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一、污廢水處理基本方法

    污廢水處理的原則是將污廢水中所含的各種污染物質與水分分離或加以分解，使其變質而失去污染物質的特性。因此，要想了解污廢水處理方法的概況，就必須了解污染物質是以何種形態在水中存在以及它們的物理化學性質。一般，污染物質可分三種形態，即：懸浮物質、膠體物質、溶解性物質。但嚴格劃分很困難，通常是根據污染物質粒徑的大小來劃分。懸浮物粒徑為1~100μm，膠體粒徑為1nm~1μm，溶解性物質粒徑小于1 nm。<!--?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /-->

污廢水處理時，污染物質粒徑大小的差異，對處理難易有很大的影響。一般來說，最易處理的是懸浮物，而粒徑較小的膠體和溶解性物質比較難處理。也就是說，懸浮物易通過沉淀、過濾與水分離，而膠體物質和溶解性物質則必須利用特殊的物質使之凝聚或通過化學反應使其增大到懸浮物的程度，再利用生物或特殊的膜，經吸附、過濾與水分離。

污廢水處理的基本方法，就是采用各種技術手段，將污廢水中所含的污染物質分離去除、回收利用，或將其轉化為無害物質，使水得到凈化。

現代污廢水處理技術，按原理可分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類。

1）物理處理法：利用物理作用分離污水中呈懸浮狀態的固體污染物質。方法有：篩濾法、沉淀法、上浮法、氣浮法、過濾法和反滲透法等。

2）化學處理法：利用化學反應的作用，分離回收污廢水中處于各種形態的污染物質（包括懸浮的、溶解的、膠體的等）。主要方法有中和、混凝、電解、氧化還原、汽提、萃取、吸附、離子交換和電滲析等。上述兩種方法合并成為物理化學處理法。

3）生物化學處理法：利用微生物代謝作用，使污廢水中呈溶解、膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害物質。主要方法可分為兩大類，即利用好氧微生物作用的好氧法（好氧氧化法）和利用厭氧微生物作用的厭氧法（厭氧還原法）。前者廣泛用于處理城市污水及有機性生產污水，其中有活性污泥法和生物膜法兩種；后者多用于處理高濃度有機污水與污水處理過程中產生的污泥，現在也開始用于處理城市污水與低濃度有機污水。

除上述兩類生物處理法外，還有利用池塘和土壤處理的自然生物處理法。自然生物處理法又分為穩定塘和土地處理兩種方法。穩定塘又稱“生物塘”，是經過人工適當修整的土地，設圍堤和防滲層的污水塘，主要依靠自然生物凈化功能使污水得到凈化的一種污水生物處理技術。穩定塘又分為好氧塘、厭氧塘、精度處理塘、曝氣塘等；土地處理是在人工控制條件下，將污水投配在土地上，通過土壤—植物，使污水得到凈化的一種污水處理的自然生物處理技術。土地處理法又可分為濕地、慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、污水灌溉等。

養殖廢水中的污染物是多種多樣的，往往需要采用幾種方法組合，才能達到排放標準。

二、養殖廢水處理工藝

根據廢水的排放特點、水質特點及要求的排放要求，確定工藝分三個部分：首先是預處理，去除水中的懸浮物和浮油，降低后續處理的負荷并防止后續處理（尤其是生化處理）單元堵塞而影響處理效果，采用物化的方法；二是生化處理，這是整個處理工藝的核心，通過微生物的新陳代謝作用，分解廢水中溶解性有機物；三是深度處理，采用物化方法，進一步除去水中的污染物，以保證出水達標排放。

