【文章內(nèi)容簡介】 種應(yīng)用微生物技術(shù)進(jìn)行禽畜糞便處理與資源化工程的實例，探討解決這一難題的綜合治理途徑。一、禽畜糞便污染的嚴(yán)重性 近年來，由于集約化禽畜生產(chǎn)迅速發(fā)展，禽畜糞便的發(fā)生量急劇增加。根據(jù)正常情況下禽畜的糞尿排放量及其N、P等含量（見表4－22和表4－23），可估算出一個年出欄10000頭豬的畜牧場，其中N和P的排放量分別達(dá)105Kg和70Kg；年飼養(yǎng)10000羽產(chǎn)蛋雞的養(yǎng)雞場。表4－22 各種禽畜的糞尿排放量（公斤/只日）禽畜種類奶牛哺乳母豬育肥豬羊產(chǎn)蛋雞肉雞排糞尿量55～657～11表4－23 禽畜糞便的化學(xué)成分（％）種類水分有機(jī)質(zhì)氮（N）磷（P2O5）鉀（K2O）豬糞81．515．00．600．400．44牛糞83．314．50．320．250．16羊糞65．531．40．650．470．23雞糞50．525．51．631．540．85據(jù)報道,。以上海為例，一方面，近年來的菜籃子工程使上海的肉豬、家禽、蛋、鮮奶的自給率，已分別達(dá)到50%、80%、70%和90%，而與此同時，禽畜糞便的年發(fā)生量已突破1200萬噸,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該市當(dāng)年工業(yè)廢渣()和生活廢棄物()的排放量。而且主要由于當(dāng)時資金不足，環(huán)保設(shè)施不配套，致使大規(guī)模、集約化經(jīng)營的禽畜養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)出的大量糞便，對環(huán)境污染的影響越來越大，已與工業(yè)廢水、生活污水并列，成為水環(huán)境污染的三大源頭之一。⑴污染土壤、地下水 在禽畜糞便堆放或流經(jīng)的地點，有大量高濃度糞水滲入土壤，可造成植物一時瘋長，或使植物根系受損傷，乃至引起植物死亡。糞水滲入地下水，會使地下水中硝態(tài)氮、硬度和細(xì)菌總數(shù)都嚴(yán)重超標(biāo)。⑵污染地表水，破壞水生態(tài)系統(tǒng)，甚至影響飲用水源，危及人類健康 大量禽畜糞便直接或隨雨水流入水體，可使水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化，水質(zhì)腐敗，水生生物死亡。據(jù)測定，就會對魚產(chǎn)生毒性。此外禽畜糞便中可能存在的腸道傳染病菌和人畜共患的病原體，都是對環(huán)境和人體健康的嚴(yán)重威脅。⑶糞便惡臭的污染 剛排出的禽畜糞便含有NHH2S和胺等有害氣體，在未能及時清除或清除后不能及時處理時臭味將成倍增加，產(chǎn)生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及低級脂肪酸等惡臭氣體。惡臭氣體會對現(xiàn)場及周圍人們的健康產(chǎn)生不良影響，如引起精神不振、煩躁、記憶力下降和心理狀況不良，也會使禽畜的抗病力和生產(chǎn)力降低。二、禽畜糞便處理適用技術(shù)的基本條件 由于禽畜糞便的有機(jī)物濃度高、氨氮濃度高、惡臭嚴(yán)重，因此治理難度極大。近年來，人們從治理禽畜糞便污染的大量實踐中，越來越認(rèn)識到套用污水生化處理工藝或物化處理技術(shù)企圖達(dá)標(biāo)排放，并不是合理有效的方法。而必須按照生態(tài)農(nóng)業(yè)規(guī)律與可持續(xù)發(fā)展原則，走綜合治理與資源化利用的道路。具體地講，處理禽畜糞便的適用技術(shù)應(yīng)具備以下條件：低能耗、少動力。這一要求是由我國國情及禽畜養(yǎng)殖業(yè)的實際所決定的。一些能耗高、動力花費大的技術(shù)，即使有很好的效果也難以維持運行。 例如，某水處理研究開發(fā)中心采用接觸氧化→水解（酸化）→兩段接觸氧化→混凝工藝處理高濃度養(yǎng)豬廢水。在最佳試驗條件下，進(jìn)水CODcr 小于5000mg/l，經(jīng)處理后CODcr平均去除率大于97%，氨氮去除率大于96%。 某沼氣科學(xué)研究所應(yīng)用SBR工藝處理豬糞污水，%。但出水中仍殘留有相當(dāng)高的CODcr。 某高校生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院采用SBR反應(yīng)器與好氧厭氧ICEAS脫氮反應(yīng)器串聯(lián)工藝處理豬糞廢水，在進(jìn)水CODcr濃度為50006000mg/l，NH3N濃度為14001500mg/l的條件下，CODcr去除率達(dá)95%，NH3N去除率達(dá)97%，出水CODcr濃度在250mg/l左右。 類似有較好效果的處理工藝還有不少，但都難以在生產(chǎn)實踐中推廣應(yīng)用。