（微生物学专业论文）生物腐植酸资源化处理猪场废水的应用研究.pdf

摘要 有效处理并资源化利用逐渐成为解决猪场废水问题的重要方向。本实验基地养猪场( a g 栏 1 2 0 0 头) 用生物腐植酸产品q s 发酵猪场废水并采用“猪一微一鱼一植”养殖模式进行生产，有效利用 猪场废水的同时也取得了较好的经济效益。本论文以q s 的虑用效果为基础，一方面考察q s 处 理桶装猪场废水的发酵效果，探讨其作用机理，另一方面监测“猪一微一鱼植”养殖模式各阶段的水 质，分析该资源化处理模式的效果，最后考查q s 中微生物的种类和数量并对其中功能微生物进行 鉴定。以期为q s 及“猪一微鱼植”资源化养殖模式的推广应用提供理论依据。 实验结果如下： l 、以自然发酵( 处理) 为对照，分别用灭菌q s ( 处理i ) 、q s ( 处理) 、活力菌( 处 理) 发酵桶装猪场废水。8 天发酵期内的c o d c ，均呈下降趋势，去除率依次为3 9 2 1 、4 2 0 5 、 3 3 0 9 、3 3 0 5 ；m 矿一n 浓度均呈上升趋势，增加率依次为1 6 5 、1 4 5 、1 3 7 、1 4 6 ；各 处理的p 0 4 3 。厂i p 值的增加率依次为2 5 6 、3 1 3 、3 0 8 、2 7 7 ；可培养微生物的数量均从1 0 7 1 0 8 c f u m l 降至1 0 5 c f u m l ；粪大肠菌群数均由1 0 8 1 0 9 m p n l 降至1 0 6 m p n l 。 经统计分析，处理i 、的c o d c ，去除率显著高于处理、，其他参数值的变化各处理 间无显著差异( a = o 0 5 ) 。然而三批重复试验发现，处理的c o d o 去除率和p 0 4 3 - 厂i p 增加率始 终最高。综合分析得出q s 中的腐植酸成分和微生物均能在一定程度上促进废水有机质的降解。 2 、应用q s 处理发酵池猪场废水，发酵8 天后c o d c r 去除率为7 0 7 5 ，n h 4 n 增加率 约为1 8 ，t p 去除率约为2 8 ，p 0 4 增加率为3 5 。5 ，可培养微生物总数维持在1 0 5 c f u m l ，粪 大肠菌群由1 0 7m p n l 降至1 6 7 x 1 0 5m p n l 。废水经过发酵后有机质和粪大肠菌群能得到一定 程度的减少，小分子有机颗粒和速效氮、磷增加，有利于鱼塘的消化利用。 3 、“猪一微一鱼”塘水的p h 值为7 2 8 1 ；d o 为4 6 6 6 m g l ；可培养微生物总数约为 1 0 4 c f u m l ，粪大肠菌群为1 0 0 0 0 - - - 2 5 0 0 0 m p n l ：n 0 2 - n 浓度为0 1 0 3 m g l ：n h 4 一n 浓度为 0 9 1 3 m g l ；t p 浓度为0 6 0 9 m g l ；c o d c ，浓度为7 0 9 0 m g l 。“猪一鱼”塘水n h 4 一n 浓度为 2 5 - - 3 0 m g l ；t p 浓度为3 0 - - - 3 7m g l ；c o d o 浓度为1 3 0 - 1 5 0 r a g l ；粪人肠菌群数维持在 1 0 5 m p n l 。植物氧化沟水的c o d o 浓度为1 0 4 0 m g l ：n h 4 + - n 浓度为0 9 1 3 m g l ：n 0 2 - - n 浓度为0 0 2 - 0 2 m g l ；t p 浓度为0 1 4 0 2 m g l ；可培养微生物总数为1 0 3 1 0 4 c f u m l ，粪大肠 菌群为1 0 1 0 * i v i p n l 。 “猪一微一鱼”塘水各参数值基本能维持在安全范围内；“猪鱼”塘水各参数值均高于“猪微鱼” 塘水及鱼塘水质安全浓度，其生产上存在安全隐患；植物氧化沟水质最好，说明其可以发挥生态 塘的功能进一步改良鱼塘水质。经分析得出“猪一微鱼植”养殖模式基本能保证鱼塘的安全生产。 4 、 q s 中可培养微生物总数为1 0 8 c f u g ，对分离菌株进行功能性筛选得到1 0 种细菌具有亚 硝化能力、乐斯苯( 1 ) 降解能力、五氯硝基苯( 0 1 ) 降解能力、溶无机磷能力和拮抗粪大 肠菌群能力。经鉴定这1 0 种细菌分别属于栗褐芽孢杆菌( b a c i l l u sb a d i u s ) 、蜡状芽孢杆菌( b a c i l l u s c e r e u s ) 、地农芽孢杆菌( b a c i l l u sl i c h e n i f o 册西) 、枯草芽孢杆菌( b a c i l l u ss u b t i l i s ) 、短小芽孢杆 菌( b a c i l l u sp u m i l u s ) 、巨大芽孢杆菌( b a c i l l u sm e g a t e r i u m ) 和类芽孢杆菌属( p a e n i b a c i l l u s ) 。 