1、預處理

畜禽養殖廢水無論以何種工藝或綜合措施進行處理，都要采取一定的預處理措施。通過預處理可使廢水污染物負荷降低，同時防止大的固體或雜物進入后續處理環節，造成設備的堵塞或破壞等。針對廢水中的大顆粒物質或易沉降的物質，畜禽養殖業采用過濾、離心、沉淀等固液分離技術進行預處理，常用的設備有格柵、沉淀池、篩網等。格柵是污水處理的工藝流程中必不可少的部分，其作用是阻攔污水中粗大的漂浮和懸浮固體，以免阻塞孔洞、閘門和管道，并保護水泵等機械設備。沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來的處理工藝， 是廢水處理中應用最廣的方法之一。目前，凡是有廢水處理設施的養殖場基本上都是在舍外串聯2至3個沉淀池，通過過濾、沉淀和氧化分解將糞水進行處理。篩網是篩濾所用的設施，廢水從篩網中的縫隙流過，而固體部分則憑機械或其本身的重量，截流下來，或推移到篩網的邊緣排出。常用的畜禽糞便固液分離篩網有固定篩、振動篩和轉動篩。此外，還有常用的機械過濾設備如自動轉鼓過濾機、轉輥壓濾機、離心盤式分離機等。

2、生化處理

1）好氧處理技術

好氧處理的基本原理是利用微生物在好氧條件下分解有機物，同時合成自身細胞(活性污泥)。在好氧處理中，可生物降解的有機物最終可被完全氧化為簡單的無機物。該方法主要有活性污泥法和生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化、序批式活性污泥法、A/O及氧化溝等。采用好氧技術對畜禽廢水進行生物處理，這方面研究的較多的是水解與SBR 結合的工藝。SBR工藝，即序批式活性污泥法，是基于傳統的Fill- Draw系統改進并發展起來的一種間歇式活性污泥工藝，它把污水處理構筑物從空間系列轉化為時間系列，在同一構筑物內進行進水、反應、沉淀、排水、閑置等周期循環。SBR與水解方式結合處理畜禽廢水時，水解過程對COD_Cr 有較高的去除率，SBR對總磷去除率為74.1%，高濃度氨氮去除率達97%以上。此外，其他好氧處理技術也逐漸應用于畜禽廢水處理中，如間歇式排水延時曝氣(IDEA)、循環式活性污泥系統(CASS)、間歇式循環延時曝氣活性污泥法(ICEAS) 。

2）厭氧處理技術

20世紀50年代出現了厭氧接觸法工藝，此后隨著厭氧濾器AF和上流式厭氧污泥床UASB的發明，推動了以提高污泥濃度和改善廢水與污泥混合效果為基礎的一系列高負荷厭氧反應器的發展，并逐步應用于禽畜污水處理中。厭氧處理特點是造價低，占地少，能量需求低，還可以產生沼氣，而且處理過程不需要氧，不受傳氧能力的限制，因而具有較高的有機物負荷潛力，能使一些好氧微生物所不能降解的部分進行有機物降解。

常用的方法有：完全混合式厭氧消化器（CSTR）、厭氧接觸反應器、厭氧濾池（AF）、上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧流化床（AFB）、升流式固體反應器（USR）等。目前國內養殖場廢水處理主要采用的是上流式厭氧污泥床及升流式固體反應器工藝。

3）自然處理技術

自然處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、化學與生物的綜合作用來凈化污水。其凈化機理主要包括過濾、截留、沉淀、物理和化學吸附、化學分解、生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生態系統中物種共生、物質循環再生原理、結構與功能協調原則，分層多級截留、儲藏、利用和轉化營養物質機制等。這類方法投資省、工藝簡單、動力消耗少，但凈化功能受自然條件的制約。自然處理的主要模式有氧化塘、土壤處理法、人工濕地處理法等。

氧化塘又稱為生物穩定塘，是一種利用天然或人工整修的池塘進行污水生物處理的構筑物。其對污水的凈化過程和天然水體的自凈過程很相似，污水在塘內停留時間長，有機污染物通過水中微生物的代謝活動而被降解，溶解氧則由藻類通過光合作用和塘面的復氧作用提供，亦可通過人工曝氣法提供。作為環境工程構筑物，氧化塘主要用來降低水體的有機污染物，提高溶解氧的含量，并適當去除水中的氮和磷，減輕水體富營養化的程度。

