introductory

畜禽養(yǎng)殖廢水主要是指動(dòng)物排泄的糞污及生產(chǎn)過(guò)程中沖欄產(chǎn)生的廢水，其污染物濃度會(huì)因清糞方式（水沖糞、水泡糞和干清糞）有所差別，但整體來(lái)說(shuō)高懸浮物、高COD、高氨氮是其最顯著的特征。國(guó)內(nèi)外規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)主要有還田模式、自然處理模式和工業(yè)化處理模式，前兩種模式存在占地面積大和二次污染的問(wèn)題，而工業(yè)化處理模式中的厭氧-好氧組合處理工藝是比較經(jīng)濟(jì)高效的方法。雖然目前大多數(shù)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)已配套建設(shè)以厭氧-好氧組合工藝為主的污染治理設(shè)施，但普遍存在處理效率不高、難以保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放等問(wèn)題，經(jīng)調(diào)研分析主要有三方面的原因：

1）高濃度懸浮物的不利影響。大量懸浮物進(jìn)入生化處理系統(tǒng)后，一方面造成活性污泥無(wú)機(jī)成分含量升高，菌膠團(tuán)松散、細(xì)碎，容易流失，另一方面增加剩余污泥排放量，縮短污泥齡，既不能保證出水懸浮物達(dá)標(biāo)，又使COD去除能力下降。另外，廢水中的COD和磷相當(dāng)部分以懸浮物或“惰性”形態(tài)存在，導(dǎo)致較難被微生物利用去除。2）高濃度COD通常會(huì)增加生化系統(tǒng)的處理負(fù)荷，導(dǎo)致出水較難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。針對(duì)水泡糞清糞方式，因糞尿長(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡，糞尿中可溶解的有機(jī)物、氮、磷轉(zhuǎn)移到水中，造成污水中COD、TN、TP、氨氮均很高，其中COD可達(dá)20 000mg/L，難以進(jìn)行生物處理。

3）高濃度氨氮對(duì)微生物的抑制作用。高氨氮濃度導(dǎo)致生化系統(tǒng)中存在大量的游離氨，而游離氨能夠較容易地通過(guò)細(xì)胞膜，對(duì)有機(jī)物降解菌和硝化菌的活性產(chǎn)生抑制作用。高濃度氨氮也會(huì)快速抑制厭氧消化過(guò)程產(chǎn)甲烷菌的活性。因此，通過(guò)預(yù)處理技術(shù)適當(dāng)降低畜禽養(yǎng)殖廢水中的懸浮物、惰性COD和氨氮濃度，是保證后續(xù)生化處理工藝高效運(yùn)行的重要措施。本文首次系統(tǒng)總結(jié)近十年來(lái)國(guó)內(nèi)外畜禽養(yǎng)殖廢水預(yù)處理技術(shù)的研究進(jìn)展，分析各種預(yù)處理技術(shù)（物化法、生化法和聯(lián)合法）的特點(diǎn)和適用情況，對(duì)未來(lái)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)進(jìn)行展望，為開(kāi)發(fā)更加經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)處理技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展概述

近十年來(lái)整體呈平穩(wěn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，物化法為主要預(yù)處理技術(shù)，近三年聯(lián)合預(yù)處理研究論文數(shù)量略有增加，可能是受廢水排放標(biāo)準(zhǔn)提高預(yù)期驅(qū)動(dòng)。其中物化預(yù)處理技術(shù)主要有：機(jī)械固液分離法、絮凝法、鳥(niǎo)糞石沉淀法、吸附法、吹脫法、電化學(xué)氧化法、Fenton氧化法。

2物化預(yù)處理物化預(yù)處理

2.1機(jī)械固液分離法

機(jī)械固液分離法固液分離是畜禽糞便處理過(guò)程中一道必不可少的前處理工序，也是畜禽糞污無(wú)害化、資源化處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它不僅可降低污水中的總固體含量，便于廢水的進(jìn)一步處理，而且分離后糞渣含水率大為降低，降低了后期處理利用成本。目前養(yǎng)殖場(chǎng)常用的畜禽糞便固液分離設(shè)備主要有板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、離心機(jī)、斜板篩擠壓機(jī)、振動(dòng)篩擠壓機(jī)、螺旋擠壓機(jī)等。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要從畜禽糞便的處理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性原則以及對(duì)后期處理工藝的要求等方面綜合考慮，選擇合適的固液分離設(shè)備。各種常用畜禽糞污固液分離設(shè)備的主要優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

