( 面源污染) 作为试验区，设计、施工并进行了一系列污染防控 研究，为保障农村水质安全而探索合理可行的防控措施。 针对养殖场污水有机物浓度高、氮磷污染严重等特点，设计了氧化沟工艺进行 农村小型养殖场废水处理，设计出水达到禽畜废水排放标准，避免直接排放对环境 造成严重的污染。在氧化沟进行了清水试验，实测并分析了曝气条件下，水流在氧 化沟中的流速分布特点以及曝气机的充氧能力，为优化氧化沟水力条件和后续的污 水调试奠定了基础。 水力试验探明应用规模氧化沟内不同曝气条件下的沟体流态分布状况，并研究 了最佳的曝气条件，曝气机逆向旋转、电机转速1 0 0r m i n 时或曝气转刷顺向转动， 曝气机转速为8 0r m i n 时，不论刷片淹没深度大小，曝气机都能推动沟体水流循环， 并不出现污泥沉积，同时为了减少能耗，选择曝气机刷片淹没深度为1 5 0m i l l ，即 可满足沟体中水流循环所需要的推动力，且不存在污泥滞留死角。 曝气机充氧试验结果表明，曝气转刷的刷片淹没深度和转速是影响其充氧能力 的关键因素。在曝气机刷片淹没深度一定的情况下，当曝气机逆向转动时，充氧能 力随着转速升高而降低，而当曝气机顺向转动时，则相反。对养殖场污水进行处理 调试期间，应根据污水具体情况和清水试验的结论，灵活调整方案，调节曝气机转 速和刷片淹没深度，以期达到最佳的处理效果。 针对坡耕地水土流失严重，易造成农业面源污染的现状，选取茅塔河坡耕地开 展了污染防控试验。结合试验小区实际种植玉米和黄豆，设置植物篱条件及不同农 华中农业大学2 0 0 9 届硕士研究生学位论文 艺措施，研究不同降雨情况下，不同措施对坡耕地水土和养分流失、作物生长影响 以及之间的相互关系。 试验结果表明：降雨量、降雨持续时间以及作物生育期是影响坡耕地水土和养 分流失的重要因素，在施肥后降雨会导致农田肥料来不及被作物吸收而大量流失， 施肥1 2 天后降雨所带走的氮磷养分明显高于未施肥降雨带走的养分含量。同时， 植物篱能够有效控制水土和土壤氮磷养分的流失。在坡耕地上等高种植紫穗槐植物 篱，能够有效减少31 3 的地表径流和5 3 9 的土壤侵蚀量发生。植物篱和农作措 施能有效减少降雨径流中污染物浓度，处理小区的固体悬浮物和高锰酸盐指数浓度 分别比对照减少2 1 1 0 8 和8 3 2 4 9 ，植物篱小区的氮、磷流失量分别是对 照的2 7 0 和7 3 1 。平衡施肥能促进植物对土壤中各种养分的均衡吸收，增加作 物对地表的覆盖，防止水土流失，对阻滞径流对养分的迁移起到明显的效果。玉米 黄豆间作也能够削弱土壤养分的迁移。植物篱与平衡施肥、间作和垄作等农艺措施 相结合，能有效削弱坡耕地的水、土、肥流失。 本文通过对养殖场污水处理工艺的试运行以及清水试验，为农村类似小点源污 染治理提供了一定的理论基础，防治坡耕地面源污染的生态农业模式也经实践证明 是一种非常有效的面源控制模式，较适用于十堰山区饮用水源地水质保护，该模式 可为保障丹江口库区水质安全作出了进一步的贡献。 关键词：氧化沟，流速分布，充氧能力，植物篱，水土流失，养分流失 茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 a bs t r a c t t h ed a n j i a n g k o ur e s e r v o i r ，w i t hw a t e ra r e ao f8 4 0k m 2a n dc a p a c i t yo f8 1b i l l i o n s t e r e ，i st h ew a t e r h e a do fm i d l i n ep r o j e c to ft h ef a m o u ss o u t h - t o n o r t hw a t e rd i v e r s i o n p r o j e c t i th a st h eg r e a tm i s s i o no fp r o v i d i n gd r i n k i n gw a t e rf o rb e i j i n g ，t i a n j i n ，h e b e i ， h e n a n a n dt h eq u a l i t yo fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i rh o l dt h eb a l a n c eo ft h ee c o n o m y d e v e l o p m e n ta n dz o o l o g ys a f e t y i nt h ef u t u r e t h e r ea r em o r et h a n2 0 0 0s m a l l w a t e r s h e d sa r o u n dd a n j i a n g k o ur e s e r v o i r ，b yw h i c ht h ep o p u l a t i o nl i v ea n dd om a i n a g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o ni nt h e s es m a l lb