土壤處理法不同于季節性的污水灌溉，是常年性的污水處理方法。將污水施于土地上，利用土壤—微生物—植物組成的生態系統對廢水中的污染物進行一系列物理的、化學的和生物凈化過程，使廢水的水質得到凈化，并通過系統的營養物質和水分的循環利用，使綠色植物生長繁殖，從而實現廢水的資源化、無害化和穩定化。

人工濕地可通過沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途徑去除廢水中的懸浮物、有機物、氮、磷和重金屬等。由于自然處理法投資少，運行費用低，在有足夠土地可利用的條件下，它是一種較為經濟的處理方法，特別適宜于小型畜禽養殖場的廢水處理。

4）混合處理法

上述的自然處理法、厭氧法、好氧法用于處理畜禽養殖廢水各有優缺點和適用范圍，為了取長補短，獲得良好穩定的出水水質，實際應用中加入其他處理單元。混合處理就是根據畜禽廢水的多少和具體情況，設計出由以上3種、或以它們為主體并結合其他處理方法進行優化的組合共同處理畜禽廢水。這種方式能以較低的處理成本，取得較好的效果。

3、深度處理

深度處理為進一步處理生化處理未能去除的污染物的凈化過程。深度處理通常由以下處理單元優化組合而成：混凝沉淀、膜技術等。

1）混凝沉淀法

混凝沉淀法就是向廢水中投加混凝藥劑，使其中的膠體和細微懸浮物脫穩，并聚集為數百微米以至數毫米的礬花，進而可以通過重力沉降或其他固液分離手段予以去除的廢水處理技術。

常用的混凝劑分為兩類，一類是無機鹽類混凝劑，目前應用最廣的是鐵系和鋁系金屬鹽，包括三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鐵（PFS），還有碳酸鎂、活性硅酸、高嶺土、膨潤土等。另一類是有機高分子類混凝劑，分為陰離子型、陽離子型和非離子型。其中，以聚丙烯酰胺（PAM）應用最為普遍，其產量占高分子混凝劑總產量的80%。聚丙烯酰胺與常作為助凝劑與其他混凝劑一起使用，可產生較好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序與廢水水質有關。當廢水濁度低時，宜先投加其他混凝劑，再投加聚丙烯酰胺，當廢水濁度高時，應先投加聚丙烯酰胺，再投加其他混凝劑。

2）膜分離技術

膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的成分進行選擇性分離的技術。用于廢水處理的膜分離技術包括擴散滲析、電滲析、反滲透、超濾、微濾等幾種。根據膜的種類及其功能和推動力的不同，各種膜分離技術的特征和它們之間的區別如下表所示。

表1 幾種膜分離技術的特征和區別

分離過程	膜的名稱	推動力	膜孔徑（nm）	用途
擴散滲析	滲析膜	濃度差	/	用于回收酸、堿等
電滲析	離子交換膜	電位差	/	用于回收酸堿和苦咸水淡化
反滲透	反滲透膜	壓力差（大）	<10	分離小分子溶質，用于海水淡化，去除無機離子或有機物
超濾	超濾膜	壓力差（較大）	5～200	截留大分子，去除顏料、油漆、微生物等
微濾	微濾膜	壓力差（小）	50～15000	去除微粒、亞微粒和細粒物質

膜分離法的特點是：在分離過程中，不發生相變化，能量的轉化效率高；一般不需要投加其他物質，這可節省材料和化學藥品；分離和濃縮同時進行，這樣能回收有價值的物質；可在常溫下進行分離，不會破壞對熱敏感和對熱不穩定的物質；操作及維護方便，易于實現自動化控制。

3）膜生物反應器（MBR）

膜生物反應器工藝（）是膜分離技術與生物技術有機結合的新型廢技術，也稱活性污泥法。它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物質截留住，水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質在反應器中不斷反應、降解。一方面，膜截留了反應池中的微生物，使反應池中的活性污泥濃度大大增加，使降解污水的生化反應進行得更迅速更徹底，另一方面，由于膜的高過濾精度，保證了出水清澈透明從而省掉二沉池。因此，膜生物反應器工藝通過膜分離技術大大強化了生物反應器的功能。與傳統的生物處理方法相比，具有生化效率高、抗負荷沖擊能力強、出水水質穩定、占地面積小、排泥周期長、易實現自動控制等優點，是目前最有前途的廢水處理新技術之一。 