2.2絮凝法絮凝法絮凝法

主要利用絮凝劑的壓縮雙電層、電中和、架橋、沉淀網(wǎng)捕等物化作用將廢水中膠體等雜質(zhì)聚集成絮體進(jìn)而通過(guò)沉淀或氣浮去除，以減輕后續(xù)工藝處理負(fù)荷。目前應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖廢水處理領(lǐng)域的絮凝法主要包括化學(xué)絮凝、微生物絮凝、磁絮凝和電絮凝。各種絮凝法的主要優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

1）化學(xué)絮凝

通過(guò)化學(xué)絮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，通過(guò)重力沉降實(shí)現(xiàn)固液分離，從而完成污染物從水相中的去除。分別使用硫酸鐵、硫酸鋁、結(jié)晶氯化鋁、聚合氯化鋁鉀、聚合氯化鋁、殼聚糖6種絮凝劑處理COD超過(guò)30 000 mg/L的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，結(jié)果表明，廢水中濁度、COD、TP的去除率分別為95.2%～99.7%、36%～53%、82%～97%，預(yù)處理效果顯著，為后續(xù)生物處理提供了有利條件。

2）微生物絮凝。微生物絮凝劑是一類由微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)生的具有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，主要成分是多聚糖、蛋白質(zhì)、纖維素等大分子物質(zhì)。GUO等從堿熱預(yù)處理污泥中提取生物絮凝劑用于養(yǎng)豬場(chǎng)廢水預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)其絮凝活性良好，廢水COD和濁度的去除率分別達(dá)到45.2%和74.6%。

3）磁絮凝

磁絮凝是在傳統(tǒng)混凝的基礎(chǔ)上同步加入磁種，使其與混凝劑、污染物等結(jié)合成一體，形成磁性復(fù)合體，然后利用自身比重大、沉降快的特點(diǎn)或通過(guò)磁分離裝置，加速固液分離，從而將污染物去除的方法。采用磁絮凝對(duì)高懸浮物濃度豬糞沼液進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表明，磁絮凝對(duì)沼液中的濁度、SS、COD、TP等均有較好的處理效果，與常規(guī)混凝相比，沉降時(shí)間由傳統(tǒng)混凝的25 min降為5min，同時(shí)污泥量顯著減少，但對(duì)氨氮的去除率較低。

4）電絮凝

電絮凝是電化學(xué)反應(yīng)、絮凝、氣浮等綜合作用的過(guò)程，在外加電場(chǎng)的作用下，鋁或鐵陽(yáng)極溶解生成的金屬離子與陰極水電解產(chǎn)生的OH-反應(yīng)生成多形態(tài)聚鋁或聚鐵絮凝劑，一部分污染物微粒聚集成團(tuán)沉降，部分在水電解產(chǎn)生的氣泡的作用下氣浮分離。電絮凝法應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖廢水的研究處于起步階段，采用低碳鋼電極對(duì)豬舍中磷濃度大于400 mg/L的液態(tài)糞污進(jìn)行電絮凝處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，該法有效改善了糞污的理化性質(zhì)，沉降性能提高，固體顆粒物去除率達(dá)90%左右，磷的去除率為72.6%～86.3%。由此可見(jiàn)，電絮凝是兼具養(yǎng)殖場(chǎng)糞污固液分離和高濃度磷去除的預(yù)處理方法。