关键词：生物腐植酸，猪场废水，资源化，微生物 a b s t r a c t t h ep i g g e r yw a s t e w a t e rh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g ha m m o n i a ，o r g a n i s ma n ds u s p e n d i n g s u b s t a n c e s h o wt ot r e a tt h e me f f e c t i v e l ya n dr e a l i z er e s o u r c eu t i l i z a t i o nh a v eb e c o m ei m p o r t a n ti s s u e s t h ee x p e r i m e n t a lb a s eh a o g p e n ( a m o u n to fl i v e s t o c k ：12 0 0 ) u s e dq s ( ak i n do fb i o l o g i ch u m i ca c i d s p r o d u c t i o n s ) t of e r m e n tp i g g e r yw a s t e w a t e ra n do b t a i n e dag r e a to fe c o n o m i cb e n e f i t st h r o u g h “p i g f e r m e n t i o n f i s h p l a n t ”e c o l o g i c a lb r e e d i n gm o d e l a c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o ne f f e c t so fq s 。t h i s p a p e rc o n s i s t so ft h ef o l l o w i n gt h r e ea r e a so fs t u d y ：1 i n v e s t i g a t i n gt h ef e r m e n t a t i o ne f f e c t so fq so n p i g g e r yw a s t e w a t e r2 m o n i t e r i n gt h ew a t e rq u a l i t yo f “p i g f e r m e n t i o n - f i s h p l a n t m o d e la n da n a l y z i n g t h ee f f e c to fp r o c e s s i n gm o d e3 i n v e s t i g a t i n gt h et y p e sa n dq u a n t i t i e so fm i c r o b e si nq sa n di d e n t i f y i n g o ff u n c t i o n a lm i c r o b i a lt of u r t h e re x p l o r et h er o l eo fq s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i nt h ee x p e r i m e n t ，t h e r ea l ef o u rt r e a t m e n t s a f e t e r8 - d a yf e r m e n t i o n ，t h ec o d c rr e m o v a lv a l u e s w e r e3 9 2 1 ( i ) ，4 2 0 5 0 , ( 1 1 ) ，3 3 0 9 ( i ) ，3 3 0 5 ( ) ；n h 4 一nc o n c e n t r a t i o n sw e r eb ya ni n c r e a s eo f 1 6 5 ( i ) ，1 4 5 ( 1 0 ，1 3 7 ( ) ，1 4 6 ( i v ) ；t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) v a l u e sh a dn os i g n i f i c a n tc h a n g e s ， b u tp 0 4 3 ”v a l u e sw e r eo nu p w a r dt r e n d w i t ht h ei n c r e a s ep e r c e n t a g eo fp 0 4 压pv a l u e sf o l l o w e db y 2 5 6 ( i ) ，3 1 3 ( ) ，3 0 8 ( ) ，2 7 7 ( ) ；a l lt h eq u a n t i t yo fc u l t u r a b l em i c r o o r g a n i s md e c r e a s e d f r o ml0 7 1 0 8c f u m lt o1 0 5c f u m la n da l lt h eq u a n t i t i e so ff e c a lc o l i f o r mb a c t e r i ad e c r e a s e df r o m 1 0 s 1 0 9 m p n l t o1 0 6 m p n ，l a c c o r d i n g t os t a