（微生物学专业论文）cu对猪场废水厌氧好氧生物处理的影响.pdf

两南大学硕十学位论文中文摘要 c u 对猪场废水厌氧好氧生物处理的影响 微生物学专业硕士研究生邢赜 指导教师陈玉成教授 摘要 目前国内外对猪场废水的处理进行了许多研究，但关于重金属离子对猪场废水处理影响 的相关研究却几乎是空白。对猪场废水处理来讲，常用的工艺是先厌氧处理后好氧处理，而 对重金属离子毒理作用的忽视往往造成猪场废水处理的效果不理想甚至失败。目前，由于高 铜添加剂的广泛应用，使猪场废水铜离子含量超标严重，所以很有必要就铜离子对猪场废水 生物处理的影响进行研究。 本研究就c u 离子对猪场废水厌氧好氧生物处理的影响进行了研究，并对主要工艺参数进 行优选，提出猪场废水生物处理正常运行时污水中c u 离子的临界浓度以及c u 离子胁迫下s b r 的最佳运行工艺。研究的主要结果如下： 在猪场废水厌氧发酵中，在c u 离子浓度达到5 m g l 。时对c o d 去除率几乎没有影响。但 随着c u 离子浓度进一步升高，c o d 去除率急剧下降。另外，随着温度的升高，c u 离子胁迫 浓度也是有一定程度的升高。由于在养殖废水排放标准中出水c o d 浓度是最重要的指标，由试 验得知，常温厌氧发酵下c u 离子胁迫浓度为5 9 9 m g l 一，中温厌氧发酵下为6 1 m g l 。 试验发现，在猪场废水常温厌氧发酵中，c u 离子浓度为5 m g l 。1 时总产气量( 6 5 0 m l ) 为 最高，以2 0 m g l 。时总产气量( 3 3 5 m l ) 为最低；而在中温厌氧发酵中，以c u 离子浓度为0 m g l 以 时总产气量( 1 0 1 8 5 m l ) 为最高，以2 0 m g l 。1 时总产气量( 5 2 3 m l ) 为最低。这说明在常温下 c u 离子浓度不高于5 m 1 的情况下，c u 离子对主要产气菌甲烷菌的生长是起一定促进作用 的，可能是作为微生物体内辅基或辅酶的必须成分发挥作用。这也表明在中温条件下，产甲 烷菌和产酸菌的活性都有一定程度的提高，所以其产气量要大大超过相同浓度水平的常温组。 但随着温度升高，产气菌对c u 离子的耐受性有一定下降。 常温厌氧发酵时，c u 离子浓度为0 m g l d 水平时v f a 值最高( 8 8 9 5 m d g l 一) ，其次则为 2 0 m g l d 水平( 8 6 6 5 m g l 1 ) ，而在中温条件下c u 离子浓度为0 m g j _ , q 水平时为最高( 9 8 8 5 m 乒。) 。 对于v f a 而言，受c u 离子的抑制作用不如产气率和c o d 去除率那样明显和富有规律性。这 是由于c u 离子超过胁迫浓度后可能对甲烷菌产生了抑制，造成v f a 的积累以及水解酶和产 氢产酸菌随着c u 离子浓度升高在一定程度会受到毒害这正负两方面综合作用的结果。 在整个常温厌氧发酵周期，p h 变化集中于7 3 8 2 之间，而中温p h 变化集中于7 3 8 3 之间。各浓度水平之间变化幅度相差不大，即受c u 离子的抑制作用影响不明显，这也间接证 明c u 离子主要针对产甲烷菌产生毒害作用而非产酸菌。从整个发酵周期趋势来看，常温组p h 两南大学硕士学仲论文中文摘要 略低于中温组，这可能是由于在常温下，甲烷菌的活性较低，产酸速度和产气速度会在一段 时间内失去平衡，出现一定的酸积累，抑制甲烷菌的降解和转化。 通过生物相观察发现，在胁迫浓度水平，产甲烷短杆菌属数量急剧减少，且出现菌体形 态异常的情况，产甲烷球状菌属出现少量增加。这证明c u 离子主要针对产甲烷菌产生毒害作 用，但甲烷球状菌属对c u 离子的毒害作用的耐受性强于产甲烷短杆菌属。 综合考虑运行效率和运行成本，可以确定在污水s b r 处理系统中，基于c o d 去除工艺 的s b r 最优工况为运行周期为5 4 0 m i n ，即限制性曝气进水7 5 m i n ，曝气3 1 5 r a i n 、沉淀7 5 m i n ， 排水5 0 m i n 、闲置2 5 m i n 。基于脱氮除磷的最优工况是运行周期为6 6 0 m i n ，即进水6 0 m i n ，缺氧 6 0 m i n ，曝气4 2 0 m i n 、沉淀6 0 m i n 、排水6 0 m i n 。 c u 对污水s b r 处理系统的运行有一定的胁迫作用。在基于c o d 去除的工况中，c u 的胁 迫临界浓度分别为c u 2 + 对s b r 的临界胁迫浓度分别为4 9 5 6m g l 一( 按c u 2 + 排放标准) 和 2 9 9 4 m g l 。( 按c o d 排放标准) ：在基于脱氮除磷的工况中，c u 2 + 的胁迫临界浓度为 o 6 8 1 3 m g l ，另外，进水c u 2 + 浓度对c o d 去除率的影响较为明显，而对出水c u 2 + 的去除率 影响较弱。 在c u 2 + 存在下，可降低c o d 基质降解的一级反应动力学常数k ，同时猪场废水中可生物降 解的c o d 浓度以及c o d 可生化率在一定程度上得以上升。 在s b r 处理系统中，d o 值是猪场废水好氧生物处理的非常重要的参数。