畜禽养殖废弃物生态处理技术及资源化利用的研究
崔兵 贡恩伟
摘要：畜禽养殖业在我国农业发展中占据举足轻重的比例，而畜禽养殖废弃物则包括废水和固体废弃物。本文主要对畜禽养殖废弃物处理技术及资源化利用进行研究，首先分析了畜禽养殖废弃物的特征及危害，针对养殖废水的特征对其处理技术展开讨论，结果表明，微生物固定化载体技术对畜禽养殖废水处理较为理想，最后分析了畜禽养殖废弃物无害化处理技术，以期为畜禽养殖废弃物的处理提供借鉴。
关键词：畜禽养殖业；废弃物；处理技术；资源化利用
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0086-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.052
Abstract： Livestock and poultry husbandry plays an important role in the development of Chinas agriculture. Livestock and poultry farming waste includes waste water and solid waste. This article mainly deals with the treatment technology and resource utilization of livestock and poultry breeding waste. First of all， it analyzes the characteristics and hazards of livestock and poultry breeding waste. It discusses the treatment technology of aquaculture wastewater， including microbial immobilization carrier technology for livestock. The aquaculture wastewater treatment is ideal. Finally， the livestock and poultry breeding waste harmless treatment technology is analyzed to provide reference for the treatment of livestock and poultry breeding waste.
Keywords： Livestock and poultry husbandry； Waste； treatment technology； Resource utilization
隨着我国经济的快速发展，人们的生活水平也逐步提高，对各种肉类食品、奶制食品、蛋制食品的需求量加大，加快了畜禽养殖行业前进的步伐[1]。畜禽养殖废弃物主要包括畜禽养殖废水和畜禽粪便固体废弃物，其中畜禽养殖废水一般经过相应的废水处理技术处理后，达到《污水综合排放标准》后达标排放，粪便固体废弃物则一般要进行资源化处理，主要方式为生产有机肥料、生物发酵生产沼气等[2]。本文主要对畜禽养殖废弃物处理技术与资源化利用进行研究，以期为畜禽养殖废弃物后续的研究工作提供一定的参考价值。
1 畜禽养殖废弃物的特征及危害
1.1 畜禽养殖废水的特征
畜禽养殖废水具有3个典型的特征，即氨氮含量高、有机物浓度高、悬浮物（SS）高。同时畜禽养殖废水排水量相对较大、集中、水力冲击负荷强。畜禽养殖废弃物中除以上3个典型特征外还常常伴有消毒水、重金属、残留兽药以及各种人畜共患病原体等污染物[1-2]。据相关调查显示，畜禽养殖废水中有机物的浓度非常高，化学需氧量（COD）的含量高达3000～30000mg/L，氨氮（NH3-N）的含量高达800 ～2200 mg/L，SS含量高达标准值的10倍以上，含有以上污染物的畜禽养殖废水若不进行合理的处置，直接外排将会对其周边环境造成严重的污染，甚至严重威胁人体的健康[3]。
1.2 畜禽养殖废弃物的危害