t i s t i c a la n a l y s i s ，t h ec o d c rr e m o v a lp e r c e n t a g e so f t r e a t m e n tia n d l l w e r e s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h o s eo ft r e a t m e n t a n di v a n do t h e rp a r a m e t e r so ft r e a t m e n t ss h o w e dn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s ( a - - - 0 0 5 ) h o w e v e r ，i tc o u l db ef o u n dt h a tt h ec o d c rr e m o v a lp e r c e n t a g e sa n d ￥o i ”喂v a l u ei n c r e a s ep e r c e n t a g e so ft r e a t m e n t1 1w e r eh i g h e rt h a no t h e rt r e a t m e n t si nt h r e eb a t c h e so f t e s t s 2a p p l y i n gq st op i g g e r yw a s t e w a t e rf e r m e n t a t i o ni nf i e l df o r8d a y s ，t h ec h a n g e so fp a r a m e t e r s w e r ea sf o l l o w s ：c o d c rr e m o v a lp e r c e n t a g e ，7 0 7 5 ；n h 4 一n i n c r e a s ep e r c e n t a g e ，1 8 ；t p r e m o v a lp e r c e n t a g e ，2 8 ；p 0 4 i n c r e a s ep e r c e n t a g e ，3 5 5 ；t h eq u a n t i t yo f c u l t u r a b l e m i c r o o r g a n i s m 。1 0 ：c f u | m l 。a n dt h eq u a n t i t yo ff e c a lc o l i f o r mb a c t e r i ad e c r e a s e df r o m1 0 jm p n | l t o 1 6 7 1 0 sm p n ，l t h eo r g a n i cm a t t e ri nw a s t e w a t e rc o u l db ed e g r a d e de f f e c t i v e l yb y f e r m e n t a t i o n ，a n dt h ei n c r e a s eo fa v a i l a b l en i t r o g e na n dp h o s p h o r u sw a sa l s ob e n e f i c i a lt of i s h i n g 3 t h em o n i t o r i n gr e s u l t so ft h ew a t e rq u a l i t yo f “p i g - m i c r o b i a l f i s h p o u n dw e r ea sf o l l o w s ：t h ep h v a l u e ，7 2 - - 8 1 ；t h ed ov a l u e ，4 6 6 6m e l ；t h ec o n c e n t r a t i o n so fn 0 2 - 一n ，n h 4 一n ，t p , c o d c r w e r e0 1 o 3 m g l ，0 9 1 3 m g l , 0 6 0 9 m g l a n d7 0 9 0m g lr e s p e c t i v e l y ；t h eq u a n t i t i e so f c u l t u r a b l e1 1 1 i c r o o r g a n i s ma n df e c a lc o l i f o 彻b a c t e r i aw e r el 矿c f u m la n d1 0 0 0 0 - - 一2 5 0 0 0m p n ，l t h em o n i t o r i n gr e s u l t so ft h ew a t e rq u a l i t yo f “p i g f i s h ”p o u n dw e r ea sf o l l o w s ：t h ec o n c e n t r a t i o n s o fn h 4 + 一n ，t p , c o d c rw e r e2 5 3 0 m g l ，3 0 - - 一3 7 m g la n d1 3 0 - - - 1 5 0 m g lr e s p e c t i v e l y , a n dt h e q u a n t i t yo ff e c a lc o l i f o r mb a c t e r i aw a s1 0 5m p n l t h em o n i t o r i n gr e s u l t so fo x i d a t i o np l a n td i t c hw e r ea sf o l l o w s ：t h ec o n c e n t r a t i o n so fc o d c r i i n i 1 4 一n ，n 0 2 。