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高氨氮低碳氮比干清糞養豬場廢水生物處理技術研發 版權信息
- ISBN：9787030733962
- 條形碼：9787030733962 ; 978-7-03-073396-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高氨氮低碳氮比干清糞養豬場廢水生物處理技術研發 本書特色
資源與環境、環境科學與工程、市政工程、生態農業等領域的科技工作者以及研究生等廣大讀者。
高氨氮低碳氮比干清糞養豬場廢水生物處理技術研發 內容簡介
近年來，我國生豬養殖業發展迅速，是農村經濟擁有活力的增長點。但是，大量生豬養殖糞污得不到有效處理并進入循環利用環節，導致環境污染，已經成為妨礙產業本身健康發展的重要因素。本書在充分調研的基礎上，分析了我國養豬場廢水處理技術存在的問題，并提出了解決思路。基于解決思路，針對生豬規模養殖場干清糞廢水的水質特征，先后提出并探討了土壤-木片生物濾池、木質填料床A/O系統、升流式微氧活性污泥生物處理系統和升流式微氧生物膜處理系統等工藝對高氨氮低碳氮比養豬廢水的效能與機制。本書緊密結合課題組的近期新研究成果，基于實驗事實和論證分析，對高氨氮低碳氮比養豬廢水處理新技術進行系統介紹，理論研究深入。無論是技術研發還是理論研究，本書與微生物生態學、分子生物學和廢水生物處理技術與設備都有非常緊密的聯系，對這些學科或方向的研究均具有良好的借鑒意義
高氨氮低碳氮比干清糞養豬場廢水生物處理技術研發 目錄
目錄
自序
前言
第1章 緒論 1
1.1 技術研發背景及意義 1
1.2 規模化養豬場的清糞方式及廢水特征 2
1.2.1 發酵床工藝 2
1.2.2 水沖糞工藝 3
1.2.3 水泡糞工藝 3
1.2.4 干清糞工藝 4
1.3 規模化養豬場廢水處理技術研究現狀 4
1.3.1 還田處理模式 4
1.3.2 自然處理模式 5
1.3.3 工程化處理模式 5
1.4 低碳氮比廢水生物脫氮技術研究現狀 7
1.4.1 全程硝化反硝化生物脫氮理論與工藝 7
1.4.2 短程硝化反硝化理論與工藝 8
1.4.3 同步硝化反硝化技術 9
1.4.4 厭氧氨氧化理論與工藝 10
1.5 現有技術面臨的問題與解決思路 13
1.5.1 存在問題分析 13
1.5.2 生物濾池處理養豬場廢水的應用潛力 16
1.5.3 養豬場廢水微氧生物處理的可行性 17
1.5.4 A/O與Anammox耦合工藝的技術可行性 21
參考文獻 23
第2章 土壤-木片生物濾池處理養豬場廢水的效能與機制 31
2.1 填料與生物濾池的比選 31
2.1.1 填料 32
2.1.2 生物濾池的構建與運行控制 32
2.1.3 生物濾池的污染物去除特征 34
2.1.4 生物膜的觀察與功能菌群解析 40
2.1.5 生物濾池處理效果的對比分析 42
2.2 土壤-木片生物濾池的處理效能 44
2.2.1 實驗裝置及運行控制 45
2.2.2 SWBF的啟動與連續運行 46
2.2.3 SWBF處理效果的綜合分析 54
2.3 土壤-木片生物濾池在縱深方向上的污染物去除規律 56
2.3.1 水質沿濾床深度的變化規律 56
2.3.2 SWBF出水氨氮濃度與濾床深度的函數關系 63
2.4 土壤-木片生物濾池的細菌群落分布特征 69
2.4.1 細菌群落的總體特征 69
2.4.2 細菌群落的分布特征 72
2.5 土壤-木片生物濾池的污染物去除機制 76
2.5.1 SWBF去除難降解有機物的微生物學機制 76
2.5.2 SWBF生物脫氮的微生物學機制 79
參考文獻 83
第3章 枯木填料床A/O系統處理干清糞養豬場廢水的效能與脫氮機制 91
3.1 枯木填料床A/O處理系統的構建及調控運行方法 91
3.1.1 枯木填料床A/O系統的構建與運行模式 91
3.1.2 枯木填料床A/O處理系統的啟動與調控運行方法 92