a s i n s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr u r a le c o n o m i c s ， t h ep o i n ta n dn o n e p o i n tp o l l u t i o n ，h a v ea f f e c t e dt h er u r a lw a t e rc o n d i t i o ns e v e r i t ya n d t h r e a t e n e dt h ew a t e rq u a l i t yo fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i r ，w h i c hi n d u c e db yh o g g e r y w a s t e w a t e ra n dn u t r i e n tl o s sf r o mf a r m l a n d a c c o r d i n gt os t a t i s t i c s ，7 0p e r c e n to ft h e s e s m a l lw a t e r s h e d sa r el o c a t e di ns h i y a nc i t y t h er i v e rw a t e rq u a l i t yi ns h i y a ni sg o o d ， h o w e v e r ，l o c a la r e aa n ds o m em e d i u ma n ds m a l lr i v e r se x i s ts e r i o u sp o l l u t i o n ，b y m o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o n o fs u r f a c ew a t e rf r o ms h i y a nc i t yw a t e ra n dw a t e r e n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gc e n t e r w ec h o s eah o g g e r ya n dap i e c eo fs l o p i n gl a n da st h ep i l o ta r e ai nt h em i d d l e r e a c h e so fm a o t ar e s e r v o i ri ns h i y a nc i t y , t h e nd e s i g n e d ，c o n s t r u c t e da n dt o o kas e r i e s o fs t u d y , a n de x p e c t e dt oe x p l o r ef e a s i b l em e a s u r e st og u a r a n t e et h er u r a lw a t e rq u a l i t y b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ep i g g e r yw a s t e w a t e r ，w er a i s e dac a r f to f w a s t e w a t e rt r e a t m e n tf r o ms m a l l s c a l ef a r m si nr u r a la r e a sa n dd e v i s e dt h ew a t e ra f t e r t r e a t m e n tc o u l db eu pt os t a n d a r d ，p r e v e n t i n gt op o l l u t et h ee n v i r o n m e n t t h eh y d r a u l i c t e s tw a sc a r r i e d ，o nt h ea e r a t i o nc o n d i t i o n ，w em e a s u r e da n da n a l y z e dt h ev e l o c i t y d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es t a n d a r do x y g e nt r a n s f e rr a t e ( s o t r ) i no x i d a t i o n d i t c h ，w h i c hl a i dt h ef o u n d a t i o nf o ro p t i m i z i n gt h eh y d r a u l i cc o n d i t i o n so fo x i d a t i o n d i t c ha n df o l l o w - u ps e w e r a g ed e b u g g i n g t h ep i l o t - s c a l eh