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摘 要：规模化养猪场带来了严重的环境污染问题。综述我国规模化养猪场污水处理的相关研究进展。
关键词：规模化养猪场；废水处理；污染；治理技术
DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.01.012
Abstract： Largescale piggery brought serious environmental pollution. The research progresses in sewage treatment in largescale pig farms were summarized.
Key words： Largescale piggery； sewage treatment； pollution； treatment technology
随着畜禽集约化养殖技术的进步和农业产业结构的调整，规模化生猪养殖得到快速发展。但随着生猪养殖规模的扩大，大量养猪业废弃物给区域生态环境造成巨大压力与负面影响，成为农业面源污染的主要来源。我国2010年生猪存栏数已达46460.0万头，出栏数66686.4万头[1]。而目前我国畜禽养殖污染治理率仅21.7%，且90%以上的畜禽养殖场没有污水治理设施，再加上80%的规模化畜禽场大多分布于中小城市的郊区、人口稠密的沿江流域与城乡结合地区，大量而集中的粪便污水任意排放，污染养殖场周围空气、附近土壤和地下水，造成饮用水源硝酸盐超标，形成严重的面源污染，给自然环境和居民健康带来巨大危害，也导致社会财富的巨大浪费。因此养殖场废水污染有效防控与主动治理迫在眉睫。
1 养猪场废水特性及治理主要工艺模式
1.1 养猪场废水特性
养猪场废水主要由尿液、粪便、饲料残渣和冲洗水等组成，有的猪场还包括生产过程中产生的生活废水。养猪场废水是高浓度的有机废水，其水质特征与清粪方式，以及冲洗水的使用、猪消化功能和生产管理等因素有关[2]。一般来说，养猪场废水的CODCr含量11000～28000 mg·L-1、BOD5含量3000～13000 mg·L-1、NH3-N含量410～570 mg·L-1、P2O5含量410～680 mg·L-1，另外还含有各种病原微生物。含有这些污染物的养猪场废水如果不进行适当、有效的处理，一旦进入天然水体和农田，会造成严重的生态环境污染。
1.2 养猪场废水治理的主要工艺模式
养猪场废水的治理方法可分为物理法、化学法和生物处理法。其中，物理法去除率低，而化学法存在二次污染，生物处理法是最经济有效的处理方法。生物处理法可分为厌氧处理法、好氧处理法、自然处理法和综合处理法等[3]。厌氧处理法具有能量消耗低、有机负荷高、污泥产量低、可产生能源沼气等优点，但其出水仍然达不到排放标准，需要进一步的后续处理；用好氧处理法处理污水较为彻底，但其能耗高，需要耗费大量的资金；自然处理法的工艺简单、投资费用低，但是受自然条件的制约较大。目前我国大多数养猪场采用的是以厌氧发酵为主体，并结合好氧处理和生态处理为后续处理技术的综合处理方法。综合处理方法一般分为两种工艺模式，即能源环保型模式和能源生态型模式。根据不同的治理要求和不同猪场的实际情况，可选择不同的工艺模式进行废水处理，其中能源环保型模式适用于采用干清粪方式的大型和超大型猪场，能源生态型适用于采用水冲粪或水泡粪方式的小型和中型猪场[4]。
1.2.1 能源环保型模式 能源环保型模式处理是将畜禽污水处理达标后直接排入自然环境或者回收利用。该工艺一般采用厌氧消化技术与后处理技术相结合的工艺技术路线，其中常用的后处理技术包括生态处理（氧化塘、人工湿地等）和好氧生物处理（SBR等），工艺流程见图1。该工艺可以使最终出水达标排放，防止二次污染，但工程沼气产量较低，投资成本和运行费用高，适用于周边没有土地消纳沼液的养猪场。我国沿海地区大中型集约化猪场周边耕地有限，沼液无法在附近农地还田利用，所以大多数猪场都必须选择经过后处理达标排放的能源环保型模式。杨朝晖等[5]利用固液分离-UASB-SBR工艺应用于规模化养猪场废水处理，CODcr去除率85%～90%、BOD5去除率82%～92%、氨氮去除率95%～98%，各项指标均达到排放标准。
