摘要:奶牛養(yǎng)殖廢水具有高COD、高SS、高氨氮的特點(diǎn)，大多數(shù)集約化奶牛養(yǎng)殖場所暴露出的廢水未經(jīng)處理任意排放的問題，已嚴(yán)重威脅到周邊的生態(tài)環(huán)境。文中敘述了奶牛養(yǎng)殖廢水的來源及特征，討論了物化處理技術(shù)、自然處理技術(shù)、生物處理技術(shù)在處理奶牛養(yǎng)殖廢水時的優(yōu)缺點(diǎn)，指出今后在奶牛養(yǎng)殖廢水處理方面仍需解決的重要問題。
在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)中，奶牛養(yǎng)殖業(yè)逐漸成為不可或缺的一部分。近年來，集約化、標(biāo)準(zhǔn)化的奶牛養(yǎng)殖模式已經(jīng)主流。然而，在集約化養(yǎng)殖過程中會產(chǎn)生大量糞尿及沖洗水，且在這些廢水中含有COD、SS及氮磷等高濃度的污染物［1］。據(jù)2015年的《全國環(huán)境統(tǒng)計公報》相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)源COD和氨氮排放量分別為1068.6萬t和72.6萬t，占全國總排放量的48%和32%，而畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放量在農(nóng)業(yè)源排放總量中的比例高達(dá)95%［2］。畜禽養(yǎng)殖廢水無疑已成為引起農(nóng)村面源污染的罪魁禍?zhǔn)祝瑫r也嚴(yán)重阻礙了國家推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的進(jìn)程。目前奶牛養(yǎng)殖廢水的排量越來越大，全國范圍內(nèi)并沒有對其危害引起足夠的重視，奶牛養(yǎng)殖廢水處理效率很低。
1、奶牛養(yǎng)殖廢水的來源及特征
在集約化的奶牛養(yǎng)殖場中，養(yǎng)殖廢水主要包括了牛尿、部分牛糞及牛舍沖洗水。調(diào)研可知，鮮牛糞中含有8.44%～10.62%的有機(jī)物，主要是未消化的蛋白質(zhì)和纖維素等，其中水溶性蛋白質(zhì)含量在1.17%～1.23%之間，pH為7.5［3］。
總體來講，奶牛養(yǎng)殖廢水具有以下幾個基本特征:(1)水質(zhì)變化大:牛舍沖洗水是影響奶牛養(yǎng)殖廢水水質(zhì)變化的主要因素，而不同場所不同時間段產(chǎn)生的沖洗水的水質(zhì)會有很大差異，導(dǎo)致養(yǎng)殖廢水整體水質(zhì)變化很大。(2)污染指標(biāo)高:奶牛養(yǎng)殖廢水中含有大量的COD、BOD、氨氮、總磷等污染物質(zhì)，其中高濃度的懸浮物也使其處理起來具有一定的難度［4］。(3)含有致病菌:奶牛養(yǎng)殖廢水中含有大量的致病菌和寄生蟲，未經(jīng)處理直接排放會導(dǎo)致水體惡化［5］。(4)可生化性好:奶牛養(yǎng)殖廢水為例，經(jīng)過檢測，廢水中的B/C比值均超過了0.45，廢水的可生性好。
2、奶牛養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)
目前奶牛養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)應(yīng)用較多的主要有以下幾類:物化法、自然生態(tài)法、生物法等。下面針對這幾類處理技術(shù)進(jìn)行綜合分析。
2.1物化處理技術(shù)
未經(jīng)處理的奶牛養(yǎng)殖廢水中含有較多的糞便以及少量的飼料，固體懸浮物濃度很高，單單的生物降解，反應(yīng)器會因大量固體懸浮物無法去除而發(fā)生堵塞，影響了工作效率，且污泥活性也會降低［6］。因此，需要先采用物化法對廢水進(jìn)行預(yù)處理，這樣大量的固體懸浮物會被去除，分離出來的糞渣也可進(jìn)行二次利用［7］。目前，混凝沉淀、酸堿中和、電化學(xué)、高級氧化、離子交換等物化處理技術(shù)被應(yīng)用于各行各業(yè)的廢水治理中［8］。
(1)混凝沉淀法
通過混凝劑的作用使廢水中的膠體顆粒和小懸浮物聚集形成大的絮凝體，絮凝體自然沉降到廢水底部，從而實(shí)現(xiàn)污染物的去除。目前常用的混凝劑主要有聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鐵(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)等混凝劑。該法操作簡單、成本低廉，迄今為止仍被廣泛使用。周亞紅［9］等研究不同混凝劑對畜禽養(yǎng)殖廢水的處理效果時發(fā)現(xiàn)，混凝沉淀法對養(yǎng)牛廢水的預(yù)處理效果明顯，鋁鹽和鐵鹽混凝劑可以有效地降低廢水中的有機(jī)物含量，COD去除率為82%以上，混凝產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)量增長到之前的2.7倍左右，更容易實(shí)現(xiàn)固液分離。
