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摘 要：沼液的深度净化处理是集约化畜禽养殖废水无害化处理的必由之路，旨在筛选处理猪场厌氧消化液的最佳工艺条件组合，为养殖废水资源化循环利用提供科学依据和技术支撑。采用水质相关国家标准方法，选取2个复合菌剂（A、B），3个接种量（0.5%、1.0%、5.0%），2个通气量（2mg/L、4mg/L），比较研究不同处理条件组合对猪场沼液的净化效果。实验表明：12个组合处理均对猪场沼液具有不同程度的净化效果，能够有效去除猪场沼液生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC， Fecal Coliform），各自去除率最高分别达到90.0%、82.0%、99.9%。综合各项评估指标，工艺1、4、6优于其它组合，其中工艺4为最优组合。
关键词：猪场沼液；复合菌剂；净化作用；效果评估
中图分类号：X703.1 文献标志码：A 论文编号：2014-0272
Optimization of Process Combination on Purification Treatment of Intensive Piggery Biogas Slurry
Li Wenying1， Wu Xuena1， He Xinqiang2， Shao Xiaoming2， Peng Zhiping1， He Hengshan2
（1Institute of Agricultural Resources and Environment， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510640；
2Huizhou dongjin Agriculture Company Limited， Huizhou， Guangdong 51300）
Abstract： The aim was to study the treatment of piggery biogas slurry with different Process Combination （PC）. 12 process combinations were used to remove BOD5、NH3-N、TP、FC （Fecal Coliform） from biogas slurry， and their performances were compared. The results showed that the maximal removal rates of BOD5、TP、FC were up to 90.0%， 82.0%，99.9%. The experiment verified the removal rate of PC1， 4， 6 was more effective than other process combinations.
Key words： Piggery Biogas Slurry； Combined Microorganism Preparation （CMP）； Purification Function； Performance Evaluation
0 引言
隨着集约化养殖业的快速发展，随之而来的污染压力愈来愈大，畜禽养殖废弃物，特别是集约化猪场废水已成为中国许多农村地区的主要污染源。目前大量猪场废水通过沼气工程技术，在利用生物质能源的同时，污染物得到无害化、减量化等有效治理。这虽然有效地控制了猪场废水的直接污染，但由于大量厌氧消化后的猪场沼液通常直接外排或农灌，必将造成严重的二次环境污染和潜在风险，特别是中国东部沿海经济发达地区受土地紧张和养殖规模大的双重约束使养殖环境问题变得尤为突出，猪场沼液的深度净化处理是实现猪场废水无害化和资源化的必由之路[1-2]。同时，猪场沼液含有大量可溶性氮、磷、钾等其它营养物质，进一步无害化处理后可作为速效肥料供作物利用，充分利用其丰富的养分资源，实现化害为利，资源循环利用，可节约农业生产成本，促进可持续农业发展。本项目组在承担完成“养殖污染治理和农村废弃物资源化利用关键技术”及“猪场沼液生态处理技术研究”等相关研究项目的过程中，进行了猪场废水净化专用菌群分离培养、复合菌剂筛选、处理工艺条件优化等一系列相关试验，其中关于单菌剂培养筛选、菌剂组合处理沼液试验结果[3-4]已在另文发表，本研究希望通过对不同工艺条件组合处理沼液的净化效果比较，筛选出最佳工艺条件组合，为进一步完善猪场沼液生态净化处理和农田回灌利用技术体系提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验所用猪场沼液采集于广东省惠州市某集约化猪场大型沼气处理废液池内。
供试菌剂包括2个复合菌剂（简称菌剂A、B），是由放线菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸杆菌等多种功能性微生物菌种混合形成的复合型微生物菌剂。
试验中主要使用仪器包括HI9147溶解氧测定仪、UV-1750紫外可见分光光度计、CR-30R空气泵、GM-0.33型隔膜真空泵等。
1.2 试验方法