1.2.2 能源生态型模式 能源生态型模式是将畜禽污水经过厌氧发酵后产生的沼渣和沼液直接农灌还田，此模式在猪场周围必须有足够的农田、鱼塘等用于消纳沼渣和沼液，工艺流程见图2。这一模式可将沼气及其发酵副产物（如沼液、沼渣）等进行综合利用：沼氣可用于炊事、照明、保暖以及水果的保鲜等；沼液可以用于浸种、叶面喷洒、生物农药等，有利于生产无公害果蔬；沼肥可用作蔬菜和果蔬的基肥和追肥，提高农产品的产量和质量。该模式的优点是可将养殖业和种植业有机地结合起来，实现畜禽粪便的资源化循环利用，最终达到“零排放”，具有良好的生态与经济效益。林代炎等[6]利用该模式在规模化养猪场发展沼气能源、食用菌、种植业、养鱼等产业，年节约成本105万元，污水经过各层次利用后作为冲栏水回用，最终在系统内部实现了粪污循环再利用。
2 养猪场污水治理主要单元技术
2.1 前处理技术
生猪养殖废水的污染物浓度高，悬浮物含量大且易形成浮渣，这些浮渣进入后续的生化处理系统后将会堵塞管路，进而影响生化效果和最后的排放水质。因此，采用适当前处理技术不仅可以减轻后续污水处理的难度，而且也能够减少后续污水处理的工程投入。目前，大部分规模化养猪场采用格栅、固液分离机、初沉池等前处理设施。
2.1.1 格栅 格栅一般倾斜安装在粪便污水的入口处，用以截留污水中的粗大悬浮物和杂质（猪粪污水中通常含有树枝、药品和塑料袋等杂物），防止后续处理设备堵塞或损坏。格栅的间距设置和污水的性质决定了所能截留污染物的数量，栅条间距一般为16～25 mm，最大不超过40 mm，倾斜角45°～70°。 2.1.2 固液分离机 采用水冲粪或水泡粪这两种清粪方式产生的粪便污水含有大量的有机污染物和悬浮物，需要通过固液分离后再分别处理固形物和污水，从而有效降低污水中的污染物浓度，同时可确保后续的厌氧处理工艺稳定、有效运行。林代炎等[7-8]研制的振动式固液分离机FZ12获得国家发明专利，并利用几种不同的固液分离设施对猪粪污水进行固液分离试验。试验结果表明：FZ12固液分离机更适合规模化养猪场的污水前处理，对总固体物质（TS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）的去除率分别达到63.2%、61.9%和59.0%，分离出的粪渣含水率为52.6%。张德晖等[9]开展了水平圆振动畜禽粪便固液分离机的可行性研究，该固液分离机具有性能可靠、构造简单、制造成本和维护费用低、易推广等特点。余光涛等[10]利用全自动高效固液分离机对养猪场粪便污水进行前处理，配套功率2.50～3.75 kW，每小时处理污水量20～40 t，脱水后粪渣TS降低至35%，含水率为60%～65%。
2.1.3 初沉池 初沉池的作用主要是去除悬浮固体中的可沉降固体物质，在一定程度上还可起到调节池的作用。但是，在废水中COD浓度特别低，而悬浮物（SS）又不是很高的情况下，为了避免碳源不足影响后续处理，通常不设初沉池。
猪粪污水经固液分离后，其悬浮物的比重较大且颗粒度较小，因此更具沉降性。研究表明，固液分离后的粪便污水经沉淀处理，对悬浮物的去除率可达30%～35%，其沉降效果与污水水温密切相关，冬天水温低，沉淀效果好，而夏天水温高，容易发酵而不易沉淀。
2.2 厌氧处理技术
近年来，国内外研究人员对养猪场废水的生物处理技术开展了大量研究和实践。由于养猪废水COD浓度较高且波动较大，若直接进入好氧处理系统，会造成负荷高、处理能耗大、运行成本高等问题。利用厌氧发酵处理养猪场废水，不但可以有效降低污水中有机物浓度，其附加产品——沼气还可以作为燃料或用于发电，降低能源消耗；厌氧发酵的另一副产物——沼液，可作为优质有机肥施用于各类农作物，降低化肥用量，进一步提高农作物的品质和产量。因此，厌氧发酵处理技术与好氧处理技术相比显得更为经济有效，是治理规模化养猪场粪便污水的核心技术[11]。
