黑膜氧化塘处理养殖废水探讨

摘 要：目前，养殖废水的处理技术较为成熟，但黑膜氧化塘因具有处理成本低、易于管理和维护的特点深受养殖户的青睐，有助于实现畜禽养殖废水的资源化利用。研究从黑膜氧化塘处理后产生的沼液沼渣还田标准、周边需要配套的土地承载力和其他需要配套的辅助设施等方面探讨了利用黑膜氧化塘处理养殖废水的可行性，同时总结了黑膜氧化塘处理养殖废水的优缺点及对各类污染物的去除效率，并举例说明了黑膜氧化塘容积的设置要求，旨在为畜禽养殖废水资源化利用提供技术支撑。

关键词：畜禽养殖废水；黑膜氧化塘；还田；资源化利用

中图分类号： X713 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）2-144-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.02.034

0 引言

随着生活水平的提高，人们对肉、蛋、奶等产品的需求逐渐增加，畜禽养殖业已经发展成我国农村经济的重要组成部分。畜禽养殖业规模化发展产生了大量养殖废水。若养殖废水没有得到有效处理，会对周边环境产生较大影响，可能会造成水体富营养化、水生生物死亡、农田土壤污染等环境问题。2020年6月，生态环境部、国家统计局、农业农村部联合发布的《第二次全国污染源普查公报》显示，2017年畜禽养殖业造成的水污染物排放量中化学需氧量1 000.53万t、氨氮11.09万t、总氮59.63万t、总磷11.97万t，分别占全国水污染物排放量4项分项指标的46.67%、11.50%、19.61%、37.95%。由此可见，畜禽养殖业水污染物的排放已成为全国水污染物排放的主要来源之一。畜禽养殖废水无害化处理是有关科研人员重点关注的研究方向。

陈磊等［1］总结了规模化养猪场废水处理的技术进展，对比了物理化学法、生物法和生态与资源化处理养殖废水的优缺点及各类污染物的去除效率；徐圣君等［2］阐述了畜禽养殖废水生物处理的原理、优缺点等，表明厌氧消化是畜禽养殖粪污处理和资源化利用的途径之一；付晶等［3］通过工程实例研究了UASB-A2/O工艺处理生猪养殖废水，出水能够达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596—2001）要求。目前，大部分研究仅对养殖废水的处理方法、优缺点进行了总结介绍，或者针对某一种特定的方法进行研究得出这种方法的可行性等，这些研究大部分以达标排放为目的，将养殖废水中的有机物分解消耗，但未将养殖废水中的有机质、氮、磷等营养物质进行资源化利用，从而造成了资源浪费。此研究主要探讨黑膜氧化塘处理养殖废水的可行性，将养殖废水变废为宝，为畜禽养殖废水资源化利用提供参考。

1 畜禽养殖废水的特点及危害

1.1 畜禽养殖废水的特点

畜禽养殖废水主要由畜禽尿液、粪便残渣、冲洗水等组成，废水特征与畜禽种类、清粪方式、人工管理水平等因素密切相关。总体来看，畜禽养殖废水是一种高浓度的有机废水，废水中含有高浓度的COD、BOD5、SS、氮、磷、病原微生物等。施胜利等［4］总结了养殖废水污染物的浓度情况，干清粪情况下污染物浓度为：COD 918～2 710 mg/L、BOD5 685～4 820 mg/L、氨氮22.1～60.4 mg/L、总氮41.1～423 mg/L、总磷5.3～52.4 mg/L、悬浮物1 192～7 823 mg/L；水泡粪或水冲洗情况下污染物浓度为：COD 2 740～16 800 mg/L、BOD5 6 000～32 000 mg/L、氨氮70～1 780 mg/L、总氮97.5～1 790 mg/L、总磷13.2～293 mg/L、悬浮物15 000～18 000 mg/L。由此可知，污染物的浓度与清粪方式密切相关，干清粪比水泡粪方式污染物浓度低。虽然养殖种类、清粪方式等影响养殖废水污染物的浓度，但是总体来看，养殖废水的主要特点是有机负荷高、氮磷高、可生化性好、水质水量变化较大，且可能含有大量致病菌。