y d r a u l i ct e s tp r o v e dt h ed i s t r i b u t i o no ff l u i di no x i d a t i o nd i t c h u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，a n ds t u d i e dt h eo p t i m a lc o n d i t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tw h e n a e r a t o rr o t a t e dt ot h es p e e da t10 0r m i nf o ra n t i c l o c k w i s ea n da t8 0r m i nf o rc l o c k w i s e ， r e g a r d l e s so ft h ed e p t ho fb r u s h e ss u b m e r g e d ，t h ef l u i dc o u l dc i r c u l a t ei nt h eo x i d a t i o n w i t he n o u g hd r i v i n gf o r c ea n dw i t h o u ts l u d g ea c c u m u l a t i o n i na d d i t i o n i no r d e rt o i i i 华中农业大学2 0 0 9 届硕士研究生学位论文 r e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，t h ea e r a t o rc o u l dp r o m o t ef l u i df l o wc i r c u l a t i o nw i t h o u t d e a da r e aw h e nt h ed e p t ho fb r u s h e ss u b m e r g e di s15 0n l l n aq u a n t i t yo fo x y g e nt r a n s f e rt e s t sw e r ec o n d u c t e do nt h er o t o r a e r a t o rw i t h h o r i z o n t a ls h a f ti nap i l o t - s c a l eo x i d a t i o nd i t c h t h es u b m e r g e n c ed e p t ho fb r u s h e sa n d t h er o t a t i o n a ls p e e do ft h ea e r a t o rs e r i o u s l ya f f e c tt h es o t ro ft h ea e r a t o r o nc o n d i t i o n t h a tt h es u b m e r g e n c ed e p t ho fb r u s h e si sc e r t a i n ，w h e nt h ea e r a t o rr o t a t e da n t i c l o c k w i s e ， t h es o t ra n dr o t a t i o n a ls p e e dw e r en e g a t i v e l yc o r r e l a t e d ，t h es o t ra n dr o t a t i o n a l s p e e dw e r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw h e nc l o c k w i s e w es h o u l df l e x i b l ea d j u s tt h es c h e m e b a s e do nt h es p e c i f i cc i r c u m s t a n c e so fw a s t e w a t e rd u r i n gc o m m i s s i o n i n g ，a n da c c o r d i n g t h ec o n c l u s i o n s ，r e g u l a t et h es p e e da n ds u b m e r g e n c ed e p t ho fb r u s h e st oa c h i e v et h eb e s t r e s u l t s b a s e do nt h ew a t e ra n ds o i le r o s i o ni ss e v e r i t yo ns l o p i n gl a n d ，a n de a s i l yc a u s e a g r i c u l t u r a ln o n - p o i n tp o l l u t i o n ，w ec a r d e do u tp