李文英等

摘 要：沼液的深度凈化處理是集約化畜禽養(yǎng)殖廢水無害化處理的必由之路，旨在篩選處理豬場厭氧消化液的最佳工藝條件組合，為養(yǎng)殖廢水資源化循環(huán)利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。采用水質(zhì)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)方法，選取2個復(fù)合菌劑（A、B），3個接種量（0.5%、1.0%、5.0%），2個通氣量（2mg/L、4mg/L），比較研究不同處理條件組合對豬場沼液的凈化效果。實驗表明：12個組合處理均對豬場沼液具有不同程度的凈化效果，能夠有效去除豬場沼液生化需氧量（BOD5）、總磷（TP）、糞大腸菌群（FC， Fecal Coliform），各自去除率最高分別達(dá)到90.0%、82.0%、99.9%。綜合各項評估指標(biāo)，工藝1、4、6優(yōu)于其它組合，其中工藝4為最優(yōu)組合。

關(guān)鍵詞：豬場沼液；復(fù)合菌劑；凈化作用；效果評估

中圖分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：2014-0272

Optimization of Process Combination on Purification Treatment of Intensive Piggery Biogas Slurry

Li Wenying1， Wu Xuena1， He Xinqiang2， Shao Xiaoming2， Peng Zhiping1， He Hengshan2

（1Institute of Agricultural Resources and Environment， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510640；

2Huizhou dongjin Agriculture Company Limited， Huizhou， Guangdong 51300）

Abstract： The aim was to study the treatment of piggery biogas slurry with different Process Combination （PC）. 12 process combinations were used to remove BOD5、NH3-N、TP、FC （Fecal Coliform） from biogas slurry， and their performances were compared. The results showed that the maximal removal rates of BOD5、TP、FC were up to 90.0%， 82.0%，99.9%. The experiment verified the removal rate of PC1， 4， 6 was more effective than other process combinations.

Key words： Piggery Biogas Slurry； Combined Microorganism Preparation （CMP）； Purification Function； Performance Evaluation

0 引言

隨著集約化養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，隨之而來的污染壓力愈來愈大，畜禽養(yǎng)殖廢棄物，特別是集約化豬場廢水已成為中國許多農(nóng)村地區(qū)的主要污染源。目前大量豬場廢水通過沼氣工程技術(shù)，在利用生物質(zhì)能源的同時，污染物得到無害化、減量化等有效治理。這雖然有效地控制了豬場廢水的直接污染，但由于大量厭氧消化后的豬場沼液通常直接外排或農(nóng)灌，必將造成嚴(yán)重的二次環(huán)境污染和潛在風(fēng)險，特別是中國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)受土地緊張和養(yǎng)殖規(guī)模大的雙重約束使養(yǎng)殖環(huán)境問題變得尤為突出，豬場沼液的深度凈化處理是實現(xiàn)豬場廢水無害化和資源化的必由之路[1-2]。同時，豬場沼液含有大量可溶性氮、磷、鉀等其它營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)一步無害化處理后可作為速效肥料供作物利用，充分利用其豐富的養(yǎng)分資源，實現(xiàn)化害為利，資源循環(huán)利用，可節(jié)約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。本項目組在承擔(dān)完成“養(yǎng)殖污染治理和農(nóng)村廢棄物資源化利用關(guān)鍵技術(shù)”及“豬場沼液生態(tài)處理技術(shù)研究”等相關(guān)研究項目的過程中，進(jìn)行了豬場廢水凈化專用菌群分離培養(yǎng)、復(fù)合菌劑篩選、處理工藝條件優(yōu)化等一系列相關(guān)試驗，其中關(guān)于單菌劑培養(yǎng)篩選、菌劑組合處理沼液試驗結(jié)果[3-4]已在另文發(fā)表，本研究希望通過對不同工藝條件組合處理沼液的凈化效果比較，篩選出最佳工藝條件組合，為進(jìn)一步完善豬場沼液生態(tài)凈化處理和農(nóng)田回灌利用技術(shù)體系提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用豬場沼液采集于廣東省惠州市某集約化豬場大型沼氣處理廢液池內(nèi)。

