（环境科学专业论文）养猪场废水的处理工艺研究.pdf

a b s t r a c t t h r o u g ht h ec o m p a r i s o na n db a l a n c eo ft h et r e a t m e n te f f e c t sa n de c o n o m i cr a t i o n a l i t y , t h e t h e s i s p u t f o r w a r das e r i e so ft r e a t m e n t t e c h n i q u e s o fa n a e r o b i c d i g e s t i o n - a n a m m o x ( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ) 一s b rw i t hc o n s i d e r a t i o no f t h et h eh i g hc o n c e n t r a t i o no f o r g a n i cs u b s t a n c e ，a m m o n i an i t r o g e n a n dm a l o d o rc h a r a c t e r i s t i co fs w i n e w a s t e w a t e r b y a m o u n t so ft e s t s ，t h er e s e a r c h a d o p t e dt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n o ft h ea n a e r o b i c d i g e s t i o n ； a n a m m o xa n ds b r p r o c e s st r e a t i n g t h es w i n em a n u r ew a s t e w a t e r t h er e s u l t sf r o mt h ee x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a t ：w h e nt h ev o l u m e t r i c l o a d i n gr a t e i s0 6 k g c o d c m 3 - d ，h r ti s 7 2h o u r sa n dt h e t e m p r a t u r e i sa b o u t3 0 ( 2 ，a n a e r o b i c d i g e s t i o n c a r l e l i m i n a t e7 5 。p 8 0 c o d c ro ft h es w i n em a n u r ew a s t e w a t e r a f t e ra n a e r o b i c d i g e s t i o n ，t h e c h a n g eo f n h 3 nc o n c e n t r a t i o ni sn o tv e r yc l e a r w h e nt h et e m p r a t u r ei s3 0 a n dt h ep ho f t h e w a s t e r w a t e ri nt h ea n a m m o xr e a c t o ri sb e t w e e n7a n d8 ，a n a m m o xc a ne l i m i n a t ea b o u t 2 0 n h 3 - na n dc o d c la l t h o u g ht h ee l i m i n a t i o n i sn o t a b v i o u s ，t h em a i nf u n c t i o no f a n a m m o xi st oa l l e v i a t et h es h o c ko f h i g hn h 3 一nc o n c e n t r a t i o nt ot h es b rr e a c t o r a f t e rt h e s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o n n i t r i f i c a t i o ni ns b r r e a c t o r , t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d c ri n t h ee f f l u e n to fs b ri s 3 0 0 3 5 0 m g l ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fn h 3 - ni su n d e r8 0m g l t h e e f f l u e n tr e a c h e st h ed i s c h a r g es t a n d a r do f p o l l