近年来，随着人民生活水平的不断提高，对畜禽 产品的需求不断增加，在党和政府一系列鼓励扶持政 策推动下，畜禽养殖业发展迅猛，规模化畜禽养殖逐 步取代传统分散养殖成为畜禽养殖业发展的主要支 撑。畜禽养殖业的发展在满足城乡居民对肉食品需要 的同时，也造成粪尿过度集中，冲洗水大量增加。废水 中含有大量污染物质，且污染负荷较高，如处理不当， 势必会对环境、饮用水源、农业生态产生直接威胁和 危害^{[1, 2, 3, 4]}。2010 年第一次全国污染源普查公报显示，农 业源污染物排放对水环境的影响已超过工业源，农业 源污染中比较突出的属畜禽养殖业污染，畜禽养殖业 的化学需氧量、总氮和总磷分别占农业源的96%、 38%和56%^[5]，畜禽养殖污染治理已引起各级政府的高 度重视和社会的广泛关注。目前，国内关于畜禽养殖废 水处理方面的研究报道以好氧、厌氧以及好氧+厌氧 工艺为主，且报道中显示的处理效果普遍较好^{[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]}， 但在大面积推广应用时，却因种种原因未能实现其预 定目标。因此，本研究围绕规模畜禽场粪污综合处理 问题，通过技术工艺集成，制定一套易于推广的优化 处理方法和循环利用新模式，并选择规模化养殖场进行技术集成与示范，以期为畜禽养殖污染治理，削减 COD、氨氮、总磷排放量等提供技术参考。 1 研究背景

近年来，随着社会发展和科技进步，江苏畜禽养 殖业也发生着深刻变化，畜禽养殖业粪污综合利用问 题不容忽视。 1.1 江苏畜禽养殖业发展情况

2012 年江苏省农村统计年鉴显示^[14]，2011 年全 省生猪存栏1 745.5 万头，生猪出栏2 878.2 万头，同 比增长1.1%；年末牛存栏34.1 万头，出栏19.4 万头， 同比增长3.5%；羊的饲养量略有降低，年末存栏 415.6 万只，出栏663.7 万只；全省家禽存栏3.47 亿 只，出栏8.41 亿只，增长4.6%。2011 年全省肉类产量 226.76 万t，禽蛋产量194.86 万t，牛奶产量59.17 万 t，畜牧业产值为1 190.50 亿元，占农林牧渔业总产值 的22.7%，畜牧业增加值为267.25 亿元，占农林牧渔 增加值的28.4%。 1.2 江苏畜禽养殖业发展特征

江苏规模养殖形式主要包括大中型规模养殖、专 业大户、养殖小区、专业合作组织及加工企业自建养 殖基地等。从规模养殖发展特点看，一是规模畜禽养 殖企业总量增加，规模养殖比重逐年提高，散养户明 显下降；二是大中型规模养殖比重较低，仍以中小规 模发展为主；三是农牧脱节现象比较突出。据畜牧局 统计数据显示^[15]，2009 年江苏省一般规模以上畜禽养 殖场有13 万个，2010 年一般规模以上畜禽养殖场达 16 万个，其中生猪、蛋禽、肉禽、奶牛规模养殖企业 （场、专业大户）分别为84 939、42 642、35 450、1 031 个，见表 1。