供試菌劑包括2個復(fù)合菌劑（簡稱菌劑A、B），是由放線菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸桿菌等多種功能性微生物菌種混合形成的復(fù)合型微生物菌劑。

試驗中主要使用儀器包括HI9147溶解氧測定儀、UV-1750紫外可見分光光度計、CR-30R空氣泵、GM-0.33型隔膜真空泵等。

1.2 試驗方法

1.2.1 實驗設(shè)計 試驗設(shè)定不同工藝條件組合進(jìn)行沼液處理試驗：2種復(fù)合菌劑（A、B），3個接種量（0.5、1.0、5.0%），2個通氣量（2mg/L、4mg/L），共設(shè)定12個處理組合，對照（CK）為原沼液，每個處理取沼液量為30 kg，各設(shè)3次重復(fù)，取樣混合均勻后進(jìn)行測定。

接種方法：在每個處理第1天加入復(fù)合菌液，依照試驗設(shè)計對接種菌劑種類（A、B）、接種量（0.5%、1.0%、5.0%）、通氣量（2mg/L、4mg/L）進(jìn)行組合。處理條件： 8：00—18：00，靜置光照；18：00—8：00，采用曝氣泵曝氣處理。連續(xù)培養(yǎng)處理4 d后，進(jìn)行取樣并測定各相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)。

1.2.2 廢水水質(zhì)指標(biāo)測定方法 廢水水質(zhì)指標(biāo)測定方法參照國家環(huán)?？偩志幹频摹端蛷U水監(jiān)測分析方法》[5]，采用水質(zhì)測定相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。經(jīng)處理后的沼液取樣后立即進(jìn)行各指標(biāo)的分析測定，檢測指標(biāo)主要包括：5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、糞大腸菌群（FC， Fecal Coliform）。各處理的測定結(jié)果采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算相對去除率并進(jìn)行分析比較。

2 結(jié)果和分析

2.1 初始沼液水質(zhì)指標(biāo)分析

豬場廢水經(jīng)厭氧消化處理后，個別水質(zhì)指標(biāo)，如懸浮物SS（Suspended Substance）、pH達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001）[6]以及《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2005）[7]，但另外一些非常重要的水質(zhì)指標(biāo)，比如BOD5、CODCr、NH3-N、TP、FC、全鹽量TS（Total Salt）還遠(yuǎn)未達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)，個別指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，如糞大腸桿菌群檢測值為4.0×105個/L，高達(dá)10～40倍于排放標(biāo)準(zhǔn)量。這類豬場廢液不論是直接排放還是用于農(nóng)田灌溉，最終都可能導(dǎo)致受納水體富營養(yǎng)化、地下水水質(zhì)污染或農(nóng)產(chǎn)品污染。因此，必須要進(jìn)一步對其進(jìn)行水質(zhì)凈化處理，通過單菌劑處理，菌劑組合處理[3-4]后，豬場廢液中的CODCr、TS都取得了很好的凈化去除效果，僅有TP指標(biāo)仍處于超標(biāo)狀態(tài)（12.98>8.0），為了更加科學(xué)全面地評估處理工藝的凈化效果，設(shè)定BOD5、NH3-N、TP、FC為水質(zhì)測定指標(biāo)（見表2）。

2.2 不同工藝條件優(yōu)化組合的凈化處理效果

2.2.1 對沼液生化需氧量（BOD5）的去除效果分析 依據(jù)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中BOD5分別為150 mg/L和100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，豬場沼液樣品在經(jīng)過前期處理后，基本能夠達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，但生化需氧量作為重要的水質(zhì)安全指標(biāo)，其在凈化處理過程中會有回升的可能，在豬場沼液處理配套系統(tǒng)中，需要對有效去除生化需氧量的工藝進(jìn)行加強。從表3和圖1可以看出，各處理均對BOD5具有一定的去除效果，去除率達(dá)到36.5%～97.2%，其中處理1、2、4、9、11、12凈化效果較好，最高去除率可達(dá)97.2%。