1.2.1 实验设计 试验设定不同工艺条件组合进行沼液处理试验：2种复合菌剂（A、B），3个接种量（0.5、1.0、5.0%），2个通气量（2mg/L、4mg/L），共设定12个处理组合，对照（CK）为原沼液，每个处理取沼液量为30 kg，各设3次重复，取样混合均匀后进行测定。
接种方法：在每个处理第1天加入复合菌液，依照试验设计对接种菌剂种类（A、B）、接种量（0.5%、1.0%、5.0%）、通气量（2mg/L、4mg/L）进行组合。处理条件： 8：00—18：00，静置光照；18：00—8：00，采用曝气泵曝气处理。连续培养处理4 d后，进行取样并测定各相关水质指标。 1.2.2 废水水质指标测定方法 废水水质指标测定方法参照国家环保总局编制的《水和废水监测分析方法》[5]，采用水质测定相关国家标准（见表1）。经处理后的沼液取样后立即进行各指标的分析测定，检测指标主要包括：5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC， Fecal Coliform）。各处理的测定结果采用Excel进行数据处理，计算相对去除率并进行分析比较。
2 结果和分析
2.1 初始沼液水质指标分析
猪场废水经厌氧消化处理后，个别水质指标，如悬浮物SS（Suspended Substance）、pH达到《畜禽养殖业污染排放标准》（GB18596-2001）[6]以及《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）[7]，但另外一些非常重要的水质指标，比如BOD5、CODCr、NH3-N、TP、FC、全盐量TS（Total Salt）还远未达到安全排放标准，个别指标超标现象严重，如粪大肠杆菌群检测值為4.0×105个/L，高达10～40倍于排放标准量。这类猪场废液不论是直接排放还是用于农田灌溉，最终都可能导致受纳水体富营养化、地下水水质污染或农产品污染。因此，必须要进一步对其进行水质净化处理，通过单菌剂处理，菌剂组合处理[3-4]后，猪场废液中的CODCr、TS都取得了很好的净化去除效果，仅有TP指标仍处于超标状态（12.98>8.0），为了更加科学全面地评估处理工艺的净化效果，设定BOD5、NH3-N、TP、FC为水质测定指标（见表2）。
2.2 不同工艺条件优化组合的净化处理效果
2.2.1 对沼液生化需氧量（BOD5）的去除效果分析 依据畜禽养殖业污染物排放标准和农田灌溉水质标准中BOD5分别为150 mg/L和100 mg/L的标准，猪场沼液样品在经过前期处理后，基本能够达到国家排放标准，但生化需氧量作为重要的水质安全指标，其在净化处理过程中会有回升的可能，在猪场沼液处理配套系统中，需要对有效去除生化需氧量的工艺进行加强。从表3和图1可以看出，各处理均对BOD5具有一定的去除效果，去除率达到36.5%～97.2%，其中处理1、2、4、9、11、12净化效果较好，最高去除率可达97.2%。
2.2.2 脱氮除磷效果分析 从表3和图2可以看出，试验中各工艺组合处理均对氨氮、总磷具有一定的去除效果，去除率分别为27.9%～45.1%，58.1%～82.0%。几组工艺中以处理6脱氮效果最好，去除率为45.1%；除磷效果最好为处理4，去除率达到82.0%。试验结果表明，不同处理工艺条件优化能够明显提高微生物菌剂的净化处理效果，在猪场沼液深度净化处理技术体系构建中有极其重要改良优化前景。
2.2.3 粪大肠菌群（FC）去除效果分析 与原沼液比较，各处理对粪大肠菌群均具有很好的去除效果（表3和图1），去除率高达46%～99.9%，大部分处理达到农业灌溉和安全排放标准[6-7]，其中处理1、4、5、6、7达到1000个/L以下，由此可见在工艺参数优化条件下，试验中不同微生物菌群组合可以达到猪场废水的深度净化，达到去除卫生污染物质，减少污染风险的目的。
3 讨论
3.1 复合微生物菌剂在处理工艺优化条件下对猪场沼液的净化处理作用
试验中供试微生物菌剂与处理工艺组合共12个处理均对猪场沼液具有较好的净化处理效果，对处理沼液中生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC）均具有良好的净化去除效果，各自去除率分别达到36.5%～97.2%、58.1%～82.0%、20.0%～99.9%，对氨氮具有一定的去除效果（27.9%～45.1%），综合考虑，工艺组合1、4、6优于其它组合。
3.2 处理达标情况分析
通过单菌剂组合成复合菌剂，工艺参数进一步优化后，供试猪场沼液经净化处理后水体透明度明显提高，水质也得到明显改善，各项水质指标都达到了安全排放与农灌标准，尤其是对生化需氧量（BOD5）、粪大肠菌群（FC）的去除率可高达90%以上，为进一步完成猪场沼液资源化利用提供技术支持，与前人的研究结果相比得到相近的效果[8-9]。
3.3 猪场沼液生态处理研究展望
养殖沼液经生态处理后资源化利用是集约化畜禽养殖废水的必经之路。然而，本项目组仅在室内模拟条件下进行了猪场沼液后净化处理的专用菌剂筛选、菌剂组合筛选和工艺条件优化的初步探讨。在猪场废水处理实际应用中，沼液处理效果及其稳定性可能会随着养殖环境条件以及各种处理工艺设计的改变而发生变化。因此，未来还需将先进的后处理工程技术与其它综合处理措施配合，进一步优化工艺条件，实现高效经济的猪场废水净化处理[10-14]。