能耗高、運行費用高是重要原因之一。2. 資源化、有效益。 禽畜糞便自古以來都被作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥而通過自然生態(tài)系得到轉(zhuǎn)化、利用。如今，由于大規(guī)模、集約化養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)出的糞便量大，采用傳統(tǒng)方法還田往往難以消納，必須借助于現(xiàn)代高新技術(shù)及裝備，高效率地把禽畜糞便轉(zhuǎn)化成有用的資源。 例如，通過干濕分開、固液分離得到的干糞，可應(yīng)用高效菌種發(fā)酵轉(zhuǎn)變成飼料（雞糞）或肥料（豬糞）；高濃度糞水可采用厭氧處理技術(shù)產(chǎn)生沼氣、回收利用能源；也可應(yīng)用光合細(xì)菌等高效菌種進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化處理，并轉(zhuǎn)化為液體肥料及回用于棚舍沖洗等等。重要的是把禽畜糞便視作一項可開發(fā)利用的資源，加以綜合處理、利用并實行產(chǎn)業(yè)化，那么集約化的禽畜養(yǎng)殖場應(yīng)該更有利、更具優(yōu)勢。3. 零排放或少排放。禽畜糞便的有機(jī)物濃度高、氨氮濃度高、惡臭嚴(yán)重，若按城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求處理達(dá)標(biāo)，不僅投資大，而且運行成本相當(dāng)高，實際上難以承受、難以實施。即使降低標(biāo)準(zhǔn)，允許處理出水CODcr400450 mg/L排放，其對水體的污染與危害程度仍相當(dāng)可觀。因此，在強(qiáng)調(diào)資源化的同時，應(yīng)提出零排放或少排放的要求。對于一時利用不了的經(jīng)綜合處理的少量污水，可在后續(xù)處理中配以氧化塘及水生植物生態(tài)工程技術(shù)，將可較好地達(dá)到環(huán)境質(zhì)量所要求的相關(guān)指標(biāo)。4. 以生物技術(shù)為核心的多項技術(shù)綜合配套。 對于難度高的禽畜糞便治理，決不是某一單項技術(shù)（如高效菌種、高效反應(yīng)器、合適機(jī)電設(shè)備等等）所能解決的。必須依據(jù)實際條件，合理選擇多項高效生物技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備，取長補(bǔ)短，組合成一個有機(jī)的系統(tǒng)，發(fā)揮綜合優(yōu)勢，才有可能達(dá)到較為理想的環(huán)境生態(tài)效益和社會、經(jīng)濟(jì)效益。 例如，在豬棚舍改造做到雨污分流、干濕分開的基礎(chǔ)上，宜選用高效率、低能耗的固液分離機(jī)械或裝置，使糞水中的細(xì)糞顆粒盡可能地分離取出，集中起來的干豬糞可采用高效菌種如玉壘菌N10（以放線菌為主的混合菌種），進(jìn)行高溫快速發(fā)酵，轉(zhuǎn)變成優(yōu)質(zhì)的生物有機(jī)肥，可望取得經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)固形物取出后的糞水，可應(yīng)用厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)沼、回收生物能，沼液、沼渣則可用作肥料；也可采用玉壘菌K40（專用于糞污水降解）、PSB（光合細(xì)菌）、EM等高效微生物，通過多級反應(yīng)槽進(jìn)行兼氧處理（不加人工嚗氣），使糞污水中的各種污染物得以大幅度降解、轉(zhuǎn)化、去除，在穩(wěn)定化的同時達(dá)到無害化。這是由于在多級反應(yīng)槽中，糞水中的大分子有機(jī)物在兼性厭氧條件下降解生成大量的低級脂肪酸，所以在第一、二級反應(yīng)槽中低級脂肪酸濃度相當(dāng)高，足以殺死或滅活病原菌，表現(xiàn)為大腸菌群數(shù)大幅度降低。隨著低級脂肪酸被微生物逐漸利用，和有機(jī)氮分解釋出NH3N，—，使NH3N主要以NH3分子形式存在，這也有利于殺滅各種病原微生物。我們在高濃度的人糞便PSB法處理中，經(jīng)上述穩(wěn)定化、無害化處理，可使糞便轉(zhuǎn)變成PSB液肥，同時加以充分利用，便可做到完全資源化和零排放。在應(yīng)用玉壘菌綜合處理豬糞水的中試規(guī)模的研究中，也達(dá)到了同樣的效果。而且，經(jīng)處理的糞水還可以用于豬舍的沖洗，使用水量大大減少。又由于該處理水中有益微生物的作用，可有效抑制腐敗細(xì)菌的活動，從而使豬舍的惡臭大大降低。我們在豬糞便的綜合處理試驗中，還應(yīng)用了可降低惡臭、提高飼料效果、增強(qiáng)抗病性、促進(jìn)生長的微生物制劑K20。結(jié)果使增重率提高、飼料報酬增加、疾病減少，豬舍惡臭降低。