u t a n t sf o rl i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n g ，a n di tc a n b ed i s c h a r g e d k e yw o r d s ：s w i n e m a n u r e w a s t e w a t e r , a n a e r o b i cd i g e s t i o n ，a n a m m o x ，s b r ，s h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n ，d e n i t r i f i c a t i o n 上海师范人学碰i ：论文 1绪论 1 1 畜禽养殖业的发展与畜禽粪便污染概况 1 1 1 畜禽养殖业的发展 畜禽养殖业的发展，特别是集约化养殖的高速发展，使畜禽养殖业的特点发生了巨大 的变化，即由过玄的分散经营、饲养头数少、主要分布在农区转变为现在的集中经营、饲 养头数多、主要分布在城市郊区或新城区。 自5 0 年代起，发达国家的畜禽养殖业就开始向大型化、专业化和高效化的方向发展， 进入9 0 年代，畜禽集约化养殖场呈现更加集中化和大型化的发展趋势。如在美国北卡罗纳 州，养猪场的数量急剧降低，而单个养猪场的养猪数量却成倍地增长，美国从7 0 年代初到 9 0 年代末，猪的数量从2 0 0 万头增加到约9 8 0 万头，而猪场的数量却从约6 4 万个减少为 约4 干个。在欧洲情况也是如此，1 9 8 0 年欧洲各国有3 4 0 万个猪场，到9 0 年代末仅有1 7 0 万，f 降了一倍。 音禽养殖特点的演变加上农田的施肥由原来的有机肥为主转变为以化肥为主，导致了 富禽养殖粪便由肥料变为废弃物，加之畜禽养殖粪便含水量大、恶臭，对处理、运输和施 用带来极大的不便，更加剧了畜禽粪便直接还田的难度，从而带来环境污染问题。英国、 美国、法国、日本、丹麦、荷兰、比利时、意大利以及我国的台湾省等畜禽养殖业发达的 田家及地区，都不同程度的出现了畜禽养殖业污染危机。许多畜禽养殖密集度高的地区， 动物排泄物成为土壤、水源、空气等环境污染的重要来源。我国台湾省环境污染源中1 业 废水占5 4 、生活污水占2 5 、畜禽废水占2 l 。西欧许多地区由于畜牧密集度高，产生 了严重的污染问题，致使供水水源中的硝酸盐含量严重超标。荷兰南部地区畜牧业密集度 很高( 高出荷兰平均水平的2 3 倍) ，结果粪便量大大超过了农业生产施用量，因而引起 硝酸盐污染。据估计荷兰年粪便产出量为9 5 0 0 万吨，过量1 5 0 0 万吨；比利时年粪便总产 出量为4 1 0 0 万吨，过剩8 0 0 万吨；法国已有6 个地区的饮用水硝酸盐含量超标，2 1 个地 公削水硝酸盐含量超过4 0 m g l ，接近超标。 我国畜牧业生产自菜蓝子工程实施以来发生了质的变化，畜禽养殖规模和产值均发生 了巨大的变化，肉类产量以每年1 0 以上的速度递增，奶类和禽蛋递增率也在l o 以上。 1 9 8 6 年我国的禽蛋产量首次超过美国，1 9 9 1 年肉类产量首次超过美国，以后连续几年保持 j ：海帅范大学硕士论文 世界第一。据有关资料统计，截至1 9 9 9 年底，我国2 3 个省市规模化畜禽养殖场己达3 2 5 0 0 多家，主要分布在经济发达地区及大中城市周围。根据1 9 9 9 年我国畜禽业的生产数量及畜 禽的排泄指数计算，我国当年畜禽粪便产生量约为1 9 亿吨，而我国工业行业当年产生的工 业固体废物总量为7 8 亿吨，畜禽粪便产生量是工业周体废弃物产生量的2 4 倍。畜禽粪便 管理不当极易进入到水体，按音禽粪便进入水体的流失率2 5 - , - 3 0 估算，1 9 9 9 年我国畜 禽粪便主要污染物c o d 、b o d 、n h 3 - n 的流失量分别为7 9 7 3 l 万吨、5 8 0 8 7 万吨和1 5 5 8 8 万吨。同期全国工业废水的c o d 排放总量为6 9 1 7 4 万吨，生活污水c o d 排放量为6 9 7 万吨，则我国畜禽养殖废水c o d 排放量已超过全国工业废水和生活污水c o d 排放量。 全国9 0 以上的规模化养殖场没有经过环境影响评价，8 0 的规模化养殖场缺乏必要 的污染治理设施，眚禽粪便污水一般未经任何处理就地排放。畜禽粪便长期堆置或排放到 附近水沟，堵塞了河道，污染了水体和空气，造成蚊蝇滋生。而富含大量有机物和n 、p 营养元素的污水，流人河流和湖泊，造成水体富营养化；渗入地下，使地卜水中硝态氮、 硬度和细曲总数超标。长期下去，不仅污染周围环境而且影响畜禽质量，而且将制约整个 寄禽养殖业的健康发展。 1 1 2 畜禽污染负荷 、裔禽粪便排泄系数 自禽的粪尿排泄量与动物的种类、品种、性别、生长期、饲料甚至天气等诸多冈素有 关，但是一般的波动不太火。根据上海市环境保护局推荐的估算系数，参照日本农业公害 手册年上海市农业科学院畜牧研究所根据实验得出的畜禽粪便污染物排泄系数”，并结合k 江二角洲地区寄牧饲养的实际情况，将畜禽粪便污染物的日排泄系数修正为表1 1 所示数 据。备禽粪便年排泄系数如表1 2 所示。 