3.2 枯木填料床A/O處理系統的啟動運行 93
3.2.1 枯木填料床A/O處理系統的啟動運行控制 93
3.2.2 枯木填料床A/O處理系統的COD去除及沿程變化規律 94
3.2.3 枯木填料床A/O處理系統的氨氮去除及沿程變化規律 96
3.2.4 枯木填料床A/O處理系統的總氮去除及脫氮途徑解析 100
3.3 HRT對枯木填料床A/O系統處理效能的影響 105
3.3.1 枯木填料床A/O處理系統的HRT調控運行 105
3.3.2 HRT影響下的COD去除規律及沿程變化 105
3.3.3 HRT對氨氮去除的影響 108
3.3.4 HRT對總氮去除的影響 109
3.3.5 枯木填料床A/O系統的生物脫氮功能分析 110
3.4 改良枯木填料床A/O系統的處理效能 114
3.4.1 改良枯木填料床A/O系統的構建與調控運行 114
3.4.2 改良枯木填料床A/O系統的COD去除特征 115
3.4.3 改良枯木填料床A/O系統對氨氮的去除特征 117
3.4.4 改良系統的總氮去除及生物脫氮功能分析 119
3.4.5 填料與生物相的觀察分析 123
3.5 枯木填料床A/O系統處理效能及生物脫氮機制討論 125
3.5.1 枯木填料床A/O系統改良前后的處理效能分析 125
3.5.2 枯木填料床A/O系統生物脫氮機制討論 127
參考文獻 129
第4章 PVC填料床A/O系統處理干清糞養豬場廢水的效能與機制 132
4.1 HAOBR系統的設計與構建 133
4.2 HAOBR系統的啟動與調控運行 134
4.2.1 實驗廢水及接種污泥 134
4.2.2 HAOBR系統的啟動與運行調控 135
4.3 HAOBR系統的啟動運行特征及去除污染物的微生物學機理 136
4.3.1 HAOBR系統在啟動運行期的污染物去除變化規律 136
4.3.2 HAOBR系統的生物脫氮途徑解析 143
4.3.3 污染物去除的微生物學分析 147
4.4 HRT和出水回流比影響下的HAOBR處理效能 153
4.4.1 HRT對HAOBR處理效能的影響 153
4.4.2 出水回流比對HAOBR處理效能的影響 164
4.4.3 HAOBR系統的格室功能解析 174
4.5 HAOBR系統的碳氮同步去除機制 177
4.5.1 HRT和出水回流比影響下的微生物群落演替
及功能菌群解析 177
4.5.2 厭氧格室和好氧格室對主要污染物的去除特征 192
4.5.3 碳氮同步去除機制綜合分析 197
參考文獻 201
第5章 升流式微氧活性污泥系統處理干清糞養豬場廢水的效能與機制 207
5.1 升流式微氧活性污泥反應器及廢水處理系統 207
5.2 接種污泥對UMSR啟動進程與處理效能的影響 209
5.2.1 UMSR的啟動與污泥培養 209
5.2.2 UMSR的污泥馴化與廢水處理效果 215
5.2.3 接種污泥對UMSR處理效能的影響 224
5.3 基于出水回流比調控的UMSR處理效能 235
5.3.1 UMSR的出水回流比調控方法 235
5.3.2 出水回流比對UMSR處理效能的影響 237
5.3.3 出水回流比閾值分析 250
5.4 廢水碳氮比對UMSR處理效能的影響及控制策略 253
5.4.1 廢水碳氮比對UMSR處理效果的影響 253
5.4.2 廢水碳氮比閾值分析 255
5.4.3 干清糞養豬場廢水碳氮比的調控策略 259
5.5 UMSR處理系統的碳氮同步去除機制 262
5.5.1 出水回流比與進水碳氮比影響下的群落演替 262
5.5.2 功能菌群變化與UMSR系統處理效能的關系 267
5.5.3 碳氮同步去除機制綜合分析 272
參考文獻 275
第6章 干清糞養豬場廢水處理技術擴展研究 281
6.1 填料床A/O系統在常溫下的啟動運行特征與效能 281
6.1.1 HAOBR在常溫下的啟動和運行調控 282
6.1.2 HAOBR系統在常溫下啟動運行的常規污染物去除特征 282