畜禽养殖废弃物对周边的自然生态环境系统具有一定的影响。畜禽养殖废水未达标排放会对水体环境造成一定的污染，废水流入地表水中使得地表水的水质发生变化，再进一步下渗至地下水，污染地下水水质，而地下水一旦遭受污染，短时间内很难恢复。畜禽类养殖固体废物一般当做肥料，用于农作物的施肥，由于固体废物中含有较多的氮、磷、有机物、重金属等元素，若不经处理直接用于农田作物，会严重影响作物的生长，同时这些有害物质会在农作物中积累，进一步威胁到人们的生命安全。
2 畜禽养殖废水处理技术
我国畜禽养殖废水中含有的污染物质种类和含量相对较多，处理方法主要为物化处理法和生物处理法，一般情况下是将畜禽废水排至农田，利用废水中的有机物和氮磷等加强土壤的肥效。但是随着畜禽养殖业的发展，畜禽养殖废水排放超出还田的需求量，故需对其进行一定的处理，来防止对环境造成污染。
2.1 物化处理技术
物化处理技术运用在畜禽养殖废水的预处理阶段，该阶段废水中含有大量的SS，不可直接排至污水管网中，容易堵塞，故需在进入生化处理阶段之前对其进行絮凝、沉淀，可去除水体中80%的SS，处理效果明显。
2.2 厌氧处理技术
厌氧处理的基本原理是厌氧菌在无氧状态下分解大分子有机物，先将其转化成小分子有机物，再分解产生CO2和水。在该阶段反硝化细菌将水体中的硝态氮和亚硝态氮分解，可有效去除水体中的氮元素，同时可以降解部分难降解的有机物质。厌氧处理过程中COD的去除率一般在80%～85%左右，使废水中的有机物浓度大大减少，同时可去除大部分的氮元素。厌氧发酵过程中会产生一定量的沼气，可用于沼气发电。厌氧技术常用的方法有UASB、IC、厌氧流化床、厌氧接触反应器等。
2.3 好氧处理技术
好氧处理技术的基本原理是在好氧条件下微生物对有机物的分解、释磷菌的超量吸收磷、硝化细菌的硝化过程。好氧处理技术水力停留时间相对较短、处理效果稳定、投资少、维护运行成本低，一般的技术方法有SBR法、MBR法、生物接触氧化法、A/O法、A2/O法、活性污泥法和微生物载体固化法。结合畜禽养殖场废水的实际状况，可选用微生物载体固化法对废水进行处理。
2.4 微生物固定化载体技术
2.4.1 微生物固定化载体技术基本原理
微生物固定化载体技术是将活性污泥中最优质微生物筛选出来，将各种高效微生物进行组配，再通过离子吸附、包埋、交联、共价结合等生物工程技术，将这些微生物菌群“睡眠”在一個多酶体的载体中。载体内具有特殊的保护层和营养物，使微生物“母体”的生存和繁殖得到了充分的保护，同时可避免高浓度有机物的冲击，在有机废水中可产生高密度的微生物菌群，密度可达20000mg/L，不使用时可放置在仓库里，使用寿命可达10年以上，并不会产生衰减，组配的微生物可达十几种。通过长期源源不断地产生高密度的高效组合微生物菌群，达到消除污染物的目的，固定微生物技术具有绿色环保、不需要添加化学品、无二次污染等优点。
2.4.2 微生物固定化载体技术效益
（1）与传统处理技术相比生物降解能力强。微生物固化后的浓度要比传统的反应池中浓度高30倍以上，曝气量需求减少一半，耗能降低，进一步使得整个生物降解过程中的运行维护费用减少。（2）抗水力负荷能力增强。微生物固定化载体技术提高了畜禽养殖废水中有机物的分解，对不稳定的水利负荷有一定的适应性，提高废水处理效率，稳定出水。（3）减小污泥膨胀问题。微生物固定化载体技术与传统的活性污泥法相比，污泥的丝状菌膨胀问题得以消除，产生的剩余污泥较少，不存在污泥膨胀问题。该技术与传统的生物处理技术相比，在处理水量相同的状况下，采用微生物固定化载体技术的反应池占地面积较小，建设费用和安装费用较低，由于微生物固化的特点含有多种高效的菌种使得整个工艺管理费用和运行费用都相对偏低，同时产生的剩余污泥量较少、耗能低。在技术和经济两方面对比分析，微生物固定化载体技术处理畜禽养殖废水具有一定的可行性[4]。
3 畜禽养殖废弃物无害化处理技术
3.1 生物发酵处理
生物发酵技术是在无氧的条件下微生物以废弃物中的有机物为食，对其进行降解，将畜禽养殖废弃物中的有机物质转化成沼气和CO2。生物发酵中温度一般分为高温发酵、中温发酵和常温发酵，操作简便、产气度高、发酵条件便于控制；按废弃物的固体含量可以分为干式生物发酵（TS：20%～28%）和湿式生物发酵（TS不高于15%）。生物发酵阶段建立基肥堆置池制取沼气，在处理畜禽养殖废弃物的同时可对沼气进行再利用，用于发电，满足养殖生产和生活的需求。据我国农业部相关数据显示，2015年我国大型沼气工程建设总量高达386个，产沼气能力为4.87亿m3，可有效处理畜禽养殖废弃物950万t。
