摘 要：近年來我國奶牛養(yǎng)殖集約化、規(guī)模化水平大幅提高，但隨之增多的奶牛場廢水量卻給環(huán)境帶來了壓力。本文針對奶牛場廢水的特征，對國內(nèi)外廢水處理現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，簡述了還田利用、自然處理和工業(yè)化處理方式等處理工藝，為奶牛場廢水的處理和資源化利用提供參考。
關(guān)鍵詞：奶牛場廢水；水質(zhì)特點(diǎn)；處理工藝
隨著生活水平日益提高，居民對奶制品的需求也大大增加，奶牛規(guī)?；B(yǎng)殖得到迅速發(fā)展[1]。規(guī)?；B(yǎng)殖在帶來巨大社會效益的同時(shí)，產(chǎn)生的廢水也給環(huán)境帶來了危害?，F(xiàn)階段奶牛業(yè)屬于微利行業(yè)，因此必須尋求一種高效、低成本的廢水處理方法來保證奶牛場取得利潤。
奶牛場廢水成分及水質(zhì)特征
奶牛場廢水主要由尿液、沖洗水（包括圈舍沖糞水、飲槽沖洗水、地面清潔用水、設(shè)備和設(shè)施清潔用水等）以及少量工人生活生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水組成[2]。奶牛場廢水具有有機(jī)物、氮磷、懸浮物（SS）濃度較高，及水量大、溫度低、固液混雜等特征。且不同的清糞方式對廢水水質(zhì)特征影響較大，其中干清糞相比水沖糞和水泡糞產(chǎn)生的廢水量更少，生物需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）含量也相對較低，但目前我國奶牛場的清糞方式依然以后兩種為主。由于奶牛場廢水獨(dú)特的水質(zhì)特征，也增加了處理難度。
國內(nèi)外奶牛場廢水處理研究現(xiàn)狀
國外處理研究現(xiàn)狀
歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的規(guī)?；B(yǎng)殖起步較早，所以對養(yǎng)殖廢水的處理方法研究也較早，現(xiàn)已形成了完善的管理措施和治理模式。例如，美國養(yǎng)殖業(yè)工廠化、專業(yè)化、規(guī)?；己芨?，大部分農(nóng)場采用農(nóng)牧結(jié)合方式，產(chǎn)生的廢水直接用于農(nóng)場灌溉。又如，從1984年開始荷蘭就限制養(yǎng)殖戶擴(kuò)大經(jīng)營模式，大中型農(nóng)場分散在13.7萬個(gè)家庭中，產(chǎn)生的廢物廢水均由農(nóng)場處理消化。因此，國外的養(yǎng)殖廢水大多進(jìn)行資源化利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)。另外，國外對奶牛場廢水的生物處理方法也進(jìn)行了深入研究，在好氧、厭氧方法的微生物機(jī)理以及動力學(xué)模型等方面均取得了較好的成果。
國內(nèi)處理研究現(xiàn)狀
我國畜牧業(yè)污染防治起步較晚，2001年國家環(huán)保局才發(fā)布了《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》[3]。目前國內(nèi)廢水處理現(xiàn)狀較為混亂，還沒有規(guī)范化的處理方法。處理方法主要包括物理方法和生物方法。其中物理方法是指污水經(jīng)池存放沉淀后排放，42.86%的養(yǎng)殖場采用此方法。生物方法主要包括沼氣池發(fā)酵、氧化塘無害化處理以及工業(yè)化處理[4]。由于人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和國家重視程度的提高，我國更多的科研工作者積極研究科學(xué)有效的畜牧業(yè)廢水處理方法以及資源利用方法。
奶牛場廢水處理方法
養(yǎng)殖廢水的處理方法有很多，主要包括還田利用、自然處理和工業(yè)化處理方式。
還田利用
還田利用是一種將糞便污水處理后還田作為填料的污水處置方式，沒有禽畜糞尿排至外界環(huán)境，可以達(dá)到污染物的零排放，是一種傳統(tǒng)而經(jīng)濟(jì)的污水處理方法。奶牛場廢水濃度較高，含有豐富的微量元素和營養(yǎng)物質(zhì)，還田利用可以使廢水資源化，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)在植物-土壤系統(tǒng)里循環(huán)利用[5]。但還田利用也有一定的缺點(diǎn)：第一，在雨季和植物不需要營養(yǎng)時(shí)不能進(jìn)行回田利用，這時(shí)就要利用其他的廢水處理方法；第二，如果廢水濃度過高，超過了植物的營養(yǎng)限值，就會對植物根系造成破壞，從而影響作物的質(zhì)量和產(chǎn)量；第三，此方法需要大量的土壤，因此只適合小規(guī)模且周邊土地較多的養(yǎng)殖場；第四，不合理或連續(xù)過量使用養(yǎng)殖廢水會導(dǎo)致硝酸鹽、磷及重金屬沉積，污染地表水和地下水。因此，在還田前應(yīng)進(jìn)行簡單的生物處理以降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。
自然處理