2.2.1 厌氧发酵工藝 自20世纪50年代Schroepfer开发了第一代反应器——厌氧接触反应器以后，科研人员在实践过程中通过不断改进和创新，进而开发了以厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、升流式厌氧固体反应器（USR）等为代表的第二代反应器，以及以厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、内循环反应器（IC）等为代表的第三代反应器[12]。
目前用于处理养猪场废水的厌氧发酵工艺有很多，其中较为常用的有以下几种：
（1）隧道式沼气池。福建省农业科学院研制的ZWD型隧道式沼气池是我国最先设计应用的水压式沼气池型，该沼气池具有占地面积小、结构简单、操作方便等优点，大大提高了产气率，克服了旧式水压式沼气进出料难、占用有效建造容积等缺点。目前已经应用于省内数十家养殖场，并在畜牧场内建立养猪场废水循环利用系统，使沼气、沼液、粪渣全部得到充分的利用，实现“零排放”[13]。该工艺适用于中小型养猪场污水处理，可处理高浓度、高悬浮物的猪场废水，运行效果显著。
（2）升流式厌氧污泥床反应器（UASB）。UASB是目前国内运用最多的反应器，其工艺特征是在上部设置气、液、固三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水从底部流入，向上升流至反应器顶部流出。由于混合液在沉淀区进行固液分离，污泥可自行回到污泥床区，使污泥床区能保持很高的污泥浓度和生物活性。该反应器的优点是结构简单、占地面积少、处理效果好、处理成本低、投资少等，对高浓度有机废水有较好的适应性，设备材质采用碳钢防腐，使用寿命长达10～20年[14]。
（3）升流式厌氧固体反应器（USR）。USR是一种简单的反应器，是参照UASB原理开发的，是目前最有发展前途的结构类型。原料从底部进入消化器，消化器内不需要搅拌装置，不需要污泥回流，也不需要安置三相分离器，能自动形成比HRT较长的SRT与MRT，未反应的生物固体和微生物靠自然沉淀滞留于反应器内[15]。该反应器具有消化效率高、无短流现象、不易结壳等优点，可处理含固率较高（5%～10%）的废水，近年来多用于处理高浓度、高悬浮物的养殖废水。
（4）IC（内循环）厌氧反应器。IC厌氧反应器是一种高效能多级内循环反应器，1986年由荷兰某公司研究成功并用于生产，是目前世界上效能最高的厌氧反应器。该反应器利用反应器内沼气的提升力实现发酵料液的内循环，废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。与第二代厌氧反应器相比，具有容积负荷高、抗冲击负荷能力强、抗低温能力强、具有缓冲pH值的能力、出水稳定性好、节省投资和占地面积小及内部自动循环无需外加动力等优点[16]。该工艺具有较高的处理效率，更适用于有机高浓度废水，但对悬浮物较多的物料并不适用。
（5）膨胀颗粒污泥床（EGSB）。针对UASB反应器内混合强度不够和容易形成短流等缺点，第三代厌氧处理工艺——EGSB应运而生。EGBS可提高反应器水力负荷，同时采用出水回流的方式可降低污染物对微生物的毒害作用。该反应器除了具备UASB所具有的特征以外，还具有另外一些优点，比如：上升流速高、COD 去除负荷高；厌氧污泥颗粒粒径较大，反应器抗冲击负荷能力强；反应器为塔形结构设计，具有较高的高径比，占地面积小等[17]。EGSB可用于SS含量高的和对微生物有毒性的废水处理，该反应器不但在处理低浓度污水时具有UASB无法比拟的优越性，而且对于处理中高浓度污水同样能取得良好的效果，具有广阔的应用前景。
2.2.2 厌氧发酵工艺对不同清粪方式的适用性 对于水冲粪或水泡粪清粪方式的混合污水，其COD浓度通常在5000～20000 mg·L-1范围，同时SS浓度也较高，适宜采用塞流式或全混合的厌氧发酵工艺，比如隧道式沼气池、IC内循环反应器等。林代炎等利用以隧道式沼气池为主要处理单元的生物处理工艺处理清粪方式为水冲粪的养猪场废水，其污水中COD含量从8350 mg·L-1降到400～450 mg·L-1[18]，达到《粪便无害化卫生标准》（GB7959-1987）。干清粪后的污水浓度通常较低，其COD浓度一般为1000～7600 mg·L-1，可以采用发酵水力负荷较高的UASB或USR等工艺。赵军等[19]利用UASB为主要处理单元的生物处理工艺处理清粪方式为干清粪的养猪场废水，结果表明：该反应器对COD具有高效的去除率，COD从6000 mg·L-1降低至200～400 mg·L-1。 2.3 后处理技术