4 结论
供试复合菌剂及处理工艺组合对沼液具有良好的净化效果，对沼液中生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC）均具有良好的去除净化效果，各自最高去除率分别达到97.2%、82.0%、99.9%。综合考虑以上各项评估指标，组合4（复合菌剂A-1.0%接种量-通气量为4 mg/L）处理效果最优。
参考文献
[1] 隋倩雯，董红敏，朱志平，等.沼液深度处理技术研究与应用现状[J].中国农业科技导报，2011，13（1）：83-87.
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[3] 彭智平，李文英，杨少海，等.微生物菌剂处理猪场沼液效果研究[J].中国农学通报，2011，27（1）：366-369.
[4] 李文英，彭智平，杨少海，等.不同菌剂组合处理猪场沼液试验效果评价[J].广东农业科学，2010（11）：88-90. [5] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002：94-273.
[6] 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.GB18596-2001 畜禽养殖业污染物排放标准[S].北京：中国标准出版社，2001.
[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 5084-2005 农田灌溉水质标准[S].北京：中国标准出版社，2006.
[8] 曹玉成，张妙仙，单胜道.MBBR处理猪场废水厌氧消化液的研究[J].环境工程学报，2008，2（5）：591-594.
[9] 罗明，田鑫，杨可，梁运祥，等.生物强化生态系统处理养殖沼液的研究[J].养猪，2011（1）：54-56.
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[11] Rusten B，Bjornar E，Ulgenes Y. Design and operations of the Kaldnes moving bed biofilm reactors[J]. Aquacultural Engineering， 2006，34：322-331.
[12] 任海波，汝少國，赵书云，等.养殖废水固定化微生物脱氮技术研究进展[J].海洋科学， 2004，28（4）：66-69.
[13] Yetilm E K，S Apcizengin Z. Recovery of ammonium nitrogen from the effluent of UASB treating poultry manure wastewater by MAP precipitation as a slow release fertilizer[J]. J. Hazard Mater， 2009， 166（1）：260-269.
[14] 胡绵好，袁菊红，李思锐，等.云南省嵩明县污水处理厂对污染物处理效果的分析[J].中国农学通报，2013，29（23）：161-164.
关键词：猪场沼液；复合菌剂；净化作用；效果评估
中图分类号：X703.1 文献标志码：A 论文编号：2014-0272
Optimization of Process Combination on Purification Treatment of Intensive Piggery Biogas Slurry
Li Wenying1， Wu Xuena1， He Xinqiang2， Shao Xiaoming2， Peng Zhiping1， He Hengshan2
（1Institute of Agricultural Resources and Environment， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou 510640；
2Huizhou dongjin Agriculture Company Limited， Huizhou， Guangdong 51300）
Abstract： The aim was to study the treatment of piggery biogas slurry with different Process Combination （PC）. 12 process combinations were used to remove BOD5、NH3-N、TP、FC （Fecal Coliform） from biogas slurry， and their performances were compared. The results showed that the maximal removal rates of BOD5、TP、FC were up to 90.0%， 82.0%，99.9%. The experiment verified the removal rate of PC1， 4， 6 was more effective than other process combinations.