无论是c o d 去 除工艺还是脱氮除磷工艺，d o 的动态变化都是一个三段函数，并且与污水生物处理中各功能 微生物的增长、主要污染物的去除机制相耦合。 c u 2 + 临界浓度内，污水s b r 处理系统中的污泥对c u 的富集系数为0 0 3 3 8 ，富集风险并不 大并且污泥中c u 2 + 的含量远远低于农用污泥中污染物控制标准。 关键词：s b r ；c u ；猪场废水；胁迫浓度；生物处理 i i 两南大学硕+ 学位论文英文摘要 a b s t r a c t s om a n yr e s e a r c h e sh a v eb e e nd o n eo nt h et r e a t m e n to fs w i n ew a s t e w a t e rn o w a d a y s ，b u tt h e e f f e c t so fh e a v yt n e t a l so nt h et r e a t m e n th a r d l yb e e nf o u n d e d a sf a r 雒t h et r e a t m e n to fs w i n e w a s t e w a t e rw a s c o n c e m e d ，t h ec o m m o n l yu s e dt e c h n o l o g yw a sa n a e r o b i ct r e a t m e n tf i r s ta n dt h e n a e r o b i co n e s t h en e g l e c to ft h et o x i c i t yo fh e a v ym e t a l sc a nl e a dt ot h ef a i l u r eu ft h et r e a t m e n t a t p r e s e n t ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc ui ns w i n ew a s t e w a t e ru s u a l l ys e r i o u s l ye x c e e d st h es t a n d a r dw h i c h c a u s e db yt h ew i d e l yu s e dh i g h c o p p e ra d d i t i v e s s oi t sh i g ht i m ed i ds o m er e s e a r c h e so ne f f e c t so f c uo nt h eb i o t r e a t m e n to fs w i n ew a s t e w a t e r t h ee x p e r i m e n th a sn o to n l yo p t i m i z e dm a j o ro p e r a t i o np a r a m e t e ra n df o u n do u tt h ec r i t i c a l c o n c e n t r a t i o n d u r i n gb i o t r e a t m e n ts y s t e ms t a b l yo p e r a t e d ，b u t a l s ot h e o p t i m a lo p e r a t i n g c o n d i t i o n s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w i n g t h e r ew a sa l m o s tn oe f f e c to nc o dr e m o v a le f f i c i e n c yd u r i n ga n a e r o b i cd i g e s t i o nw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fc o p p e rr e a c h e d5 m gl - j h o w e v e r ，w h e nt h ee o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri n c r e a s e d f u r t h e r , c o dr e m o v a le f f i c i e n c yd e c r e a s e ds h a r p l y b e s i d e s ，c r i t i c a lc o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o n i n c r e a s e da st e m p e r a t u r ei n c r e a s e d t h ec r i t i c a lc o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o nw a s5 9 9 m gl 1i n a n a e r o b i c f e r m e n t a t i