厌氧工艺虽具有众多优点，但毕竟是一种不彻底的处理方式，厌氧出水的COD一般仍高达1200～1500 mg·L-1，因此必须对出水进行进一步的后续处理。目前应用较多的后处理技术主要包括人工湿地处理技术、生物氧化塘处理技术、沼液回田利用技术以及SBR曝气处理技术等等。
2.3.1 人工湿地处理 人工湿地是由碎石构成碎石床，在碎石床上栽种耐有机物污水的高等植物，这在一定程度上净化污水，并能给生物滤床增氧，降解矿化有机物。另外，人工湿地碎石床也是一种过滤悬浮物的结构，能够进一步去除污水中的悬浮物质。此技术能够高效地去除BOD、COD、SS、N、P等污染物，提高含氧量，并消除异味、细菌和病毒[20]。人工湿地系统作为一种兼有水体修复、园林绿化和景观效果的水处理设施，其处理费用较低，且具有较高的应用价值。
2.3.2 生物氧化塘 生物氧化塘不仅能有效地处理高浓度有机物水，也可以处理低浓度污水，按照塘内微生物的类型和供氧方式来划分，可以分为好氧塘、厌氧塘、兼性塘以及曝气塘。氧化塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、能有效去除污水中的有机物和病原体、耐冲击负荷能力强、污泥产量低，以及可美化环境形成生态景观等优点[21]。养猪场废水氮磷含量高，将生物氧化塘作为生猪养殖废水的后续处理工艺，在沼气厌氧发酵基础上因地制宜采用水生物氧化塘工艺进行深度脱氮除磷，可对污水起到进一步的净化作用。
2.3.3 回田利用 沼液中含有农作物生长所需的N、P、K等矿物元素，同时还含有各种生理活性物质及微量元素，如果能够合理利用必定能带来一定的经济价值。根据不同地区的实际情况，在不超过耕地消纳能力的前提下开展沼液耕地安全利用研究，种植牧草、蔬菜、果树等，既能消纳沼液解决环境污染问题，又可增加农产品的产量和质量，增加农民收入，促进当地经济发展，可谓一举多得。
2.3.4 SBR好氧曝气处理 SBR反应器集进水、反应、沉淀、出水于一体，具有不需要二次沉淀池和污泥回流系统，占地面积小，运行管理方便，耐冲击负荷能力高等优点，非常适合用于养猪场废水处理以及现有工艺的改造，结合厌氧发酵或其他工艺可取得良好的处理效果，是目前较为常用的后处理措施[22]。
3 几点思考
（1）治理原则：对生猪养殖废水的治理本着“减量化”“无害化”“资源化”和“可控化”的原则，既要减少污水量和污水中污染物含量，还要化害为利、变废为宝，实现生产良性循环，达到污水“零排放”的目标。
（2）多管齐下：由于生猪养殖废水成分较为复杂，单一的处理技术很难达到处理要求，因此应采用多种处理技术相结合的方式以达到最佳处理效果。
（3）因地制宜：在选择工艺模式时需要根据不同地区的自然、地理条件和经济发展水平，因地制宜采用不同的粪污治理方式，充分利用当地自然条件和地理优势优先选用废弃物消纳利用技术，然后选择最适宜的处理技术，以减少资金投入，降低运行成本，促进当地经济发展。
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（责任编辑：刘新永）
关键词：规模化养猪场；废水处理；污染；治理技术
DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.01.012
Abstract： Largescale piggery brought serious environmental pollution. The research progresses in sewage treatment in largescale pig farms were summarized.