2.3鳥(niǎo)糞石沉淀法

鳥(niǎo)糞石沉淀法鳥(niǎo) 糞 石（磷 酸 銨 鎂 ，MgNH4PO4·6H2O，簡(jiǎn) 稱MAP）為難溶于水的白色結(jié)晶顆粒或者粉末狀物質(zhì)。當(dāng)廢水中同時(shí)存在Mg2+、NH4+和PO43-三種離子，且離子濃度積大于MgNH4PO4·6H2O溶度積常數(shù)，會(huì)自發(fā)沉淀生成鳥(niǎo)糞石，反應(yīng)式為：Mg2++NH4++PO43-+6H2O+OH-→MgNH4PO4·6H2O↓+H2O［25］。以MgSO4和Na2HPO4為沉淀劑，研究MAP法去除養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中氨氮的效果，在最佳工藝控制條件下氨氮的含量可以從960 mg/L降到100mg/L以下，氨氮去除率達(dá)到90%。以MgCl2，Na3PO4為沉淀劑，用MAP法對(duì)某規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)污水進(jìn)行預(yù)處理，研究其對(duì)后續(xù)厭氧消化效能的影響。結(jié)果顯示，MAP法顯著降低了廢水中氨氮和磷酸鹽的含量，產(chǎn)甲烷量提高了0.154 L/（g·VS），表明MAP法作為預(yù)處理可改善厭氧消化性能。畜禽養(yǎng)殖廢水中富含氮磷元素，在堿性條件下向廢水中投加一定量的可溶性鎂鹽，可以有效地去除大部分氨氮和磷酸鹽，以緩解高濃度氨氮對(duì)微生物的毒性抑制問(wèn)題，同時(shí)生成的鳥(niǎo)糞石可回收用作緩釋肥料，但所用藥劑費(fèi)用昂貴和鳥(niǎo)糞石純度不高，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

2.4吸附法

吸附法是利用介質(zhì)與廢水中污染物的吸附作用將其從水中去除，因沸石比表面積較大且具有色散力和靜電力雙重吸附機(jī)制，對(duì)廢水中氨氮等污染物具有較好的吸附效果。以鈣型天然斜發(fā)沸石為實(shí)驗(yàn)材料，研究其對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中高濃度氨氮、磷和有機(jī)物的預(yù)處理效果，結(jié)果表明，采用固定濾柱過(guò)濾時(shí)，氨氮、磷和COD的去除效果分別為96%、97%和84%。釆用微波輻射的方式制備氧化鎂改性沸石，在最佳pH為7的條件下，養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中氨氮和總磷的去除率達(dá)到88.6%和76.2%。等采用焙燒的方法制備氧化鎂改性沸石處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，吸附容量提高了一倍，同樣取得較好的氨氮去除率。改性沸石的制備需要經(jīng)過(guò)微波輻射或高溫焙燒處理，從而增加了工藝的能耗和成本。通過(guò)吸附法來(lái)預(yù)處理畜禽養(yǎng)殖廢水是可行的，但該法的局限性在于吸附飽和后的過(guò)濾介質(zhì)成為了大量污染物的新載體，應(yīng)及時(shí)嚴(yán)格處理以免造成二次污染。由于循環(huán)利用的吸附劑在達(dá)到飽和后需要重新解吸再生處理，因此廢水處理為間歇式，可采用多個(gè)柱體交替吸附，總體上實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。

2.5吹脫法

吹脫法指將廢水的pH調(diào)為堿性，在氣液接觸后將廢水中的游離氨吹脫至大氣中，多用于處理大流量、中高濃度的氨氮廢水處理，操作簡(jiǎn)單易行。在使用氨吹脫-A2O工藝處理高濃度養(yǎng)豬場(chǎng)廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，控制pH大于10時(shí)，氨吹脫預(yù)處理可以有效去除大部分氨氮，解決了該類廢水后續(xù)氨氮處理難以達(dá)標(biāo)的難題。研究空氣吹脫預(yù)處理對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水厭氧消化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，pH在10～11之間的吹脫效果最好且脫氨效率達(dá)80%以上，出水氨氮為359 mg/L，有效提高了廢水的甲烷產(chǎn)率，且總COD和溶解性COD去除率增加了20%。對(duì)于薄利行業(yè)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)來(lái)講，吹脫法是廢水脫氮較為經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一。但在氮吹脫過(guò)程中需用強(qiáng)酸吸收等方式回收氣體，這使得在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中吹脫法依然不能成為高氨氮養(yǎng)殖廢水的普適技術(shù)。

2.6電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化法主要是通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生·OH等強(qiáng)氧化性活性物種來(lái)直接或間接降解廢水中的污染物。采用電化學(xué)氧化法處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，結(jié)果表明，氨氮較COD優(yōu)先去除，180 min后去除率達(dá)到98.22%，出水氨氮為35.6 mg/L，但COD去除率僅為14.04%。采用電催化氧化/EGSB/SBR工藝處理高濃度養(yǎng)牛場(chǎng)廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，電催化氧化作為預(yù)處理技術(shù)能夠有效降低高氨氮對(duì)后續(xù)生物處理單元的抑制作用，在Ti/SnO2為陽(yáng)極、電流密度為25 mA/cm2條件下，反應(yīng)3 h后，系統(tǒng)對(duì)COD和TN的去除率分別為62.5%和37.3%。電化學(xué)氧化法作為預(yù)處理單元可部分去除養(yǎng)殖場(chǎng)廢水的COD、氨氮等污染物，無(wú)需添加其他化學(xué)藥品，具有占地少、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護(hù)、無(wú)廢棄污泥產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，但高電耗是阻礙其實(shí)際應(yīng)用的主要原因，且對(duì)工藝裝置安全性要求較高。