表 1 2010 年全省畜牧规模养殖场（户）及养殖量

表选项

畜禽养殖场排放的粪、尿中含丰富的氮、磷。据统计，江苏省牛、猪和禽类的氮排放当量分别为60.03 kg·a^-1·头-1、4.43 kg·a^-1·头^-1和0.43 kg·a^-1·羽^-1，磷的 排放当量为13.35 kg·a^-1·头^-1、2.25 kg·a^-1·头^-1、0.16 kg·a^-1·羽^-1。实际养殖中，许多畜禽养殖废水混合着粪 便被直接排放于环境中。2008年，江苏便启动了畜禽 养殖污染治理。2009 年，江苏省政府印发了《省政府 关于转变农业发展方式加快建设现代农业的意见》， 意见明确提出，按照“减量化、再利用、资源化”要求， 积极推广生态健康养殖技术和农牧结合技术。到 2015 年，全省规模畜禽场粪便无害化处理和资源化 利用率要达到85%。目前，国内雨污分流工艺^[16]、挤压 脱水工艺^{[17, 18]}、废水深度处理工艺^{[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]}等已较为成熟， 但在畜禽养殖粪污处理方面缺少有效的组装及易于 成功推广应用的案例。因此急需研发和推广投资小、 运行费用低、见效快的，适合江苏实际的新型畜禽养 殖粪污综合处理技术，实现畜禽场养殖粪污的“减量 化、无害化、资源化、生态化”综合治理，保护和改善生 态环境。 2 模式设计与分析 2.1模式设计

本研究在分析前人关于养殖废水处理组合设计 基础上^{[4, 7, 11, 12, 13]}，充分结合江苏实际情况，提出畜禽养殖 粪污“三分离一净化”综合处理模式，通过在养殖场集 成并优化雨污分流、干清粪、挤压脱水、深度净化等工 艺技术，最终实现养殖场粪污综合处理及资源化循环 利用。工艺流程图见图 1。

图 1 养殖场粪污“三分离一净化”综合处理技术工艺图

图选项

指采用雨污分流工艺，在养殖场外部铺设雨水沟 渠（或管道）和污水管道，实现养殖场雨水和污水分 流，减少污水总量，便于针对性地处理养殖废水。应用于城市、住宅小区以及垃圾填埋场库区的雨污分流工 艺已相当成熟，冯沧等^[16]对上海市旧住宅小区雨污分 流改造结果显示，改造区的雨污混接率降低了60%， 有效减少污水总量。文昊深等^[19]通过对成都市固废处 置场一期库区雨污分流系统工程设计，项目实施后， 渗滤液年均日产生量减少465 m³·d^-1，年均日输送量 减少到1 085 m³·d^-1，渗滤液输送的年均日运行综合 费用减少到6.75 元·m^-3，每年减少764 万元。目前实 施雨污分流工艺也已逐渐成为畜禽养殖场新建和改 建的必备条件之一。 2.2.2 干湿分离

指在养殖场内部采取干清粪工艺，通过配置机械 刮板机清理或人工清理，实现粪便与尿液、冲圏水等 养殖废水的分离。张克强等^[2]、徐谦等^[20]研究表明规模 畜禽场采用干清粪工艺可大幅度降低单位废水产生 系数和废水中污染物浓度（表 2）。侯亚辉等^[17]研究显 示采用干清粪工艺污水中COD 浓度值比水冲粪工艺 低一个数量级，氨氮、总磷等指标也相对较小。董洪梅等^[1]认为干清粪工艺产生的污水量少，且其中的污染 物含量低，易于净化处理。因此，本设计采用干清粪工 艺，清理的干粪便存储于干粪堆积棚内，便于加工有 机肥或直接出售。

表 2 干清粪与水冲粪工艺比较^{[2, 20]}

表选项

指在养殖场外部，利用高效固液分离设备^{[18, 21]}对 储粪池中的养殖粪污进行挤压脱水处理，固体粪便运 输至干粪堆积棚，液体部分经三格式化粪池沉淀、厌 氧、好氧后，再次利用高效固液分离设备进行挤压脱 水处理，进一步减少污水中粪便含量，以减轻后续处 理压力。 2.2.4 生态净化

指养殖场根据养殖种类、养殖规模、养殖粪污实 际产生量等情况置建养殖废水一体化深度处理设备 和生态净化塘（或人工湿地），养殖废水经深度处理后 排入生态净化塘，通过在生态净化塘周边种植湿生树 种、塘内配置水生植物，充分净化养殖废水。王海芹等^[8] 研究显示养殖废水一体化深度处理设备可有效去除干清粪工艺后的污水中COD、氨氮及总磷含量，去除 率达95%以上。诸多研究表明利用生态净化塘或人 工湿地处理养殖废水的效果较好^{[7, 9, 11, 12]}。 3 结果与讨论