表1 - 1 畜禽粪尿的日排放系数( 头天) 污染物生猪 蛋禽肉禽牛 粪 尿 2 2 0 0 2 9 0 0 b o d 5 2 0 3 6 7 5 1 5 03 0 0 0 0 - 1 8 0 0 0 1 358 0 5 c o d e 。 2 6 64 5 9 1 1 0 0 氨氮3 7 50 9 181 2 2 上海师范大学硕士论文 表l 之畜禽粪尿年排泄量( k 头年) 污染物生猪蛋禽 肉禽牛 注：生猪生长期一般为1 8 0 d ，肉禽一般为5 5 d ，按照不同动物的生长期计算其一年的粪尿排放量。 畜禽粪尿污水属于高浓度的有机废水，氨氨和s s 的含量都很高。畜禽养殖业污水排放 量的大小在很人程度上取决于畜禽的种类、饲养方式、饮水设施、畜舍清粪方法、水同用 方式等诸多冈素尤其是养鸡场、养牛场的污水产生量，因饲养方式、饮水方式利清粪方 式的不同，污水产生量的差别相差甚远。一般污水量的确定根据实地凋查而定，或根据畜 禽养殖业污染物排放标准中规定的最大排水量进行估算。 畜禽养殖业污水中各种污染指标的大小也差别较大，一般根据实地采样监测确定。根 据一些资料p 1 h l 【5 1 和实际调查结果，大致列出了畜禽养殖场排放污水的污染物浓度范罔，见 表1 3 。 表l 一3畜禽养殖场尿液和地面冲洗水综合污水的污染物浓度范嗣 沣：干清粪冲洗水：先将粪便清理，然后用水冲洗地面和鸡舍。 水冲式清粪水：直接用水冲洗地面和鸡舍，然后用沉淀池分离粪便。 上海师范大学硕士论文 1 1 3 上海市畜禽养殖业的发展与畜禽养殖污染 八十年代后期，上海市贯彻“城市主要副食品立足于郊区”的方针，大力发展“菜篮 子： 程”，逐步形成了市郊副食品生产基地，从而大大改善了市民对肉、禽、蛋、鱼和奶的 需求。表l 4 列出了上海市1 9 7 8 2 0 0 2 年的畜牧产品的产量。 表1 - 4 上海市畜牧产品产量统计表 指杯1 9 7 81 9 8 01 9 8 5 1 9 9 01 9 9 52 0 0 02 0 0 1 2 0 0 2 猪肉( 万吨) 1 28 61 6 7 6 1 6 9 42 33 22 39 4 2 5 9 62 6 4 02 47 5 牛羊肉( 万吨) 生猪出栏域 ( 万头) 生猪年末圈存 量( 万头) 家禽出栏蟹 ( 万羽) 2 9 92 73 5 0 6 63 0 72 5 4 1 1 8 04 5 25 5 4 7 1 4 64 8 00 04 5 00 0 73 3 1 4 1 92 26 82 l7 8 2 59 52 60 42 79 8 奶牛年末头数 ( 万头) 2 1 926 549 l 70 9 鲜蛋( 万吨) 22 84 5 9 8 5 01 50 71 47 8 1 66 41 68 7 1 66 5 n 表】- 4 可以看出，1 9 9 0 年与1 9 8 5 年相比，本市牛奶产量增加约6 0 ，鲜蚩上市龄 增加了约7 7 3 ，家禽上市餐增加了2 8 倍，生猪产量增加了约3 8 。 采州眚禽粪尿排泄系数，结合上海音禽饲养量，估算出畜禽粪尿b o d ，、氨氮及c o d c ， 污染量。表l - 5 、1 - 6 、1 - 7 分别列出了1 9 9 9 。2 0 0 2 年上海市畜禽粪尿b o d 5 、氨氮及c o d c ， 污染姑。 表l 一5 上海市三年畜禽粪尿b o d 5 污染量( 万吨) 1 9 9 9 年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年 一一 奶牛i 6 3 7 1 7 1 31 7 6 0 1 7 7 l 肉禽1 1 ，7 2 2 1 2 7 3 81 2 7 8 6 1 1 8 3 0 生猪 2 5 9 8 92 6 0 5 52 6 2 2 7 2 46 3 0 总量3 9 3 4 8 4 0 5 0 64 0 7 7 3 3 82 3 1 4 圭塑堑蔓盔兰堡主笙兰 表1 - 6 上海市三年畜禽粪尿氨氮污染量( 万吨) 1 9 9 9 年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年 表1 7 上海市三年畜禽粪尿c o d c ，污染量( 万吨) 根据王少平【6 1 等人对上海市郊1 9 9 7 年畜禽养殖场的研究结果，表明上海市集约化畜禽 业污染出现明显的圈层分异：单位面积载粪量表现在从近郊向远郊呈放射状减少的趋势。 近郊载粪量高于3 3 吨亩单位耕地面积粪尿污染负荷约为中郊的近2 倍，远郊的4 倍。 近郊由j ：中心城区的不断扩大，耕地面积大幅度减少所以，单位载粪量明显高于中郊和 远郊。 各闰层中不同畜禽种类对粪尿的贡献率有所差异，在近郊生猪饲养产生的粪尿占总鲑 的8 6 ，其他各种畜禽所占比例很少；中圈内生猪场比例减少到5 7 ，而奶牛占4 1 ：在 远郊奶牛【! 6 0 ，生猪占2 7 。 1 2 畜禽养殖污染的危害 ( 1 ) 对地表水和地下水源的污染 卣禽粪尿废水的地表径流是造成地表水、地下水及农田污染的一个污染源。该废水中 氮、磷及b o d ，的含量很高，如不妥善处理，就会通过地袁径流和土壤渗滤进入地表水体、 地f 水层，或在土壤中积累，致使水体严重污染，土地丧失生产能力、树术枯死、绿草不 生。