生豬養殖廢水中含有高濃度懸浮物和有機污染物，主要來(lái)源于豬尿、豬糞和沖欄水。生豬養殖廢水中有高濃度氨氮和總磷，未經(jīng)妥善處理，會(huì )嚴重污染環(huán)境。養殖廢水可生化性高，厭氧生化能有效削減廢水中有機污染物，是高效、低廉且適用性強的技術(shù)，常用于養殖廢水。沼液還田是歐美國家的普遍做法，但是常年使用沼液持續澆灌農場(chǎng)，農場(chǎng)周邊地表水均受到不同程度的污染�；谥袊膰�，沒(méi)有足夠的土地消納規�；i養殖沼液，因此沼液必須做深度處理。而且厭氧生化僅能削減廢水中的COD，對于N和P的去除效果弱。有機污染物中的有機氮和有機磷在厭氧微生物的作用下會(huì )轉換成氨氮和磷酸鹽，直接導致出水氨氮濃度升高。經(jīng)過(guò)厭氧處理后，廢水中氨氮達900mg/L，甚至3200mg/L左右。過(guò)高的氨氮會(huì )抑制甲烷菌的生長(cháng)，同樣也會(huì )影響好氧微生物的生長(cháng)，進(jìn)而導致出水水質(zhì)惡化，不能達標排放。因此，如何有效降低廢水中的氨氮，是保障廢水達標處理的關(guān)鍵。
氮，是保障廢水達標處理的關(guān)鍵。目前廢水脫氮的工藝主要有分為物化法和生物法。物化法主要有氨吹脫、折點(diǎn)氯化工藝和磷酸銨鎂沉淀工藝，生物法主要有厭氧氨氧化、硝化一反硝化和人工濕地植物吸收。作者在本文中將從處理效果、運行成本等角度出發(fā)，對脫氮工藝進(jìn)行綜述，以總結各工藝之優(yōu)缺點(diǎn)，為沼液脫氮實(shí)際工程應用提供參考。
1、物化法
1.1 氨吹脫工藝
氨吹脫本質(zhì)上是不同形態(tài)的氨在企業(yè)向之間的傳質(zhì)過(guò)程。在堿性條件下，水中NH?會(huì )轉換成游離氨(NH3)逸散出來(lái)，從而達到去除廢水中氨氮的目的。該方法操作簡(jiǎn)單，占地面積小，常用于處理高濃度氨氮廢水。李武東等用氣提法處理氨氮濃度為10000mg/L的冶金廢水，去除率達10％～18％。張樂(lè )紅等運用吹脫塔處理氨氮濃度為20000mg/L的鈹冶煉廢水，pH=12.29、溫度20℃條件下，7h氨氮去除率可達95％。氨氮吹脫效率與pH值、溫度和曝氣量緊密相關(guān)。單純曝氣吹脫最優(yōu)pH一般為11左右，游離氨在氨氮中占比達90％。在20-50℃溫度區間，氨氮吹脫率與溫度呈正比，而當溫度繼續升高，吹脫率增長(cháng)有限。因此，如何控制pH、溫度和氣液比同樣也是養殖廢水氨吹脫的關(guān)鍵。隋倩雯等通過(guò)試驗處理氨氮濃度為900mg/L的沼液，在pH為10.5，氣液比為2000，30℃的條件下吹脫率達81.84％。張秀之通過(guò)升溫吹脫，在溫度75℃，氣量800L/h時(shí)氨氮去除率最高達91.2％。金要勇等控制pH為11，氣液比3000，30℃下對沼液進(jìn)行吹脫，氨氮去除率達85.5％。
傳統氨吹脫工藝調堿和加溫分別消耗大量藥劑和能耗，導致成本居高不下。因此，采用材料或裝置組合進(jìn)行吹脫的工藝也應用而生。填料可以增大氣液接觸面積，提高氨氮吹脫效率。鄒夢(mèng)圓等分別采用空心多面球、鮑爾球和流化床填料作為填料來(lái)研究氨吹脫效率，結果表明，在pH值10.5，氣液比2000，溫度30℃的條件下，空心多面球填料的沼液氨吹脫效率最高，達80.7％。超聲波和負壓蒸發(fā)結合吹脫也能取得很好的效果。
1.2 折點(diǎn)氯化工藝
折點(diǎn)氯化即在酸性條件下，向水中通入氯氣，最后生成次氯酸根，次氯酸跟與氨離子反應生成氮氣的方式去除水氨氮。該工藝不受水溫影響，反應迅速。宋衛鋒等在工程實(shí)踐中得知，pH為中性條件下，10mg左右氯氣能去除1mg氨氮�？梢�(jiàn)折點(diǎn)氯化法對氯氣的消耗量是比較大的，而且，在不控制pH的情況下，水中容易殘留有毒的含氯副產(chǎn)物。此外，由于氯氣以及氯氣溶于水后生成的次氯酸根具有強氧化性，其在氧化氨氮的同時(shí)也會(huì )氧化水中的有機物。沼液中往往含有較高的水溶性有機物和懸浮物，會(huì )大量消耗氯氣及次氯酸根，往往不能達到理想的去除氨氮的效果。因此，折點(diǎn)氯化工藝常用于污水處理末端氨氮的深度處理，同時(shí)具有殺菌的效果，且其處理成本高昂，對于大水量的污水處理是不可接受的。