1.2 养殖废水的危害

基于以上特点，养殖废水若处理不当，会对周边环境产生较大影响，甚至会危害人类健康。未处理的养殖废水若排入水体，可能会造成水体富营养化、水生生物死亡，破坏水生生态平衡，甚至造成某些流行疾病的传播；若排入周边农田，会造成大量有机质在土壤中累积，使土壤环境中的氧化还原体系失去平衡，土壤环境呈还原性，不仅会影响农作物的根系生长，还会使土壤中原本处于惰性状态的有害元素还原而被释放，有害物质在农作物累积后通过食物链进入人体，从而危害人类健康。因此，如何处理畜禽养殖废水，使养殖废水中的污染物实现综合利用，是畜禽养殖业健康发展的重点。

2 养殖废水处理可行技术

畜禽养殖废水的处理方法已经较为成熟，相关部门发布了污染防治技术规范，以污染物排放标准和污染控制技术为基础，规定了畜禽养殖业污染防治工程技术要求。我国发布的畜禽养殖行业污染控制技术相关规范主要有《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T 81—2001）、《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》（HJ 497—2009）、《排污许可证申请与核发技术规范 畜禽养殖行业》（HJ 1029—2019）等。目前，生物处理技术是处理养殖废水较为成熟且应用广泛的工艺，主要分为厌氧、好氧、自然处理及组合工艺，企业可根据出水标准要求选择合适的处理工艺。以上工艺中，黑膜氧化塘处理工艺因具有处理成本低、易于管理和维护的特点深受养殖场的青睐。此研究主要探讨黑膜氧化塘处理养殖废水的可行性，从污染物的去除效率、氧化塘容积设置、沼液沼渣还田标准、还田时需要配套的土地承载力及其他辅助设施等方面来探讨该方法处理养殖废水还田的可行性，旨在为畜禽养殖废水资源化利用提供技术支撑。

3 黑膜氧化塘处理养殖废水的可行性

3.1 黑膜氧化塘工艺介绍

黑膜氧化塘是“全封闭厌氧塘”，是在开挖好的土方基础上，用黑色高密度聚乙烯材料的土工膜将氧化塘底部、顶部密封成一体的超大型污水厌氧反应器。在黑膜氧化塘内，养殖废水中的污染物在厌氧菌的作用下分解成二氧化碳、甲烷等。黑膜厌氧塘设置进水口、出渣口、沼气净化设施等，具有厌氧发酵容积大、污水滞留时间长，污水处理费用低、管理简单，处理后的沼液、沼渣可还田作农肥等优点，适用于有充足土地承载力的中小型养殖场废水的处理。

3.2 黑膜氧化塘处理养殖废水的优势

①黑膜氧化塘具有耐高低温、耐沥青、耐酸碱等优异性质；对进水悬浮物浓度无要求，不会造成污泥淤积和管道堵塞。

②黑膜氧化塘施工简单，建设成本低、周期短，安全性高，工艺流程短，运行维护方便。

③黑膜氧化塘内温度稳定，有利于厌氧菌发酵，即使在寒冷季长、气温低的北方地区，黑膜沼气池内也可以保持常温发酵温度，污水处理效果好。

④黑膜氧化塘厌氧发酵容积大、污水滞留时间长、运行处理费用低。

3.3 黑膜氧化塘对各污染物的处理效率

养殖废水具有高COD、高氮磷的特点。张希瑶等［5］研究了不同季节肉鸡养殖场内的氧化塘对各污染物的处理情况，发现pH值是影响处理效率的重要因素，经氧化塘处理后总氮去除率为17.04%～78.9%，氨氮去除率为52.53%～78.86%，总磷去除率为26.98%～89.64%，COD去除率为50.25%～86.60%。由此可见，黑膜氧化塘对这些污染物均有一定的去除效率，去除率的高低与水温、污水浓度、发酵时间等因素有关，但黑膜氧化塘的去除效率与厌氧工艺（UASB、USR等）、好氧工艺（SBR、接触氧化、MBR）及组合工艺相比却较低。

3.4 黑膜氧化塘容积的设置

一般情况下，黑膜氧化塘占地面积较大，适合周边有充足种植面积的养殖场。容积的设置按照《畜禽养殖污水贮存设施设计要求》（GB/T 26624—2011）确定，容积为养殖污水体积、降雨体积、预留体积三者之和。养殖污水体积与饲养畜禽种类、数量、季节、清粪工艺有关；降雨体积根据25年来该设施每天能够收集的最大雨水量与平均降雨持续时间进行计算；预留体积按照设施的实际长、宽及预留高度进行计算，宜预留0.9 m高。