另一项调查表明，畜禽粪尿废水是太湖流域最大的氮、磷及有机污染源，也是太湖富 营养化的罪魁祸首。有的畜禽养殖场位于城市主要河道、饮用水水库或地下水源地附近， 是造成这些水体污染的主要污染源。废水渗入地下，使地下水严重污染，水井报废。特别 5 上海师范大学硕士论文 是废水中所含大量的含氮化合物在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等化学反应过程 而形成了n h 3 n 、n 0 2 讣j 和n 0 3 讣i 下渗到地下水，造成地下水中硝酸盐含量增高，使 水质不易于饮用，严重影响人体健康。 音禽粪尿废水一般通过两个途径进入环境：一是在饲养过程中直接排入水环境：二是在 堆放储存过程中因降雨和其他原因进入水体。研究表明，上海市郊畜禽粪尿的流失率在 3 0 4 0 之间【7 i 。若按流失率为3 0 计算2 0 0 2 年上海市畜禽粪尿污染物的流失情况如表 1 8 所示。 表卜82 0 0 2 年上海市畜禽粪尿污染物的流失情况 2 0 0 2 年上海市工业废水排放量为6 4 9 亿吨全市生活废水排放量为1 2 7 2 亿吨，其中 c o d 排放量为3 2 9 6 万吨，氨氮排放量为2 9 1 万吨，而畜禽粪尿流失的c o d 和氨氮分别为 1 2 8 0 7 万吨平【i1 8 5 万吨，分别占总排放量的2 7 平f 13 9 。上海市环境保护局曾对全市7 0 0 多家寄牧场周围环境进行调查，发现9 0 以上畜牧场周围河水夏季黑臭，鱼类濒临灭绝， 有机污染十分严重，而且生物污染也不可忽视。例如，在松江县畜牧场较为集中的新桥镇， 畜牧场附近河中细菌总数超标5 0 0 倍左右。上海郊f 夏的大部分畜禽粪尿废水未经处理流入河 道，已成为上海人民的饮f l j 水溺i 的主要污染源。 ( 2 ) 对人气环境的污染 畜禽养殖场废水排放到低洼地往往造成恶臭熏天，蚊蝇孽生，严重影响人气质量和 居民的居住环境。另外，废水在某些微生物作用下产生氢、h 2 s 等臭气。这些臭气严重地 恶化，养殖场内外环境的人气质量、对养殖工作人员产生危害，还会影响畜禽的生产性能、 降低其生产力水平。 ( 3 ) 传染病和寄生虫病的蔓延 排放的畜禽粪尿废水污染了水、饲料和空气最终会导致一些传染病和某些寄生疾病 的蔓延和发展，影响到备禽的生产水平，严重时对其生存构成威胁。 除了受孕母牛传染子牛及食用染病动物尸体加丁成的饲料这两种传播途径外，病牛粪 便很可能是传染疯牛病的第三条途径。 ( 4 ) 传播人畜共患病，直接危害人的健康 人箭共患疾病，是指那些由共同病原体引起的人类与脊椎动物之间互相传染的疾病。 6 上海师范大学硕十论文 全世界己知的人畜共患疾病有2 0 0 多种，其中严重者至少有8 9 种，全世界己知并在许多国 家存在、流行的有3 0 多种，如近几年英国等国家流行的“疯牛病”；1 9 9 8i f _ - 1 9 9 9 年马 来西亚人群和猪群中人规模爆发流行的“白立病”；一切温血动物共有的传染病波那病 ( b d ) ；及2 0 0 4 年初在韩日越等国家肆虐的禽流感等。在中国数千年的人类医学史里记 载着许多来源于动物的人类疫疾，有文献记载的中国人畜共患疾病主要有9 1 种，其中传染 病5 1 种、寄生虫病4 0 种：我国现共有人畜共患疾病1 2 0 多种。 人畜共患疾病传染渠道主要是动物性食品、患病动物的粪尿、分泌物、污染的废水、 饲料等。畜禽粪尿及废水中的有害微生物、致病菌及寄生虫卵首先对养殖场的畜禽产生危 害，导致育雏死亡率和育成死亡率升高，同时给人类的健康甚至生命造成威胁。例如禽流 感的扩散主要是通过粪便中大量的病毒离子污染空气而传播。 ( 5 ) 对温室效应的影响 目前，全球性气温逐渐变暖，己成为国际社会十分关注的一个全球性环境问题。其中， 暂禽养殖业的快速发展，也是构成全球变暖的重要因素之一。众所周知，自然界存在的甲 烷是导致气温高低的重要气体之一，其增温贡献率大约为2 7 h ：右。在这2 7 的贡献率中， 米自 二农田十壤活动、农作物秸秆燃烧以及畜禽养殖业三个方面的贡献率即达7 0 。根据 i p c c ( 联合国政府问气候变化专门委员会) 所推荐的温室气体排放清单编制方法，和浙江 省农业jj ：环保站对全省1 9 9 7 年齑禽养殖业的甲烷气体释放总量进行估算的结果表明，养殖 业刘甲烷气体的排放量贡献最大，占全省畜禽养殖业甲烷气体释放总量的2 8 3 8 。如果 根据近两年备牧业发展形势分析，在今后儿年内，畜禽养殖业的甲烷气体释放量，将仍呈 现增k 趋辨。 在发展旨禽养殖业的同时，必须解决好畜禽粪尿污水的处理，采取适当的方法，人力 控制畜禽养殖业生产中的环境污染，对于增强环境保护和保障人类健康都具有十分重要的 意义。 1 3 国内外对于畜禽养殖污染的管理 1 3 1 国外对于畜禽养殖污染的管理 对丁畜禽业的污染，国外早有认识，如日本于6 0 年代即提出了“畜产公害”问题。欧 洲的荷兰南部、比利时、德国西部的下萨克森州、丹麦、法国的布列塔尼亚等地的畜禽业 发达的地区也都为畜禽粪尿与废水造成的严重环境污染危害所困扰。