2.7 Fenton氧化法

Fenton氧化法是在pH為2～5的條件下，利用Fe2+催化分解H2O2產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·OH），無(wú)選擇性氧化降解各種有機(jī)污染物，且鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的Fe3+具有混凝作用，也能去除一部分有機(jī)物。以平均進(jìn)水COD為4 700 mg/L的奶牛養(yǎng)殖廢水為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)Fenton氧化法能夠有效地去除40%～60%的COD，但對(duì)氨氮去除率僅為9.5%。采用Fenton氧化法處理5 000～5 700 mgCOD/L的養(yǎng)殖場(chǎng)廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)H2O2投加濃度為廢水初始COD的1.05倍，H2O2與Fe2+摩爾比為2，pH控制為3.5～4，反應(yīng)30 mins后，COD和色度的去除率分別高于80%和95%。就目前的研究情況來(lái)看，F(xiàn)enton氧化法作為養(yǎng)殖廢水預(yù)處理以去除常規(guī)污染物并不多見(jiàn)，但不管處理養(yǎng)殖廢水還是其他廢水，反應(yīng)pH低、Fe2+用量大、H2O2利用率不高且會(huì)產(chǎn)生成大量含鐵污泥等缺點(diǎn)限制了Fenton法的應(yīng)用。

3 生化預(yù)處理

生化預(yù)處理水解酸化法是現(xiàn)階段畜禽養(yǎng)殖廢水處理中最常用的生化預(yù)處理技術(shù)，主要是利用兼性厭氧的水解和產(chǎn)酸細(xì)菌將廢水中的難溶性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)物，使難降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解的小分子物質(zhì)，從而提高廢水的可生物降解性并去除部分有機(jī)物、懸浮物和有毒物質(zhì)。采用水解-SBR工藝進(jìn)行了規(guī)模化豬場(chǎng)糞污處理實(shí)驗(yàn)，當(dāng)水解過(guò)程水力停留時(shí)間為2.0～6.0 h，對(duì)COD、BOD5、SS、TN和TP均有一定的去除能力，但氨氮幾乎沒(méi)有去除，其中BOD5、TN和TP可能主要是隨SS被去除。研究了水解酸化預(yù)處理后，A2O工藝對(duì)養(yǎng)殖廢水的處理效果，結(jié)果表明，當(dāng)水解酸化池pH穩(wěn)定在6.5～6.7，COD去除率為27%左右，總磷去除率在4%～6%，對(duì)氨氮無(wú)明顯去除作用；水解酸化預(yù)處理后，A2O系統(tǒng)的性能有了明顯提升，出水可滿足畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。畜禽養(yǎng)殖廢水的可生化性一般較好，但由于有機(jī)物污染負(fù)荷很高，常導(dǎo)致出水不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，添加水解酸化預(yù)處理這個(gè)工序，可有效去除高濃度畜禽廢水中的部分COD和SS，提高后續(xù)生物處理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和處理效果，且可大幅度縮短處理周期，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 聯(lián)合預(yù)處理

聯(lián)合預(yù)處理因不同養(yǎng)殖場(chǎng)的養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖方式及清糞方式等會(huì)有所差別，對(duì)畜禽糞污處理負(fù)荷及污染物遷移轉(zhuǎn)化也會(huì)有所影響，有時(shí)候采用單一的物化預(yù)處理或者生化預(yù)處理較難達(dá)到預(yù)期效果，這種情況下一般需采用聯(lián)合工藝，即利用物化法和生化法中的兩種或者兩種以上工藝聯(lián)用。各種聯(lián)合預(yù)處理的應(yīng)用見(jiàn)表3。聯(lián)合工藝不僅僅是多個(gè)工藝的簡(jiǎn)單相加，更應(yīng)該做到各工藝的有機(jī)耦合和協(xié)同增效，需綜合分析畜禽養(yǎng)殖廢水的特性和處理技術(shù)的特點(diǎn)，尋找高效經(jīng)濟(jì)的聯(lián)合預(yù)處理方法。