o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o lt e s t s c o m b i n a t i o no ft h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h et e s tp l o t sp l a n t e dm a i z ea n ds o y b e a n ，w es e t s e v e r a la g r i c u l t u r a lm e a s u r e sc o m b i n e dw i t hh e d g e r o w ，a n ds t u d yt h ei m p a c to f a g r i c u l t u r a lm e a s u r e so nt h ec o n t r o lo fn i t r o g e n ，p h o s p h o r u s ，s o i la n dw a t e rl o s s ，c r o p g r o w t ho ns l o p i n gl a n da sw e l la st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne a c ho t h e r t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tr a i n f a l l ，d u r a t i o na n d c r o pg r o w t hp e r i o da r e i m p o r t a n tf a c t o r so fl o s so fn u t r i e n t ，w a t e ra n ds o i lo ns l o p i n gl a n d ，f e r t i l i z a t i o nb e f o r e r a i nw i l ll e a dt oal a r g en u m b e r so ff e r t i l i z e rl o s sb e f o r et h e yh a dt i m et ob ea b s o r b e db y p l a n t s p l a n th e d g e r o wc o u l dc o n t r o lt h el o s so fw a t e r , s o i l ，a n dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s e f f e c t i v e l y w h i c hc o u l dr e d u c e31 3 i ns u r f a c er u n o f fa n d5 3 9 i ns o i le r o s i o n h e d g e r o w c o m b i n e dw i t h a g r i c u l t u r a l m e a s u r e sc o u l d e f f e c t i v e l y r e d u c et h e c o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si nr a i n f a l lr u n o f f , c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o l ，t r e a t m e n tp l o t s r e d u c e d2 1 1 0 8 a n d8 3 2 4 9 o ft h ec o n c e n t r a t i o n so fs sa n dc o d m n r e s p e c t i v e l y ，a n dt h el o s so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nh e d g e r o wp l o t si s2 7 0 ，7 3 1 t ot h ec o n t r 0 1 b a l a n c e df e r t i l i z a t i o nc o u l dp r o m o t et h en u t r i e n ta b s o r p t i o nb yp l a n t s ， i n c r e a s ec r o pc o v e r a g eo ft h es u r f a c et op r e v e n ts o i le r o s i o n ，a n dp l a ya ni m p o r t a n tr o l e i np r e v e n t i n gn u t r i e n tm i g r a t i o nw i t hr u n o f f s o y b e a ni n t e r c r o p p i n gm a i z ec a na l s o w e a k e nt h em o v e m e n to fs