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(zhì)與水分分離或加以分解，使其變質(zhì)而失去污染物質(zhì)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(zhì)是以何種形態(tài)在水中存在以及它們的物理化學(xué)性質(zhì)。一般，污染物質(zhì)可分三種形態(tài)，即：懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、溶解性物質(zhì)。但嚴(yán)格劃分很困難，通常是根據(jù)污染物質(zhì)粒徑的大小來(lái)劃分。懸浮物粒徑為1~100μm，膠體粒徑為1nm~1μm，溶解性物質(zhì)粒徑小于1 nm。<!--?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /-->

污廢水處理時(shí)，污染物質(zhì)粒徑大小的差異，對(duì)處理難易有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，最易處理的是懸浮物，而粒徑較小的膠體和溶解性物質(zhì)比較難處理。也就是說(shuō)，懸浮物易通過沉淀、過濾與水分離，而膠體物質(zhì)和溶解性物質(zhì)則必須利用特殊的物質(zhì)使之凝聚或通過化學(xué)反應(yīng)使其增大到懸浮物的程度，再利用生物或特殊的膜，經(jīng)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(shù)手段，將污廢水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，使水得到凈化。

現(xiàn)代污廢水處理技術(shù)，按原理可分為物理處理法、化學(xué)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(tài)的固體污染物質(zhì)。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(xué)處理法：利用化學(xué)反應(yīng)的作用，分離回收污廢水中處于各種形態(tài)的污染物質(zhì)（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(xué)處理法。

3）生物化學(xué)處理法：利用微生物代謝作用，使污廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)害物質(zhì)。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(jī)性生產(chǎn)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(jī)污水與污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，現(xiàn)在也開始用于處理城市污水與低濃度有機(jī)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(wěn)定塘和土地處理兩種方法。穩(wěn)定塘又稱“生物塘”，是經(jīng)過人工適當(dāng)修整的土地，設(shè)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(shù)。穩(wěn)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(shù)。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(yǎng)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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

二、養(yǎng)殖廢水處理工藝

根據(jù)廢水的排放特點(diǎn)、水質(zhì)特點(diǎn)及要求的排放要求，確定工藝分三個(gè)部分：首先是預(yù)處理，去除水中的懸浮物和浮油，降低后續(xù)處理的負(fù)荷并防止后續(xù)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(gè)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(jī)物；三是深度處理，采用物化方法，進(jìn)一步除去水中的污染物，以保證出水達(dá)標(biāo)排放。

1、預(yù)處理

畜禽養(yǎng)殖廢水無(wú)論以何種工藝或綜合措施進(jìn)行處理，都要采取一定的預(yù)處理措施。通過預(yù)處理可使廢水污染物負(fù)荷降低，同時(shí)防止大的固體或雜物進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，造成設(shè)備的堵塞或破壞等。針對(duì)廢水中的大顆粒物質(zhì)或易沉降的物質(zhì)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)采用過濾、離心、沉淀等固液分離技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理，常用的設(shè)備有格柵、沉淀池、篩網(wǎng)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(hù)水泵等機(jī)械設(shè)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(lái)的處理工藝， 是廢水處理中應(yīng)用最廣的方法之一。目前，凡是有廢水處理設(shè)施的養(yǎng)殖場(chǎng)基本上都是在舍外串聯(lián)2至3個(gè)沉淀池，通過過濾、沉淀和氧化分解將糞水進(jìn)行處理。篩網(wǎng)是篩濾所用的設(shè)施，廢水從篩網(wǎng)中的縫隙流過，而固體部分則憑機(jī)械或其本身的重量，截流下來(lái)，或推移到篩網(wǎng)的邊緣排出。常用的畜禽糞便固液分離篩網(wǎng)有固定篩、振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)動(dòng)篩。此外，還有常用的機(jī)械過濾設(shè)備如自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、轉(zhuǎn)輥壓濾機(jī)、離心盤式分離機(jī)等。

2、生化處理

1）好氧處理技術(shù)