与此同时许多发达国 7 上海9 f l j 范大学硬1 ：论文 家迅速采取措施加以干预和限制，并通过立法加以规范化管理。如规定一个生产点允许饲 养的窨禽数；建场时必须有粪便和污水的贮存、处理和利用设施；不经许可污水不得排入 河流，更不得排入到地下水中；粪便不经无害化处理不得藏入耕地。同时还制定了相应的 处罚条例，严格监督，很快收到了成效1 8 】| 9 j i i o 】。 一、日本的畜禽养殖业环境管理 日本由于人口稠密，茹于2 0 世纪7 0 年代发生了严重的“畜产公害”，因此对畜禽污染 的立法最多，先后制定了7 个畜禽污染管理控制相关的法律。其中直接相关的有废弃物 处理与清除法、防止水污染法和恶臭防止法。 废弃物处理与清除法中规定，在城市规划地区，齑禽粪便必须经过处理，处理方 法有发酵法、干燥或焚烧法、化学处理法等。 防i t 水污染法中规定，畜禽场的污水排放标准：b o d 日平均排放浓度为1 2 0 m g l ， 最大不得超过1 6 0m g l ：c o d 最大不得超过4 0 0m g l ：s s ( 固体悬浮物) 日平均排放 浓度为1 5 0m e l ，最大不得超过2 0 0m g l 。在随后增加的n 、p 的补充标准中规定n 的允 许浓度为日平均1 2 0r a g l ：p 的允许浓度为日平均8 0m g l ：并规定一个畜禽场养猪超过 2 0 0 0 头、牛超过8 0 0 头、马超过2 0 0 0 匹时，排山的污水必须经过处理，并符合规定要求。 恶臭防止法中规定畜禽粪便产生的腐臭气中8 种污染物的浓度不得超过工业废气 浓度。 二、美国的畜禽养殖业环境管理 美幽联邦水污染法规定：超过一定规模的富禽场，建场必须得到许可：1 0 0 0 头以 f 、3 0 0 头以上的畜禽场，其污水无论排入自身贮粪池，还是排入流经本场的水体，均需 得到许可；3 0 0 头以下的畜禽场，无特殊情况，可不经审批。美国佛罗里达州政府则为了 防i f 一备禽污染，出钱补贴鼓励奶牛主停业。 三、德国的畜禽养殖业环境管理 德国政府规定畜禽粪便不经处理不得排入地上或地f 水源中。在城市或公用饮水区域， 家畜的最大允许饲养量不得超过规定数量：牛3 - - 9 头h m 2 、马3 9 匹h m 2 、羊1 8 头h m 2 、 猪9 1 5 头h m 2 、鸡1 9 0 0 3 0 0 0 只h m 2 、鸭4 5 0 只m m 2 。 另外，德国政府还制定了粪便法，控制农田中施用粪便的量，每年1 0 月至来年2 月禁止农畜在田间放牧或将粪便排入农田；并对耕地施用的氮、磷、钾总量进行限制，如 对氮的控制是2 4 0 k g h m 2 。 四、荷兰的畜禽养殖业环境管理 r 上海师范大学硕士论文 荷兰畜牧业高度密集，为了制止畜禽粪便污染，从1 9 8 4 年起，不再允许养殖户扩大经 营规模。晟近的立法正根据土壤类型和作物情况，逐步规定畜禽粪便施入土地中的数量a 为了解决过剩粪肥的处理问题政府制定了粪肥运输补贴计划和脱水加工成粪丸出口计划 并由国家补贴建立粪肥加工厂；政府进一步拟定在水源附近地区的土地上不得堆旌粪肥。 五、法国的畜禽养殖业环境管理 法国是一个农业大国，在法国西部有欧共体的重要养殖区，养殖业污染问题也十分严 峻。法国国家有关部门颁布了一系列的条文和规定，包括限制农场主的养殖规模，环境部 规定了扩建畜禽场的特定区域。近年来还规定禁止在土地上直接喷洒猪粪，防止污染空气 和水源。此外，法国的农民协会、农业部和环境部，共同协商颁布了农业污染控制计划 ( p c p a o ) ，该计划包括了养殖业生产状况的调整以及对n 、p 和杀虫剂的限制： 六、意大利的畜禽养殖业环境管理 在过去1 0 年内，意大利的畜禽的养殖数量增加不多，主要在北部进行，也有一定程度 上的饮j ； j 水污染及地表水的富营养化等问题，意大利在畜禽粪便管理方面主要是茬制施用 期和施州量。表l _ 9 和表i 1 0 分别列出了欧洲一些国家关于畜禽粪便的储存及建用规定 和一些国家畜禽养殖业污水排放标准 表1 9 欧洲一些国家关于畜禽粪便的储存及施用规定 + 注：此处数字为p 的施用量h a ：公顷( h m 2 ) 一1 0 0 0 0 平方米 9 上海师范大学硕士论文 1 3 2 国内对于畜禽养殖污染的管理 我国现行的污染源管理工作主要是针对工业污染源，无论是“三同时”制度，还是排 污许可证制度均主要针对工业企业等点状污染源，对畜牧业这种面状污染源考虑较少。音 禽养殖业由于饲料、能源价格上涨加上调整了税率和贷款利率，生产成本较高，即使在 定的政策扶持下，目前不少富禽饲养场生产经营仍然相当困难处于微刹或亏损的边缘， 确实无法投入大量资金用于污染治理。另一方面，大中型畜禽饲养基地作为市府“菜篮子 工程”的重要组成部分。对于保障城市副食品供应意义重大，不可能简单地对其实施“关 停并转”，环保部门对其监督管理困难，执行力度较弱。 我国城市畜禽养殖业的发展起步晚，缺乏对畜禽养殖业污染的系统监测和调查研究的 基础资料和数据，其污染控制无论在管理上、政策上和技术上都显得滞后。近年来我国也 采取些妥善适宜的措施控制其污染的发生与蔓延。 