n ，t pw e r e1 0 - - , 4 0 m g l ，0 9 1 3 m g l , 0 0 2 0 2 m g la n d0 1 4 0 2 m g lr e s p e c t i v e l y t h eq u a n t i t i e so fc u l t u r a b l em i c r o o r g a n i s ma n df e c a lc o l i f o r mb a c t e r i aw e r e1 0 1 0 4c f u m la n d 1 0 3 1 0m p n l t h em o n i t o r i n gr e s u l t so f p i g - m i c r o b i a l f i s h p o u n dw a t e rm e a n tt h a tt h ep a r a m e t e rv a l u e sw e r e a l li ns a f e a l lt h ed a t a s o f “p i g - f i s h ”p o u n dw a t e r w e r em u c h h i g h e r t h a nt h o s eo f p i g m i c r o b i a l f i s h ”p o u n dw a t e ra n du n d e rf i s h i n gw a t e rs a f e t ys t a n d a r d t h e r ew e r ep o t e n t i a ld a n g e r s o fp r o d u c t i o ne x i s t e di n p i g f i s h ”p o u n d t h ed i t c hw a t e rw a st h eb e s ta m o n gt h et h r e ep o u n d s ，a n dt h e o x i d a t i o nd i t c h m i g h tp l a ys o m ee c o l o g i c a l f u n c t i o nt o i m p r o v ef i s hp o u n d w a t e r q u a l i t y t h e “p i g m i c r o b i a l f i s h p l a n t e c o l o g i c a lb r e e d i n g m o d e lc o u l d g u a r a n t e e t h e p r o d u c t i o n s a f e b a s i c a l l y 4 q sc o n t a i n e dc u l t u r a b l em i c r o o r g a n i s m sw i t hat o t a lo f10 6c f u ga n dt e nk i n d so fb a c t e r i aw e r e r e l e a s e df r o mt h er e p e a t e ds t r a i n s ，w h i c hh a dt h ea b i l i t yo fn i t r a t i o n ，c h l o r p y r i f o s ( 1 ) d e g r a d a t i o n ， q u i n t o z e n e ( 0 1 ) d e g r a d a t i o n ，i n o r g a n i cp h o s p h o r u ss o l u t i o na n dr e s i s t a n c ea g a i n s tf e c a lc o l i f o r m b a c t e r i a t h e yb e l o n g e dt ob a c i l l u sb a d i u s ，b a c i l l u sc e r e u s ，b a c i l l u sl i c h e n i f o 册括，b a c i l l u ss u b t i l i s ， b a c i l l u sp u m i l u s ，b a c i l l u sm e g a t e r i u ma n dp a e n i b a c i l l u s k e yw o r d s ：b i o l o g i ch u m i ca c i d s ，p i g g e r