研究表明，多種微生物技術(shù)的組合應(yīng)用與高效裝備的配套，是禽畜糞便綜合治理取得成功的關(guān)鍵。三、禽畜糞便綜合處理和資源化工程實例1．禽畜糞便厭氧處理與資源化禽畜糞便的厭氧處理，無論是工藝、技術(shù)還是裝置、設(shè)備都已相當(dāng)成熟。禽畜糞便經(jīng)厭氧發(fā)酵，可有效地達(dá)到無害化和穩(wěn)定化。但該技術(shù)能否成功地應(yīng)用，關(guān)鍵還在于資源化和二次污染的防止。我國有一批農(nóng)場和鄉(xiāng)村，就是以禽畜飼養(yǎng)、糞便產(chǎn)沼、沼液沼渣制肥這一整套工程為龍頭，帶動了生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)，使?jié)崈舻纳锬艽媪藷?、燒柴，以有機(jī)肥代替了化肥，使環(huán)境改善、農(nóng)牧業(yè)發(fā)展。2．厭氧PSB氧化塘工藝由于不少養(yǎng)殖場缺乏就近還田利用沼液、沼渣的條件，而把它們排入環(huán)境仍然會造成嚴(yán)重污染。本工藝就是將厭氧處理、資源化技術(shù)與PSB處理、資源化技術(shù)和氧化塘生態(tài)工程技術(shù)結(jié)合起來，對禽畜糞便進(jìn)行處理和多層次、多途徑利用，沼液通過PSB和氧化塘生態(tài)工程系統(tǒng)的處理，可得到進(jìn)一步降解、凈化，直至達(dá)標(biāo)排放。該處理工程在上海某良種豬場進(jìn)行，其工藝流程如圖4－55所示：圖4－55 豬舍糞尿處理工藝流程圖該養(yǎng)豬場現(xiàn)日平均排放糞污水10噸，主要為豬尿和豬舍沖洗水。干糞自豬舍另行取出堆肥后用作有機(jī)肥。豬糞水經(jīng)集水渠收集，流入集水井，其水質(zhì)指標(biāo)如下：CODcr 1200～5000 mg/l，BOD 620～2500mg/l，NH3N 250～600mg/l。經(jīng)上述工藝系統(tǒng)處理的效果如下：（1）去除COD的效果 當(dāng)進(jìn)水CODcr為2061 mg/l 時，厭氧塔出水CODcr為666mg/l，%；PSB出水CODcr為244 mg/l ，去除率為62%；氧化塘出水CODcr為65mg/l，%；%。（2）去除BOD的效果 當(dāng)進(jìn)水BOD為835 mg/l 時，厭氧塔出水BOD為270mg/l，%；PSB出水BOD為48 mg/l ，%；氧化塘出水BOD為24mg/l，%；%。（3）去除氨氮的效果 當(dāng)進(jìn)水氨氮為589 mg/l 時，厭氧塔出水氨氮為460mg/l，%；PSB出水氨氮為143 mg/l ，%；氧化塘出水氨氮為12mg/l，%；%。在總結(jié)已有工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，我們依據(jù)生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物與環(huán)境工程學(xué)、肥料學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)等原理，設(shè)計了禽畜糞便生物處理與資源化工程系統(tǒng)（見圖4－56），將禽畜糞便視作一種資源，通過生物，尤其是微生物的作用，對禽畜糞便降解、轉(zhuǎn)化，同時加以多級開發(fā)利用、變廢為寶，以從根本上消除禽畜糞便對環(huán)境的污染。圖4－56 禽畜糞便生物處理與資源化工程系統(tǒng)圖大量的研究與實踐表明，只有把禽畜糞便的綜合治理與生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)相結(jié)合，最大限度地實現(xiàn)資源化，才有可能使禽畜糞便的污染從根本上得到治理。 廢棄物的微生物資源化 微生物在大氣污染控制中的應(yīng)用 微生物脫臭和對有機(jī)廢氣的處理 隨著有機(jī)合成工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)人大氣的有機(jī)化合物越來越多，這類物質(zhì)往往帶有惡臭，不僅對感官有刺激作用，而且不少有機(jī)化合物具有一定毒性，產(chǎn)生“三致”(致癌、致畸、致突變)效應(yīng)，從而對人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。微生物對各類污染物均有較強(qiáng)、較快的適應(yīng)性，并可將其作為代謝底物降解、轉(zhuǎn)化。同常規(guī)的有機(jī)廢氣處理技術(shù)相比，生物技術(shù)具有效果好、投資及運行費用低、安全性好、無二次污染、易于管理等優(yōu)點，尤其在處理低濃度(小于3mg／L)、生物降解性好的有機(jī)廢氣時更顯其優(yōu)越性。 