6.1.3 HAOBR系統在常溫下持續運行的常規污染物去除效能 286
6.1.4 HAOBR系統在常溫下的抗生素去除特征 290
6.1.5 HAOBR系統厭氧區與好氧區的功能分析 292
6.2 生物膜對升流式微氧處理系統的效能強化 295
6.2.1 UMBR系統的啟動與運行調控 296
6.2.2 UMBR系統的啟動運行特征 297
6.2.3 UMBR系統的調控運行及效能分析 301
6.3 UMSR與UMBR系統在較低溫度下的運行特征與效能 306
6.3.1 溫度降低對UMSR系統運行特征及處理效能的影響 307
6.3.2 UMSR系統在20℃以下的運行特征與處理效能 312
6.3.3 UMBR系統在常溫下的運行特征與處理效能 316
6.4 升流式微氧生物處理系統的改良及處理效能 321
6.4.1 IAMR系統及其啟動運行方法 321
6.4.2 IAMR系統的啟動運行特征與處理效能 323
6.4.3 IAMR系統生物脫氮機制解析 326
6.4.4 IAMR系統處理效能的比較分析 332
6.5 好氧-微氧兩級SBR系統處理干清糞養豬場廢水的效能 334
6.5.1 好氧-微氧兩級SBR處理系統 335
6.5.2 好氧-微氧兩級SBR系統的啟動與運行調控 336
6.5.3 一級好氧SBR的啟動運行特征 337
6.5.4 二級微氧SBR的啟動運行特征 339
6.5.5 好氧-微氧兩級SBR系統的處理效能 342
參考文獻 343
第7章 養豬場廢水處理工程技術方案案例 350
7.1 某養豬場水泡糞糞水處理工程技術方案 350
7.1.1 糞水處理規模及方案設計依據 350
7.1.2 糞水水質分析及設計水質 351
7.1.3 關鍵技術的選擇 352
7.1.4 工藝設計 354
7.1.5 建筑結構與電氣自控設計 359
7.1.6 工程投資估算 361
7.1.7 糞水處理設施運營費用估算 362
7.1.8 工程效益分析 364
7.2 某養豬場干清糞廢水處理設施升級改造技術方案 364
7.2.1 工程概況 365
7.2.2 原廢水處理工程存在的主要問題及升級改造關鍵技術 367
7.2.3 升級改造工程的工藝比選 370
7.2.4 工藝流程設計及處理效果預測 372
7.2.5 升級改造工程的工藝設計 374
7.2.6 暖通與電氣自控設計 378
7.2.7 工程投資估算 379
7.2.8 運行費用估算與效益分析 380
7.3 某養豬場干清糞廢水處理工程技術方案 382
7.3.1 設計的水量水質及范圍 382
7.3.2 工藝流程設計及說明 383
7.3.3 工藝設計及效果預測 385
7.3.4 電氣及自控設計 389
7.3.5 工程投資概算及處理成本估算 390
7.3.6 效益分析 392
參考文獻 392
附錄 縮略語（英漢對照） 394
自序
前言
第1章 緒論 1
1.1 技術研發背景及意義 1
1.2 規模化養豬場的清糞方式及廢水特征 2
1.2.1 發酵床工藝 2
1.2.2 水沖糞工藝 3
1.2.3 水泡糞工藝 3
1.2.4 干清糞工藝 4
1.3 規模化養豬場廢水處理技術研究現狀 4
1.3.1 還田處理模式 4
1.3.2 自然處理模式 5
1.3.3 工程化處理模式 5
1.4 低碳氮比廢水生物脫氮技術研究現狀 7
1.4.1 全程硝化反硝化生物脫氮理論與工藝 7
1.4.2 短程硝化反硝化理論與工藝 8
1.4.3 同步硝化反硝化技術 9
1.4.4 厭氧氨氧化理論與工藝 10
1.5 現有技術面臨的問題與解決思路 13
1.5.1 存在問題分析 13
1.5.2 生物濾池處理養豬場廢水的應用潛力 16
1.5.3 養豬場廢水微氧生物處理的可行性 17
1.5.4 A/O與Anammox耦合工藝的技術可行性 21
參考文獻 23
第2章 土壤-木片生物濾池處理養豬場廢水的效能與機制 31
2.1 填料與生物濾池的比選 31
2.1.1 填料 32
2.1.2 生物濾池的構建與運行控制 32