yw a s t e w a t e r , r e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，m i c r o o r g a n i s m i i i 英文缩写 b o d c o d t p t n t k n t s s d o 蛏 s b r i c u a s b p s b h a f a b f a b h a m f a 英文缩略表 英文全称 b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d t o t a lp h o s p h o r u s t o t a ln i t r o g e n t o t a lk j e l d a h ln i t r o g e n t o t a ls u s p e n d e ds u b s t a n c e d i s s o l v e do x y g e n a n a e r o b i cf i l t e r s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s i n t e r n a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o r u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e dr e a c t o r p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a h u m i ca c i d f u l v i ca c i d s b i o l o g i cf u l v i ca c i d s b i o l o g i ch u m i ca c i d s m i n e r a lf u l v i ca c i d s v l 中文名称 生物化学需氧量 化学需氧量 总磷 总氮 总凯氏氮 总悬浮固体物 溶解氧 厌氧滤池 序列间歇式活性污泥法 内循环厌氧反应器 升流式厌氧污泥床 光合细菌 腐植酸 黄腐酸 生化黄腐酸 生物腐植酸 矿源黄腐酸 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，也不包含为获得中国农业科学院或其它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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间：年月日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科 学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 论文作者签名： 导师签名： 时间： 时间： 年月 年 月 日 日 中同农q k 科学院硕l j 学化论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 猪场废水的危害性及其处理研究现状 近二十年来，我国的畜禽养殖业发展迅速，尤其是养猪业，逐渐由传统的小规模生产向集约 化、规模化的生产模式转变。规模化养殖虽然大大提高了生产效率和饲料转化率，但也造成了粪 尿的集中、过度排放及冲洗水量的大量增加。猪场废水己经成为许多城市和农村的新兴污染源， 对我国的城乡环境、饮用灌溉水源、农业生态产生了直接威胁和危害。开发经济、高效的猪场废 水处理技术刻不容缓。 1 1 1 猪场废水的危害性 猪场废水包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水，污水悬浮物浓度高，并含有大量的氮、磷及各 种有机物，其b o d 5 高达2 0 0 0 - - 一8 0 0 0 m g l ，c o d c r s 0 0 0 2 0 0 0 0 m g l ，n i - 1 4 + 一n 4 0 0 1 5 0 0 m g l ， t n 6 0 0 2 0 0 0 m g l ，t p l 0 0 3 0 0 m g l ( 彭武厚，1 9 9 7 1 程文霞，1 9 9 2 ) ，处理难度较大。据统计， 一头猪的日排泄粪尿按6 k g 计，年产粪尿约2 2 吨。但如果采用水冲式清粪，一头猪污水排放量 约为3 0 k g j ，一千头猪场则日产污水达3 0 吨，年排污水1 万多吨( 马振强，1 9 9 7 1 温书斋，1 9 9 7 ) 。 随着养殖规模的不断扩大，粪便污水会更加大量、集中得排放。 在我国猪场排出的废水只有3 经过无害化处理( 田宁宁，2 0 0 0 ) ，绝大多数猪场没有污水综 合处理措施。排出的粪污大多直接进入周边水渠、池塘或农田，造成周边环境的恶化。 1 1 1 1 对地表水、地下水及农田的污染 畜禽粪尿的淋溶性极强，粪尿中的有机物和营养元素经排放或淋洗冲刷进入水体后，导致水 中s s 、c o d c r 、b o d 5 升高。水中微生物降解有机质产生的大量氮、磷为水生动植物提供过度营 养，使水体富营养化风险显著增加。