o i l n u t r i e n t s h e d g e r o wa n db a l a n c e df e r t i l i z a t i o n ， i n t e r c r o p p i n ge f f e c t i v e l yw e a k e nt h ew a t e r ，s o i l ，f e r t i l i z e rl o s s i v 茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 b a s e do nt h eh o g g e r yw a s t e w a t e rt r e a t m e n tc o m m i s s i o n i n ga n dh y d r a u l i ct e s ti nt h e o x i d a t i o nd i t c h ，w eh a v el a i ds o m et h e o r e t i cf o u n d a t i o nf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t a n a l o g i c a lw i t ht h et e s tf a r m w ee x p l o r e dae c o a g r i c u l t u r a lm o d e lf o rp r e v e n t i n gt h e r u r a ln o n p o i n tp o l l u t i o no fs h i y a nf r o mt h er u n o f fe x p e r i m e n t so ns l o p i n gl a n d ，w h i c h b e e np r o v e dae f f e c t i v em o d e lf o rp r e v e n t i n gn o n p o i n tp o l l u t i o n t h i sm o d e lc o u l dm a k e f a t h e rc o n t r i b u t i o nf o rw a t e rq u a l i t ya n ds a f e t yo ft h ed a n j i a n g k o ur e s e r v o i r k e yw o r d s ：o x i d a t i o nd i t c h ；f l u i dv e l o c i t yd i s t r i b u t i o n ；s o t r ；p l a n th e d g e r o w ； s o i la n dw a t e rl o s s ；n u t r i e n tl o s s v 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 怒如需保密，解密时间年 月 日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。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做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名： 苏丽 时间： 渺罗年 占月f 譬 日 撇黼张苏雨 椭0 与锨 签名日期：们口_ 7 年占月8 日签名日期：一j 年6 rf 8 日 茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 1 绪论 1 1 国内外研究进展 1 1 1 农村水环境概况 我国是农业大国，近年来，随着农村经济的飞速发展，大量的乡镇工业、生活、 禽畜养殖等排放的废物和农村非点源污染等严重影响了农村的水环境，直接威胁着 农村居民的饮水安全和身体健康，也严重危及广大农村的生态、生产和生活安全( 杨 丽国，2 0 0 6 ) 。近2 0 年来，虽然我国污水处理厂不断兴建，污水的处理率在不断提 高，但主要集中在城市，全国大部分农村的污水得不到处理，农村污水排放量在污 水总排放量中的比例越来越大( 李贵宝，2 0 0 3 ；吴祥禄，2 0 0 3 ；张瑞娟，1 9 9 3 ) 。 农村的污水乱排放不仅给自身环境造成破坏，威胁农民的饮水健康，同时也对河流 造成了很大的污染，乡村的沟塘、水库己呈相当严重的富营养化，全国各地水污染 事故不断发生。根据国家环保局在太湖、巢湖、滇池、三峡库区等流域的调查，工 业废水对总氮、总磷的贡献率仅占1 0 1 6 ，而生活污水和农田的氮、磷流失是水 体富营养化的主要原因( 李贵宝等，2 0 0 1 ；黄山松，2 0 0 8 ) 。1 9 9 5 年全国乡镇工业 废水排放量5 9 1 亿t ，占全国工业废水排放量的2 1 0 ( 国家环境保护总局，1 9 9 7 ) ， 成为农村水环境污染的重要方面。据调查，我国水体7 0 的氮磷来自于农业非点源 污染，仅上海市郊每年化肥流失量就达几十万t ( 丁长春等，2 0 0 1 ) 。 