3.2 堆肥处理
堆肥处理技术是目前为止畜禽养殖废弃物资源化处理最普遍的生物处理技术方法。对畜禽养殖废弃物进行堆肥，可将废弃物中的有机物质转换成有机肥料，同时也可以作为土壤的改良剂，堆肥过程中的高温阶段可将堆体中的病毒和病菌杀灭，同时降低重金属的含量。制成的有机肥料可改善土壤板结现象，增加土壤的肥效和孔隙率，提高农作物的产量。
4 结论
随着畜禽养殖业的不断发展，我国开始对畜禽养殖废弃物处置情况和无害化资源利用两方面加大重视力度。在此背景下，本文对畜禽养殖废弃物处理技术和资源化利用进行研究，由于因现有畜禽养殖废弃物中的污染物的成分复杂多样，因此，畜禽养殖废水和固体废弃物的处理应采用多种集成技术来降低其对环境的污染，遵循减量化、无害化和资源化的原则，实现经济性和技术性的统一。
参考文献
[1]龚红金，帅志勇.水利灌溉工程存在问题及对策[J].江西建材，2013，（02）：43-44.
[2]秦翠兰，王磊元，刘飞等.畜禽粪便生物质资源利用的现状与展望[J].农机化研究，2015，（6）：234-238.
[3]郭冬生，彭小兰，龚群等.畜禽粪便污染与治理利用方法研究进展[J].浙江农业学报，2012，24（6）：1164-1170.
[4]宋颖，邓友华.畜禽养殖污水生态处理方式[J].环境与发展，2017，（10）：44-45.
收稿日期：2018-04-18
基金项目：杭州市科技计划引导项目（农业与社会发展）（20163501Y75）。
作者简介：崔兵（1984-），男，工程师，研究方向为废水处理技术与工程化应用。
摘要：畜禽养殖业在我国农业发展中占据举足轻重的比例，而畜禽养殖废弃物则包括废水和固体废弃物。本文主要对畜禽养殖废弃物处理技术及资源化利用进行研究，首先分析了畜禽养殖废弃物的特征及危害，针对养殖废水的特征对其处理技术展开讨论，结果表明，微生物固定化载体技术对畜禽养殖废水处理较为理想，最后分析了畜禽养殖废弃物无害化处理技术，以期为畜禽养殖废弃物的处理提供借鉴。
关键词：畜禽养殖业；废弃物；处理技术；资源化利用
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0086-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.052
Abstract： Livestock and poultry husbandry plays an important role in the development of Chinas agriculture. Livestock and poultry farming waste includes waste water and solid waste. This article mainly deals with the treatment technology and resource utilization of livestock and poultry breeding waste. First of all， it analyzes the characteristics and hazards of livestock and poultry breeding waste. It discusses the treatment technology of aquaculture wastewater， including microbial immobilization carrier technology for livestock. The aquaculture wastewater treatment is ideal. Finally， the livestock and poultry breeding waste harmless treatment technology is analyzed to provide reference for the treatment of livestock and poultry breeding waste.