1.3 磷酸銨鎂沉淀工藝
磷酸銨鎂沉淀又稱(chēng)鳥(niǎo)糞石，即Mg2+、NH4+-N和PO43+按摩爾比1：1：1生成難溶于水的磷酸銨鎂，通過(guò)往廢水中添加鎂鹽，能同時(shí)去除磷和氨氮。盡管添加鎂鹽成本高，且會(huì )提高廢水中鹽濃度可能會(huì )影響微生物生長(cháng)，但是磷酸銨鎂化學(xué)沉淀工藝操作簡(jiǎn)單，反應速度快，磷酸銨鎂可用作阻燃劑和緩釋肥，具有很高的經(jīng)濟價(jià)值，從廢水中回收的磷酸銨鎂可以間接降低廢水處理的運行費用。因此，針對氨氮和磷濃度高的養殖廢水，磷酸銨鎂沉淀工藝具有很高的應用空間。
用鎂鹽回收廢水中磷的效率與鎂鹽和磷的比例、pH值有很大關(guān)聯(lián)。畜禽廢水中往往存在諸多能與Mg2+生成難溶解無(wú)的陰離子，如OH-和CO32-，這會(huì )導致Mg2+的額外消耗。在實(shí)際畜禽廢水中，當n(Mg)：n(P)為1.1~6：1時(shí)，廢水中磷的去除效果最好，Mg2+與PO43+的反應對pH值比較敏感，pH為8.0～9.5比較適宜磷酸銨鎂結晶的生成。當pH高于10，Mg3(PO4)2為主要產(chǎn)物，pH高于11則會(huì )生成Mg(OH)2，雖然這會(huì )提高P的去除，但是對于氨氮的去除則毫無(wú)意義，同時(shí)也會(huì )消耗過(guò)多的堿，增加運行成本。沼液中的陰離子懸浮物會(huì )消耗鎂鹽，可以采用合適的方法將之去除，比如陽(yáng)離子PAM，可以有效去除廢水中帶負電荷的懸浮物，在削減SS的同時(shí)能夠降低廢水負荷，減少對磷酸銨鎂結晶的影響。郭會(huì )真等采用PAC和PAM作為絮凝對沼液進(jìn)行預處理，n(Mg)：n(P)為1.1：1，經(jīng)過(guò)磷酸銨鎂沉淀工序處理后廢水中氨氮平均為126.4mg/L，去除率達84.5％。黃彬等通過(guò)往沼液中添加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O，在pH值為9.5，n(Mg)：n(P)：nfN)=1.2：1.2：1條件下，氨氮和磷在半小時(shí)內去除率分別達92.3％和97.1％，費用為28.5元/噸。陶智偉等用磷酸銨鎂法處理養豬沼液，比n(Mg2+)：n(NH4+)：n(PO43+)=1.1：1.0：0.85，氨氮去除率達74.3％，P去除率達99％，費用為14.57元/噸。磷酸銨鎂沉淀工藝能夠有效去除廢水中的氨氮和磷，但其運行費用高昂是其使用受到限制的主要原因。
2、生物法
與物化法相比，生化法處理養殖廢水成本低廉，最大的運行費用即為維持微生物某些生存條件所產(chǎn)生的電費。因此，生物脫氮工藝廣為應用，也一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
2.1 厭氧脫氮工藝
厭氧氨氧化即在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物將氧化NH4+-N為氮氣的過(guò)程。厭氧氨氧化是近年來(lái)發(fā)展的一種新的生物脫氮工藝，有無(wú)需外加碳源、能耗低、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)。厭氧氨氧化以亞硝化.厭氧氨氧化工藝(Sharon-Anammox)和完全自養脫氮工藝(CANON)應用最為廣泛。Sharon-mnammox分為兩個(gè)階段，首先在無(wú)氧條件下，部分氨氮被氧化成亞硝態(tài)氮，剩余氨氮與亞硝態(tài)氮在厭氧氨氧化菌的作用下生產(chǎn)氮氣，從而達到脫氮目的。王歡等采用厭氧氨氧化處理豬場(chǎng)沼液，氨氮去除率達91.8％。Anammox菌是主要的厭氧氨氧化菌，然而大量研究表明，過(guò)高的有機負荷會(huì )抑制Anammox菌的活性。因此，Sharon-Anammox普遍運用于低負荷的市政污水處理，或者厭氧反應較為徹底的沼液處理。