o ni n n o r m a lt e m p e r a t u r ew h i l e6 1m gl “i ni n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r ef o r c o n c e n t r a t i o no fc o di ne f f l u e n ti st h em o s ti m p o r t a n tc r i t e r i o no fl i v e s t o c kw a s t e w a t e rd i s c h a r g e s t a n d a r d s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt o t a l g a sp r o d u c t i o nr e a c h e dm a x i m u mw h i c hw a s6 5 0 m lw h e n c o n c e n t r a t i o no fc o p p e rw a s5 m gl a n dm i n i m u mw h i c hw a s3 3 5 m lw h e nc o n c e n t r a t i o no fc u w a s2 0 m gl i nn o r m a lt e m p e r a t u r e w h i l ei tr e a c h e dm a x i m u mw h i c hw a s1018 5 m lw h e n c o n c e n t r a t i o no fc o p p e rw a s0 m gl 1a n dm i n i m u mw h i c hw a s5 2 3 m lw h e nc o n c e n t r a t i o no fc o p p e r w a s2 0 m gl - 1 i ni n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc o p p e ri o nc a np r o m o t et h e g r o w t ho fm e t h a n eb a c t e r i aw h e nc o n c e n t r a t i o no fc o p p e rw a sb e l o w5 m gl 。1 a n dp l a y e dar o l e 嬲a c o m p o n e n to fp r o s t h e t i cg r o u pa n dc o e n z y m b e c a u s et h ea c t i v i t i e s o fm e t h a n eb a c t e r i aa n d a c i d p r o d u c i n gb a c t e r i ab o t hh a db e e np r o m o t e di ns o m ed e g r e e si nn o r m a lt e m p e r a t u r e ，s ot h eg a s p r o d u c t i o nw a s m u c hm o r et h a nt h eg r o u p si ni n t e r m e d i at e m p e r a t u r e b u ta st e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ， t h et o l e r a n c eo fa e r o g e nw o u l dd e c r e a s et os o m ee x t e n t s v f ar e a c h e dt h em a x i m u m ( 8 8 9 5 m gl q ) w h e nc o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o nw a s0 m gl 。1i n a n a e r o b i cf e r m e n t m i o ni nn o r m a l t e m p e r a t u r e w h i l e t h em a x i m u mw a s9 8 8 5 m gl 1w h e n c o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o nw a s0 m gl i na n a e r o b i cf e r m e n t a t i o ni ni n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r e a s f a ra sv f aw a sc o n c e r n e d ，t h ei n h i b i t i o no fc uw a sn o ta sr e g u l a r l ya n do b v i o u s l ya sc o dr e m o v a l