生物法凈化有機(jī)廢氣的原理 有機(jī)廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動的能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物(CO水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)。與廢水生物處理過程的最大區(qū)別在于：廢氣中的有機(jī)物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中的傳質(zhì)過程，然后在液相(或固體表面生物層)被微生物吸附降解(圖6—38)。圖638 微生物凈化有機(jī)廢氣模式圖 由于氣液相間有機(jī)物濃度梯度、有機(jī)物水溶性以及微生物的吸附作用，有機(jī)物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中，進(jìn)而被微生物捕獲、吸收。在此條件下，微生物對有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成,產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物一部分溶人液相，一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源，還有一部分(如CO2)則進(jìn)入到空氣中。廢氣中的有機(jī)物通過上述過程不斷減少，從而得到凈化。 有機(jī)廢氣生物處理的工藝研究與應(yīng)用 根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過程中存在的形式，可將處理方法分為生物吸收法(懸浮態(tài))和生物過濾法(固著態(tài))兩類。生物吸收法(又稱生物洗滌法)即微生物；及其營養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的有機(jī)物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物降解。生物過濾法則是微生物附著生長于固體介質(zhì)(填料)上，廢氣通過由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層(填料層)時被吸附或吸收，最終被微生物降解，較典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種形式。(1) 生物吸收法 生物吸收法裝置由一個吸收室和一個再生池構(gòu)成，如圖6—39所示。圖639 生物吸收法示意圖 生物懸浮液(循環(huán)液)自吸收室頂部噴淋而下，使廢氣中的污染物和氧轉(zhuǎn)入液相(水相)，實現(xiàn)質(zhì)量轉(zhuǎn)移。吸收了廢氣中組分的生物懸浮液流人再生反應(yīng)器(活性污泥池)中，通人空氣充氧再生。被吸收的有機(jī)物通過微生物氧化作用，最終被再生池中活性污泥懸液除去。生物吸收法處理有機(jī)廢氣，其去除效率除了與污泥的MLSS濃度、pH值、溶解氧等因素有關(guān)，還與污泥的馴化與否、營養(yǎng)鹽的投加量及投加時間有關(guān)。福山等在氣體凈化處理的實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活性污泥濃度控制在500010000mg／L、氣速小于12m／h，裝置的負(fù)荷及去除率均很理想。日本一鑄造廠采用此法處理含胺、酚和乙醛等污染物的氣體，設(shè)備采用兩段洗滌塔，裝置運行十多年來一直保持較高的去除率(高于95％)。德國開發(fā)的二級洗滌脫臭裝置，臭氣從下而上經(jīng)二級洗滌，濃度從2100mg／L降至50mg／L，且運行費用極低。 生物吸收法中氣、液兩相的接觸方法除采用液相噴淋外，還可以采用氣相鼓泡。一般地，若氣相阻力較大可用噴淋法，反之液相阻力較大則用鼓泡法。鼓泡與污水生物處理技術(shù)中的曝氣相似，廢氣從池底通人，與新鮮的生物懸浮液接觸而被吸收。由此，許多文獻(xiàn)中將生物吸收法分為洗滌式和曝氣式兩種。日本某污水處理廠用含有臭氣的空氣作為曝氣空氣送人曝氣槽，同時進(jìn)行廢水和廢氣的處理，脫臭效率達(dá)99％。(2) 生物濾池 生物濾池(biofilter)處理有機(jī)廢氣的工藝流程如圖640所示。圖640 生物濾池處理廢氣工藝流程示意圖 具有一定溫度的有機(jī)廢氣進(jìn)入生物濾池，有機(jī)污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物層，進(jìn)而被氧化分解。生物濾池的填料層是具有吸附性的濾料(如土壤、堆肥、活性炭等)。生物濾池因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，以及豐富的微生物群落，能有效地