一、部分地方政府畜禽养殖业的立法 台湾环保部门在开始时( 即1 9 8 7 年至1 9 9 2 年) 要求排放的污水中生物需氧量( b o d ) 为4 0 0 m g l ，5 年后( 即1 9 9 3 年至1 9 9 7 年) 要求b o d _ 1 0 0 m g l ，化学需氧量( c o d ) _ 4 0 0 m g l ，1 9 9 8 年后( 即日前) 要求达到的排放标准是b o d _ 8 0 m g l 、c o d _ 2 5 0 m g l 。 纵观其要求，有一个前松后紧的过渡时期，没有一开始就高标准和严要求，也没有一下子 就要与国际接轨。台湾省颁布了水污染防治事业排放水标准( 见表1 1 1 ) 。同时还规定 猪场废水在达不到排放标准时要限期解决：否则，政府将实行重罚，可连续罚至改善为止。 表1 - 11台湾省水污染防治副业排放水标准 竺! 墨婆! 釜! ! 羔! 里兰! 望! 浓度8 0 2 5 01 5 050(10)4 5 06 0 90 0 上海师范大学硕士论文 1 9 9 1 年1 2 月1 8 日，上海市崇明县环保局制订的崇明县内河饮用水源保护管理暂行 办法规定，在重点保护区范围内禁止向水域排放工业废水、畜禽粪便；禁止在水面放养 畜禽。 1 9 9 2 年3 月2 3 日，上海市环保局为了加强对畜禽粪便污染的管理和控制，促进畜牧 污染的治理，颁布了上海市大中型禽畜场粪水排放暂行规定( 1 0 0 头奶牛，l o o o 头猪， l o o o o 只鸡) 。对于黄浦江上游水源保护区、准水源保护区以及县属主要城镇饮用水源保 护区，经处理后污水浓度应达到c o d e ，_ 3 5 0 m g l ，b o d 5 1 8 0m g l ，n h 3 - n _ 8 0m g ，l ：直 接排入水源保护区以外水体的污水排放浓度应达到c o d c 。_ 4 0 0m g l ，b o d 5 ：1 2 0 0m 叽， n h 3 n 1 0 0m g l ；同时还规定不得用清水对畜禽粪污进行稀释排放】。 国家环保总局、国家质监局联合发布畜禽养殖业污染物排放标准，对畜禽养殖业废 水、废渣排放和恶臭气味提出控制标准，此标准于2 0 0 3 年1 月1 日起正式实施。标 准控制项目包括三类：卫生学指标( 寄生虫卵数和粪大肠菌群数) ；生化指标( b o d 5 ， c o d e ，s s n h 3 - - n ，t p ) ；感官指标( 恶臭) 。其中，卫生学指标和感官指标都是上海 市地方标准中没有的，卫生学指标中粪大肠菌群数要求小于1 0 0 0 0 个m 1 ，蛔虫卵小于2 个l 。生化指标严于上海市的现行排放标准，最高允许日均排放浓度为，b o d s 5 1 5 0 m g l ；c o d e ，墨4 0 0 m g l ：s s 2 0 0 m g l ；n h 3 - n _ 8 0 m g l ；p _ s m g l 。各级农委、畜牧 主管部门将根据标准规定的控制项目包括生化指标，卫生学指标和感官指标，做好畜 禽污染防治i 作，推动畜禽养殖业污染物减量化、无害化和资源化，促进畜禽养殖业健康 发展。 1 4 畜禽养殖粪污处理技术 1 4 1 国外畜禽粪污处理技术 一、还田利用 备禽粪便的还田利用既可以有效地处理动物废弃物，又可将其中有用的营养成分循 环利用于十壤一植物生态系统。但是，不合理的使用方式或连续过量的使用会导致硝酸盐、 磷及重金属的沉积，从而对地表水和地下水构成污染。此外，在降解过程中如氨和硫化氢 等有害气体的释放会对大气构成威胁。畜禽粪便和废水经过生物处理后适度地应用于农田 己成为新趋势。 白7 0 年代中期以来，发达国家围绕科学、合理地应用粪便于农田所进行的研究主要有 1 1 上海9 l f j 范凡学硕士论文 如f ) l 方面： 1 、测试肉牛、奶牛、猪、蛋鸡、肉鸡等不同畜禽粪便的营养成分及其对增加肥力的效 果，以便有效地满足植物对氮、磷、钾等营养元素的需求，从而达到养分的供需平衡1 。 2 、s m i t h ”1 对各种畜禽粪便在不同气候、土壤、使用季节及使用方法等条件下的挥发 及浸析状况进行了估算。 3 、t h y s e l i u s “1 对使用方法包括注射、撒布、撤布后立即耕种及喷洒进行对比分析研究 得出结论：撒布后立即耕种是消除气味，减轻空气污染及控制地表溢流、土壤浸析的好方 法。在瑞典、德国等国家对灌溉系统进行了综合性研究并大力推广应用。 4 、s u t t o n ”】对多个试验点进行研究，确定了影响动物粪便营养成分的因素，并对如何 蛙优化地利用提出了可行的管理技术。 二、生物处理技术 厌氧处理是目前处理猪粪及其它有机物的最重要的处理技术，其优越性在于在消除猪 粪尿对环境污染的同时获得可利用的能源和物质。国外发达国家开发的厌氧反应器类型很 多，一系列的新型厌氧处理反应器和处理工艺，如u a s b ，u b f ，a f ，s b r 等高效生物处 理反应器以及厌氧、好氧联合处理工艺用于养猪场废水的处理，都取得了良好的处理效果。 为探索低温条件对产气率的影响，美国s a f l e y ，l m 等人研究了奶牛场废水和猪粪低 温消化的处理过释，发现在1 0 2 3 范围内，在实验室规模的厌氧消化器内挥发性悬浮固 体以0 1 和0 2 k g m 3 d 的比率进料，消化器成功地运行，只略显不稳定性；当温度f 降时， 甲烷。