5 畜禽養(yǎng)殖廢水處理尚存在的問(wèn)題

畜禽養(yǎng)殖廢水處理尚存在的問(wèn)題畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量污染物且排放量大，除高濃度有機(jī)物、氮磷、懸浮物等常規(guī)污染物外，還含有養(yǎng)殖過(guò)程中飼料和藥物使用帶入的重金屬、抗生素和生長(zhǎng)激素等微量污染物，但當(dāng)前排放標(biāo)準(zhǔn)很少考慮到這些潛在危害較大的污染物，若處理不當(dāng)就排放或直接農(nóng)用，將會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)田造成嚴(yán)重污染，因此廢水中殘留的重金屬、抗生素和生長(zhǎng)激素等微量污染物是無(wú)害化處理和資源化利用中需要解決的難題。已有研究報(bào)道，常規(guī)生物處理工藝對(duì)廢水中重金屬、抗生素和生長(zhǎng)激素等微量污染物的去除效果有限，而上述介紹的物化法如絮凝、吸附、Fenton氧化和電化學(xué)氧化等可以作為預(yù)處理或深度處理以強(qiáng)化去除該類微量污染物。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水預(yù)處理的好壞，直接關(guān)系到后續(xù)生物處理的效率及質(zhì)量，只有采取切實(shí)可行的預(yù)處理措施，為后續(xù)生物工藝減輕污染負(fù)荷及生物毒性，才能有效保證出水水質(zhì)。機(jī)械固液分離是工程應(yīng)用中一道必不可少的預(yù)處理工序，其主要作用是降低廢水中的懸浮物含量；絮凝法對(duì)廢水中的懸浮物顆粒、有機(jī)物、色度、總磷等均有一定的去除效果，其中微生物絮凝和電絮凝作為新興環(huán)境友好型技術(shù)，不易發(fā)生二次污染，但只有突破技術(shù)瓶頸才能推廣應(yīng)用；鳥(niǎo)糞石沉淀法、吸附法和吹脫法主要去除廢水中的氨氮，其中鳥(niǎo)糞石沉淀法可實(shí)現(xiàn)氮磷資源化回收，吸附法和吹脫法也都具備回收氨氮的潛力，去除廢水中污染物的同時(shí)有效回收和利用資源將是未來(lái)畜禽養(yǎng)殖廢水預(yù)處理的一個(gè)重點(diǎn)研究方向；電化學(xué)氧化法、Fenton氧化法及水解酸化法對(duì)難降解有機(jī)物具有一定的降解和轉(zhuǎn)化作用，可提高廢水的可生物降解性，利于后續(xù)生化處理。但上述預(yù)處理技術(shù)均面臨著額外的成本負(fù)擔(dān)或二次污染問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)高效經(jīng)濟(jì)和可資源化利用的畜禽養(yǎng)殖廢水預(yù)處理技術(shù)是今后的主要研究任務(wù)。基于經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的廢水處理與資源化理念，提出以下展望：建議綜合分析畜禽養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)特性，針對(duì)現(xiàn)有生物處理工藝的不足和不同預(yù)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)先考慮投入低、運(yùn)行管理費(fèi)用少并可實(shí)現(xiàn)資源化利用的預(yù)處理技術(shù)，比如絮凝法、鳥(niǎo)糞石沉淀法、吸附法等。另外，適當(dāng)聯(lián)合Fenton氧化法或電化學(xué)氧化法可以強(qiáng)化去除重金屬、抗生素和生長(zhǎng)激素等微量污染物，降低資源回收的毒理性風(fēng)險(xiǎn)。選用合適的物化預(yù)處理、生化預(yù)處理或兩者的結(jié)合，以提高后續(xù)生物處理工藝的效率和質(zhì)量，同時(shí)有助于縮短處理周期，減小處理構(gòu)筑物容積，解決多級(jí)生物處理造成構(gòu)筑物基建投資過(guò)大的問(wèn)題，使得預(yù)處理技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖這種受自然與市場(chǎng)雙重風(fēng)險(xiǎn)影響的薄利行業(yè)更容易推廣應(yīng)用。

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