在太湖流域结合省级太湖水环境治理（农业类）专 项资金，选择规模畜禽养殖场进行了工程示范研究， 根据养殖场实际粪污产生量置建相应规模的示范工 程，示范工程总投资在180 万~240 万元之间，其中省 级补助资金占总投资的33.3%。2012 年在太湖流域 示范建设27 处，示范结果表明，雨污分离工艺可实现 养殖场雨水和污水分离，雨水经雨水沟渠流入雨水收 集池，养殖尿液及冲洗废水经污水管道排入污水处理 系统，工程实施后，有效减少了养殖场污水产生量。采 用干清粪工艺实现养殖粪便与尿液、污水分离。在猪 场示范显示，粪便收集率达到98%以上，与水冲粪工 艺比较，可减少水量约32.8%，污水中COD、总氮、总 磷分别降低2.5%、24.5%、12.7%。在奶牛场示范显示， 收集的粪便含水量较常规工艺降低8.0%，污水中 COD、氨氮分别降低了140%和39.1%。潘碌亭等^[22]认 为初始养殖废水中COD 含量高达5 000~20 000 mg· L^-1，经预处理后在5 000~6 000 mg·L^-1左右，本研究养 殖污水经污水管道、集粪池、固液分离机、三格式化粪 池等预处理环节可有效降低COD 含量。经测定，在三 格式化粪池处理后的污水中COD 含量已降至1 000 mg·L^-1以下，再经后续废水深度处理一体机和生态塘 净化处理，COD、氨氮去除率可稳定达96%以上，满足 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918— 2002））中的一级B 排放标准。赵洪波等^[23]的研究养殖 污水处理费用约为3.5元·m^-3，邓良伟等^[6]认为用工业 化处理模式处理畜禽粪便污水运转费用在2.0 元· m^-3，梁进等^[24]的研究应用结果显示处理费用在2.5元· m^-3左右。本设计的处理费用主要集中在人工和运行 动力费用上，示范结果显示处理费用平均在0.9~2.1 元·m^-3之间，且日处理量越大，单位处理费用越低。

以宜兴市高塍镇陈亮畜禽养殖场示范工程为例，养殖场位于宜兴市高塍镇肖张墅村，占地2.33 hm²， 建筑面积2 420 m²，其中猪舍面积2 160 m²，现存栏优 质种猪200 头，年商品猪出栏3 500 多头。由于没有 足够的农田配套，养殖粪污处理利用问题一直困扰 着企业的发展。实施本研究养殖场粪污“三分离一净 化”综合处理工程示范后，实现了养殖粪污无害化处 理、资源化利用及养殖废水达标排放，达到了生态养 殖目的，同时也为国家畜禽养殖污染减排提供了较好 的标杆模式。宜兴市环境监测站对工程处理效果进行 了多次监测^{[25, 26, 27]}，监测结果显示，后续深度处理阶段 COD 和氨氮去除率达96%以上，总磷达94%以上（表 3、图 2）。

表 3 工程处理效果^{[25, 26, 27]}

表选项

图 2 后续处理阶段主要指标去除率（n=3）

图选项

本研究通过集成养殖场雨污分流、干清粪、挤压 脱水、深度净化等工艺技术，设计养殖场粪污“三分离 一净化”综合处理工程模式，并选择养殖场实施了示 范工程建设。项目实施后养殖废水COD、氨氮的总去 除率均达96%以上，废水排放基本满足《城镇污水处 理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级B 排放标准，而固体养殖粪便也实现无害化处理及资源 化有效利用。实践表明，本研究在解决规模畜禽养殖 场粪污处理与综合利用方面成效显著，且运行可靠、 管理方便，适宜有条件的地区推广运行。