Key words： Largescale piggery； sewage treatment； pollution； treatment technology
随着畜禽集约化养殖技术的进步和农业产业结构的调整，规模化生猪养殖得到快速发展。但随着生猪养殖规模的扩大，大量养猪业废弃物给区域生态环境造成巨大压力与负面影响，成为农业面源污染的主要来源。我国2010年生猪存栏数已达46460.0万头，出栏数66686.4万头[1]。而目前我国畜禽养殖污染治理率仅21.7%，且90%以上的畜禽养殖场没有污水治理设施，再加上80%的规模化畜禽场大多分布于中小城市的郊区、人口稠密的沿江流域与城乡结合地区，大量而集中的粪便污水任意排放，污染养殖场周围空气、附近土壤和地下水，造成饮用水源硝酸盐超标，形成严重的面源污染，给自然环境和居民健康带来巨大危害，也导致社会财富的巨大浪费。因此养殖场废水污染有效防控与主动治理迫在眉睫。
1 养猪场废水特性及治理主要工艺模式
1.1 养猪场废水特性
养猪场废水主要由尿液、粪便、饲料残渣和冲洗水等组成，有的猪场还包括生产过程中产生的生活废水。养猪场废水是高浓度的有机废水，其水质特征与清粪方式，以及冲洗水的使用、猪消化功能和生产管理等因素有关[2]。一般来说，养猪场废水的CODCr含量11000～28000 mg·L-1、BOD5含量3000～13000 mg·L-1、NH3-N含量410～570 mg·L-1、P2O5含量410～680 mg·L-1，另外还含有各种病原微生物。含有这些污染物的养猪场废水如果不进行适当、有效的处理，一旦进入天然水体和农田，会造成严重的生态环境污染。
1.2 养猪场废水治理的主要工艺模式
养猪场废水的治理方法可分为物理法、化学法和生物处理法。其中，物理法去除率低，而化学法存在二次污染，生物处理法是最经济有效的处理方法。生物处理法可分为厌氧处理法、好氧处理法、自然处理法和综合处理法等[3]。厌氧处理法具有能量消耗低、有机负荷高、污泥产量低、可产生能源沼气等优点，但其出水仍然达不到排放标准，需要进一步的后续处理；用好氧处理法处理污水较为彻底，但其能耗高，需要耗费大量的资金；自然处理法的工艺简单、投资费用低，但是受自然条件的制约较大。目前我国大多数养猪场采用的是以厌氧发酵为主体，并结合好氧处理和生态处理为后续处理技术的综合处理方法。综合处理方法一般分为两种工艺模式，即能源环保型模式和能源生态型模式。根据不同的治理要求和不同猪场的实际情况，可选择不同的工艺模式进行废水处理，其中能源环保型模式适用于采用干清粪方式的大型和超大型猪场，能源生态型适用于采用水冲粪或水泡粪方式的小型和中型猪场[4]。
1.2.1 能源环保型模式 能源环保型模式处理是将畜禽污水处理达标后直接排入自然环境或者回收利用。该工艺一般采用厌氧消化技术与后处理技术相结合的工艺技术路线，其中常用的后处理技术包括生态处理（氧化塘、人工湿地等）和好氧生物处理（SBR等），工艺流程见图1。该工艺可以使最终出水达标排放，防止二次污染，但工程沼气产量较低，投资成本和运行费用高，适用于周边没有土地消纳沼液的养猪场。我国沿海地区大中型集约化猪场周边耕地有限，沼液无法在附近农地还田利用，所以大多数猪场都必须选择经过后处理达标排放的能源环保型模式。杨朝晖等[5]利用固液分离-UASB-SBR工艺应用于规模化养猪场废水处理，CODcr去除率85%～90%、BOD5去除率82%～92%、氨氮去除率95%～98%，各项指标均达到排放标准。