一般受养殖废水严重污染的水体，其溶解氧被大量消耗，水 生生物因缺氧而死亡，水体变黑、发臭。以太湖为例，太湖流域的畜禽养殖业十分发达，包括畜 禽养殖在内的农业面源污染是太湖流域最主要的氮、磷及有机污染源( 杨毅，2 0 0 2 ) 。据调查液 态粪水和固态粪便冈堆放与满溢而排放的氮、磷对水体富营养化的贡献率分别达到1 0 3 0 ， 1 0 - - 一2 0 ( 尚琪，2 0 0 7 ) 。 粪尿及废水还可以通过粪坑渗滤入地f ，使地下水严重污染，水井报废。特别是废水中含有 的大量氮化合物在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等化学反应形成n 0 2 - 和n 0 3 - 渗入到地 下水中，造成地下水硝酸盐含量增高，使水质破坏，严重影响人体健康( 李淑兰，2 0 0 3 ) 。法国 的布列塔尼省集中了全国集约化畜牧业的4 0 ，该地区从8 0 年代初只有一个地区公用水硝酸盐 含量超过饮用水标准，逐步发展到目前6 个地区的饮用水超标( p i e r r ee t a l ，2 0 0 5 ) 。 猪场粪尿及粪尿堆置场的地面径流还是农田的一大污染源，畜禽粪便对土壤既有利又有弊， 二者相互转化，当积累在土壤中的粪污量尤其是新鲜粪污量超过了土壤自身的净化能力时，大量 有机质会发生不完全降解和厌氧腐解，产生的有害物质不仅使得土壤的透气性、透水性下降而且 还会造成士壤富营养化，使农作物旺长、倒伏、晚熟甚至不熟( s t f j 海林，2 0 0 7 ) 。 1 1 1 2 对大气环境的污染 中同农、i p 科学院硕i 学他论文第一章绪论 刚排出的畜禽粪便即含有n h 3 、h ：s 等多种有害气体，在未能及时清除或清除后不能及时处 理时，还会产生大量的恶臭成分，如硫化氢、醇类、酚类、醛类、酮类、氨、酰胺类、吲哚和对 氨苯等( 严力蛟，2 0 0 1 ) ，臭味将成倍增加。国际上许多发达国家都对恶臭气体的排放有严格的 规定：如日本在恶臭法中确定了8 种恶臭物质，其中6 种与畜禽粪便有关( 徐伟朴，2 0 0 4 ) 。 畜禽养殖场的恶臭事件时有发生，危害饲养人员及周同居民身体健康，同时也影响畜禽的正常生 长。 1 1 1 3 导致富禽传染病和人畜共患病的蔓延，危害人类的健康 畜禽粪便含大量病原微生物、寄生虫卵，1 0 - - 4 0 的动物粪便携带破伤风梭菌，各种家畜 便中几乎都能检出沙门氏菌属、志贺氏菌属、埃希氏菌属及各种曲霉属的致病菌型。畜牧场所排 放的污水中平均每毫升就含有3 3 万个大肠杆菌和6 6 万个肠球菌，沉淀池内每毫升污水中蛔虫卵和 毛首线虫卵分别高达1 9 3 和1 0 6 个( 金淮，2 0 0 5 ) 。 大量的病原微生物、寄生虫，如不及时处置还会孳生蚊蝇，增加环境中病原菌的种类和数量。 此外，由于养殖场普遍大量使用抗生素，使得动物体内耐药细菌数量增加，随着污水和粪肥的使 用，带有耐药基因的菌株进入环境，其抗性基因可能会转移到人类病原菌中，严重威胁人类的健 康( g n t e s 甜翻，2 0 0 3 ) 。 1 1 2 猪场废水的处理研究现状 国内外学者就废水的净化方法进行了大量的研究和实践，提出了不同的处理模式。从采用的 工艺来看，可简单得归纳为自然处理法、生物处理法和物理化学处理法等。 1 1 2 1 自然处理法 自然法主要通过微生物、植物、水体及土壤组成的生态系统来实现废水的无害化处理，采用 较多的是稳定塘工艺和人工湿地系统。稳定塘t 艺主要利用菌藻的共同作用来去除废水中的氮、 磷及各种有机污染物。随着研究和实践的逐步深入，在原有稳定塘基础上发展了如生态塘、植物 塘等新型塘以及多种塘的组合工艺，应用到猪场废水上都取得了较好效果。如潘涌璋采用高级综 合稳定塘处理广州市某养猪场废水，在废水c o d c r 为 5 8 9 9 m g l 、b o d 5 为1 0 8 4 0 m g l 、氨氮为 1 2 8 3 m g l , 和s s 为3 0 2 4 m g l i ! 匀条件下，使处理后的出水c o d c ，为7 1 5 m g l 、b o d 5 为2 3 m g l 、氨氮 为6 6 5 m g l ，s s 为3 4 m g l ，达到了畜禽养殖业污染物排放标准( g b 18 5 9 6 2 0 0 1 ) 的要求( 潘涌 璋，2 0 0 4 ) 。彭军等采用l 古1 液分离、厌氧一兼氧稳定塘、氧化塘、藻类沉淀塘和生态塘串连起来的 组合式稳定塘工艺处理猪场废水，废水b o d 5 的质量浓度可n 自9 0 0 0 m g l 降至2 0 m g l ，c o d 甜的质 量浓度可由1 4 0 0 0 m g l 降至6 0 m g l ，n h 4 + - n 的质量浓度可由12 0 0 m g l 降至6 5 m g l ( 彭军，2 0 0 3 ) 。 王新兰等将高浓度的养殖废水直接引入水葫芦植物塘内进行净化处理，水葫芦长势非常好( 王新 兰，2 0 0 2 ) 。高浓度污水在水葫芦池中净化7 - - 8 天，其中有机质可降低8 2 2 ，有效态氮降低5 2 4 ， 速效磷降1 氐5 1 3 ，净化后的中度污水在细绿萍池中继续进行7 天净化，有机质降低3 4 2 ，氨氮 降低3 3 3 ，速效磷降低4 7 9 ( 全炳昭，2 0 0 5 ) 。