e f f i c i e n c ya n dg a sp r o d u c t i v i t yw e r e i tw a sb e c a u s et h a to n c et h ec o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o nw a s o v e rt h ec r i t i c a lc o n c e n t r a t i o n t h em e t h a n eb a c t e r i aw o u l db er e s t r i a n e da n dv f aw o u l d 两南大学硕士学位论文 英文摘要 a c c u m u l a t e d ，b u ta tt h es a m et i m eh y d r o l a s ea n dh y d r o g e n - p r o d u c i n ga n da c i d p r o d u c i n gb a c t e r i a w o u l db ep o i s o n e d c o n s i d e r i n gp o s i t i v ea n dn e g a t i v ea s p e c t sc o m p r e h e n s i v e l y , w ec o u l da r r i v ea t t h ec o n c l u s i o na b o v e d u r i n gt h ew h o l ef e r m e n t a t i o ni nn o r m a lt e m p e r a t u r e ，p hv a r i e df r o m7 3t o8 2w h i l e7 3t o8 3 i ni n t e r m e d i at e m p e r a t u r e t h ei n h i b i t i o no fc o p p e ri o nw a sn o to b v i o u s t h i si n d i r e c t l yp r o v e dt h a t c o p p e ri o nm a i n l yd i dh a r mt om e t h a n eb a c t e r i ab u tn o ta c i d - p r o d u c i n gb a c t e r i a t h e p ho fg r o u p si nn o r m a lt e m p e r a t u r ew a s al i t t l eb e l o wg r o u p si ni n t e r m e d i at e m p e r a t u r e m a y b et h a t w a sd u et ot h ea c t i v i t yo fm e t h a n eb a c t e r i aw a sl o wi nn o r m a lt e m p e r a t u r e ，v e l o c i t yo fg a s p r o d u i n g a n da c i d p r o d u c i n gw o u l do u to fb a l a n c ei ns o m et i m e ，t h i sw o u l dl e a dt oa c i da c c u m u l a t i o na n d r e s t r a i n e dt h ed i s s o l u t i o na n dt r a n s f o 肌a t i o no fm e t h a n eb a c t e r i a o b s e r v e db ym i c r o s c o p y , w ef o u n dt h a tt h en u m b e ro f m e t h a n ob r e v i b a c t e rw a sd r o p p e ds h a r p l y w h i l et h a to fm e t h a n os p h a e r aw a si n c r e a s e dal i t t l ea n dt h ef i g u r eo fb a c t e r i aw a sd i s t o r t i o n i tp r o v e d t h a tc o p p e ri o nm a i n l yd i dh a r mt om e t h a n eb a c t e r i aa n dt h et o l e r a n c eo fi tw a sb e t t e rt h a nm e t h a n o b r e v i b a c t e r c o n s i d e r i n go p e r a t i n ge f f i c i e n c ya n dc o s tc o m p r e h e n s i v e l y , t h eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o nt o r e m o v ec o dw a sd e t e r m i n e dp e r i o d5 4 0 m i n ，a e r a t i o na f t e rf i l lw a s7 5 m i n ，a e r a t i o nw a s315 m i n ， s e t t l e m e n tw a s7 5 m i n ，d e c a n t a t i o nw a s5 0 m i n ，i d l ew a s2 5 m i n t h eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o nt o r e m o v en u t r i e n t sw a sd e t e r m i n e dp e r i o d6 6 0 m i n ，f i l lw a s6 0 m i n ，h y p o x i aw a s6 0 m i n ，a e r a t i o nw a s 4 2 0 m i n ，s e t t l e m e n tw a s6 0 m i n ，d e c a n t a t i o nw a s6 0 m i n t h ei n h i b i t o r ye f f e c t so fc q o p p e ri o no ns b rs y s t e mh a db e e no b s e r v e d t h ec r i t i c a l c o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o nw e r e4 9 5 6m gl 1 ( a c c o r d i n gt oc o p p e ri o nd i s c h a r g ec r i t e r i a ) a n d 2 9 9 4 m gl - l ( a c c o r d i n gt oc o dd i s c h a r g ec r i t e r i a ) i nc o dr e m o v a lt e c h n i q u eo fs b r ，w h i l ew a s o 6 813m gl i nn i t r o g e n & p h o s p h o r u sr e m o v a lt e c h n i q u eo fs b r 。t h ei n h i b i t o r ye f f e c t so fc uo n t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sm o r es i g n i f i c a n tt h a nt h o s eo nt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc u 2 + i n e m u e n t c uc o u l dd e c r e a s ek i n e t i c sc o n s t a n t ( k ) b u ta tt h es a m et i m eb i o d e g r a d a b l ec o dc o n c e n t r a t i o n a n db i o c h e m i c a l i z a t i o no fc o di np i g g e r yw a s t e w a t e ri n c r e a s e dt os o m ed e g r e e d ow a sav e r yi m p o r t a n tp a r a m e t e rd u r i n ga e r o b i cb i o t r e a t m e n to fp i g g e r yw a s t e w a t e r t h e d y n a m i cc h a n g i n go fd o c o n t e n tc o u l db eb o t hd e s c r i b e da st h r e e - s e c t i o nf u n c t i o n s ，w h i c hc o u p l e d w i t ht h eg r o w t ho ff u n c t i o n a lm i c r o o r g a n i s m sa n dt h em e c h a n i s m so fm a i np o l l u t a n t sd i s p o s i n gv e r y w e l li ne i t h e ro p e r a t i n gc o n d i t i o n t h er e s u l t sa l s os h o w e dt h a tt h er i s ko fr i c h n e s so fc uw a sn o to b s e r v e dw i t h i nt h ec r i t i c a l c o n c e