2.1.3 生物濾池的污染物去除特征 34
2.1.4 生物膜的觀察與功能菌群解析 40
2.1.5 生物濾池處理效果的對比分析 42
2.2 土壤-木片生物濾池的處理效能 44
2.2.1 實驗裝置及運行控制 45
2.2.2 SWBF的啟動與連續運行 46
2.2.3 SWBF處理效果的綜合分析 54
2.3 土壤-木片生物濾池在縱深方向上的污染物去除規律 56
2.3.1 水質沿濾床深度的變化規律 56
2.3.2 SWBF出水氨氮濃度與濾床深度的函數關系 63
2.4 土壤-木片生物濾池的細菌群落分布特征 69
2.4.1 細菌群落的總體特征 69
2.4.2 細菌群落的分布特征 72
2.5 土壤-木片生物濾池的污染物去除機制 76
2.5.1 SWBF去除難降解有機物的微生物學機制 76
2.5.2 SWBF生物脫氮的微生物學機制 79
參考文獻 83
第3章 枯木填料床A/O系統處理干清糞養豬場廢水的效能與脫氮機制 91
3.1 枯木填料床A/O處理系統的構建及調控運行方法 91
3.1.1 枯木填料床A/O系統的構建與運行模式 91
3.1.2 枯木填料床A/O處理系統的啟動與調控運行方法 92
3.2 枯木填料床A/O處理系統的啟動運行 93
3.2.1 枯木填料床A/O處理系統的啟動運行控制 93
3.2.2 枯木填料床A/O處理系統的COD去除及沿程變化規律 94
3.2.3 枯木填料床A/O處理系統的氨氮去除及沿程變化規律 96
3.2.4 枯木填料床A/O處理系統的總氮去除及脫氮途徑解析 100
3.3 HRT對枯木填料床A/O系統處理效能的影響 105
3.3.1 枯木填料床A/O處理系統的HRT調控運行 105
3.3.2 HRT影響下的COD去除規律及沿程變化 105
3.3.3 HRT對氨氮去除的影響 108
3.3.4 HRT對總氮去除的影響 109
3.3.5 枯木填料床A/O系統的生物脫氮功能分析 110
3.4 改良枯木填料床A/O系統的處理效能 114
3.4.1 改良枯木填料床A/O系統的構建與調控運行 114
3.4.2 改良枯木填料床A/O系統的COD去除特征 115
3.4.3 改良枯木填料床A/O系統對氨氮的去除特征 117
3.4.4 改良系統的總氮去除及生物脫氮功能分析 119
3.4.5 填料與生物相的觀察分析 123
3.5 枯木填料床A/O系統處理效能及生物脫氮機制討論 125
3.5.1 枯木填料床A/O系統改良前后的處理效能分析 125
3.5.2 枯木填料床A/O系統生物脫氮機制討論 127
參考文獻 129
第4章 PVC填料床A/O系統處理干清糞養豬場廢水的效能與機制 132
4.1 HAOBR系統的設計與構建 133
4.2 HAOBR系統的啟動與調控運行 134
4.2.1 實驗廢水及接種污泥 134
4.2.2 HAOBR系統的啟動與運行調控 135
4.3 HAOBR系統的啟動運行特征及去除污染物的微生物學機理 136
4.3.1 HAOBR系統在啟動運行期的污染物去除變化規律 136
4.3.2 HAOBR系統的生物脫氮途徑解析 143
4.3.3 污染物去除的微生物學分析 147
4.4 HRT和出水回流比影響下的HAOBR處理效能 153
4.4.1 HRT對HAOBR處理效能的影響 153
4.4.2 出水回流比對HAOBR處理效能的影響 164
4.4.3 HAOBR系統的格室功能解析 174
4.5 HAOBR系統的碳氮同步去除機制 177
4.5.1 HRT和出水回流比影響下的微生物群落演替
及功能菌群解析 177
4.5.2 厭氧格室和好氧格室對主要污染物的去除特征 192
4.5.3 碳氮同步去除機制綜合分析 197
參考文獻 201
第5章 升流式微氧活性污泥系統處理干清糞養豬場廢水的效能與機制 207
5.1 升流式微氧活性污泥反應器及廢水處理系統 207
5.2 接種污泥對UMSR啟動進程與處理效能的影響 209
5.2.1 UMSR的啟動與污泥培養 209