利用水葫芦、细绿萍净化养殖废水，不仅能达 到清洁生产的目的，而且还可以回收水葫芦作饲料，降低饲料成本，是一种循环养殖方式。 人工湿地也是一类综合生态系统，湿地碎石床发挥生物滤床的功能，再复合微生物的分解、 转化以及植物遮蔽等作用，具有投资省、效果好的优点。美国墨西哥海湾计划( g m p ) 总结了人 2 中同农q k 科学院硕f 学化论文第。节绪论 工湿地处理养殖废水的技术进展：其b o d s 平均去除率为6 5 ，t s s 去除率为5 3 ，n i - 1 4 n 去 除率为4 8 ，n t 去除率为4 2 ，t p 去除率为4 2 。美国夏威夷州采用生物膜水生植物( c b f i a p ) 一体化人工湿地系统处理高浓度猪场废水，c o d 去除率达9 0 以上、t k n 去除率达9 5 、t s s 去除率达9 9 ，几乎不需要任何能量输入就能维持系统的运转，节约了很多能量( r o b e r tl e t a l ， 2 0 0 0 ) 。 自然处理方法投资省、工艺简单、动力消耗少，但其缺点是占地较大，净化功能易受自然条 件的限制。该方法适用于能利用当地地理资源的市郊和农村，而且养殖场规模不宜太大，以猪场 为例，一般要求年出栏5 万头以下，并以人工清粪为主( 汪永辉，2 0 0 3 ) 。一些国家直接将粪污 排入多级厌氧塘、兼性塘、好氧塘与水生植物塘等，污水停留占地很大，水力停留时间长达6 0 0 天。在我国自然处理工艺通常用于厌氧及好氧出水的修饰单元，如广东东莞大岭山猪场，杭州市 蛋鸡饲养场沼气生态工程以及江西省良种猪场废水处理工程等( k a m e o k a ，1 9 8 8 ；王树功，1 9 8 4 ； 崔理华，2 0 0 0 ) 。 1 1 2 2 生物处理法 生物处理方法，即利用微生物的生命活动降解或转化废水有机物的方法，主要分为厌氧处理、 好氧处理及二者的联合处理。 厌氧生物反应是一种普遍存在于自然界的微生物过程( 闵航等，1 9 9 3 ；秦麟源，1 9 8 9 ：郑元 景等，1 9 8 8 ) 。m e b r y a n t ( 1 9 7 9 ) 根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，提出的厌氧消化 三阶段理论，是当前较为公认的理论模式( b r y a n t ，1 9 7 9 ) 。该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、 h 2 、c 0 2 和甲醇以外的有机酸和醇类。长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、h 2 和c o ：等后，才能被产甲烷菌利用。三阶段消化的第一阶段是水解发酵阶段。在该阶段，复杂的 有机物在厌氧细菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，如纤维素经水解转化成较简单 的糖类；蛋白质转化成较简单的氨基酸；脂类转化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在 产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段 的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。第二阶段为产氢产乙酸阶段，在该阶段，产氢产乙酸 菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸以及醇类等转 化为乙酸和氢，并有c 0 2 产生。第三阶段为产甲烷阶段。是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作 用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羧产生甲烷( 孙炳彦等，2 0 0 0 ；杨健等， 2 0 0 0 ；王聪亮等，2 0 0 1 ；朱文亭等，2 0 0 1 ；韩巍，2 0 0 6 ) 。 厌氧处理工艺从化粪池、粪坑沤肥到目前的反应器工艺经历了一个漫长的发展过程，厌氧发 酵的产物沼气、沼渣、沼液一直是畜禽粪便资源化利用的主角。 目前国内外开发的厌氧反应器和工艺的类型很多，完全混合式厌氧消化器、厌氧接触反应器 ( u s b ) 、厌氧滤池( a f ) 、升流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧流化床、内循环厌氧反应器( i c ) 等用来处理猪场废水，都取得了较好的效果。 高增月等采用升流式厌氧发酵罐处理猪场粪污，冬天用生产的沼气加热发酵罐保温。废水经 厌氧发酵后，沼渣中的蛔虫卵死亡率为9 9 ，大肠杆菌为零，达到了畜禽养殖业污染物排放标 准规定的畜禽养殖业废渣无害化标准，同时沼渣也成为了优质安全的肥料( 高增月，2 0 0 6 ) 。 张杰等用i c 反应器处理经过过滤后的猪场废水，首次在i c 反应器内培养出了颗粒污泥。温度在 3 0 c 3 5 c 时，i c 反应器对猪粪废水具有稳定高效的处理效果，c o d 负荷1 5 2 0 6 k g ( m 3 d ) ，在 3 中国农业科学院硕 j 学佗论文第一章绪论 水力停留时间为1 6 h 时，c o d 去除率高于8 8 。