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(jī)物，同時(shí)合成自身細(xì)胞(活性污泥)。在好氧處理中，可生物降解的有機(jī)物最終可被完全氧化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。該方法主要有活性污泥法和生物濾池、生物轉(zhuǎn)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(shù)對(duì)畜禽廢水進(jìn)行生物處理，這方面研究的較多的是水解與SBR 結(jié)合的工藝。SBR工藝，即序批式活性污泥法，是基于傳統(tǒng)的Fill- Draw系統(tǒng)改進(jìn)并發(fā)展起來(lái)的一種間歇式活性污泥工藝，它把污水處理構(gòu)筑物從空間系列轉(zhuǎn)化為時(shí)間系列，在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等周期循環(huán)。SBR與水解方式結(jié)合處理畜禽廢水時(shí)，水解過程對(duì)COD_Cr 有較高的去除率，SBR對(duì)總磷去除率為74.1%，高濃度氨氮去除率達(dá)97%以上。此外，其他好氧處理技術(shù)也逐漸應(yīng)用于畜禽廢水處理中，如間歇式排水延時(shí)曝氣(IDEA)、循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)(CASS)、間歇式循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法(ICEAS) 。

2）厭氧處理技術(shù)

20世紀(jì)50年代出現(xiàn)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(fā)明，推動(dòng)了以提高污泥濃度和改善廢水與污泥混合效果為基礎(chǔ)的一系列高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器的發(fā)展，并逐步應(yīng)用于禽畜污水處理中。厭氧處理特點(diǎn)是造價(jià)低，占地少，能量需求低，還可以產(chǎn)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(jī)物負(fù)荷潛力，能使一些好氧微生物所不能降解的部分進(jìn)行有機(jī)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(yīng)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(yīng)器（USR）等。目前國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖場(chǎng)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(yīng)器工藝。

3）自然處理技術(shù)

自然處理法是利用天然水體、土壤和生物的物理、化學(xué)與生物的綜合作用來(lái)凈化污水。其凈化機(jī)理主要包括過濾、截留、沉淀、物理和化學(xué)吸附、化學(xué)分解、生物氧化以及生物的吸收等。其原理涉及生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理、結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，分層多級(jí)截留、儲(chǔ)藏、利用和轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)機(jī)制等。這類方法投資省、工藝簡(jiǎn)單、動(dòng)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(wěn)定塘，是一種利用天然或人工整修的池塘進(jìn)行污水生物處理的構(gòu)筑物。其對(duì)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(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)污染物通過水中微生物的代謝活動(dòng)而被降解，溶解氧則由藻類通過光合作用和塘面的復(fù)氧作用提供，亦可通過人工曝氣法提供。作為環(huán)境工程構(gòu)筑物，氧化塘主要用來(lái)降低水體的有機(jī)污染物，提高溶解氧的含量，并適當(dāng)去除水中的氮和磷，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化的程度。

土壤處理法不同于季節(jié)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(tài)系統(tǒng)對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行一系列物理的、化學(xué)的和生物凈化過程，使廢水的水質(zhì)得到凈化，并通過系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的循環(huán)利用，使綠色植物生長(zhǎng)繁殖，從而實(shí)現(xiàn)廢水的資源化、無(wú)害化和穩(wěn)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(jī)物、氮、磷和重金屬等。由于自然處理法投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，在有足夠土地可利用的條件下，它是一種較為經(jīng)濟(jì)的處理方法，特別適宜于小型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)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(yǎng)殖廢水各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，為了取長(zhǎng)補(bǔ)短，獲得良好穩(wěn)定的出水水質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中加入其他處理單元。混合處理就是根據(jù)畜禽廢水的多少和具體情況，設(shè)計(jì)出由以上3種、或以它們?yōu)橹黧w并結(jié)合其他處理方法進(jìn)行優(yōu)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(jìn)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(yōu)化組合而成：混凝沉淀、膜技術(shù)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(xì)微懸浮物脫穩(wěn)，并聚集為數(shù)百微米以至數(shù)毫米的礬花，進(jìn)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(shù)。

常用的混凝劑分為兩類，一類是無(wú)機(jī)鹽類混凝劑，目前應(yīng)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(rùn)土等。另一類是有機(jī)高分子類混凝劑，分為陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型。其中，以聚丙烯酰胺（PAM）應(yīng)用最為普遍，其產(chǎn)量占高分子混凝劑總產(chǎn)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(chǎn)生較好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序與廢水水質(zhì)有關(guān)。當(dāng)廢水濁度低時(shí)，宜先投加其他混凝劑，再投加聚丙烯酰胺，當(dāng)廢水濁度高時(shí)，應(yīng)先投加聚丙烯酰胺，再投加其他混凝劑。

2）膜分離技術(shù)

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

表1 幾種膜分離技術(shù)的特征和區(qū)別

分離過程	膜的名稱	推動(dòng)力	膜孔徑（nm）	用途
擴(kuò)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(zhì)，用于海水淡化，去除無(wú)機(jī)離子或有機(jī)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(xì)粒物質(zhì)