2.2.2 脫氮除磷效果分析 從表3和圖2可以看出，試驗中各工藝組合處理均對氨氮、總磷具有一定的去除效果，去除率分別為27.9%～45.1%，58.1%～82.0%。幾組工藝中以處理6脫氮效果最好，去除率為45.1%；除磷效果最好為處理4，去除率達(dá)到82.0%。試驗結(jié)果表明，不同處理工藝條件優(yōu)化能夠明顯提高微生物菌劑的凈化處理效果，在豬場沼液深度凈化處理技術(shù)體系構(gòu)建中有極其重要改良優(yōu)化前景。

2.2.3 糞大腸菌群（FC）去除效果分析 與原沼液比較，各處理對糞大腸菌群均具有很好的去除效果（表3和圖1），去除率高達(dá)46%～99.9%，大部分處理達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉和安全排放標(biāo)準(zhǔn)[6-7]，其中處理1、4、5、6、7達(dá)到1000個/L以下，由此可見在工藝參數(shù)優(yōu)化條件下，試驗中不同微生物菌群組合可以達(dá)到豬場廢水的深度凈化，達(dá)到去除衛(wèi)生污染物質(zhì)，減少污染風(fēng)險的目的。

3 討論

3.1 復(fù)合微生物菌劑在處理工藝優(yōu)化條件下對豬場沼液的凈化處理作用

試驗中供試微生物菌劑與處理工藝組合共12個處理均對豬場沼液具有較好的凈化處理效果，對處理沼液中生化需氧量（BOD5）、總磷（TP）、糞大腸菌群（FC）均具有良好的凈化去除效果，各自去除率分別達(dá)到36.5%～97.2%、58.1%～82.0%、20.0%～99.9%，對氨氮具有一定的去除效果（27.9%～45.1%），綜合考慮，工藝組合1、4、6優(yōu)于其它組合。

3.2 處理達(dá)標(biāo)情況分析

通過單菌劑組合成復(fù)合菌劑，工藝參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化后，供試豬場沼液經(jīng)凈化處理后水體透明度明顯提高，水質(zhì)也得到明顯改善，各項水質(zhì)指標(biāo)都達(dá)到了安全排放與農(nóng)灌標(biāo)準(zhǔn)，尤其是對生化需氧量（BOD5）、糞大腸菌群（FC）的去除率可高達(dá)90%以上，為進(jìn)一步完成豬場沼液資源化利用提供技術(shù)支持，與前人的研究結(jié)果相比得到相近的效果[8-9]。

3.3 豬場沼液生態(tài)處理研究展望

養(yǎng)殖沼液經(jīng)生態(tài)處理后資源化利用是集約化畜禽養(yǎng)殖廢水的必經(jīng)之路。然而，本項目組僅在室內(nèi)模擬條件下進(jìn)行了豬場沼液后凈化處理的專用菌劑篩選、菌劑組合篩選和工藝條件優(yōu)化的初步探討。在豬場廢水處理實際應(yīng)用中，沼液處理效果及其穩(wěn)定性可能會隨著養(yǎng)殖環(huán)境條件以及各種處理工藝設(shè)計的改變而發(fā)生變化。因此，未來還需將先進(jìn)的后處理工程技術(shù)與其它綜合處理措施配合，進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件，實現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)的豬場廢水凈化處理[10-14]。

4 結(jié)論

供試復(fù)合菌劑及處理工藝組合對沼液具有良好的凈化效果，對沼液中生化需氧量（BOD5）、總磷（TP）、糞大腸菌群（FC）均具有良好的去除凈化效果，各自最高去除率分別達(dá)到97.2%、82.0%、99.9%。綜合考慮以上各項評估指標(biāo)，組合4（復(fù)合菌劑A-1.0%接種量-通氣量為4 mg/L）處理效果最優(yōu)。

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