n t r a t i o no fc o p p e ri o ni nw h i c ha v e r a g ec o n c e n t r a t i v ec o e f f i c i e n t sw a s0 0 3 3 8 t h ec o n t e n to f c ui ns l u d g em e tt h es t a n d a r do fp o l l u t a n t sc o n t r 0 1 i i 西南大学硕十学位论文英文摘要 k e y w o r d s ：s b r ；c o p p e r ；p i g g e r yw a s t e w a t e r ；c r i t i c a lc o n c e n t r a t i o n ； b i o t r e a t m e n t i i i 独创性声明 学位论文题目：坠过猹扬废丞压氢：妊氢生物处理的璺喧 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者：曩p 陵 签字日期2 0 。9 # 0 5 月驴 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：研随 签字日期：2 0 0 9 年0 5 月增日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 羹惫睡落日签字日期：沙p 7 竿月6 日 邮编： 西南大学硕十学位论文文献综述 第1 章文献综述 1 1 猪场废水的产生与危害 改革开放以来，我国畜禽养殖业得到了迅速发展。从1 9 8 0 年到2 0 0 3 年，畜禽养殖业在 农业产值中所占比例已由1 8 增加到了3 4 。目前，我国禽肉、猪肉、鸡蛋产量均居世界第 一( 苏杨，2 0 0 6 ) 。其中猪肉在全国肉类总产量中的比重占到6 6 1 。生猪存栏数约占世界总 存栏量的5 1 8 ，猪肉产量占世界猪肉总量的4 6 8 ( 王俊勋，1 9 9 9 ) 。小型猪场( 年出栏肉猪 5 0 4 9 9 头) 数量及出栏肉猪的比例均呈下降趋势，而中型猪场( 年出栏肉猪5 0 0 9 9 9 9 头) 和大 型猪场( 年出栏肉猪l 万头以上) 的数量及出栏肉猪的比例均呈逐年上升趋势( 邓蓉等，2 0 0 4 ) 。 畜禽养殖业尤其是养猪业的飞速发展极大地丰富了我国城乡居民的畜产品及副产品的供应， 改善了人们的生活水平，并且养猪业已经成为我国农村经济中很活跃的增长点和主要的支柱 产业。 1 1 1 猪场废水的水质与水量 我国的养猪行业自2 0 世纪7 0 年代以来，逐渐由传统的小规模生产向集约化、规模化的 生产模式转变，但集约化饲养这种生产方式在增加经济效益的同时，也造成了粪便和冲栏废 水的过度集中，给环境造成极大的压力。在许多地区，畜禽养殖带来的污染已经或正在成为 当地主要污染源( 李远，2 0 0 2 ) 。由于大多数猪场都是采用漏缝板式的栏舍，且主要用水冲洗圈 舍，每天污水排放量很大。据统计一个万头猪场平均每天产生的污水量为1 0 0 1 5 0 m 3 ( 覃环等， 2 0 0 0 ) 。如此大量的污水，如得不到合理处置，势必严重污染环境，同时也会对畜牧业的发展 造成危害，成为制约养殖业持续、健康发展的重要因素( 方仁声，1 9 9 8 ) 。 猪场废水，主要由尿液、部分残余或全部粪便和饲料残渣( 不同清粪方式) 、冲洗水组成。 有的场区还包括工人生活生产过程所产生的废水。前者是主要部分，其中冲洗水又占了绝大 部分。养殖场废水水质特征与猪舍结构、清粪方式与冲洗水的使用、饲料营养、畜禽消化功 能、生产管理等相关，其中，清粪方式与冲洗水的使用是最主要的。 表1 - 1 猪粪的化学组成( 张景略等，1 9 9 0 ；r 0 更令，1 9 9 1 ) ! 垒垒! ：! ! 垒皇曼垒呈翌i 曼垒! 呈q 里巳q ! 曼q ! 仑i g g 型! 箜! 皇 肥分猪粪干基鲜粪有机组成( 占碳) 两南大学硕十学位论文文献综述 表1 - 2 不同清粪方式的猪场废水的水质与水量( 华南农业大学，1 9 9 9 ) t a b 1 - 2 t h e q u a l i t ya n dq u a n t i t yo f p i g g e r yw a s t e w a t e rb yd i f e r e n tc l e a n i n gw a y 项目水冲清粪水泡清粪干清粪 1 1 2 猪场废水的危害 据有关资料统计( 徐谦等，2 0 0 2 ) ，目前我国规模化畜禽养殖场主要分布在经济发达地区 及人中城市周罔，畜禽粪便产生量约为1 9 x 1 0 8 吨，而我国工业行业当年产生的工业固体废物 总量为7 8 1 0 8 吨，畜禽粪便产生量是工业固体废弃物产生量的2 4 倍，全国8 0 的规模化养 殖场缺乏必要的污染治理设施。 据农业部最新统计，到2 0 0 5 年底，处理规模化禽畜场粪便污水的沼气工程累计达到2 4 9 3 处。而规模化养殖场( 猪存栏 5 0 0 头，鸡 1 0 0 0 0 只，牛 1 0 0 头) 共约5 1 0 5 个。采取沼气工 程等手段处理畜禽粪便污水的畜禽场仅占总量的4 9 左右。