5.2.2 UMSR的污泥馴化與廢水處理效果 215
5.2.3 接種污泥對UMSR處理效能的影響 224
5.3 基于出水回流比調控的UMSR處理效能 235
5.3.1 UMSR的出水回流比調控方法 235
5.3.2 出水回流比對UMSR處理效能的影響 237
5.3.3 出水回流比閾值分析 250
5.4 廢水碳氮比對UMSR處理效能的影響及控制策略 253
5.4.1 廢水碳氮比對UMSR處理效果的影響 253
5.4.2 廢水碳氮比閾值分析 255
5.4.3 干清糞養豬場廢水碳氮比的調控策略 259
5.5 UMSR處理系統的碳氮同步去除機制 262
5.5.1 出水回流比與進水碳氮比影響下的群落演替 262
5.5.2 功能菌群變化與UMSR系統處理效能的關系 267
5.5.3 碳氮同步去除機制綜合分析 272
參考文獻 275
第6章 干清糞養豬場廢水處理技術擴展研究 281
6.1 填料床A/O系統在常溫下的啟動運行特征與效能 281
6.1.1 HAOBR在常溫下的啟動和運行調控 282
6.1.2 HAOBR系統在常溫下啟動運行的常規污染物去除特征 282
6.1.3 HAOBR系統在常溫下持續運行的常規污染物去除效能 286
6.1.4 HAOBR系統在常溫下的抗生素去除特征 290
6.1.5 HAOBR系統厭氧區與好氧區的功能分析 292
6.2 生物膜對升流式微氧處理系統的效能強化 295
6.2.1 UMBR系統的啟動與運行調控 296
6.2.2 UMBR系統的啟動運行特征 297
6.2.3 UMBR系統的調控運行及效能分析 301
6.3 UMSR與UMBR系統在較低溫度下的運行特征與效能 306
6.3.1 溫度降低對UMSR系統運行特征及處理效能的影響 307
6.3.2 UMSR系統在20℃以下的運行特征與處理效能 312
6.3.3 UMBR系統在常溫下的運行特征與處理效能 316
6.4 升流式微氧生物處理系統的改良及處理效能 321
6.4.1 IAMR系統及其啟動運行方法 321
6.4.2 IAMR系統的啟動運行特征與處理效能 323
6.4.3 IAMR系統生物脫氮機制解析 326
6.4.4 IAMR系統處理效能的比較分析 332
6.5 好氧-微氧兩級SBR系統處理干清糞養豬場廢水的效能 334
6.5.1 好氧-微氧兩級SBR處理系統 335
6.5.2 好氧-微氧兩級SBR系統的啟動與運行調控 336
6.5.3 一級好氧SBR的啟動運行特征 337
6.5.4 二級微氧SBR的啟動運行特征 339
6.5.5 好氧-微氧兩級SBR系統的處理效能 342
參考文獻 343
第7章 養豬場廢水處理工程技術方案案例 350
7.1 某養豬場水泡糞糞水處理工程技術方案 350
7.1.1 糞水處理規模及方案設計依據 350
7.1.2 糞水水質分析及設計水質 351
7.1.3 關鍵技術的選擇 352
7.1.4 工藝設計 354
7.1.5 建筑結構與電氣自控設計 359
7.1.6 工程投資估算 361
7.1.7 糞水處理設施運營費用估算 362
7.1.8 工程效益分析 364
7.2 某養豬場干清糞廢水處理設施升級改造技術方案 364
7.2.1 工程概況 365
7.2.2 原廢水處理工程存在的主要問題及升級改造關鍵技術 367
7.2.3 升級改造工程的工藝比選 370
7.2.4 工藝流程設計及處理效果預測 372
7.2.5 升級改造工程的工藝設計 374
7.2.6 暖通與電氣自控設計 378
7.2.7 工程投資估算 379
7.2.8 運行費用估算與效益分析 380
7.3 某養豬場干清糞廢水處理工程技術方案 382
7.3.1 設計的水量水質及范圍 382
7.3.2 工藝流程設計及說明 383
7.3.3 工藝設計及效果預測 385
7.3.4 電氣及自控設計 389
7.3.5 工程投資概算及處理成本估算 390
7.3.6 效益分析 392
參考文獻 392