1.2.2 能源生态型模式 能源生态型模式是将畜禽污水经过厌氧发酵后产生的沼渣和沼液直接农灌还田，此模式在猪场周围必须有足够的农田、鱼塘等用于消纳沼渣和沼液，工艺流程见图2。这一模式可将沼气及其发酵副产物（如沼液、沼渣）等进行综合利用：沼氣可用于炊事、照明、保暖以及水果的保鲜等；沼液可以用于浸种、叶面喷洒、生物农药等，有利于生产无公害果蔬；沼肥可用作蔬菜和果蔬的基肥和追肥，提高农产品的产量和质量。该模式的优点是可将养殖业和种植业有机地结合起来，实现畜禽粪便的资源化循环利用，最终达到“零排放”，具有良好的生态与经济效益。林代炎等[6]利用该模式在规模化养猪场发展沼气能源、食用菌、种植业、养鱼等产业，年节约成本105万元，污水经过各层次利用后作为冲栏水回用，最终在系统内部实现了粪污循环再利用。
2 养猪场污水治理主要单元技术
2.1 前处理技术
生猪养殖废水的污染物浓度高，悬浮物含量大且易形成浮渣，这些浮渣进入后续的生化处理系统后将会堵塞管路，进而影响生化效果和最后的排放水质。因此，采用适当前处理技术不仅可以减轻后续污水处理的难度，而且也能够减少后续污水处理的工程投入。目前，大部分规模化养猪场采用格栅、固液分离机、初沉池等前处理设施。
2.1.1 格栅 格栅一般倾斜安装在粪便污水的入口处，用以截留污水中的粗大悬浮物和杂质（猪粪污水中通常含有树枝、药品和塑料袋等杂物），防止后续处理设备堵塞或损坏。格栅的间距设置和污水的性质决定了所能截留污染物的数量，栅条间距一般为16～25 mm，最大不超过40 mm，倾斜角45°～70°。 2.1.2 固液分离机 采用水冲粪或水泡粪这两种清粪方式产生的粪便污水含有大量的有机污染物和悬浮物，需要通过固液分离后再分别处理固形物和污水，从而有效降低污水中的污染物浓度，同时可确保后续的厌氧处理工艺稳定、有效运行。林代炎等[7-8]研制的振动式固液分离机FZ12获得国家发明专利，并利用几种不同的固液分离设施对猪粪污水进行固液分离试验。试验结果表明：FZ12固液分离机更适合规模化养猪场的污水前处理，对总固体物质（TS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）的去除率分别达到63.2%、61.9%和59.0%，分离出的粪渣含水率为52.6%。张德晖等[9]开展了水平圆振动畜禽粪便固液分离机的可行性研究，该固液分离机具有性能可靠、构造简单、制造成本和维护费用低、易推广等特点。余光涛等[10]利用全自动高效固液分离机对养猪场粪便污水进行前处理，配套功率2.50～3.75 kW，每小时处理污水量20～40 t，脱水后粪渣TS降低至35%，含水率为60%～65%。
2.1.3 初沉池 初沉池的作用主要是去除悬浮固体中的可沉降固体物质，在一定程度上还可起到调节池的作用。但是，在废水中COD浓度特别低，而悬浮物（SS）又不是很高的情况下，为了避免碳源不足影响后续处理，通常不设初沉池。
猪粪污水经固液分离后，其悬浮物的比重较大且颗粒度较小，因此更具沉降性。研究表明，固液分离后的粪便污水经沉淀处理，对悬浮物的去除率可达30%～35%，其沉降效果与污水水温密切相关，冬天水温低，沉淀效果好，而夏天水温高，容易发酵而不易沉淀。
2.2 厌氧处理技术
近年来，国内外研究人员对养猪场废水的生物处理技术开展了大量研究和实践。由于养猪废水COD浓度较高且波动较大，若直接进入好氧处理系统，会造成负荷高、处理能耗大、运行成本高等问题。利用厌氧发酵处理养猪场废水，不但可以有效降低污水中有机物浓度，其附加产品——沼气还可以作为燃料或用于发电，降低能源消耗；厌氧发酵的另一副产物——沼液，可作为优质有机肥施用于各类农作物，降低化肥用量，进一步提高农作物的品质和产量。因此，厌氧发酵处理技术与好氧处理技术相比显得更为经济有效，是治理规模化养猪场粪便污水的核心技术[11]。