根据调查，北京市规模化猪场废 水和粪尿处理设施的普及率仅为8 2 和1 2 2 ，同样的，江苏省规模化畜禽养殖场废水处理 量也仅占总产生量的1 1 8 ( 吴天马，2 0 0 1 ) 。 对于畜禽养殖业带米的环境问题，国内外早有共识，其产生的大量而集中的粪尿和废水 已成为许多城市和农村的新兴污染源，也是一部分城市污染的根本原因。它对环境的污染主 要体现在以下几个方面： ( 1 ) 造成大气污染：刚排泄出畜禽粪便含有n h 3 ，h 2 s 和胺等有害气体，在未能及时清 除或清除后未能及时处理时臭味将成倍增加，产生甲基硫醇，二甲二硫醚，甲硫醚，二甲胺 及多种低级脂肪酸等有恶臭的气体，不仅危及周围居民的身体健康，而且也会影响场内畜禽 的生长( 张克强等，2 0 0 4 ) 。 ( 2 ) 对地表水和地下水源的污染：猪场废水中所含氮、磷及b o d 等溶淋性很大，如不 妥善处理，就会通过地表径流和土壤渗滤进入地表水体、地下水层，或在土壤中积累，致使 水体严重污染，土地丧失生产能力、树木枯死、绿草不生。 ( 3 ) 微生物污染：畜禽体内微生物主要通过消化道排出体外，粪便是微生物的主要载体。 在l g 猪场粪废水中，含有8 3 x 1 0 5 个大肠杆菌，6 9 x 1 0 5 个肠球菌，还有寄生虫卵、活性较强的 沙门氏菌等。这些有害病菌，如果得不到妥善处理，最终会导致一些传染病和某些寄生疾病 的蔓延和发展，影响到猪的生产水平，严重时其生存构成威胁。 ( 4 ) 对温室效应的影响：众所周知，自然界存在的甲烷是导致气温升高的重要气体之一， 2 两南大学硕士学佗论文文献综述 其增温贡献率大约为1 5 左右。在这1 5 的贡献率中，来自于农田土壤活动、农作物秸杆燃 烧以及畜禽养殖业三个方面的贡献率，即达7 0 。根据近年来畜牧业发展形势分析，预计在 今后几年内，畜禽养殖业的甲烷气体释放量，将仍呈现增长趋势。 ( 5 ) 兽药残留污染：为预防畜禽多发性疾病，一般会在饲料中添加抗菌素，而大多数抗 菌素都有残留。随着药物的经常性使用，病菌的抗药性逐步提高，为预防疾病，使得药物的 使用量也逐渐加大，从而导致药物在动物体内的残留增加，最终使得使用畜禽产品的人类受 到一定程度的伤害。 1 2 猪场废水处理技术研究现状 国内外集约化猪场废水处理技术多种多样，从本质上看，规模化猪场粪便污水处理模式 不外乎有三种：还田模式、自然处理模式和工业化处理模式( 邓良伟，2 0 0 1 ) 。 1 2 1 还田模式 粪便污水还田作肥料是一种传统的、经济有效的处置方法，可以实现养分循环利用，达 到污染物零排放( c h o u d h a r y ，1 9 9 6 ) 。粪尿、冲洗水施于土壤中，在土壤微生物和植物的作用 下，粪便污水中有机物质被分解转化成腐殖质和植物生长因子，有机氮磷转化成无机氮磷， 供植物生长利用，不但可以减少化肥的使用，还能维持并提高土壤地力，减轻风蚀和水蚀作 用，改善土壤通透性，促进有益微生物的生长。 总体上看，还田模式的主要优点有：污染物零排放，最大限度实现废物资源化，可以较少 化肥施用。增加土壤肥力；投资省；不耗能，不需专人管理，运转费用低。这种模式适用于 远离城市，经济比较落后，土地宽广，有足够农田消纳粪便污水的规模化猪场。 但还田模式同时也存在着以下缺点：需要有大量农田利用粪便污水，万头猪场需要至少 1 0 0 0 亩地消纳，因此受条件限制，适应性不强；雨季以及非用肥季节还须考虑粪污或沼液的 出路：存在着传播音禽疾病和人畜共患病的危险；不合理的使用方式或连续过量使用会导致 硝酸盐、磷以及重金属的沉积，从而对地表水和地下水构成污染；恶臭以及降解过程产生的 氨、硫化氢等有害气体的释放会对大气构成威胁( 邓良伟，2 0 0 7 ) 。 1 2 2 自然处理模式 采用氧化塘、人工湿地等自然处理系统，对猪场粪便污水进行处理。适用于远离城市， 经济欠发达，土地宽广，地价低廉，气候温和地区的规模化养猪场，特别是有滩涂、荒地、 林地或低洼地可作污水自然处理系统的养猪场。 自然处理模式的优点在于：投资比较省；运行管理费用低，不耗能；污泥量少，不需要 复杂的污泥处理系统；地下式厌氧处理系统厌氧部分建于地下，基本无臭味；没有复杂的设 备，管理方便，对周围环境影响小，无噪音；可回收能源甲烷。 但这种处理方式的缺点也是显而易见的：土地占用量较大；负荷低，产气率低，甲烷回 3 两南大学硕+ 学位论文文献综述 收量少；建于地下的厌氧系统出泥困难，维修不方便；有污染地下水的可能。特别是人工湿 地，还极易由于悬浮物产生堵塞( k e r n 等，1 9 9 9 ；l a n g e r g r a b e r 等，2 0 0 2 ) 。 1 2 3 工厂化处理模式 对于那些规模较大、地处大城币近郊，经济发达，土地紧张，没有足够农田消纳粪污或 进行自然处理的猪场，只能采用工厂化处理模式来处理粪便污水，有物理、化学和生物处理 法三种。其中生物处理法是目前工厂化猪场采用最多的环境技术，包括厌氧处理、好氧处理 以及厌氧好氧处理组合系统，其中常用生物处理方法见表1 3 ( 刘静，2 0 0 7 ) 表1 3 常用生物处理方法的比较 t a b1 3c o m p a r i s o no fc o m m o n l yu s e db i o t r e a t m e n t _ i 1 一 序号处理方法b o d 。