CANON是一種低氧的厭氧氨氧化工藝，在缺氧條件下，氨氮先被氧化成亞硝態(tài)氮，然后被氧化成硝態(tài)氮，最后生成氮氣，此過(guò)程硝化反硝化菌接替參與完成工作。在CANON工藝中，亞硝化菌和氨氧化菌均自養，無(wú)需外加碳源，但是該過(guò)程對溶解氧濃度非常敏感，因此要嚴格控制溶解氧低于0.2mg/L。SBR是最具代表性的CANON工藝，研究表明，SBR在一個(gè)反應周期中能夠將85％左右的氨氮轉換成氮氣去除，氨氮最大負荷最大達達0.45g·L-1·d-1(以N質(zhì)量計)。以上兩種厭氧氨氧化工藝均能有效降低運行成本，但是其受有機負荷和溶解氧的影響明顯，而這兩點(diǎn)因素最終歸結于氨氧化菌種的敏感性。
2.2 硝化-反硝化工藝
硝化-反硝化工藝如同步硝化反硝化、短程硝化反硝化等，均屬于異養微生物脫氮工藝。同步硝化反硝化微生物比傳統硝化反硝化微生物生長(cháng)速率更快，意味著(zhù)可以縮短脫氮工序的水力停留時(shí)間，節約建設成本。短程硝化反硝化即微生物能直接利用亞硝酸鹽進(jìn)行反硝化，脫氮速率快，HRT短，剩余污泥少。聶春芬等采用短程硝化反硝化處理畜禽廢水，通過(guò)控制溶解氧為3~4mg/L，水力停留時(shí)間為10小時(shí)，TN去除率達最高達87.32％。無(wú)論厭氧氨氧化還是硝化反硝化，特異菌種或菌群在脫氮的過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)不容忽視的作用。陳咄圳等從畜禽廢水中篩選到一株菌種CPZ24，同時(shí)具有異養硝化一好氧反硝化雙重功能，在異養硝化對總氮的去除率達98.70％，好氧反硝化對總氮的去除率達到64.27％。陳均利等從人工濕地底泥中篩選到高效硝化反硝化菌WT14，溶解氧為0.5mg/L條件下，其對TN的去除率達97.6％。
利用微生物進(jìn)行高效脫氮能夠有效降低運行成本，是未來(lái)高氨氮廢水的發(fā)展方向。但是微生物容易受到溶解氧、pH、溫度和營(yíng)養競爭等影響，因此，還有諸多的問(wèn)題有待解決。人工篩選出來(lái)的特異性菌種仍有待實(shí)際工程應用檢驗。
2.3 人工濕地工藝
上述工業(yè)化廢水處理工藝能夠去除廢水中大部分的氨氮和磷，但出水水質(zhì)遠遠低于地表水最低要求，長(cháng)期排放任會(huì )污染地表水和地下水。人工濕地中植物可以直接吸收利用水中氮磷作為自身生長(cháng)的營(yíng)養元素，也可通過(guò)根系分泌物間接去除水中的營(yíng)養元素。廢水中過(guò)高的有機負荷會(huì )急劇消耗水中的溶解氧，導致植物爛根，因此沼液不能直接進(jìn)入人工濕地，人工濕地常應用于末端深度處理。不同的植物對于氮磷的去除效果不一，如沉水植物、挺水植物和浮水植物不僅因為自身對氮磷利用能力不一樣，還因為其處于水中的三維空間位置，對氮磷的去除效果亦有差異。黃翔峰等選用5種挺水植物處理養殖廢水發(fā)現，黃菖蒲去氮能力最強，4日能去除71％的TN，同時(shí)削減廢水中的抗生素。硝化反硝化微生物在低負荷環(huán)境下有很高的脫氮能力，其在人工濕地中亦發(fā)揮重要作用。采用不用流向方式的人工濕地對氮磷的去除效果差異明顯。劉佳等利用垂直流人工濕地能夠較好的去除養殖廢水中的氮磷，3日氨氮去除率達80％，兼顧去除廢水中的抗生素，Nitrospira屬在該人工濕地中屬于優(yōu)勢菌種。
3、生豬養殖廢水沼液脫氮技術(shù)的前景與展望
生豬養殖廢水中含有高濃度氮磷是生豬養殖方式所導致的必然結果。厭氧生化是該養殖廢水不可回避的處理工藝，其必然導致有機氮向無(wú)機氮轉換，進(jìn)而導致廢水氨氮濃度升高。諸多養殖廢水處理工藝的核心難題均在于對廢水中氮的去除。微生物脫氮成本低廉，但受溫度、pH和營(yíng)養競爭影響明顯，是廢水氮穩定去除的隱患。物化法成本高昂，但不受溫度和場(chǎng)地限制。植物法受季節性影響從而導致脫氮效果不穩定也是不可回避的問(wèn)題。因此，采用物化.生化.植物相結合，合理優(yōu)化各工序之間的銜接，降低運營(yíng)成本，穩定出水水質(zhì)，是未來(lái)生豬養殖廢水處理新工藝發(fā)展的方向之一。（來(lái)源：湖南蒙拓環(huán)境科技有限公司）