城，典型的直线f 降变化。 不少外国学者对好氧生物处理过程的机理及处理过程的动力学模型进行了研究。 e v a n s ”蛙于m o n o n d 动力学模型，建立了好氧处理过程的动力学模型，用来预测在特定的 处理时间内不同畜禽粪便废水处理后的浓度。w i l l i a n m s ”】则发现在动物粪便废水的储存 过程中挥发性脂肪酸浓度和废水气味之间的必然联系，并以此作为衡量气味的一个度量尺 度。 好氧生物处理比厌氧生物处理在气味与c o d 控制方面更为有效。英国s i l s o e 研究院【”1 对奶牛场废水进行多阶段、多方法综合好氧生物处理系统进行研究验证，优化各部分运行 参数及什算运行费用的试验表明，经过1 3 天的连续处理，c o d 可降解5 0 9 0 。 水生生物塘】：艺是处理废物、回收物质和能源的重要的生态工程技术。m e n s h i k o v a o a 【2 0 1 等人研究了利用藻类和大型植物对养猪场废水三级处理工艺，选择了对处理效率有 影响的因子( 营养物剂量、大型植物生物量、温度) ，并利用数学方法进行了回归分析。 1 2 上海师范大学硕士论文 三、其他方面的利用 畜禽粪便除广泛地庶用丁农田之外，还有多种利用潜力。如m i l n e t l 2 1 利用粪肥营养成 分培养细胞蛋白质，经过熟解作用从粪便中提取类似于石油的能源。 1 4 2 国内畜禽粪污处理技术 国内对畜禽粪污的治理大致分为两种，即还田利用型和达标治理型。还田利用型是对 畜禽养殖场的粪污进行简单的厌氧或好氧处理，使处理后的残渣和残液全部用作饲料添加 剂、鱼饵料和农田有机肥使用，不外排。这种方法目前在国内绝大部分地区和养殖场使用， 其前提条件是要有足够多的用户和足够大的耕地。达标治理型是对畜禽养殖场的粪污进行 干湿分离，粪便经一定处理或堆肥后用作饲料添加剂和肥料，污水经物化、生物处理，达 标后排入环境水体。后一种方法工程投资大运行费用高，在无足够农田消纳养殖场所产 粪污时才会采纳。 据上海市畜牧办统计，上海市1 9 9 9 2 0 0 1 年共治理的1 5 3 家规模化畜禽场中，有1 0 0 多家采爿j 了还田利用工艺，4 8 家畜禽场采取达标治理工艺。 一、还田利用 1 、厌氧发酵 畜禽粪污在厌氧菌的作用下，将有机碳转化成腐殖质。发酵过程中温度可达5 0 v 以上 其中部分病原微生物和一些寄生虫卵都可被杀死，降低臭味；氮素被分解成易为植物根系 吸收的含氮化合物，从而可生产优质肥料，广泛应用于种植业，使种植业降低成本义能增 加收入。发酵生产的沼气，可代替其它燃料，产生定的经济效益。 我国规模化畜禽场沼气工程兴建于七十年代末和八十年代初，是受已大量推广的户用 水压式沼气池能源、肥料及环境效益的激励和启迪。早期建池容积约5 0 1 0 0 m 3 ，地下池、 常温发酵多为水压式沼气池的简单放大和隧道式沼气池，每个工程由几个或数十个池组成， 处理效率和装置产气率较低( 一般约0 2 0 3 m 3 ，m 3 d ) ，池内易形成较厚的浮壳和沉渣，妨 碍运行，出料困难。八十年代以后，针对上述问题，国家组织科技攻 关，使规模化畜禽场沼气工程技术有了很大发展。厌氧装置单池容积从数十立方米发 展到上千立方米，并有了近中温和中温发酵和效率较高的全混式厌氧沼气池、塞流式消化 器、升流式厌氧污泥床( u a s b ) 、升流式固体反应器( u s r ) 和厌氧滤器( a f ) 及两步发 酵等先进工艺：还引进了德国利浦公司的制罐专利技术；改进了发酵工艺，发展了沼气净 上海师范大学硕士论文 了德国利浦公司的制罐专利技术；改进了发酵工艺，发展了沼气净化、利用和控制的配套 技术；以及包括前、后处理，综合利用的能源环境工程。 据农业部统计【”1 ，我国1 9 9 8 年处理农业废弃物( 畜禽粪污等) 的大中型能源环境工 程有5 7 3 处，占处理工农业废弃物工程总数的7 6 6 ，且分布较为集中，上海、浙江、江 苏、湖南、湖北、江西六省市工程数量占总数的7 5 以上。畜禽场沼气工程的产气情况一 般为：高温( 3 5 5 0 。c ) ，装置产气率3 0 3 2m 3 m 3 d ：中温( 3 5 3 8 。c ) ，装置产气率1 7 2 2m 3 m 3 d ；常温( 1 8 3 56 c ) ，装置产气率1 , 5 2 0m 3 m 3 d ；低温( 9 1 3 c ) 。装置产气 率o 2 0 ，3m 3 m 3 d ，产气率己步入国际先进行列。 厌氧发酵可以将静禽粪便和冲洗水混合进行厌氧发酵，或者先将粪便和场地冲洗水进 行干湿分离，然后再分别进行厌氧发酵。通过干清粪方式，尽量减少污水量，即可以节约 ：1 ：程投资，又能降低处理难度，还可避免沼液过多无法全部利用的压力。 2 、好氧生物堆肥处理 好氧生物堆肥是将畜禽粪便单独或与其它填料( 稻壳、木屑、稻草屑、玉米杆等) 混合堆肥，并进行充气和搅拌，利用粪便中的微生物发酵产生的热量( 可达到7 0 - - 9 06 c ) 杀灭火部分病原菌和寄生虫，使其变为可利用的有机复合肥【”i ，该处理方法的主要特点是： ( 1 ) 克服了厌氧发酵的臭味较浓和分解不完全的缺点： ( 2 ) 能释放较多的能量，可使堆肥温度升高到7 0 9 0 。