去除率n 、p 去除率占地投资能耗 l 常规活性污泥法9 0 9 5 低大大高 2s b r 法8 5 9 5 一般较小小较低 3 氧化沟9 2 9 8 较高较大较小低 4a b 法9 0 9 6 较高一般 一般一股 5 a 2 0 法9 0 9 5 高大一般一般 6 生物滤池 7 5 8 5 较低 较小 大 低 7 生物接触氧化法 9 0 9 5 一般较小一般较高 8 蚯蚓生态滤池9 1 9 6 较高较小较小较低 ( 1 ) 厌氧生物处理 厌氧处理技术由最初的化粪池、厌氧接触法，到后来的上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌 氧生物滤池( a f ) 、厌氧序批式反应器( a s b r ) 、两相厌氧消化法、厌氧折流反应器( a b r ) 等工艺，经历了漫长的岁月。随着对高效厌氧技术的认识发展，大批高效厌氧反应器逐步应 用于禽畜污水处理中。厌氧处理具有能量需求低、还可以产生沼气，污泥量低，投资省、能 耗低等特点。 方仁声( 1 9 9 8 ) 采用传统的c s t r 厌氧技术处理猪场废水，取得了很好的环境效益。杨 朝辉( 2 0 0 2 ) 等采用固液分离u a s b s b r 组合工艺对猪场废水进行处理，c o d 去除率可以达 到7 5 0 o , - 8 5 ，取得良好的处理效果。j c h e n g 和b 1 i u 采用漂浮填料厌氧消化系统处理猪场废 水，在h r t 为1 0 天时，c o d 和t s s 去除率达到6 5 ，6 9 。但由于猪场废水氮磷含量高， 单级厌氧处理不能有效地脱氮除磷，要使含高浓度有机物猪场污水实现高效低耗处理，达到 国家排放标准，一般厌氧处理之后还需进一步进行处理。 厌氧过程中所涉及的微生物种类繁多，原料也十分复杂，因而它的物理化学变化比其它 微生物发酵过程要复杂得多。虽然在甲烷的产生过程中存在某些原生质，但在整个发酵过程 中最重要的微生物是细菌。产酸阶段几乎包括所有的兼性细菌：产甲烷阶段的细菌主要为产 甲烷细菌。从厌氧细菌类型来看，完成上述4 阶段的微生物可以划分为两大菌群：非产甲烷细 菌，包括水解、产酸发酵、产氢产乙酸阶段的细菌群体：产甲烷细菌。水解、产酸发酵细菌 主要有梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；按功能可分为：纤维素分解菌、半 纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等，大多数是厌氧菌，也有大量是 4 两南大学硕十学何论文文献综述 兼性厌氧菌。一般水解过程较缓慢，并受多种因素影响( p h 、s r t 、有机物种类等) 。产氢产 乙酸细菌主要有：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等，多数是严格厌氧菌或 兼性厌氧菌。值得注意的是，上述细菌只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压很低时才能发挥 作用。产甲烷细菌是一类古细菌，截至2 0 世纪9 0 年代初，已经发现( 任南琪，2 0 0 5 ) 产甲烷 细菌的6 5 个种，它们分属于3 个目，7 个科，1 9 个属( 表1 4 ) 。 表卜4 已发现的主要产甲烷菌种属 ! 垦曼! 曼! ：! ! 垒曼里垒i 璺g 曼坠旦! 皇! 垒璺垒! 巳宝璺i 曼墨皇q ! ! 垒皇! ! 竺垒i 曼垒坐曼! 皇垒旦呈：巳! q 堕坚璺i 璺g 坐i 里! q 垒呈 产甲烷细菌属代表种可利用底物 米源生境 产甲烷杆菌属 甲酸产甲烷杆菌( m b f o r m i c i c u m ) h 2 c 0 2 、甲酸 污水沉积物、瘤胃 ( m e t h a n o b a c t e r i u m ) 布氏产甲烷杆菌( m b b r y a n t i i ) h 2 c 0 2 淡、咸水沉积物 沃氏产甲烷杆菌( m b w o t f e i ) h z c o z 污水沉积物 沼泥产甲烷杆菌( m b u l i g i n o s u m ) l - 1 2 i d u 2 沼泽地 产甲烷短杆菌属瘤胃产甲烷短杆菌( m b r r u m m a t i u m ) h d c 0 2 、甲酸 ( m e t h a n o b r e v i b a c t e r ) 史氏产甲烷短杆菌( m b r s m i t h i i ) h 2 c 0 2 、甲酸 嗜树产甲烷短杆菌( m b r a r b o r i p h i l i c u s ) h 2 c 0 2 产甲烷球状菌属 ( m e t h a n o s p h a e r a ) 产甲烷球菌属 ( m e t h a n o c o c c u s ) 动物消化道、污水 污水、粪便 枯木、淡水沉积物 斯氏产甲烷球形菌( m s s t a d t m a n i a e ) h f f l 争醇 粪便 万氏产甲烷球菌( m c v a n n i e l i