 MBR工藝的特點是：

能夠高效的進行固液分離，分離效果遠好于傳統的沉淀池，出水水質良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可直接回用，實現了污水資源化。 
    膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反應器內，實現了反應器水力停留時間（HRT）和污泥齡（SRT）的完全分離，使運行控制更加靈活穩定。 
    反應池內的微生物濃度高，可達到常規活性污泥法的2～3倍，耐負荷沖擊。
    有利于增殖緩慢的硝化細菌的截留、生長和繁殖，系統的硝化效率得以提高，運行方式的控制亦有脫氮和除磷的功能。 
    泥齡長。膜分離使污水的大分子難降解的成分在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物降解效率。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行，可以實現基本無剩余污泥排放。 
    系統可實現全自動化控制。 
    占地面積小，工藝設備集中。

三、畜禽養殖廢水處理的三種模式

我國集約化畜禽養殖場糞污處理主要有三種模式，即以獲取沼氣能源、將沼液沼渣進行資源化利用為目的的模式Ⅰ、模式Ⅱ工藝和以廢水處理后達標排放為目標的模式Ⅲ工藝。畜禽養殖廢水由于其有機物濃度高及大量致病菌的存在，無論采取何種處理模式，厭氧應是一個必不可少的處理階段。

1、模式Ⅰ適用范圍及工藝流程

模式Ⅰ適用于非環境敏感區，當地能源需求量大，有足夠可供施用的土地資源的養殖場（區），該模式工藝要求糞尿全進厭氧反應器。其典型的工藝流程見圖1。

 

圖1 模式Ⅰ工藝流程

2、 模式Ⅱ適用范圍及工藝流程

模式Ⅱ適用于座落于非環境敏感區的養殖場，且沼氣能源需求不大，主要以進行污染物無害化處理、降低有機物濃度、減少沼液和沼渣消納所需配套的土地面積為目的，周圍具有足夠大的土地面積以全部消納低濃度沼液。廢水進入厭氧反應器之前應先進行固液（干濕）分離，然后再對固體糞渣和廢水分別進行處理。其典型的工藝流程見圖2。
 

 

圖2模式Ⅱ工藝流程

 3、模式Ⅲ適用范圍及工藝流程

模式Ⅲ主要是基于受當地沼氣能源供求實際情況的限制，周邊又沒有足夠的可供消納沼液、沼渣的土地，其厭氧出水（沼液）必須再經過進一步處理，達到國家和地方排放標準。其典型的工藝流程見圖3。

圖3模式Ⅲ工藝流程

4、處理模式選擇

1）模式Ⅰ、模式Ⅱ強調種養結合，在獲取沼氣能源的同時，沼液、沼渣應完全得到消納，實現糞污“零排放”。當所在地區不具備全部消納糞污資源的條件

時，應選擇模式Ⅲ工藝。

2）從環保的角度考慮，干清糞工藝的養殖場不宜采用模式Ⅰ（即糞尿全進）處理工藝，固體糞便宜采用好氧堆肥等技術單獨進行無害化處理。

3）從技術經濟條件綜合考慮，養殖規模在存欄（以豬計）2000頭及以下的，應盡可能采用模式Ⅰ或模式Ⅱ處理工藝。而當存欄（以豬計）在1萬頭及以上的，應采取模式Ⅲ處理工藝。這是因為，從環境安全、二次環境污染防治角度考慮，存欄（以豬計）1萬頭及以上的養殖場區，其周邊通常不會具有如此大面積的可供利用的土地資源來消納沼液、沼渣，并且這種大規模綜合利用工程，一旦發生緊急事故會產生巨大的環境隱患，因此，這種大規模的養殖場區應有相應的環保達標處理設施。