introductory

畜禽養(yǎng)殖廢水主要是指動物排泄的糞污及生產(chǎn)過程中沖欄產(chǎn)生的廢水，其污染物濃度會因清糞方式（水沖糞、水泡糞和干清糞）有所差別，但整體來說高懸浮物、高COD、高氨氮是其最顯著的特征。國內(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)濟高效的方法。雖然目前大多數(shù)規(guī)模化養(yǎng)殖場已配套建設以厭氧-好氧組合工藝為主的污染治理設施，但普遍存在處理效率不高、難以保證穩(wěn)定達標排放等問題，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。大量懸浮物進入生化處理系統(tǒng)后，一方面造成活性污泥無機成分含量升高，菌膠團松散、細碎，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標，又使COD去除能力下降。另外，廢水中的COD和磷相當部分以懸浮物或“惰性”形態(tài)存在，導致較難被微生物利用去除。2）高濃度COD通常會增加生化系統(tǒng)的處理負荷，導致出水較難穩(wěn)定達標。針對水泡糞清糞方式，因糞尿長時間在水中浸泡，糞尿中可溶解的有機物、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20 000mg/L，難以進行生物處理。

3）高濃度氨氮對微生物的抑制作用。高氨氮濃度導致生化系統(tǒng)中存在大量的游離氨，而游離氨能夠較容易地通過細胞膜，對有機物降解菌和硝化菌的活性產(chǎn)生抑制作用。高濃度氨氮也會快速抑制厭氧消化過程產(chǎn)甲烷菌的活性。因此，通過預處理技術(shù)適當降低畜禽養(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行的重要措施。本文首次系統(tǒng)總結(jié)近十年來國內(nèi)外畜禽養(yǎng)殖廢水預處理技術(shù)的研究進展，分析各種預處理技術(shù)（物化法、生化法和聯(lián)合法）的特點和適用情況，對未來相關(guān)技術(shù)的研發(fā)進行展望，為開發(fā)更加經(jīng)濟高效的預處理技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1技術(shù)應用現(xiàn)狀及研究進展概述

近十年來整體呈平穩(wěn)增長趨勢，物化法為主要預處理技術(shù)，近三年聯(lián)合預處理研究論文數(shù)量略有增加，可能是受廢水排放標準提高預期驅(qū)動。其中物化預處理技術(shù)主要有：機械固液分離法、絮凝法、鳥糞石沉淀法、吸附法、吹脫法、電化學氧化法、Fenton氧化法。

2物化預處理物化預處理

2.1機械固液分離法

機械固液分離法固液分離是畜禽糞便處理過程中一道必不可少的前處理工序，也是畜禽糞污無害化、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)殖場常用的畜禽糞便固液分離設備主要有板框壓濾機、帶式壓濾機、離心機、斜板篩擠壓機、振動篩擠壓機、螺旋擠壓機等。實際應用時，要從畜禽糞便的處理環(huán)境、經(jīng)濟性原則以及對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備。各種常用畜禽糞污固液分離設備的主要優(yōu)缺點見表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)聚集成絮體進而通過沉淀或氣浮去除，以減輕后續(xù)工藝處理負荷。目前應用在畜禽養(yǎng)殖廢水處理領域的絮凝法主要包括化學絮凝、微生物絮凝、磁絮凝和電絮凝。各種絮凝法的主要優(yōu)缺點見表2。

1）化學絮凝

通過化學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，通過重力沉降實現(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30 000 mg/L的養(yǎng)豬場廢水，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等從堿熱預處理污泥中提取生物絮凝劑用于養(yǎng)豬場廢水預處理，發(fā)現(xiàn)其絮凝活性良好，廢水COD和濁度的去除率分別達到45.2%和74.6%。

3）磁絮凝

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

4）電絮凝

電絮凝是電化學反應、絮凝、氣浮等綜合作用的過程，在外加電場的作用下，鋁或鐵陽極溶解生成的金屬離子與陰極水電解產(chǎn)生的OH-反應生成多形態(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，采用低碳鋼電極對豬舍中磷濃度大于400 mg/L的液態(tài)糞污進行電絮凝處理時發(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90%左右，磷的去除率為72.6%～86.3%。由此可見，電絮凝是兼具養(yǎng)殖場糞污固液分離和高濃度磷去除的預處理方法。

