奶牛养殖废水处理论文

关于奶牛场养殖废水处理技术的研究

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摘要

目前我国奶牛养殖场所排放废水数量较多，并且污染物含量高，若未经处理排放将严重污染环境。针对现状，对奶牛场养殖废水的水质特点、排放标准以及相关处理技术做了一些了解及研究，提出了奶牛养殖废水处理存在的问题，并对未来此类废水处理方式的发展趋势发表了一些感想。

关键词：奶牛场养殖废水；好氧； 厌氧；

引言

目前我国中小型奶牛养殖场居多，奶牛养殖场内大都配有挤奶厅，养殖场采用干清粪的方式，废水主要包括奶牛活动区牛尿及冲洗水、挤奶厅冲洗水等。2012年我国奶牛存栏数约为1440万头，按每头成年奶牛日排粪量为25 kg、排尿量为30 kg计算，全国奶牛养殖场每年废弃物排放量近8万吨。畜牧场养殖废水是继工业废水、生活污水后的第三大污染源，是一种难处理的高浓度有机废水，这些废水脂肪含量高，同时具有较高浓度的化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氮磷、致病菌和悬浮物(TSS)，直接排入或随雨水冲刷进入江河湖库，使水体变黑发臭，恶化周围生活环境，长时间渗入地下，会污染地下水。因此将这些养殖废水进行收集处理再排放是很有必要的。

一、奶牛养殖废水水质特点及排放标准

奶牛场的废水主要由牛粪、牛奶和牛尿组成（表1），此类养殖废水COD、BOD 、NH3-N和SS指标浓度高，以山东某奶牛场废水为例，设计出水水质达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)，见表2。目前奶牛养殖场排放标准多采用《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)，也有部分采用《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）二级标准。

表1 进水组成

奶牛场废水来源 每天冲刷次数 温度（℃） 废水主要组成 奶罐冲洗水 2 60 牛奶

地面冲洗水 2 25 牛粪、尿、奶 奶牛活动场牛尿冲洗水 2 25 牛粪、奶 混合水样 16～30 牛粪、尿、奶

表2 进水水质

指标 单位 进水指标范围 排放标准 pH — 7.22～7.40 6-9 化学需氧量（COD） mg·L-1 2048～12828 ≤400 生化需氧量（BOD） mg·L-1 685～2663 ≤150 氨氮（NH3-N） mg·L-1 59.5～138 ≤80 总磷（TP） mg·L-1 90～216 ≤8.0 总固体悬浮物（TSS） mg·L-1 1192～7823 ≤200

二、常见的奶牛养殖废水处理方式

国外规模化养殖场场废水的处理，主要采用厌氧一好氧一生物净化组合工艺因为此种工艺相对于单一厌氧、单一好氧等方式处理效率更好，并且结果更加稳定。也有很多关于单一厌氧处理、单一好氧处理以及天然净化处理等工艺处理养殖废水的研究报道，但绝大部分都是小试结果，实际运行的研究结果并不多。

目前，我国集约化养殖业粪便污水处理主要有自然堆沤处理、好氧生物处理和厌氧生物处理三种方式。

(一)自然堆沤处理

该处理方法通过简单的沉淀、人工分离，将粪便中的干物质进行自然堆沤，发酵后作有机肥返回农田，分离后的污水集中储存，经自然耗氧处理后，部分用作农田肥料，其余外排。但此种方式容易产生臭气和苍蝇，卫生条件不佳；同时由于农业生产用肥的季节性，一年中有8～9个月粪便废水直接外排。此种方案简单、易实施，目前全国90%以上的集约化养殖场畜禽粪便是通过这种方式进行处理的。

(二)好氧生物处理

1、水解与SBR结合的工艺

水解过程可将复杂有机物变成简单分子，对COD有较高的去除率，，SBR对TP去除率为74. 1%，高浓度氨氮去除率达97%以上，两者结合对水质处理效果更好。

2、混凝一脱氨一好氧生化工艺

是针对单一好氧及厌氧一好氧处理猪场废水难以实现NH3-N达标而开发的一种工艺。经石灰乳混凝沉淀，去除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;曝气脱氨，使水中氨氮低于200mg/L，利于后续生化的进行;好氧生化的容积负荷控制在2. 0～3. 0kgCOD / (m3·d)，污泥浓度在4000mg/L左右，出水COD及NH3-N能够达到畜牧业排放标准。

3、膜生物反应器

将膜分离技术与生物反应器相结合，是一种的新型生物化学反应系统，它用膜取代了传统的一沉池，具有出水稳定、活性污泥浓度高、抗冲击负荷能力强、剩余污泥少、装置结构紧凑、占地少等特点。该工艺运行需要注意几点:(1)需要预处理;(2) pH值最好在8. 0左右;(3)膜易堵塞，操作、维护要求高，可通过曝气量解决，并定期清洗;( 4)忌形成泥饼。

好氧生物处理主要是利用好氧微生物对有机物的降解作用，同时加以比如水解等过程的结合达到处理废水的效果。

(三)厌氧生物处理

1、大中型厌氧沼气工程

该工艺是利用厌氧微生物活动将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水。一般通过建设厌氧消化工艺的大中型沼气工程，对高浓度污水进行集中处理。这种处理方式能够大大降低能耗，废水经过处理可达标排放，实现了废弃物的综合利用。利用沼气工程处理畜禽粪便污水，在去除有机物的同时可获得一定的清洁沼气燃料，沼液可作为优质农田有机肥;沼渣经处理后可制成有机肥料，部分还可作为饲料用于养鱼等。

2、IC(内循环厌氧反应器)工艺

试验结果为表明: COD去除率80.3 % , BOD去除率达95.8 % , TP的去除率53. 8 %，SS的去除率为78%，日产气量较高，但氨氮去除率较低，只有21.7%。