Keywords： Livestock and poultry husbandry； Waste； treatment technology； Resource utilization
隨着我国经济的快速发展，人们的生活水平也逐步提高，对各种肉类食品、奶制食品、蛋制食品的需求量加大，加快了畜禽养殖行业前进的步伐[1]。畜禽养殖废弃物主要包括畜禽养殖废水和畜禽粪便固体废弃物，其中畜禽养殖废水一般经过相应的废水处理技术处理后，达到《污水综合排放标准》后达标排放，粪便固体废弃物则一般要进行资源化处理，主要方式为生产有机肥料、生物发酵生产沼气等[2]。本文主要对畜禽养殖废弃物处理技术与资源化利用进行研究，以期为畜禽养殖废弃物后续的研究工作提供一定的参考价值。
1 畜禽养殖废弃物的特征及危害
1.1 畜禽养殖废水的特征
畜禽养殖废水具有3个典型的特征，即氨氮含量高、有机物浓度高、悬浮物（SS）高。同时畜禽养殖废水排水量相对较大、集中、水力冲击负荷强。畜禽养殖废弃物中除以上3个典型特征外还常常伴有消毒水、重金属、残留兽药以及各种人畜共患病原体等污染物[1-2]。据相关调查显示，畜禽养殖废水中有机物的浓度非常高，化学需氧量（COD）的含量高达3000～30000mg/L，氨氮（NH3-N）的含量高达800 ～2200 mg/L，SS含量高达标准值的10倍以上，含有以上污染物的畜禽养殖废水若不进行合理的处置，直接外排将会对其周边环境造成严重的污染，甚至严重威胁人体的健康[3]。
1.2 畜禽养殖废弃物的危害
畜禽养殖废弃物对周边的自然生态环境系统具有一定的影响。畜禽养殖废水未达标排放会对水体环境造成一定的污染，废水流入地表水中使得地表水的水质发生变化，再进一步下渗至地下水，污染地下水水质，而地下水一旦遭受污染，短时间内很难恢复。畜禽类养殖固体废物一般当做肥料，用于农作物的施肥，由于固体废物中含有较多的氮、磷、有机物、重金属等元素，若不经处理直接用于农田作物，会严重影响作物的生长，同时这些有害物质会在农作物中积累，进一步威胁到人们的生命安全。
2 畜禽养殖废水处理技术
我国畜禽养殖废水中含有的污染物质种类和含量相对较多，处理方法主要为物化处理法和生物处理法，一般情况下是将畜禽废水排至农田，利用废水中的有机物和氮磷等加强土壤的肥效。但是随着畜禽养殖业的发展，畜禽养殖废水排放超出还田的需求量，故需对其进行一定的处理，来防止对环境造成污染。
2.1 物化处理技术
物化处理技术运用在畜禽养殖废水的预处理阶段，该阶段废水中含有大量的SS，不可直接排至污水管网中，容易堵塞，故需在进入生化处理阶段之前对其进行絮凝、沉淀，可去除水体中80%的SS，处理效果明显。
2.2 厌氧处理技术
厌氧处理的基本原理是厌氧菌在无氧状态下分解大分子有机物，先将其转化成小分子有机物，再分解产生CO2和水。在该阶段反硝化细菌将水体中的硝态氮和亚硝态氮分解，可有效去除水体中的氮元素，同时可以降解部分难降解的有机物质。厌氧处理过程中COD的去除率一般在80%～85%左右，使废水中的有机物浓度大大减少，同时可去除大部分的氮元素。厌氧发酵过程中会产生一定量的沼气，可用于沼气发电。厌氧技术常用的方法有UASB、IC、厌氧流化床、厌氧接触反应器等。
2.3 好氧处理技术
好氧处理技术的基本原理是在好氧条件下微生物对有机物的分解、释磷菌的超量吸收磷、硝化细菌的硝化过程。好氧处理技术水力停留时间相对较短、处理效果稳定、投资少、维护运行成本低，一般的技术方法有SBR法、MBR法、生物接触氧化法、A/O法、A2/O法、活性污泥法和微生物载体固化法。结合畜禽养殖场废水的实际状况，可选用微生物载体固化法对废水进行处理。
2.4 微生物固定化载体技术
2.4.1 微生物固定化载体技术基本原理