2.3鳥糞石沉淀法

鳥糞石沉淀法鳥 糞 石（磷 酸 銨 鎂 ，MgNH4PO4·6H2O，簡 稱MAP）為難溶于水的白色結(jié)晶顆粒或者粉末狀物質(zhì)。當廢水中同時存在Mg2+、NH4+和PO43-三種離子，且離子濃度積大于MgNH4PO4·6H2O溶度積常數(shù)，會自發(fā)沉淀生成鳥糞石，反應式為：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，氨氮去除率達到90%。以MgCl2，Na3PO4為沉淀劑，用MAP法對某規(guī)模化養(yǎng)豬場污水進行預處理，研究其對后續(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微生物的毒性抑制問題，同時生成的鳥糞石可回收用作緩釋肥料，但所用藥劑費用昂貴和鳥糞石純度不高，限制了其實際應用。

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制，對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)沸石為實驗材料，研究其對養(yǎng)豬場廢水中高濃度氨氮、磷和有機物的預處理效果，結(jié)果表明，采用固定濾柱過濾時，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)豬場廢水中氨氮和總磷的去除率達到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。通過吸附法來預處理畜禽養(yǎng)殖廢水是可行的，但該法的局限性在于吸附飽和后的過濾介質(zhì)成為了大量污染物的新載體，應及時嚴格處理以免造成二次污染。由于循環(huán)利用的吸附劑在達到飽和后需要重新解吸再生處理，因此廢水處理為間歇式，可采用多個柱體交替吸附，總體上實現(xiàn)連續(xù)運行。

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，操作簡單易行。在使用氨吹脫-A2O工藝處理高濃度養(yǎng)豬場廢水時發(fā)現(xiàn)，控制pH大于10時，氨吹脫預處理可以有效去除大部分氨氮，解決了該類廢水后續(xù)氨氮處理難以達標的難題。研究空氣吹脫預處理對養(yǎng)豬場廢水厭氧消化的影響時發(fā)現(xiàn)，pH在10～11之間的吹脫效果最好且脫氨效率達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%。對于薄利行業(yè)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)來講，吹脫法是廢水脫氮較為經(jīng)濟、有效的方法之一。但在氮吹脫過程中需用強酸吸收等方式回收氣體，這使得在現(xiàn)實應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電化學氧化法

電化學氧化法主要是通過電極反應產(chǎn)生·OH等強氧化性活性物種來直接或間接降解廢水中的污染物。采用電化學氧化法處理養(yǎng)豬場廢水，結(jié)果表明，氨氮較COD優(yōu)先去除，180 min后去除率達到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)牛場廢水時發(fā)現(xiàn)，電催化氧化作為預處理技術(shù)能夠有效降低高氨氮對后續(xù)生物處理單元的抑制作用，在Ti/SnO2為陽極、電流密度為25 mA/cm2條件下，反應3 h后，系統(tǒng)對COD和TN的去除率分別為62.5%和37.3%。電化學氧化法作為預處理單元可部分去除養(yǎng)殖場廢水的COD、氨氮等污染物，無需添加其他化學藥品，具有占地少、操作簡便、易于控制和維護、無廢棄污泥產(chǎn)生等優(yōu)點，但高電耗是阻礙其實際應用的主要原因，且對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)生具有強氧化能力的羥基自由基（·OH），無選擇性氧化降解各種有機污染物，且鏈式反應過程中產(chǎn)生的Fe3+具有混凝作用，也能去除一部分有機物。以平均進水COD為4 700 mg/L的奶牛養(yǎng)殖廢水為研究對象，發(fā)現(xiàn)Fenton氧化法能夠有效地去除40%～60%的COD，但對氨氮去除率僅為9.5%。采用Fenton氧化法處理5 000～5 700 mgCOD/L的養(yǎng)殖場廢水時發(fā)現(xiàn)，當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看，F(xiàn)enton氧化法作為養(yǎng)殖廢水預處理以去除常規(guī)污染物并不多見，但不管處理養(yǎng)殖廢水還是其他廢水，反應pH低、Fe2+用量大、H2O2利用率不高且會產(chǎn)生成大量含鐵污泥等缺點限制了Fenton法的應用。