膜分離法的特點(diǎn)是：在分離過程中，不發(fā)生相變化，能量的轉(zhuǎn)化效率高；一般不需要投加其他物質(zhì)，這可節(jié)省材料和化學(xué)藥品；分離和濃縮同時(shí)進(jìn)行，這樣能回收有價(jià)值的物質(zhì)；可在常溫下進(jìn)行分離，不會(huì)破壞對(duì)熱敏感和對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)；操作及維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

3）膜生物反應(yīng)器（MBR）

膜生物反應(yīng)器工藝（MBR工藝）是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)，也稱膜分離活性污泥法。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物質(zhì)截留住，水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解。一方面，膜截留了反應(yīng)池中的微生物，使反應(yīng)池中的活性污泥濃度大大增加，使降解污水的生化反應(yīng)進(jìn)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(yīng)器工藝通過膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。與傳統(tǒng)的生物處理方法相比，具有生化效率高、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、排泥周期長(zhǎng)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前最有前途的廢水處理新技術(shù)之一。 

 MBR工藝的特點(diǎn)是：

能夠高效的進(jìn)行固液分離，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池，出水水質(zhì)良好，出水懸浮物和濁度接近于零，可直接回用，實(shí)現(xiàn)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(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時(shí)間（HRT）和污泥齡（SRT）的完全分離，使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定。 
    反應(yīng)池內(nèi)的微生物濃度高，可達(dá)到常規(guī)活性污泥法的2～3倍，耐負(fù)荷沖擊。
    有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截留、生長(zhǎng)和繁殖，系統(tǒng)的硝化效率得以提高，運(yùn)行方式的控制亦有脫氮和除磷的功能。 
    泥齡長(zhǎng)。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(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解有機(jī)物降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)基本無(wú)剩余污泥排放。 
    系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。 
    占地面積小，工藝設(shè)備集中。

三、畜禽養(yǎng)殖廢水處理的三種模式

我國(guó)集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)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(jìn)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(dá)標(biāo)排放為目標(biāo)的模式Ⅲ工藝。畜禽養(yǎng)殖廢水由于其有機(jī)物濃度高及大量致病菌的存在，無(wú)論采取何種處理模式，厭氧應(yīng)是一個(gè)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(huán)境敏感區(qū)，當(dāng)?shù)啬茉葱枨罅看螅�有足夠可供施用的土地資源的養(yǎng)殖場(chǎng)（區(qū)），該模式工藝要求糞尿全進(jìn)厭氧反應(yīng)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(huán)境敏感區(qū)的養(yǎng)殖場(chǎng)，且沼氣能源需求不大，主要以進(jìn)行污染物無(wú)害化處理、降低有機(jī)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(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器之前應(yīng)先進(jìn)行固液（干濕）分離，然后再對(duì)固體糞渣和廢水分別進(jìn)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(dāng)?shù)卣託饽茉垂┣髮?shí)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(jīng)過進(jìn)一步處理，達(dá)到國(guó)家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)。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(qiáng)調(diào)種養(yǎng)結(jié)合，在獲取沼氣能源的同時(shí)，沼液、沼渣應(yīng)完全得到消納，實(shí)現(xiàn)糞污“零排放”。當(dāng)所在地區(qū)不具備全部消納糞污資源的條件

時(shí)，應(yīng)選擇模式Ⅲ工藝。

2）從環(huán)保的角度考慮，干清糞工藝的養(yǎng)殖場(chǎng)不宜采用模式Ⅰ（即糞尿全進(jìn)）處理工藝，固體糞便宜采用好氧堆肥等技術(shù)單獨(dú)進(jìn)行無(wú)害化處理。

3）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件綜合考慮，養(yǎng)殖規(guī)模在存欄（以豬計(jì)）2000頭及以下的，應(yīng)盡可能采用模式Ⅰ或模式Ⅱ處理工藝。而當(dāng)存欄（以豬計(jì)）在1萬(wàn)頭及以上的，應(yīng)采取模式Ⅲ處理工藝。這是因?yàn)椋瑥沫h(huán)境安全、二次環(huán)境污染防治角度考慮，存欄（以豬計(jì)）1萬(wàn)頭及以上的養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)，其周邊通常不會(huì)具有如此大面積的可供利用的土地資源來(lái)消納沼液、沼渣，并且這種大規(guī)模綜合利用工程，一旦發(fā)生緊急事故會(huì)產(chǎn)生巨大的環(huán)境隱患，因此，這種大規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)應(yīng)有相應(yīng)的環(huán)保達(dá)標(biāo)處理設(shè)施。