附錄 縮略語（英漢對照） 394
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高氨氮低碳氮比干清糞養豬場廢水生物處理技術研發 節選
第1章緒論 生豬養殖的規模化發展，造成了養豬場廢水的大量集中排放，給環境生態安全和人體健康帶來了不容忽視的潛在威脅，如何經濟有效地對其進行處理，以滿足日益嚴格的排放標準，成為養豬業可持續發展的迫切需求。目前，我國養豬場常用的豬舍清糞方式包括發酵床（不直接產生廢水）、水沖糞、水泡糞及干清糞等，由其產生的廢水在水質水量上相差很大。盡管厭氧生物處理技術、好氧生物處理技術及其組合工藝在養豬場廢水處理中都有應用，但因缺乏針對性設計，大多設施的運行效果欠佳，且存在管理復雜、運行成本高等不足，給企業帶來沉重經濟負擔的同時，也加大了環境污染風險。無論是干清糞廢水，還是經固液分離后的水泡糞或水沖糞養豬場廢水，均具有高氨氮、低碳氮比的特征，采用傳統的硝化反硝化工藝很難實現有效的生物脫氮，是養豬場廢水處理的重點和難點。本章主要介紹了養豬場廢水處理技術研發的背景及意義、豬舍清糞方式及廢水特征、養豬場廢水處理技術研究進展、低碳氮比廢水生物脫氮技術研究現狀，以及現有技術面臨的問題與解決思路等，為后續研發養豬場廢水處理新技術提供指導。 1.1 技術研發背景及意義 生豬養殖業是我國農業生產的重要組成部分，對國家經濟的發展和人民生活水平的提高均有不可替代的作用[1， 2]。隨著豬肉市場需求的持續增加，養豬業得到迅速發展。我國在2011年的生豬產量已占到全球產量的一半以上，是世界公認的養豬大國[3]。受市場需求的刺激，散養的傳統養殖方式已逐步被現代化的規模化養殖所替代[4]。20世紀80年代后期，規模化養豬業開始迅速發展，至2009年，規模化養豬場的比例已超過了60%[5]。農業部《全國生豬生產發展規劃（2016—2020年）》顯示，未來10年我國豬肉消費仍然占肉類消費的60%，養豬業仍會以1%～2%的年增長速率發展[6]。據國家統計局統計，2020年我國生豬出欄數雖然比2019年下降了3.2%，但仍然多達52704萬頭[7]。規模化養豬場的迅速發展，造成了養豬場廢水的大量集中排放，成為我國許多地區的重要污染源之一。 2020年6月，生態環境部、國家統計局、農業農村部聯合發布的《第二次全國污染源普查公報》顯示，我國畜禽養殖業所排放的化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）、氨氮（ammonium nitrogen，NH4+-N）、總氮（total nitrogen，TN）和總磷（total phosphorus，TP）分別達到了1000.53萬噸、11.09萬噸、59.63萬噸和11.97萬噸。其中，規模養殖場因污水排放的COD、NH4+-N、TN和TP分別為604.83萬噸、7.50萬噸、37.00萬噸和8.04萬噸。富含氮磷植物營養元素的養豬場廢水，是良好的作物肥料，農田回用是理想的處理處置途徑之一。然而，我國土地資源趨緊，規模化養豬場產生的大量廢水，面臨“無地可用”的局面，必須對“過量”的廢水進行必要處理，并達到國家要求的排放標準[《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB 18596—2001）][8]，以確保生態環境健康。 養豬場廢水的成分復雜，污染物濃度高，不經有效處理而排放，不僅會對大氣、水體和土壤等自然環境造成污染，還可能導致疫情發生[9-12]。目前，我國的養豬場廢水處理，一般采用以厭氧消化和好氧生物處理為核心的聯合工藝[13， 14]。這些廢水處理技術，均可做到COD的達標排放，但對NH4+-N、TN和TP的去除效能并不理想[15]。由于養豬場廢水都具有高氨氮、低碳氮比（carbon-nitrogen ratio，C/N）的特征，通過傳統的全程硝化反硝化或短程硝化反硝化工藝對其進行生物脫氮處理非常困難，而且工程占地多，處理費用高，嚴重制約了規模化養豬業的持續健康發展[16]。