据1 9 8 3 1 9 8 5 调查表明，全国7 亿人饮用水源不合格，其中大肠杆菌超标率达 8 6 ( 俞兴东，2 0 0 7 ；曹风中，1 9 9 9 ) 。1 9 9 3 年调查表明，我国人群患病的8 8 、 死亡的3 3 与生活用水不洁直接相关。我国农村水环境污染己相当严重，呈现复合 性、流域性和长期性的特点，不仅对粮食造成减产，而且直接威胁着居住在广大农 村地区农民的身体健康，严重影响到广大农村的生态、生产和生活安全，从而在整 个社会造成不可挽回的损失。流域水源既是农村大地的脉管系统，对雨洪旱涝起着 调节作用，又是农村生活、生产的引用水源，保护好流域水源是保障农村社会发展 的基础。 造成我国农村水污染现状的原因是多方面的，除了人们的环保意思薄弱，农村 基础设施匮乏，产业结构不合理等原因外，直接原因在于化肥污染、农药污染、乡 镇企业污染、规模化畜禽渔养殖污染以及生活垃圾污染等( 黄山松，2 0 0 8 ；落志筠， 2 0 0 5 ) 。 华中农业大学2 0 0 9 届硕士研究生学位论文 ( 1 ) 农业污染 随着点源污染的控制，农业非点源污染已成为水环境污染、湖泊水库富营养化 的主要影响因素。我国是农业大国，近2 0 年来我国化肥的亩施用量已经超过世界 平均用量的一倍多，总施用量已达每年1 亿t ，其中5 0 7 0 的化肥通过各种途径 流失( 俞兴东，2 0 0 7 ) 。近年来农村农药使用量逐年递增，一般来讲，只有1 0 2 0 的农药附着在农作物上，而8 0 9 0 则流失在土壤、水体和空气中，在灌水与降 水等作用下污染地下水( 王宇晓等，2 0 0 7 ) 。农村非点源源污染是造成对地表水、 地下水的污染以及湖泊富营养化的重要原因，其特点是污染物种类多、数量大、分 布广、监测、管理及污染控制比较复杂。 ( 2 ) 乡镇企业 农村城市化进程的加快，使得乡镇企业迅速发展，并且以小型工矿和乡镇企业 为主的经济区域越来越多，具有布局分散、规模小和经营粗放等特征，许多企业大 量污染物未经处理直接排放，严重污染周边地区的水环境。加上许多效益较差、能 耗较大、环境污染严重的企业转移到了郊区小城镇，进一步加剧了农村水环境的污 染。农村工业污染已使全国1 6 7 万k m 2 的耕地遭到严重破坏，占全国耕地总量的 1 7 5 ( 杨晓东等，1 9 9 9 ) 。同时，工业固体废物的排放堆存不仅占用大量土地，并 对空气、地表水和地下水产生二次污染，其危害和影响更加隐蔽和长远。 ( 3 ) 污水灌溉 近年来，不但污灌面积大幅度增加，而且水中污染物浓度增高，有毒有害成份 增加。污灌面积已从1 9 6 3 年的4 2 万h m 2 扩展到1 9 9 8 年的3 6 1 8 万h m 2 ( 李贵宝， 2 0 0 1 ) 。由于大量未经处理的污水直接用于农田灌溉，水质超标、灌溉面积盲目发 展，已经造成土壤、作物及地下水的严重污染。污水灌溉己成为我国农村水环境恶 化的重要原因之一，直接危害着污灌区的饮水及食物安全。污水灌溉的农田主要集 中在北方水资源严重短缺的海、辽、黄、淮等流域，约占全国污水灌溉面积的8 5 。 ( 4 ) 集约化养殖场的污染 为满足城乡生活的需求，畜牧业规模发展迅速，养殖业在农村由原来的分散养 殖变成了集中养殖，由此而带来了畜禽粪便废弃物的排放处理和污染问题。据调查， 养殖一头牛产生的废水超过2 2 个人的生活废水，一头猪产生的废水相当于7 个人 的生活废水。根据农业部的估计，全国畜禽粪便排放量相当于工业固废排放量的3 4 倍( 董克虞，1 9 9 8 ) ，而据国家环保总局在全国2 3 个省市的调查，9 0 的规模化养 殖场没有经过环境影响评价，6 0 的养殖场缺乏必要的污染防治措施。畜禽类粪便、 2 茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 废弃物和畜禽宰杀废水等直接排放到附近的水体，导致大量的n 、p 输入水体，富 营养化严重，浮藻、水草丛生，鱼类死亡，加剧了治污的难度。 ( 5 ) 居民生活污水和废弃物污染 一 农村居民生活污水和废弃物的污染也是农村水环境恶化的又一个重要原因。由 于农村生活污水设施欠缺，生活污水的排放散乱，不仅严重污染地表水，而且通过 入渗影响地下水水质，同时，据南京地理与湖泊研究所的推算，太湖洗衣废水占生 活污水的2 1 6 ，而洗衣粉磷负荷对水体富营养化贡献率显著。同工业垃圾一样， 生活垃圾利用率极低，大部分都露天堆放，这不仅占去了大片的可耕地，还可能传 播病毒细菌，其渗漏液也污染地表水和地下水，导致生态环境恶化。 1 1 2 禽畜废水处理研究进展 我国畜禽业在得到迅速发展的同时，带来的环境污染问题也出现总量增加、污 染程度加剧和范围扩大的趋势。经匡算，一个年产万头生猪的大规模集约化养猪场 每天排放的粪污可达1 0 0 1 5 0t ，b o d 5 ( 五日生化需氧量) 高达4 0 0 0 6 0 0 0m g l 。据 国家环境保护总局2 0 0 0 年对全国2 3 个规模化养殖集中的省、市调查显示，1 9 9 9 年我 国禽畜养殖业仅粪便的产出量就达1 9 亿t ，禽畜粪便中含有大量的有机污染物，仅化 学需氧量( c o d ) 一项就达7 1 1 8 ) 万- t ( 李宝林等，1 9 9 7 ) 。