研究以北方某养殖场为例进行黑膜氧化塘容积的计算。该养殖场年存栏生猪量为5 000头，采用干清粪工艺，养殖场养殖污水产生量见表1。

降雨体积的计算应根据该养殖场具体情况而定，如果设置雨污分流装置，黑膜氧化塘只收集初期雨水，则降雨体积会远小于未设置雨污分流装置的养殖场。该地区25年来最大降雨强度为110 mm/d，降雨时收集到黑膜氧化塘雨水的养殖场面积为50 000 m2，按照雨污合流进行计算，最大降雨时间为2 d，则降雨体积为11 000 m3；如果按照雨污分流计算，只需将初期雨水（降水后15 min）收集到黑膜氧化塘，则收集的降雨体积为57.3 m3/次。

预留体积按照设施的实际长、宽和预留高度进行计算。该养殖场黑膜氧化塘设计的长、宽均为80 m，预留高度按照0.9 m计算，则需要预留的体积为5 760 m3。

综上，按照雨污合流计算，该养殖场需要设置的黑膜氧化塘的容积为44 135 m3；按照雨污分流计算，需要设置的黑膜氧化塘的容积为33 192.3 m3。通过以上数据可看出，养殖场需要设置较大容积的黑膜氧化塘来处理养殖废水。

3.5 沼液、沼渣处置利用可行性分析

养殖废水经黑膜氧化塘充分处理后会产生沼液、沼渣。沼液、沼渣中含有丰富的腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾等，具有刺激作物生长、增强作物抗逆性及改善产品品质的作用，是缓速兼备的优质农家肥。废水经黑膜氧化塘处理后还田不仅能提高废水的资源化利用率，还能降低企业的运行成本。养殖场选址一般在农村地区，周围需有充足的种植农作物的土地，因此，沼液和沼渣可在农作物施肥季节进行还田施肥，实现资源化利用。郭二果等［6］研究了养殖废水还田对土壤环境的影响，发现施用三级氧化塘处理的养殖废水6 a后，土壤的理化性质、重金属含量、营养元素含量均发生了一定变化，但是土壤环境质量仍处于较为清洁的安全状态。因此，经处理的养殖废水进行还田利用的方案是可行的。

3.5.1 沼液、沼渣还田标准要求

沼液、沼渣还田前需要达到相关的标准要求。为保证沼液、沼渣充分发酵腐熟，推荐发酵周期为90 d以上，处理后的沼液、沼渣中的蛔虫卵、粪大肠菌群数、有机质、腐殖酸等各项指标均应满足《畜禽粪便无害化处理技术规范》（GB/T 36195—2018）和《农用沼液》（GB/T 40750—2021）等规范中的相关要求，以免造成二次污染。

3.5.2 沼液、沼渣还田土地承载力分析

经黑膜氧化塘处理的沼液、沼渣达到上述标准要求还田时，还需要对周边土地承载力进行分析，周边需要配套充足的土地对沼液、沼渣进行消化。根据《关于进一步明确畜禽粪污还田利用要求强化养殖污染监管的通知》（农办牧〔2020〕23号），粪污还田利用除了需要达到以上相关质量要求外，还需要配套充足的土地消纳面积。配套的土地消纳面积应满足《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》要求。该指南中指出，畜禽粪污土地承载力及规模养殖场配套土地面积测算以粪肥养分供给和植物养分需求为基础进行核算，其中畜禽粪肥养分需求量与土壤肥力、作物类型和产量、粪肥施用比例有关，畜禽粪肥养分供给量与畜禽养殖量、粪污养分产生量、粪污收集处理方式有关，可根据该指南中的公式计算出最小的土地消纳面积。

3.5.3 沼液、沼渣还田还需配套的设施

沼液、沼渣还田还需要配套一些辅助设施，以解决粪污资源化利用的 “最后一公里”问题。根据《畜禽养殖业污染防治技术规范》（HJ/T 81—2001），在畜禽养殖场与农田之间，应建立有效的污水输送网络，通过车载或管道形式将处理后的污水输送至农田，严格控制污水输送沿途的泄漏、遗洒现象。因此，种养结合的养殖场需要配套建设专属管线及泵房，确保将处理后的养殖废水输送至周边农田，以实现养殖废水的资源化利用。专属管线的建设能避免养殖废水的肆意排放，同时也减轻了环境监管部门的监管压力。

3.6 黑膜氧化塘处理养殖废水的缺点

以上探讨了黑膜氧化塘处理养殖废水的可行性及使用该工艺需要重点关注的问题，该工艺处理畜禽养殖废水具有投资低、易管理、能实现废水的资源化利用等优点，但也有不能忽视的缺点。