(2)吹脫法
吹脫法主要用于氨氮的去除，其原理是在堿性條件下進(jìn)行空氣吹脫，改變氣液相中的氨比例，利用氨在廢水中處于游離狀態(tài)的特性，使其透過氣液界面，達(dá)到去除廢水中氨氮的目的［10］。劉麗［11］通過超聲吹脫法對養(yǎng)豬場廢水氨氮吹脫的處理過程中，發(fā)現(xiàn)在初始濃度為667.8mg/L，pH=12，曝氣量為0.3m3/h，吹脫時間為8h的條件下，較終使出水濃度達(dá)到78.4mg/L，達(dá)到了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18596－2001)要求的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。
(3)吸附法
利用吸附材料孔隙密集的特點(diǎn)，可以有效地將廢水中的污染物吸附到吸附劑的表面，將污染物與水體進(jìn)行了分離處理。HaimingHuang［12］等在處理養(yǎng)豬場廢水的研究中發(fā)現(xiàn)，使用鎂鹽對沸石進(jìn)行改性，在改性后的沸石濃度為110g/L、反應(yīng)時間為40min的條件下，可以去除廢水中82%的氨氮和98%的磷酸鹽。吸附法相對來說運(yùn)行成本較高，技術(shù)要求也較嚴(yán)格，同時吸附完成后吸附劑表面會附著大量污染物，應(yīng)及時進(jìn)行脫附防止引起以防發(fā)生二次污染。
2.2自然處理技術(shù)
自然處理技術(shù)是利用河流湖泊等自然水體及土壤中的微生物、植物，利用其生命活動實(shí)現(xiàn)對污染物的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解，以此達(dá)到凈化廢水的目的，多用于廢水的深度處理。穩(wěn)定塘和人工濕地是兩種常用自然處理技術(shù)。
(1)穩(wěn)定塘工藝
穩(wěn)定塘又稱氧化塘，是一種利用天然或?qū)⑷斯ば拚某靥吝M(jìn)行廢水處理的構(gòu)筑物。通過藻類光合作用、好氧菌好氧分解、厭氧菌厭氧分解的共同作用，將池塘內(nèi)污染物進(jìn)行降解。具有操作簡單、投資運(yùn)行費(fèi)用少、出水效果較好的優(yōu)點(diǎn)［13］。但穩(wěn)定塘容易受自然因素的影響，例如要依靠現(xiàn)有池塘進(jìn)行構(gòu)建、季節(jié)溫度的變化可能會導(dǎo)致凈化效果不穩(wěn)定，因此多數(shù)情況下作為人工濕地的預(yù)處理單元。
(2)人工濕地工藝
與土壤處理類似，人工濕地也具備了低廉的投資和運(yùn)行成本、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，此外，該技術(shù)可針對不同的污染物，通過種植合適的植物來實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的，具有很強(qiáng)的針對性和多樣性。但其也存在著占地面積大、受外界條件影響大等缺點(diǎn)。XuYang［14］等在研究潛流人工濕地處理奶牛養(yǎng)殖廢水時發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)水流量為3m3/d的條件下，較終可以去除66.98%的COD，57.49%的TP，57.16%的TN和55.09%的NH3－N。
2.3生物處理技術(shù)
生物處理技術(shù)是一種利用微生物自身的代謝來降解轉(zhuǎn)化水中污染物的方法。具有去除效果好，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。生物處理技術(shù)主要包括厭氧處理技術(shù)、好氧處理技術(shù)和厭氧－好氧聯(lián)合處理技術(shù)等。
(1)厭氧處理技術(shù)
厭氧處理技術(shù)是指在厭氧狀態(tài)下，厭氧菌與兼性菌把廢水中的有機(jī)物利用自身的代謝活動中，將其作為自身生長的營養(yǎng)物質(zhì)所利用，并較終使有機(jī)物分解為CH4、CO2和H2O等小分子有機(jī)物和無機(jī)物的一種廢水處理方法。該技術(shù)經(jīng)歷了近百年時間的發(fā)展，目前常用的有上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧濾池(AF)、厭氧流化床(AFB)等二代厭氧反應(yīng)器，三代厭氧反應(yīng)器則是以厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器(IC)、上流式厭氧污泥床過濾器(UBF)和厭氧折流板反應(yīng)器(ABＲ)等技術(shù)為主［15］，厭氧處理技術(shù)能夠去除大量污染物，提高廢水的可生化性，適用于處理高濃度的有機(jī)廢水，并且在養(yǎng)殖廢水的處理上已有很多工程實(shí)例［16］。