微生物固定化载体技术是将活性污泥中最优质微生物筛选出来，将各种高效微生物进行组配，再通过离子吸附、包埋、交联、共价结合等生物工程技术，将这些微生物菌群“睡眠”在一個多酶体的载体中。载体内具有特殊的保护层和营养物，使微生物“母体”的生存和繁殖得到了充分的保护，同时可避免高浓度有机物的冲击，在有机废水中可产生高密度的微生物菌群，密度可达20000mg/L，不使用时可放置在仓库里，使用寿命可达10年以上，并不会产生衰减，组配的微生物可达十几种。通过长期源源不断地产生高密度的高效组合微生物菌群，达到消除污染物的目的，固定微生物技术具有绿色环保、不需要添加化学品、无二次污染等优点。
2.4.2 微生物固定化载体技术效益
（1）与传统处理技术相比生物降解能力强。微生物固化后的浓度要比传统的反应池中浓度高30倍以上，曝气量需求减少一半，耗能降低，进一步使得整个生物降解过程中的运行维护费用减少。（2）抗水力负荷能力增强。微生物固定化载体技术提高了畜禽养殖废水中有机物的分解，对不稳定的水利负荷有一定的适应性，提高废水处理效率，稳定出水。（3）减小污泥膨胀问题。微生物固定化载体技术与传统的活性污泥法相比，污泥的丝状菌膨胀问题得以消除，产生的剩余污泥较少，不存在污泥膨胀问题。该技术与传统的生物处理技术相比，在处理水量相同的状况下，采用微生物固定化载体技术的反应池占地面积较小，建设费用和安装费用较低，由于微生物固化的特点含有多种高效的菌种使得整个工艺管理费用和运行费用都相对偏低，同时产生的剩余污泥量较少、耗能低。在技术和经济两方面对比分析，微生物固定化载体技术处理畜禽养殖废水具有一定的可行性[4]。
3 畜禽养殖废弃物无害化处理技术
3.1 生物发酵处理
生物发酵技术是在无氧的条件下微生物以废弃物中的有机物为食，对其进行降解，将畜禽养殖废弃物中的有机物质转化成沼气和CO2。生物发酵中温度一般分为高温发酵、中温发酵和常温发酵，操作简便、产气度高、发酵条件便于控制；按废弃物的固体含量可以分为干式生物发酵（TS：20%～28%）和湿式生物发酵（TS不高于15%）。生物发酵阶段建立基肥堆置池制取沼气，在处理畜禽养殖废弃物的同时可对沼气进行再利用，用于发电，满足养殖生产和生活的需求。据我国农业部相关数据显示，2015年我国大型沼气工程建设总量高达386个，产沼气能力为4.87亿m3，可有效处理畜禽养殖废弃物950万t。
3.2 堆肥处理
堆肥处理技术是目前为止畜禽养殖废弃物资源化处理最普遍的生物处理技术方法。对畜禽养殖废弃物进行堆肥，可将废弃物中的有机物质转换成有机肥料，同时也可以作为土壤的改良剂，堆肥过程中的高温阶段可将堆体中的病毒和病菌杀灭，同时降低重金属的含量。制成的有机肥料可改善土壤板结现象，增加土壤的肥效和孔隙率，提高农作物的产量。
4 结论
随着畜禽养殖业的不断发展，我国开始对畜禽养殖废弃物处置情况和无害化资源利用两方面加大重视力度。在此背景下，本文对畜禽养殖废弃物处理技术和资源化利用进行研究，由于因现有畜禽养殖废弃物中的污染物的成分复杂多样，因此，畜禽养殖废水和固体废弃物的处理应采用多种集成技术来降低其对环境的污染，遵循减量化、无害化和资源化的原则，实现经济性和技术性的统一。
参考文献
[1]龚红金，帅志勇.水利灌溉工程存在问题及对策[J].江西建材，2013，（02）：43-44.
[2]秦翠兰，王磊元，刘飞等.畜禽粪便生物质资源利用的现状与展望[J].农机化研究，2015，（6）：234-238.
[3]郭冬生，彭小兰，龚群等.畜禽粪便污染与治理利用方法研究进展[J].浙江农业学报，2012，24（6）：1164-1170.
[4]宋颖，邓友华.畜禽养殖污水生态处理方式[J].环境与发展，2017，（10）：44-45.
收稿日期：2018-04-18
基金项目：杭州市科技计划引导项目（农业与社会发展）（20163501Y75）。
作者简介：崔兵（1984-），男，工程师，研究方向为废水处理技术与工程化应用。