2.2.1 厌氧发酵工藝 自20世纪50年代Schroepfer开发了第一代反应器——厌氧接触反应器以后，科研人员在实践过程中通过不断改进和创新，进而开发了以厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、升流式厌氧固体反应器（USR）等为代表的第二代反应器，以及以厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、内循环反应器（IC）等为代表的第三代反应器[12]。
目前用于处理养猪场废水的厌氧发酵工艺有很多，其中较为常用的有以下几种：
（1）隧道式沼气池。福建省农业科学院研制的ZWD型隧道式沼气池是我国最先设计应用的水压式沼气池型，该沼气池具有占地面积小、结构简单、操作方便等优点，大大提高了产气率，克服了旧式水压式沼气进出料难、占用有效建造容积等缺点。目前已经应用于省内数十家养殖场，并在畜牧场内建立养猪场废水循环利用系统，使沼气、沼液、粪渣全部得到充分的利用，实现“零排放”[13]。该工艺适用于中小型养猪场污水处理，可处理高浓度、高悬浮物的猪场废水，运行效果显著。
（2）升流式厌氧污泥床反应器（UASB）。UASB是目前国内运用最多的反应器，其工艺特征是在上部设置气、液、固三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水从底部流入，向上升流至反应器顶部流出。由于混合液在沉淀区进行固液分离，污泥可自行回到污泥床区，使污泥床区能保持很高的污泥浓度和生物活性。该反应器的优点是结构简单、占地面积少、处理效果好、处理成本低、投资少等，对高浓度有机废水有较好的适应性，设备材质采用碳钢防腐，使用寿命长达10～20年[14]。
（3）升流式厌氧固体反应器（USR）。USR是一种简单的反应器，是参照UASB原理开发的，是目前最有发展前途的结构类型。原料从底部进入消化器，消化器内不需要搅拌装置，不需要污泥回流，也不需要安置三相分离器，能自动形成比HRT较长的SRT与MRT，未反应的生物固体和微生物靠自然沉淀滞留于反应器内[15]。该反应器具有消化效率高、无短流现象、不易结壳等优点，可处理含固率较高（5%～10%）的废水，近年来多用于处理高浓度、高悬浮物的养殖废水。
（4）IC（内循环）厌氧反应器。IC厌氧反应器是一种高效能多级内循环反应器，1986年由荷兰某公司研究成功并用于生产，是目前世界上效能最高的厌氧反应器。该反应器利用反应器内沼气的提升力实现发酵料液的内循环，废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。与第二代厌氧反应器相比，具有容积负荷高、抗冲击负荷能力强、抗低温能力强、具有缓冲pH值的能力、出水稳定性好、节省投资和占地面积小及内部自动循环无需外加动力等优点[16]。该工艺具有较高的处理效率，更适用于有机高浓度废水，但对悬浮物较多的物料并不适用。
（5）膨胀颗粒污泥床（EGSB）。针对UASB反应器内混合强度不够和容易形成短流等缺点，第三代厌氧处理工艺——EGSB应运而生。EGBS可提高反应器水力负荷，同时采用出水回流的方式可降低污染物对微生物的毒害作用。该反应器除了具备UASB所具有的特征以外，还具有另外一些优点，比如：上升流速高、COD 去除负荷高；厌氧污泥颗粒粒径较大，反应器抗冲击负荷能力强；反应器为塔形结构设计，具有较高的高径比，占地面积小等[17]。EGSB可用于SS含量高的和对微生物有毒性的废水处理，该反应器不但在处理低浓度污水时具有UASB无法比拟的优越性，而且对于处理中高浓度污水同样能取得良好的效果，具有广阔的应用前景。