c ，故能杀灭大部分病原菌和 寄生虫，减少或避免了_ 二次污染： ( 3 ) 可以机械化连续生产，但必须添加特殊菌种。 目前，对生物堆肥菌种的研究和同体菌制剂的供应均已有报道和应用。沈根样等【2 4 】 筛选的h s p 菌剂能迅速提高发酵温度，加快熟化进程，有效杀灭粪中所含的杂草种子和虫 卵病菌，具有快速堆肥熟化和无害化的功效。 二、达标治理 由于畜禽污水的有机物浓度较高，其主要处理方法是厌氧处理，但只经厌氧处理出水 很难达标，必须增加后续好氧和其他生物处理，方可做到达标排放。 目前，国内采用的后续处理主要有：接触氧化法、s b r 活性污泥法、稳定塘( 氧化塘) 、 藻类、水生植物( 水葫芦、细绿萍、水芹菜) 等。 郊武等2 5 峙道了广州利片j 氧化塘对厌氧出水进一步处理的工程实践，出水达到排放标 准。 邓学法等【2 6 】报道，畜禽场污水经厌氧处理后，进入1 号氧化塘，然后进入曝气池曝气 1 4 上海师范人学硕t ：论立 处理后再进入种植水生植物的2 号氧化塘，出水各项指标远低于排放标准。 氧化塘可利用不能用于种植、放牧、造林的古旧河道、河滩地、沼泽水塘等建造，在 其四周修筑不太高的围坝即可，水深在o 5 2 5 m 左右，利用水面空气和太阳辐射，使好氧 菌充分生眭，降解有机物。氧化塘的特点是菌、藻、水生植物、鱼、蚌、鸭、鹅、鸟等均 可存在，形成许多条食物链共同组成的水生态系统，能促使污水净化与资源利用相结合， 形成良性的生态循环。 邓良伟等田1 报道，采用s b r 直接对养猪场冲洗水进行处理，对n h 3 n 有较好的去除 效率，但c o d 较难达标。 姚爱莉等2 8 】手r 道，应用好氧接触氧化、颤藻附着生物床和水生植物联合新工艺对厌 氧处理后的雉生化降解的、碳氮比严重失调的鸡粪发酵液进行小规模生产处理，结果表明， c o d 去除率可达到9 4 5 ，n h 3 - 1 4 去除率可达到9 7 以上，出水完全符合排放标准；颤藻 附着生物床脱氮效果最好，且含有5 0 以上的粗蛋白，可作为良好的牲畜饲料：水葫芦具 有较强的降解c o d 的作用。但受气温影响明显，在5 i o 。c 左右时，水葫芦等几乎停1 r 生 k ，颤藻生长受限，所以，冬季廊改用绿藻和绿萍。 王新兰等 2 9 1 报道，可以将高浓度的养猪废水直接排入水葫芦水生植物塘内进行净化处 理，水葫芦长势非常好。利用水葫芦、细绿萍、鱼塘和稻田净化养殖废水，达到清洁生产 平综合利埘的目的。 丁金莲等【3 0 】通过实验室模拟实验，探讨了混凝脱氨好氧生化处理养猪场废水的【：艺。 经4 i 灰乳、混凝沉淀可去除废水中的大部分胶体物质和悬浮物，i - j 时可以去除一部分难降 解物质：经过脱氨使废水中氨氮低于2 0 0 m g l ，有利于后续生化的顺利进行。当生化池活 性污泥浓度在3 5 0 0 4 0 0 0 m g l 之间，c o d c ，容积负荷 3 0 k g ( m 3 d ) ，n h 3 n 容积负荷 0 2 2 k g ( m 3 d ) 时，生化出水能够达到上海市提出的畜牧业排放标准( c o d c ，_ 4 0 0 m g l ， n h 3 - n _ i o o m g l ) 。 纪宝华等圳指出水葫芦具有很高的吸收氨的作用，细绿萍具有吸收磷的作用，同时还 可满足养猪绿色饲料的要求。 上海师范人学硕_ 上论文 2实验材料与方法 2 1 实验用水质 在各类畜禽养殖废水中，养猪场废水的产生量大，污染物的浓度高，对环境污染的贡 献最大，因此本实验选取最有代表性的养猪场废水作为处理水样。 实验水样取自南汇某养猪场初沉池，冰箱冷冻储藏，以保证水样的新鲜。水样浓度因 取样时间不同，有一定差别，c o d 浓度范围在4 0 0 0 b o o o m g l 之间。表2 1 列出了本实 验用水污染物浓度范闱。 表2 - 1 本实验用养猪场废水水质 2 2 工艺流程 在参考国内外已有实验资料和工程运行资料的基础上通过对畜禽养殖场实际废水的小 试，确定设计参数，优化单元组合，选择达标治理的最佳途径，以降低工程投资成本和运行 费用。对养猪场废水处理拟选择如图2 - 1 所示的工艺进行研究。 考虑到废水c o d 在5 0 0 0 m g l 以上。故需采用以厌氧为主的处理工艺。这一方面可以 降低造价，减少处理运行费，同时还可回收部分能源沼气。厌氧处理对c o d 去除效 果很好，但对氨氮去除效果很差。所以对厌氧消化液再进行相应的脱氮和好氧处理，以期 能够达标排放。 部分亚硝化液回流 图2 - 1 养猪场废水处理工艺流程图 2 3 实验装置与材料 l 、厌氧反应器：全混式，容积1 5 升( 有机玻璃自制) ： 2 、厌氧氨氧化、好氧反应器：2 升人烧杯： 1 6 上海师范大学硕士论文 _ - _ _ - - _ - _ _ 一 3 、水生植物反应池：容积i o 升( 有机玻璃自制) ； 4 、磁力搅拌器：7 9 - 2 型双向磁力搅拌器； 5 、恒温调节器：x m t - 1 0 2 ； 6 、