Key words： Piggery Biogas Slurry； Combined Microorganism Preparation （CMP）； Purification Function； Performance Evaluation
0 引言
隨着集约化养殖业的快速发展，随之而来的污染压力愈来愈大，畜禽养殖废弃物，特别是集约化猪场废水已成为中国许多农村地区的主要污染源。目前大量猪场废水通过沼气工程技术，在利用生物质能源的同时，污染物得到无害化、减量化等有效治理。这虽然有效地控制了猪场废水的直接污染，但由于大量厌氧消化后的猪场沼液通常直接外排或农灌，必将造成严重的二次环境污染和潜在风险，特别是中国东部沿海经济发达地区受土地紧张和养殖规模大的双重约束使养殖环境问题变得尤为突出，猪场沼液的深度净化处理是实现猪场废水无害化和资源化的必由之路[1-2]。同时，猪场沼液含有大量可溶性氮、磷、钾等其它营养物质，进一步无害化处理后可作为速效肥料供作物利用，充分利用其丰富的养分资源，实现化害为利，资源循环利用，可节约农业生产成本，促进可持续农业发展。本项目组在承担完成“养殖污染治理和农村废弃物资源化利用关键技术”及“猪场沼液生态处理技术研究”等相关研究项目的过程中，进行了猪场废水净化专用菌群分离培养、复合菌剂筛选、处理工艺条件优化等一系列相关试验，其中关于单菌剂培养筛选、菌剂组合处理沼液试验结果[3-4]已在另文发表，本研究希望通过对不同工艺条件组合处理沼液的净化效果比较，筛选出最佳工艺条件组合，为进一步完善猪场沼液生态净化处理和农田回灌利用技术体系提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验所用猪场沼液采集于广东省惠州市某集约化猪场大型沼气处理废液池内。
供试菌剂包括2个复合菌剂（简称菌剂A、B），是由放线菌、乳酸菌、酵母菌、醋酸杆菌等多种功能性微生物菌种混合形成的复合型微生物菌剂。
试验中主要使用仪器包括HI9147溶解氧测定仪、UV-1750紫外可见分光光度计、CR-30R空气泵、GM-0.33型隔膜真空泵等。
1.2 试验方法
1.2.1 实验设计 试验设定不同工艺条件组合进行沼液处理试验：2种复合菌剂（A、B），3个接种量（0.5、1.0、5.0%），2个通气量（2mg/L、4mg/L），共设定12个处理组合，对照（CK）为原沼液，每个处理取沼液量为30 kg，各设3次重复，取样混合均匀后进行测定。
接种方法：在每个处理第1天加入复合菌液，依照试验设计对接种菌剂种类（A、B）、接种量（0.5%、1.0%、5.0%）、通气量（2mg/L、4mg/L）进行组合。处理条件： 8：00—18：00，静置光照；18：00—8：00，采用曝气泵曝气处理。连续培养处理4 d后，进行取样并测定各相关水质指标。 1.2.2 废水水质指标测定方法 废水水质指标测定方法参照国家环保总局编制的《水和废水监测分析方法》[5]，采用水质测定相关国家标准（见表1）。经处理后的沼液取样后立即进行各指标的分析测定，检测指标主要包括：5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC， Fecal Coliform）。各处理的测定结果采用Excel进行数据处理，计算相对去除率并进行分析比较。
2 结果和分析
2.1 初始沼液水质指标分析
猪场废水经厌氧消化处理后，个别水质指标，如悬浮物SS（Suspended Substance）、pH达到《畜禽养殖业污染排放标准》（GB18596-2001）[6]以及《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）[7]，但另外一些非常重要的水质指标，比如BOD5、CODCr、NH3-N、TP、FC、全盐量TS（Total Salt）还远未达到安全排放标准，个别指标超标现象严重，如粪大肠杆菌群检测值為4.0×105个/L，高达10～40倍于排放标准量。这类猪场废液不论是直接排放还是用于农田灌溉，最终都可能导致受纳水体富营养化、地下水水质污染或农产品污染。因此，必须要进一步对其进行水质净化处理，通过单菌剂处理，菌剂组合处理[3-4]后，猪场废液中的CODCr、TS都取得了很好的净化去除效果，仅有TP指标仍处于超标状态（12.98>8.0），为了更加科学全面地评估处理工艺的净化效果，设定BOD5、NH3-N、TP、FC为水质测定指标（见表2）。