以先進科學思想為指導，通過多學科交叉研究，創新研發更加經濟高效的養豬場廢水處理技術，對于環境保護和養豬業的可持續發展具有重要意義。 1.2 規模化養豬場的清糞方式及廢水特征 目前，規模化養豬場采用的豬舍清糞方式主要有以下四種工藝：發酵床工藝、水沖糞工藝、水泡糞工藝和干清糞工藝[17， 18]。規模化養豬場廢水的水質特征，因清糞工藝不同而差異顯著[19]。 1.2.1 發酵床工藝 發酵床工藝*初由日本鹿兒島大學研發，其技術思想是：利用自然農業理論和微生物處理技術實現豬舍糞尿的“自動”清除和發酵，以控制糞便排放量和養豬場廢水的過度排放[20]。該技術是在普通豬舍內鋪設有機墊料（主要為谷殼、米糠、鋸末和秸稈粉等），豬的糞便和尿液等被有機墊料吸收混合，并由其中的微生物迅速分解和消化，養殖過程中無廢水排放[21]。發酵床養豬工藝因無須人力清糞和豬舍沖洗，養殖成本大幅降低，也無須配套廢水處理設施，經濟效益顯著。但是，這一生豬養殖模式存在的問題也比較顯著，如：生豬飼養密度較低，要求更多的用地和豬舍建設成本；發酵床的溫度和濕度易受季節變化的影響，有機污染物的礦化水平很難控制；為保證發酵床內微生物的代謝活性，豬舍不能使用消毒劑和抗菌藥，極大增加了牲畜疫情隱患；墊料需要定期更新，且需求量和工程量都比較大，從另一個方面增加了豬舍管理成本[21， 22]。正是由于發酵床技術存在如上突出問題，其在規模化養豬場的應用受到了很大限制。 1.2.2 水沖糞工藝 水沖糞這一豬舍清糞方式，是用水沖洗豬舍，使混有糞便、尿液和飼料殘渣等污染物的糞污流入豬舍內的糞溝，糞溝由沖水器每天定時多次沖洗，將糞水混合物沖入排污主干溝，*終儲存于儲糞池內[17， 18]。這種清糞方式能夠及時有效地清除豬舍內的糞便、尿液以及飼料殘渣等污染物，以保證豬舍的環境衛生，有利于人畜健康；而且不需要人工清糞，勞動強度小，效率高，人工成本低，更適用于勞動力缺乏的地區。但是，該清糞方式也存在耗水量大，易造成水資源嚴重浪費等不足。而且，這種豬舍管理模式形成的水沖糞廢水，其有機物和懸浮固體濃度高，處理難度大。據統計，水沖糞養豬場廢水中的COD、五日生化需氧量（biochemical oxygen demand within 5 days，BOD5）、NH4+-N、TN和TP含量分別為6500～15000 mg/L、3300～10000 mg/L、600～1200 mg/L、800～1500 mg/L和204～600 mg/L，屬于典型的高有機物高氨氮廢水[18]。 1.2.3 水泡糞工藝 水泡糞這一清糞方式是對水沖糞工藝的改進，其工藝設計特點是豬舍地面通常采用漏縫結構，漏縫板下設置蓄糞池，蓄糞池內始終保持一定的水深，豬的糞便、尿液、飼料殘渣以及豬舍沖洗水均通過漏縫流入蓄糞池內進行儲存和發酵后，定期排放并進一步處理處置[23]。漏縫板地面使豬舍更加通風、清潔和干爽，有利于豬群的健康生長，而且運行維護費用較低。與水沖糞相比，該清糞方式能夠減少飼養及沖洗用水量，糞便中的可溶性有機物在蓄糞池內經長時間的浸泡后，更易于被微生物轉化，便于后續處理[23， 24]。然而，豬糞及尿液等廢物長時間儲存于漏縫板下的蓄糞池內，容易發生厭氧發酵，產生硫化氫（H2S）、氨（NH3）、二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等有害氣體，進而對飼養人員以及豬群的健康造成威脅。蓄糞池中的廢水較水沖糞廢水的污染物含量略高，其COD、BOD5、NH4+-N、TN和TP含量分別為5340～20000 mg/L、3312～12000 mg/L、516～1500 mg/L、805～1800 mg/L和59～130 mg/L，也是典型的高有機物高氨氮廢水[18]。 1.2.4 干清糞工藝 干清糞這一豬舍管理模式，是指先由機械或人工收集并清除豬舍中的糞便后，再沖洗豬舍，尿液和沖洗水從下水道流出，因而大幅減少了沖洗用水量。干清糞過程收集的豬糞便，具有較高的肥料價值，可以用于農田施肥和土壤改良[17]。