i c 反应器污泥床区的c o d 去除率占总去除率的9 0 以上，对污水中的氮和磷也有一定的去除作用。同时，i c 反应器还能够承受高浓度的悬浮物，其 悬浮物承受浓度 匕u a s b 反应器高一倍多( 张杰，2 0 0 4 ) 。 厌氧消化能去除废水中大晕的可溶性有机物( c o d 去除率可达8 0 9 0 ) ，能杀死几乎全 部的寄生虫( 卵) 和有害菌群，能削减气态污染物，能生产能源沼气，这是阎液分离、物化沉淀、 气浮等工艺不可取代的。升流式厌氧污泥床过滤器( 深圳农牧公司) 、折流式厌氧硝化池( 上海 南汇汤项供港猪场污水处理工程) 、u a s b ( 北京顺义小店良种猪场沼气一污水处理工程) 等高 效反应器及其组合已广泛地应用到大型污水处理工程中。 但是猪场废水经厌氧发酵后仍然含有相当数量的有机物，废水中的氮、磷去除效果不稳定， 而且还有增加的现象。邓良伟等采用1 2 0 l 的i c 反应器处理猪场废水，在水力停留时间0 8 , - 一2 d ， 负荷3 - - - 7 k g c o d r n 3 d 1 条件下，经过近半年的运行，虽然试验期间沼气产率达到1 5 3 m 3 m 。3 d - 1 ， c o d 去除8 0 3 ，b o d 5 去除9 5 8 ，s s 去除7 8 5 。但是出水中的n h 4 n 浓度仍然比进水高2 8 2 ( x g 良伟，2 0 0 1 ) 。厌氧出水若要达标排放，尤其是氮、磷的排放达标，还需要进一步的好氧处 理。 好氧处理主要利用微生物的有氧代谢去脱氮、除磷及分解有机质，常采用的工艺包括氧化沟 法、活性污泥法、曝气塘法、生物滤床法等。 国内外学者对好氧过程的机理及动力学模型进行研究( 潘学峰，1 9 9 5 ) ，e v a n s 通过建立动 力模型预测在特定的工艺流程内直接将畜禽废水进行3 4 天的好氧处理，其c o d 一般可减少1 3 以上( e v a n s ，1 9 9 3 ) 。近年来，为了节约空间和提高处理效率很多养殖场采用好氧工艺尤其是 s b r 法直接处理猪场废水，虽然有机物、氮、磷都取得了良好的去除效果( l okv ，1 9 9 1 ；f e m a n d e s l ，1 9 9 1 ；b o r t o n eg ，1 9 9 1 ；s uj u n g j e n g ，1 9 9 7 ；e d g e r t o nbd ，1 9 9 9 ) ，但处理前要对原污水 进行稀释，并且要提高污水在反应器中的停留时间，这需要很大的反应器和很高的能耗，极大地 增加了处理成本。 目前规模猪场排出的废水常采用先厌氧后好氧的处理模式。通过厌氧发酵去除原水中的大量 有机质及悬浮物并获得沼气，然后消化液再进入好氧反应系统脱氮除磷。但由于废水经厌氧消解 后可生化性降低，脱氮时易产生“酸化”困扰，为提高处理效率通常还要补加外源有机物和碱性物 质。邓良伟等提出的低成本厌氧_ 力口原水一间歇曝气( a n a r w i a ) 工艺，即大部分猪场废水先进行厌 氧消化，厌氧出水再与小部分未经厌氧消化的猪场废水混合，再采用间歇曝气的s b r 处理混合水 ( 邓良伟，2 0 0 4 ) 。该工艺弥补了一般程序的不足，并在工程实践中取得了成效，出水达到了国 家畜禽养殖业污染物排放标准( g b l 8 5 9 6 2 2 0 0 1 ) 。( d e n gl i a n g w e i ，2 0 0 2 ；d e n gl i a n g - w e i ， 2 0 0 3 ) 。 1 1 2 3 物理化学方法 猪场粪污处理程序中，采用物理手段对粪污固液分离往往是首要的。用格删和同液分离机将 猪粪水中的固态物分离出来，不仅能发酵干粪生产有机肥而且分离后粪液的t s s 、c o d 能下降 3 0 4 0 ，有利于减轻后期处理的负荷。 化学方法多采用混凝、沉淀、气浮法等去除废水中的细小悬浮物及胶体物质。付长营等比较 了不同处理药剂对猪场废水净化效果，得出化学沉淀法能够较好地去除猪场废水中有机物、磷、 重金属和盐分，但脱氮效果并不理想( 付长营，2 0 0 7 ) 。于金莲等通过模拟实验，得出用石灰乳 4 中同农q p 科学院硕卜学位论文第一章绪论 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，用化学法 脱氮能使废水中的氨氮低于2 0 0 m g l ，有利于后续生化的顺利进行( 于金莲，2 0 0 0 ) 。 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，而且大量悬浮物还可能导致 颗粒污泥解体，降低厌氧污泥的活性与含量。所以固液分离是厌氧及整个工艺成功与否的关键步 骤。物化方法处理猪场废水具有效果好，处理简单等优点，但外加混凝剂的化学方法会产生高成 本以及二次污染的可能。一般物化处理常作为生物处理的辅助方法。 1 1 3 中小型猪场废水的资源化利用 以上处理工艺多用于大规模猪场废水处理工程，自然处理、生物以及物化方法更多得趋向联 合使用，如混凝沉淀一脱氮好氧生化工艺、固液分离甲烷发酵一淹没式生物滤池法等，工艺追求出 水“达标排