自然處理方法包括氧化塘（厭氧塘、兼氧塘、好氧塘、曝氣塘）處理、土壤處理（慢速滲濾、快遞滲濾、地表漫流）和人工濕地處理。自然處理方法優(yōu)點(diǎn)主要有：投資能耗少、運(yùn)行管理費(fèi)用低；對難降解有機(jī)物、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及細(xì)菌的去除率通常優(yōu)于常規(guī)的二級處理，但基建費(fèi)用和處理成本卻低于二級處理；可實(shí)現(xiàn)污水資源化利用。但自然處理方法也具有占地面積大、凈化效率低、處理效果易受季節(jié)溫度影響等缺點(diǎn)。因此，此方法主要適用于距城市較遠(yuǎn)、氣溫較高且土地寬廣的地方，如灘涂、荒地、林地、低洼地等，多用于規(guī)模中等的養(yǎng)殖場[6]。Duan等[7]利用土地滲透作用處理奶牛場廢水，固體懸浮物（SS）、氨氮（NH4+ -N）、總 氮（TN）、總磷（TP）、COD及總有機(jī)碳（TOC）的 去除效率分別達(dá)到86.1％、78.0％、78.2％、94.6％、76.8％和74.6％。對自然處理的研究很多，其中人工濕地處理法在工程應(yīng)用方面取得了穩(wěn)定的處理效果。顏明娟等[8]利用間歇性人工濕地對奶牛場廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明，象草和黑麥草可有效地吸收廢水中養(yǎng)分，氮磷的去除率均超過80%，且運(yùn)行效果穩(wěn)定。方志堅(jiān)等[9]研究發(fā)現(xiàn)人工濕地中黑麥草對奶牛場廢水中的氨氮具有較好的去除效果。Adhikari等[10]在利用人工濕地對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理的同時(shí)通過回收植物生物質(zhì)來回收營養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了資源化利用。
工業(yè)化處理
近年來城市對乳與乳制品的需求量越來越大，為了節(jié)約運(yùn)輸成本和保證奶制品的品質(zhì)，大城市周圍和城市近郊興建了更多的大型奶牛場。因此，由于奶牛場養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖地域的轉(zhuǎn)變，還田利用和自然處理方法不再適用，工業(yè)化處理模式成為主流方法。工業(yè)化模式主要包括：厭氧處理、好氧處理、厭氧-好氧組合工藝以及綜合處理技術(shù)。
厭氧處理技術(shù)。厭氧生物處理（厭氧消化）是指在無氧條件下，借助厭氧微生物的新陳代謝作用分解廢水中的有機(jī)物，并使之轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿訜o機(jī)物質(zhì)的處理過程。廢水厭氧生物技術(shù)發(fā)展至今已有120多年的歷史。適用于奶牛場廢水處理的主要有厭氧濾池（AF）、升流式厭氧污泥床（UASB）、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）、升流式厭氧固體反應(yīng)器（USR）等[11]，其中UASB應(yīng)用較廣泛[12]。
厭氧處理具有以下優(yōu)點(diǎn)：占地少，造價(jià)低，處理過程不受傳氧能力的限制，有機(jī)負(fù)荷高，對難降解有機(jī)物有較好的去除效果，同時(shí)可以產(chǎn)生沼氣。基于以上優(yōu)點(diǎn)，厭氧處理已經(jīng)成為處理養(yǎng)殖廢水的較主要方法。但經(jīng)厭氧處理后廢水中有機(jī)物濃度仍較高，無法達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)；并且氨氮去除率較低，因此想要達(dá)標(biāo)處理，后續(xù)還需對消化液進(jìn)行其他方法的處理[13]。
好氧處理技術(shù)。好氧生物處理是指利用微生物在氧氣充足的條件下分解廢水中有機(jī)物的方法具有處理效果好，對pH、 溫度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。
好氧工藝主要包括活性污泥法、生物濾池法、生物接觸氧化法、序批式活性污泥法（SBR）、缺氧-好氧工藝（A/O）和氧化溝法等。用這些方法處理的養(yǎng)殖廢水可以得到很好的出水水質(zhì)，但占地面積大；相比之下，SBR占地面積小，且自動化程度高，由于間歇曝氣有良好的脫氮效果，是禽畜養(yǎng)殖業(yè)常用的廢水處理工藝[14]。Mohammad等[15]利用SBR處理養(yǎng)殖廢水，經(jīng)處理后，TN、NH4+ -N和NO3- -N去除率分別為61.0％、31.2％和54.5％，另外TS、TVS、TSS和TVSS的去除效率分別為61.4％、62.8％、77.6％和73.2％。SBR已經(jīng)發(fā)展出很多變形工藝，如ICEAS工藝、CAST工藝，均廣泛應(yīng)用于奶牛場廢水處理中。此外，A/O工藝技術(shù)成熟，缺 氧、好氧交替提高了氨氮去除率，且工藝簡單，也廣泛 應(yīng)用于奶牛場廢水處理中。