聶麗君［17］等研究ABＲ－MAP－MBＲ組合工藝對高濃度養(yǎng)殖廢水處理效果時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為2000～3000mg/L時，經(jīng)ABＲ反應(yīng)器處理后COD去除率穩(wěn)定在70%，較終COD去除率為96.6%，處理效果好。楊陽［18］采用UASB處理技術(shù)，反應(yīng)器共運(yùn)行207d，較終COD去除率為80%。
(2)好氧處理技術(shù)
好氧處理技術(shù)是指在好氧微生物的作用下將廢水中污染物降解去除的方法，一般通過曝氣等方式來提高好氧微生物的代謝活動，從而增強(qiáng)其降解污染物的能力。好氧法可以有效去除廢水中的氮磷及臭味，目前常用的好氧處理工藝有序批式活性污泥法(SBＲ)、氧化溝、A2O工藝、生物濾池、膜生物反應(yīng)器(MBＲ)等［17］。
楊朝暉［18］等在養(yǎng)牛場廢水處理過程中運(yùn)用了水解酸化－SBＲ好氧工藝，不論是對COD還是NH3－N，都達(dá)到了90%以上的去除效果，尤其是NH3－N的去除率高達(dá)99%，滿足相關(guān)排放規(guī)定。LijiaoＲen［19］等對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行了稀釋，再利用A/O法進(jìn)行處理，實(shí)驗結(jié)果表明，反應(yīng)器運(yùn)行72d時，COD去除率為79%～94%，TN去除率為37%～50%，去除效果較好。
(3)厭氧－好氧聯(lián)合處理技術(shù)
在處理養(yǎng)殖廢水的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，僅通過單一的厭氧或好氧處理技術(shù)并不能滿足廢水的排放要求。厭氧處理技術(shù)雖能去除大部分的COD，但對高濃度的氨氮基本沒有去除能力;而好氧處理技術(shù)雖然能夠有效處理廢水的氨氮，出水水質(zhì)較好，但是一般好氧反應(yīng)器容積負(fù)荷較低，高濃度的養(yǎng)殖廢水會對其產(chǎn)生沖擊力。因此采用厭氧和好氧技術(shù)相結(jié)合，甚至生物處理與物化處理相結(jié)合的工藝處理養(yǎng)殖廢水成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，并且取得了較好的效果。趙玉祥［20］采用UASB－生物接觸氧化池組合工藝處理養(yǎng)牛廢水的試驗結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度為3000～4000mg/L，NH3－N濃度為30～50mg/L時，較終有98%的COD和80%的NH3－N被去除，組合工藝出水經(jīng)進(jìn)一步的化學(xué)處理后水質(zhì)可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。
3、結(jié)語
針對目前中國奶牛養(yǎng)殖廢水污染問題，政府部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管力度，完善防治措施，對于污染源頭要嚴(yán)加監(jiān)管，對于不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的要責(zé)令整改。
雖然目前國內(nèi)外對于奶牛養(yǎng)殖廢水的處理技術(shù)問題越來越重視，但是在實(shí)際運(yùn)用方面還有待加強(qiáng)和改善，需根據(jù)奶牛養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)條件、地理位置等因素選擇合適的處理技術(shù)。對于廣大研究學(xué)者而言，探討出一種處理效果優(yōu)良、投資成本低、適于推廣的奶牛養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)，對于奶牛養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)模化發(fā)展具有重要意義。