而豬舍沖洗形成的干清糞廢水主要由尿液和沖洗水組成，有機物濃度較水沖糞廢水和水泡糞廢水均有大幅降低，利于后續處理。干清糞工藝更適用于規模化養豬場，調查顯示，養豬場規模越大，采用干清糞豬舍管理模式的比例越高[18]。但是干清糞工藝所需勞動強度較大，人工成本較高，在勞動力資源匱乏的地區，其推廣受到一定限制[17]。由于干清糞的清理程度不同，導致干清糞養豬場廢水中的污染物濃度波動較大。一般而言，干清糞管理模式下所產生的廢水，其COD、BOD5、TP、NH4+-N和TN分別為1000～7600 mg/L、700～4100 mg/L、43～220 mg/L、434～610 mg/L和481～730 mg/L[18]。相對于水沖糞和水泡糞廢水，干清糞廢水的C/N值更低，進一步增加了生物脫氮處理的難度。 盡管近些年國家大力提倡環保型養豬技術，發酵床工藝受到重視和推廣，但干清糞工藝在規模化養豬場仍然被廣泛采用。鑒于其高氨氮低C/N的特征，開發更為經濟高效的生物處理技術，尤其是生物脫氮技術和設備的研發，可為我國生豬養殖業的健康發展提供技術保障。 1.3 規模化養豬場廢水處理技術研究現狀 鑒于養豬場廢水的環境和健康危害，其處理技術在國內外都得到了廣泛研究和應用。就現有技術來看，盡管工藝形式多變，但基本方法可概括為還田模式、自然處理模式和工程化處理模式等三種[25]。 1.3.1 還田處理模式 還田模式是將從豬舍清理出的糞污，直接施用于農田，通過土壤和作物生態系統的作用，將污染物轉化并得到穩定，起到肥沃土壤、促進作物生長的作用[10]。限于土壤生態系統的環境容量，這種處理模式需要足夠的土地來消納糞便污水，因此僅適用于遠離城市、土地資源充足的地區。該處理方法不需要復雜的設備，基建投資少，耗能低，不但可以減少化肥用量，還能維持并提高土地肥力，提高作物產量和品質。但其不足也是顯著的，如[26]：①對于規模化養豬場，其糞水排放量大，需要大量土地用于消納（萬頭豬場糞水消納所需的耕地面積至少為1000畝），使其適用范圍受到很大局限；②養豬場廢水直接還田，增加了疾病傳播風險；③污染物降解過程產生的H2S等有害氣體，直接進入大氣，形成二次污染并很難控制；④連續過量的施用，很可能導致重金屬、硝酸鹽以及一些持久性有機污染物在土壤中累積，不僅對作物品質和食品安全造成威脅，還可能污染地表水和地下水；⑤在雨季以及非用肥季節，還需另外考慮養豬場廢水的處理處置。 1.3.2 自然處理模式 自然處理模式是利用自然生態系統或半人工生態系統對養豬場廢水進行處理，主要包括穩定塘和人工濕地等技術，在氣候溫和、閑置土地資源相對充裕的地區，其應用較為廣泛，常用于中等養殖規模（年出欄在5萬頭以下）養豬場的廢水處理[10， 26]。在經濟相對發達、土地資源豐富的北美國家，還田和自然處理得到了更為廣泛的應用。對美國四個人工濕地處理養豬場廢水的效果比較研究表明，在氮負荷不大于16 kg N/（hm2 d）的情況下，人工濕地對養豬場廢水中氮的去除比較理想，去除率能夠達到51%左右，在溫度較高的季節（平均水溫25℃），濕地對氮的去除率能達到70%左右，同時也能去除30%～45%的磷[27]。對墨西哥灣68處共135個中試和生產規模的濕地系統的調查結果表明，濕地對畜禽養殖廢水的BOD5、NH4+-N、TN、TP和懸浮固體（suspended solid，SS）的去除率分別在65%、48%、42%、42%和53%左右[28]。總體而言，自然處理方法具有投資少、運行管理方便、對周圍環境影響小等優點[29]。然而，這種處理模式的土地占用面積大，對地下水具有較大威脅，處理效果容易受季節溫度影響而不穩定，因此，即便是在閑置土地資源較為充足的我國北方地區，其應用也受到了很大限制。 1.3.3 工程化處理模式 工程化處理模式是指采用人工控制的物理、化學和生物過程對養豬場廢水進行處理的方法，具有占地面積少、受環境因素影響小、適
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