2.2.2 厌氧发酵工艺对不同清粪方式的适用性 对于水冲粪或水泡粪清粪方式的混合污水，其COD浓度通常在5000～20000 mg·L-1范围，同时SS浓度也较高，适宜采用塞流式或全混合的厌氧发酵工艺，比如隧道式沼气池、IC内循环反应器等。林代炎等利用以隧道式沼气池为主要处理单元的生物处理工艺处理清粪方式为水冲粪的养猪场废水，其污水中COD含量从8350 mg·L-1降到400～450 mg·L-1[18]，达到《粪便无害化卫生标准》（GB7959-1987）。干清粪后的污水浓度通常较低，其COD浓度一般为1000～7600 mg·L-1，可以采用发酵水力负荷较高的UASB或USR等工艺。赵军等[19]利用UASB为主要处理单元的生物处理工艺处理清粪方式为干清粪的养猪场废水，结果表明：该反应器对COD具有高效的去除率，COD从6000 mg·L-1降低至200～400 mg·L-1。 2.3 后处理技术
厌氧工艺虽具有众多优点，但毕竟是一种不彻底的处理方式，厌氧出水的COD一般仍高达1200～1500 mg·L-1，因此必须对出水进行进一步的后续处理。目前应用较多的后处理技术主要包括人工湿地处理技术、生物氧化塘处理技术、沼液回田利用技术以及SBR曝气处理技术等等。
2.3.1 人工湿地处理 人工湿地是由碎石构成碎石床，在碎石床上栽种耐有机物污水的高等植物，这在一定程度上净化污水，并能给生物滤床增氧，降解矿化有机物。另外，人工湿地碎石床也是一种过滤悬浮物的结构，能够进一步去除污水中的悬浮物质。此技术能够高效地去除BOD、COD、SS、N、P等污染物，提高含氧量，并消除异味、细菌和病毒[20]。人工湿地系统作为一种兼有水体修复、园林绿化和景观效果的水处理设施，其处理费用较低，且具有较高的应用价值。
2.3.2 生物氧化塘 生物氧化塘不仅能有效地处理高浓度有机物水，也可以处理低浓度污水，按照塘内微生物的类型和供氧方式来划分，可以分为好氧塘、厌氧塘、兼性塘以及曝气塘。氧化塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、能有效去除污水中的有机物和病原体、耐冲击负荷能力强、污泥产量低，以及可美化环境形成生态景观等优点[21]。养猪场废水氮磷含量高，将生物氧化塘作为生猪养殖废水的后续处理工艺，在沼气厌氧发酵基础上因地制宜采用水生物氧化塘工艺进行深度脱氮除磷，可对污水起到进一步的净化作用。
2.3.3 回田利用 沼液中含有农作物生长所需的N、P、K等矿物元素，同时还含有各种生理活性物质及微量元素，如果能够合理利用必定能带来一定的经济价值。根据不同地区的实际情况，在不超过耕地消纳能力的前提下开展沼液耕地安全利用研究，种植牧草、蔬菜、果树等，既能消纳沼液解决环境污染问题，又可增加农产品的产量和质量，增加农民收入，促进当地经济发展，可谓一举多得。
2.3.4 SBR好氧曝气处理 SBR反应器集进水、反应、沉淀、出水于一体，具有不需要二次沉淀池和污泥回流系统，占地面积小，运行管理方便，耐冲击负荷能力高等优点，非常适合用于养猪场废水处理以及现有工艺的改造，结合厌氧发酵或其他工艺可取得良好的处理效果，是目前较为常用的后处理措施[22]。
3 几点思考
（1）治理原则：对生猪养殖废水的治理本着“减量化”“无害化”“资源化”和“可控化”的原则，既要减少污水量和污水中污染物含量，还要化害为利、变废为宝，实现生产良性循环，达到污水“零排放”的目标。
（2）多管齐下：由于生猪养殖废水成分较为复杂，单一的处理技术很难达到处理要求，因此应采用多种处理技术相结合的方式以达到最佳处理效果。
（3）因地制宜：在选择工艺模式时需要根据不同地区的自然、地理条件和经济发展水平，因地制宜采用不同的粪污治理方式，充分利用当地自然条件和地理优势优先选用废弃物消纳利用技术，然后选择最适宜的处理技术，以减少资金投入，降低运行成本，促进当地经济发展。
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（责任编辑：刘新永）