3 生化預處理

生化預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處理技術(shù)，主要是利用兼性厭氧的水解和產(chǎn)酸細菌將廢水中的難溶性有機物水解為溶解性有機物，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物、懸浮物和有毒物質(zhì)。采用水解-SBR工藝進行了規(guī)模化豬場糞污處理實驗，當水解過程水力停留時間為2.0～6.0 h，對COD、BOD5、SS、TN和TP均有一定的去除能力，但氨氮幾乎沒有去除，其中BOD5、TN和TP可能主要是隨SS被去除。研究了水解酸化預處理后，A2O工藝對養(yǎng)殖廢水的處理效果，結(jié)果表明，當水解酸化池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%，對氨氮無明顯去除作用；水解酸化預處理后，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)污染物排放標準的要求。畜禽養(yǎng)殖廢水的可生化性一般較好，但由于有機物污染負荷很高，常導致出水不能穩(wěn)定達標，添加水解酸化預處理這個工序，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，具有廣闊的應用前景。

4 聯(lián)合預處理

聯(lián)合預處理因不同養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖方式及清糞方式等會有所差別，對畜禽糞污處理負荷及污染物遷移轉(zhuǎn)化也會有所影響，有時候采用單一的物化預處理或者生化預處理較難達到預期效果，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)合預處理的應用見表3。聯(lián)合工藝不僅僅是多個工藝的簡單相加，更應該做到各工藝的有機耦合和協(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，尋找高效經(jīng)濟的聯(lián)合預處理方法。

5 畜禽養(yǎng)殖廢水處理尚存在的問題

畜禽養(yǎng)殖廢水處理尚存在的問題畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量污染物且排放量大，除高濃度有機物、氮磷、懸浮物等常規(guī)污染物外，還含有養(yǎng)殖過程中飼料和藥物使用帶入的重金屬、抗生素和生長激素等微量污染物，但當前排放標準很少考慮到這些潛在危害較大的污染物，若處理不當就排放或直接農(nóng)用，將會對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)田造成嚴重污染，因此廢水中殘留的重金屬、抗生素和生長激素等微量污染物是無害化處理和資源化利用中需要解決的難題。已有研究報道，常規(guī)生物處理工藝對廢水中重金屬、抗生素和生長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氧化和電化學氧化等可以作為預處理或深度處理以強化去除該類微量污染物。

6 結(jié)語與展望

高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水預處理的好壞，直接關(guān)系到后續(xù)生物處理的效率及質(zhì)量，只有采取切實可行的預處理措施，為后續(xù)生物工藝減輕污染負荷及生物毒性，才能有效保證出水水質(zhì)。機械固液分離是工程應用中一道必不可少的預處理工序，其主要作用是降低廢水中的懸浮物含量；絮凝法對廢水中的懸浮物顆粒、有機物、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)瓶頸才能推廣應用；鳥糞石沉淀法、吸附法和吹脫法主要去除廢水中的氨氮，其中鳥糞石沉淀法可實現(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有效回收和利用資源將是未來畜禽養(yǎng)殖廢水預處理的一個重點研究方向；電化學氧化法、Fenton氧化法及水解酸化法對難降解有機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。但上述預處理技術(shù)均面臨著額外的成本負擔或二次污染問題，因此開發(fā)高效經(jīng)濟和可資源化利用的畜禽養(yǎng)殖廢水預處理技術(shù)是今后的主要研究任務。基于經(jīng)濟、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，針對現(xiàn)有生物處理工藝的不足和不同預處理技術(shù)的優(yōu)勢，優(yōu)先考慮投入低、運行管理費用少并可實現(xiàn)資源化利用的預處理技術(shù)，比如絮凝法、鳥糞石沉淀法、吸附法等。另外，適當聯(lián)合Fenton氧化法或電化學氧化法可以強化去除重金屬、抗生素和生長激素等微量污染物，降低資源回收的毒理性風險。選用合適的物化預處理、生化預處理或兩者的結(jié)合，以提高后續(xù)生物處理工藝的效率和質(zhì)量，同時有助于縮短處理周期，減小處理構(gòu)筑物容積，解決多級生物處理造成構(gòu)筑物基建投資過大的問題，使得預處理技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖這種受自然與市場雙重風險影響的薄利行業(yè)更容易推廣應用。

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