(四)厌氧一好氧组合工艺

1、两级组合生物巢厌氧反应器和砂式沼液处理池

以山东省农业科学院畜牧兽医研究所奶牛场的出水作为试验进水为例，试验结果表明，该系统处理奶牛养殖废水效率高，在厌氧段水力停留时间仅为15h，砂式沼液处理池结构简单，。该反应器组合系统对化学需氧量（COD）、生化需氧量(BOD）、氨氮NH3-N和总固体悬浮物(TSS)的平均去除率分别为97.6 %、98.2 %、81.3%和98.1%，出水体积质量平均值分别为89.0、27.1、15.7 mg·L-1，和64.9 mg·L-1 ，满足国家二级排放标准。不过该试验主要是在实验室进行，旨在为推广此类系统奠定基础。

2、水解酸化—USR—好氧—氧化塘

以湖南某牧场为例，其废水采用水解酸化—USR（上流式厌氧污泥反应器）一活性污泥—氧化塘工艺处理奶牛养殖场废水，工程实践表明，该工艺对奶牛场废水处理效果好，运行稳定，出水各项指标均能满足畜禽养殖业污染物排放标准（GB 18596—2001)的排放要求。

3、厌氧消化—UASB—SBR工艺

江西某有机牧场采用厌氧消化—UASB—SBR组合处理工艺，进水COD为18～20 g·L-1、NH3-N为410～510 mg·L-1、SS为4～6 g·L-1，通过工程调试和运行 后，出水COD、NH3-N和SS去除率分别为98．1％、76．1％、97．5％，各指标均达到了《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596—2001)的要求。同时还设置了氧化塘既能美化景观，还能除磷脱氮。

4、两相厌氧—好氧工艺

湖南某牧场采用了两相厌氧—好氧工艺对奶牛场的废水进行处理，工程处理效果良好，出水水质达标，处理效果稳定。但是由于废水中氮磷含量高，于是在好氧段后加上氧化塘。

5、厌氧池+渡式流人工山地湿地+生物塘

在重庆某地该系统处理效果良好，对SS、COD、NH3-N、TN和TP的平均去除率依次为91％、74％、72％、62％和85％。此方案极大地减少了运行费用，结合了经济效益和生态效益。以重庆的山势而建，容易施工。

此外还有正处于研究阶段的工艺，例如采用曝气段和非曝气段的一体化生物滤池等工艺。 因此在理论上，以厌氧—好氧结合的工艺处理，相比厌氧法，出水水质较好；相比好氧法，能耗也有所降低；相比自然沤肥，卫生条件较好，因此可分别在厌氧段和好氧段采取一些工艺的变形：在厌氧段，可以采用两相厌氧消化池，不仅节约能耗，还减小了消化池的容积，也可采用两级厌氧技术，如两级ANO厌氧法可以进一步降解有机物，还可以将废水水解酸化或厌氧消化后在经过厌氧反应器进行强化处理，此外，新型高效厌氧反应器如生物巢厌氧反应器也呈现出了较大的优势；在好氧段，可以采用活性污泥法及其变形工艺，比如SBR法等；在好氧段出口，多用氧化塘生物塘等降解含量较高的氮和磷，并强化出水水质。

三、处理工艺中存在的问题

1、若直接采取沤肥的方式，如前所述，会恶化周边环境，产生臭气蚊蝇，排放的废水会直接对水体造成污染。

2、若直接采取好氧工艺，由于养殖废水属于高浓度有机废水，处理时进水需要稀释，而且要保证出水水质需要较长的水力停留时间，一般在9d以上，有的甚至高达16d，从而会造成曝气池容积大，基建费用提高。同时也曝气系统产生的能耗高，运行费用也会很高。

3、若直接采取厌氧工艺，虽然大大降低了能耗，但是其启动时间长以及出水水质差的特点是一大弊端，观察一些工程实例，在厌氧条件下出水水质并不一定能够达到排放标准。

4、相比较而言，采用厌氧好氧的处理工艺不仅降低了能耗，也能提高出水水质，产生的沼气可作燃料，实现了资源的再利用，在机理上得到了一致认可。可是也有一些弊端：

（1）由于养殖废水中氮磷含量高，好氧过程运行过程中产生大量泡沫，温度越低产生的泡沫越多，可以采取一些措施比如在安装时设置水力消泡管、选择性回流、控制曝气量等，并及时地控制厌氧出水碱度。

（2）运行成本高、工艺复杂，因此生产性应用较少。

四、结论及展望

奶牛场养殖废水的水质特点决定了对它的处理也是相当有必要的。目前养殖废水的处理在国内多是采用工艺较简单的方法，比如自然沤肥，厌氧好氧等复杂的工艺多处于研究阶段，实际应用的并不多，这一点与国外固定的厌氧好氧模式不同，分析这种原因有：

(1)养殖废水虽然污染物多，但是小规模的养殖场的废水数量并没有引起人们的重视，认为因此修建处理设施的方案是不经济的；

（2）养殖场地的分散性也有一定的因素，虽然对内大多是集约化地养殖，但对整体而言，养殖场地分散，流量排出属于集中流量，而且牧场多远离城区，不像城市污水等源源不断地汇集在一起，集中到污水处理厂处理排放。

不过现今对养殖废水的研究正处于热门阶段，随着更多工艺的进一步研究，对各项工艺

机理更准确地了解与把握，相信在国内不久的时间内，处理养殖废水的工艺将逐步深化，对工艺进行人工强化，生物处理法会渐渐代替自然生物法，设备等会更加精简化，成套化，一体化，而能耗也会逐步降低。同时伴随着新环保法的颁布实施以及相关法制的健全，对污水排放的控制也会更加严格，将会引起相关部门的足够重视。

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