奶牛場廢水具有高BOD、高COD的特征，而好氧處理工藝有機(jī)物負(fù)荷較低，因此在水處理前需將原水進(jìn)行稀釋[16]，或者提高水力停留時(shí)間（一般6d以上，甚至長達(dá)16d），這導(dǎo)致占地面積大，能耗和運(yùn)行費(fèi)用高[17]。因此，養(yǎng)殖廢水通常采用厭氧-好氧聯(lián)合處理或綜合處理法。
厭氧-好氧組合工藝。厭氧-好氧組合工藝是目前奶牛場使用較多的工藝，既克服了厭氧處理無法達(dá)標(biāo)排放的問題，又解決了好氧占地面積大、能耗高的缺點(diǎn)，具有能耗低、處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合大型奶牛場廢水處理。
如果將奶牛場廢水經(jīng)過厭氧處理后直接進(jìn)行好氧處理，雖然對COD、BOD去除率較高，但對總氮去除效果不佳，氨氮甚至有所提升。因此，在實(shí)際運(yùn)行中通常使未處理的養(yǎng)殖原水與經(jīng)硝化處理后的廢水一起進(jìn)入好氧系統(tǒng)，解決氨氮去除效率低的問題。李清等[18]研究了厭氧-好氧組合工藝對養(yǎng)殖廢水的處理效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)厭氧消化時(shí)間越長的沼液，經(jīng)處理后好氧效果越差， 因此對于含氮較高的養(yǎng)殖污水，其厭氧前處理的時(shí)間宜更短。
另外，為了解決厭氧消化液C/N較低難以脫氮這一問題，研究人員又提出了一些新的脫氮工藝，厭氧-短程亞硝化-厭氧氨氧化就是其中之一。該工藝建立在短程硝化反硝化基礎(chǔ)上的亞硝酸型硝化（SHARON）和厭氧氨氧化（ANAMMOX）上，可以在C/N很低的情況下還保持很高的脫氮效果，并且此工藝可以節(jié)省25%的需氧量，從而節(jié)省了投資和運(yùn)行費(fèi)用。但是要想取得好的脫氮效果，要求運(yùn)行參數(shù)能控制50%的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮，使氨氮和亞硝酸氮以大約1:1的濃度比例進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，這樣才能為后續(xù)的厭氧氨氧化提供較佳的反應(yīng)條件。目前對參數(shù)的控制研究還不是很完善，雖然對此工藝的研究比較多，但是僅限于實(shí)驗(yàn)室中的小試和中試，工程應(yīng)用還比較少。但是短程亞硝化-厭氧氨氧化在奶牛場廢水處理上有著很好的前景。此外，還有專家和學(xué)者利用鳥糞石結(jié)晶法回收消化液中的營養(yǎng)物質(zhì)。例如Song等[19]將厭氧出水流入鳥糞石堆積裝置中，顯示對NH4+ -N有很好的去除效果，同時(shí)85％的磷被去除或回收。
綜合處理工藝
由于奶牛場廢水有機(jī)物濃度高，氮磷含量高，并且有大量細(xì)菌病毒，采用單一的處理工藝不能很好地達(dá)到處理效果，更多的時(shí)候采用聯(lián)合工藝，匯集不同處理方法的優(yōu)點(diǎn)，使廢水處理達(dá)到效益和效率雙贏[20]。例如：厭氧-好氧-生態(tài)組合工藝，厭氧-好氧-氧化塘工藝，化學(xué)絮凝-好氧工藝等，在工程應(yīng)用上均取得了穩(wěn)定的處理效果。劉海霞等[21]利用折流厭氧反應(yīng)+間歇式好氧(ABR-SBR)組合工藝處理奶牛場養(yǎng)殖廢水，結(jié)果COD、NH4+ -N、TP、SS去除率分別達(dá)到95%、92%、90%和95%。楊曉莉等[22]對奶牛場污水進(jìn)行固液分離-厭氧發(fā)酵-好氧曝氣-絮凝沉淀處理，污水指標(biāo)達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。熊鴻斌等[23]采用USR+兩級A/O組合工藝處理奶牛場干清糞養(yǎng)殖廢水，結(jié)果顯示出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084—2005)，并優(yōu)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18596—2001)。
結(jié)語
隨著奶牛養(yǎng)殖規(guī)?；M(jìn)程的加快，奶牛場廢水的排出量越來越多，處理工藝也層出不窮。根據(jù)養(yǎng)殖場及廢水特點(diǎn)選用不同的處理工藝，不但可以達(dá)到排放或回田標(biāo)準(zhǔn)，還可以節(jié)省水處理費(fèi)用。同時(shí)在廢水處理過程中要轉(zhuǎn)變原有處理思路，不僅要解決末端處理，更要從源頭控制。例如：改變飼料質(zhì)量可以降低廢水處理難度，推廣干清糞工藝，處理前進(jìn)行固液分離等措施，均可減少廢水產(chǎn)出量。另外，在資源匱乏的當(dāng)今社會，對于奶牛場廢水處理更需考慮廢水資源化問題，對厭氧處理中的沼氣和水處理中的中間產(chǎn)物應(yīng)給予有效利用，以減輕對環(huán)境的壓力，降低處理成本，實(shí)現(xiàn)奶牛業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。