2.2 不同工艺条件优化组合的净化处理效果
2.2.1 对沼液生化需氧量（BOD5）的去除效果分析 依据畜禽养殖业污染物排放标准和农田灌溉水质标准中BOD5分别为150 mg/L和100 mg/L的标准，猪场沼液样品在经过前期处理后，基本能够达到国家排放标准，但生化需氧量作为重要的水质安全指标，其在净化处理过程中会有回升的可能，在猪场沼液处理配套系统中，需要对有效去除生化需氧量的工艺进行加强。从表3和图1可以看出，各处理均对BOD5具有一定的去除效果，去除率达到36.5%～97.2%，其中处理1、2、4、9、11、12净化效果较好，最高去除率可达97.2%。
2.2.2 脱氮除磷效果分析 从表3和图2可以看出，试验中各工艺组合处理均对氨氮、总磷具有一定的去除效果，去除率分别为27.9%～45.1%，58.1%～82.0%。几组工艺中以处理6脱氮效果最好，去除率为45.1%；除磷效果最好为处理4，去除率达到82.0%。试验结果表明，不同处理工艺条件优化能够明显提高微生物菌剂的净化处理效果，在猪场沼液深度净化处理技术体系构建中有极其重要改良优化前景。
2.2.3 粪大肠菌群（FC）去除效果分析 与原沼液比较，各处理对粪大肠菌群均具有很好的去除效果（表3和图1），去除率高达46%～99.9%，大部分处理达到农业灌溉和安全排放标准[6-7]，其中处理1、4、5、6、7达到1000个/L以下，由此可见在工艺参数优化条件下，试验中不同微生物菌群组合可以达到猪场废水的深度净化，达到去除卫生污染物质，减少污染风险的目的。
3 讨论
3.1 复合微生物菌剂在处理工艺优化条件下对猪场沼液的净化处理作用
试验中供试微生物菌剂与处理工艺组合共12个处理均对猪场沼液具有较好的净化处理效果，对处理沼液中生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC）均具有良好的净化去除效果，各自去除率分别达到36.5%～97.2%、58.1%～82.0%、20.0%～99.9%，对氨氮具有一定的去除效果（27.9%～45.1%），综合考虑，工艺组合1、4、6优于其它组合。
3.2 处理达标情况分析
通过单菌剂组合成复合菌剂，工艺参数进一步优化后，供试猪场沼液经净化处理后水体透明度明显提高，水质也得到明显改善，各项水质指标都达到了安全排放与农灌标准，尤其是对生化需氧量（BOD5）、粪大肠菌群（FC）的去除率可高达90%以上，为进一步完成猪场沼液资源化利用提供技术支持，与前人的研究结果相比得到相近的效果[8-9]。
3.3 猪场沼液生态处理研究展望
养殖沼液经生态处理后资源化利用是集约化畜禽养殖废水的必经之路。然而，本项目组仅在室内模拟条件下进行了猪场沼液后净化处理的专用菌剂筛选、菌剂组合筛选和工艺条件优化的初步探讨。在猪场废水处理实际应用中，沼液处理效果及其稳定性可能会随着养殖环境条件以及各种处理工艺设计的改变而发生变化。因此，未来还需将先进的后处理工程技术与其它综合处理措施配合，进一步优化工艺条件，实现高效经济的猪场废水净化处理[10-14]。
4 结论
供试复合菌剂及处理工艺组合对沼液具有良好的净化效果，对沼液中生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）、粪大肠菌群（FC）均具有良好的去除净化效果，各自最高去除率分别达到97.2%、82.0%、99.9%。综合考虑以上各项评估指标，组合4（复合菌剂A-1.0%接种量-通气量为4 mg/L）处理效果最优。
参考文献
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