截止2 0 0 4 年，我国畜禽养 殖业粪便产出量已经达：至u 2 7 亿t ，其排放量远远超出了周边土地的消纳能力。另据调 查，全国8 0 左右的畜禽养殖场没有污水治理和综合利用设施不完善( 陈素华等， 2 0 0 3 ) ，大量的粪水只是经过简单的预处理或者根本不作任何处理直接排向外环境， 造成了一系列的环境污染和生态破坏问题，主要有以下几个方面。 ( 1 ) 臭气污染。粪便中产生的大量n h 3 、h 2 s 等有毒有害气体，如未能及时清 除，其臭味将成倍增加并进一步产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及多 种低脂肪酸等恶毒气体( 黄炎坤，2 0 0 0 ) ，引发人们精神不振、烦躁、记忆力衰退、 免疫力下降和心理状况不良等症状。除此之外，臭气对畜禽自身的抗病能力和生产能 力也会产生抑制作用。 ( 2 ) 水体污染。禽畜尿液、部分粪便和畜舍冲洗水共同形成的畜禽粪水污染浓 度高，排入附近的水库、湖泊、稻田、内海等水域中，使水中的生物特别是藻类大 量繁殖，消耗水中的溶解氧，导致水体富营养化，造成池塘鱼类死亡、稻田禾苗陡 长和倒伏、稻谷晚熟或不熟、内海水体变黑变浅等。 ( 3 ) 粪便污染。据统计，目前我国畜禽粪便排放总量达：至l j 2 7 x 1 0 8t ，超过工业 废渣和生活垃圾排放总和( 董克虞，1 9 9 8 ) 。大多数畜禽粪便都是直接还田，但随 华中农业大学2 0 0 9 届硕士研究生学位论文 着畜禽粪便的日益增加，畜禽场周围的土壤和水体纳污能力都已经达到了饱和，大 量的粪便堆积存放，又进一步造成上述的臭气污染和水体污染。另外，粪便堆积过 程中产生的c h 4 气体对加剧地球温室效应还起着主导作用( 朱有为，1 9 9 8 ) 。 养殖废水处理方法众多，其治理技术可简单归纳为物理化学处理法，生物化学 处理法和自然生物处理法等。 1 1 2 1 物理化学处理方法 猪场废水含有大量的固体悬浮物，它是c o d 的主要来源之一。废水中悬浮物 的含量对整个厌氧过程会有很大影响，悬浮物的大量存在会加重固液分离的负担。 因此，固液分离成为厌氧及整个工艺成功与否的关键步骤( 宋炜等，2 0 0 6 ；许振成 等，2 0 0 4 ) 。物理方法主要用于猪粪的固液分离，化学方法多采用混凝、沉淀、气 浮等去除细小悬浮物及胶体物质而达到固液分离、净化污水的目的。 据研究，养猪场废水经固液分离后可去除3 0 0 o - - 4 0 的s s 和2 5 3 0 的b o d 5 与c o d c ，( 杨朝晖等，2 0 0 2 ) ，能减轻后期处理的负担，有利于后续生物处理。 有研究者以铵结晶为预处理，采用s b r 法处理养猪场废水，研究得出了铵结 晶的最佳操作条件，在这个最佳操作条件下，n h 4 + - n 的去除率达到9 0 以上，c n 值也从1 9 8 增加到8 ( t a k a a k ie ta 1 ，1 9 9 5 ) 。于金莲等( 2 0 0 0 ) 也通过实验室模拟 试验，探讨了混凝一脱氨一好氧生化处理养猪场废水的工艺。试验表明，经石灰乳 混凝沉淀，可去除废水中的大部分胶体物质和悬浮物，同时可去除一部分难降解物 质；经过脱氨后废水中的氨氮低于2 0 0m g l ，有利于后续生化的顺利进行。 在对猪场污水进行好氧和厌氧处理之后，成文等( 2 0 0 0 ) 拟采用聚合氯化铝对 废水进行混凝处理，结果表明在最佳p h 值6 5 以及最佳投药量2 0 0m g l 时，废水 经聚合氯化铝处理后c o d c ，降至1 0 0m g l 、b o d 5 降至5 0m g l 以下，出水各项指 标均能稳定达污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 8 8 ) 一级标准。 另外，水溶性的阴离子聚丙烯酰胺( p w ) 也能对猪场废水中的细菌、真菌及 营养盐起到滤除的作用( j a m e se ta 1 ，2 0 0 3 ) 。 1 1 2 2 生物处理方法 养猪场废水主要包括尿、部分粪和猪舍冲洗水。该类废水具有有机物浓度高、 悬浮物多和氮磷含量高、臭味大的特点。研究资料表明，成猪的排泄量和污染负荷 见表1 1 ( 李宝林等，1 9 9 7 ) ，猪粪、尿的营养元素见表1 2 ( 潘安君，1 9 9 6 ) 。 4 茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 表1 - 1 成猪的排泄量和污染负荷量表 t a b l e1 - 1v o l u m eo fe x c r e t i o na n d p o l l u t i o nb u r t h e no f a d u l tp i g 表1 - 2 猪粪、尿的主要营养成分( ) t a b l e1 - 2n u t r i e n tc o m p o s i t i o no fp i gn i g h ts o i l ( ) ( 1 ) 厌氧生物处理法 厌氧消化是一种能减少臭味和降解有机污染物，同时回收能源的生物处理方 法，在猪场废水处理中已有广泛的应用。采用不同的厌氧生物工艺处理猪场废水的 研究与工程已有大量的报道，常用的方法有：厌氧过滤器( a f ) 、升流式厌氧污泥 床( u a s b ) 、折流式厌氧反应器( a b r ) 、厌氧流化床反应器( a f b ) 、内循环 厌氧反应器( i c ) 等。 厌氧处理技术经历了一个漫长的过程( 杨平等，1 9 9 4 ) ，最初是化粪池，2 0 世 纪5 0 年代出现了厌氧接触法( a n a e r o b i cc o n t a c tp r o c e s s ) 工艺，6 0 年代末出现的厌 氧滤器( a n a e r o b i cf i l t e r ，简称a f ) 是高负荷厌氧反应器的第一个突破。此后在7 0 年代，上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d ，简称u a s b ) 问世，a f 与u a s b 的发明推动了以提高污泥浓度和改善废水与污泥混合效果为基础的一系 列高负荷厌氧反应器的发展，并逐步应用于禽畜污水处理中( 彭里等，2 0 0 3 ) 。 厌氧过滤器a f 是用填充材料作为微生物载体，采用生物固定化技术的一种厌 氧反应器。其特点是耐冲击负荷，处理有机物能力高，但由于反应器底污泥浓度特 5 华中农业大学2 0 0 9 届硕士研究生学位论文 别大，容易造成反应器堵塞，并且需要大量的填料，使其总体成本较高，目前应用 于养殖废水的实例不多( 田宁宁等，2 0 0 2 ) 。 升流式厌氧污泥床u a s b 是基于微生物固定化原理的一种悬浮生长型反应器， 具有很高的处理能力和效率，是目前应用最为广泛的高速厌氧反应器( 杨朝晖等， 2 0 0 2 ，2 0 0 5 ；邓喜红，1 9 9 9 ) 。u a s b 工艺的有机负荷居第二代反应器之首，有研 究表明，在反应器有机负荷为8 - 1 0k g c o d c r m 。3 d - 1 ，对猪场废水调试稳定后，c o d c ， 去除率可以达到7 5 8 5 ( 杨朝晖等，2 0 0 2 ) 。 折流式厌氧反应器a b r 用一系列垂直安装的折流板使污水在反应器内沿导流 板上下折流流动，与各反应器内的颗粒或絮状污泥相接触，而得以降解处理。 w i l l i a m p b a r b e r 和d a v i dc s t u c k e y ( 1 9 9 9 ) 认为该工艺具有良好的水力条件，耐水 力和有机负荷能力强等优点。 厌氧流化床反应器a f b 是采用微粒状填料作为微生物固定化材料的污水处理 装置。此工艺的优点是耐冲击负荷，运行稳定，效率高，产泥少，占地少；缺点是 动力消耗大，管理较复杂( 彭英霞等，2 0 0 6 ) 。 i c 是8 0 年代中期发展起来的高效厌氧处理工艺，属荷兰p a q u e 公司的专利 技术，最近几年才公开( 胡纪萃，1 9 9 9 ) 。i c 反应器为细高形，高径比一般为4 8 ， 内有上下两个u a s b 反应室，一个高负荷，一个低负荷。邓良伟( 2 0 0 1 ) 等通过试 验研究表明，i c 反应器对猪场废水有较好的去除效果，其处理能力较其他处理工艺 相比有极大提高。同时，采用i c 反应器处理猪场废水，能将水力停留时间缩短为 0 8 2d ，c o d 负荷周平均值达1 5 3m 3 m 弓d - 1 。 除以上几种技术以外，厌氧处理法还有厌氧序批式反应器a s b r 、升流式污泥 床反应器u s r 、污泥床滤器u b f 等。这些技术均被不同程度的用于猪场污水的处 理。然而，纯粹的厌氧处理猪场污水后，出水残留的c o d 值较高，同时也不能有 效地脱氮除磷，达不到排放标准，排入水体后，对环境影响仍然很大，需要进一步 后处理。实际应用中，一般还结合其他工艺对污水进行组合处理。 ( 2 ) 好氧生物处理法 好氧生物处理法是向装有好氧微生物的容器或构筑物中不断地供给足量氧的 条件下，利用好氧微生物分解废水中的污染物质。好氧生物方法处理猪场废水能有 效地降低c o d ，除去氮磷。应用于猪场废水的好氧处理方法主要有：活性污泥法、 序批式活性污泥法( s b r ) 、生物接触氧化法、生物转盘、生物滤池、氧化沟、生 物流化床等。 6 茅塔河水源地集中养殖水污染与坡耕地地表径流污染控制研究 活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的生物处理方法。普通 活性污泥法对b o d 和悬浮物去除率都很高，可达到9 0 9 5 ，适用于处理要求高 而出水稳定的废水。 采用好氧技术对猪粪尿及废水进行生物处理，这方面研究最多的是s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 工艺，即序批式活性污泥法或间歇式活性污泥法。国内 外也大都采用这种工艺作为猪场废水后续处理( 邓良伟等，2 0 0 2 ) 。s b r 是基于传 统f i l l 一d r a w 系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺( 田宁宁等，2 0 0 2 ) 。 它把污水处理构筑物从空间系列转化为时间系列，在同一构筑物内进水、反应、沉 淀、排水、闲置等周期。但单独使用s b r 工艺的极少，多是采用和其他方