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1、第八章第八章 农业废弃物处理工程工艺农业废弃物处理工程工艺 主要内容主要内容 畜禽粪便环境危害与特性 粪污处理利用工程工艺与设施 农作物秸秆再利用工程工艺与设备 有机污水处理新技术 ! ! ! ! ! 工业源 农业源生活源 农业源 据第一次全国污染源普查公报，农业污染源化学需 氧量、总磷、总氮排放量分别占全国排放总量的44%，67%和 57%。农业面源污染已经成为我国流域性水体污染、土壤污染 和空气污染的重要来源。 行业类别 COD （万吨） 百分比 (%) TP （万吨 ） 百分比 (%) TN （万吨） 百分比 (%) 种植业- -159.7859%10.8738% 畜禽养殖业1268.2
2、696%102.4838%16.0456% 水产养殖业55.834%8.213%1.565% 合 计1324.09 100% 270.47 100% 28.47100% 据第一次污染源普查公报，我国农业污 染排放主要来自于畜禽养殖业，其COD、 TN、TP排放量占农业源污染物排放总量 96%、56%、38%。 COD排放总量 1204万吨，畜 禽1149万吨， 水产55.9万吨。 COD排放量超过 100万吨的省份 有2个（山东、 黑龙江）。 COD排放量最大 的三个省份为山 东、黑龙江和河 北。 氨氮排放总量 83万吨，畜 禽占65.4万 吨，种植业占 15.3万吨， 水产占22.9 万吨。
3、 氨氮排放量超 过5万吨的省 份有5个（山 东、湖南、 河南、四川 、广东）。 氨氮排放量靠 前的三个省份 为山东、湖 南、河南。 五类畜禽COD排放量空间分布图（动态更新数据） 五类畜禽COD排放强度空间分布图（动态更新数据） 五类畜禽氨氮排放量空间分布图（动态更新数据） 五类畜禽氨氮排放强度空间分布图（动态更新数据） 畜禽养殖业-养殖量持续增长 年份 生猪 (万头) 奶牛 (万头) 肉牛 (万头) 蛋鸡 (万头) 肉鸡 (万头) 200780357.361495.7525675.44247045.9726437.6 200885738.341531.8315535.372467137880
4、22.6 200988091.981580.7095770.18259246.5876214.8 1985年以来，畜禽养殖量持续大幅增长。2009年比1985年鸡养殖 量翻了33倍，猪养殖量翻了3.6倍，奶牛肉牛养殖量翻了20倍。 养殖数量对畜禽污染减排的影响较大 根据2010年统计，2009年，全国肉类总产量7649.7万吨 ，奶类总产量为3732.6万吨，蛋类为2742.5万吨，人均消费 量持续增长。 近3年数据表明，五类畜禽养殖中规模化养殖比例呈逐年增 长趋势，但规模化率仍然较低。专业户养殖比例也呈现逐步增 加趋势，但增速缓慢，散户比例呈现逐年减少趋势。 养殖结构对畜禽污染减排影响较大
5、农业源减排几个难点 增长速度快：2001年至2010年，猪规模化养殖场 年均增幅25%，奶牛28%，肉牛17%，蛋鸡22% ，肉鸡20%。如果增幅持续加大，农业源减排难 度将进一步加大。 治理难度大：“十二五”纳入减排约束性指标，由 农业部门负责，无经验可借鉴。由于推进畜禽养 殖污染治理的相关政策不完善，污染减排任务艰 巨。 监管水平低：不像工业源有比较全面成熟的监控 体系。不宜安装监控设备等。监管能力有限，难 以监控污染物进一步的去向。 主要污染项目： 臭气 污水 粪便 集约化畜禽养殖高强度排污，超过周围环境系 统纳污能力，使环境系统自净能力丧失，生态 系统失衡进入恶性循环状态。 8-1 8
6、-1 畜牧生产废弃物及其对环境危害畜牧生产废弃物及其对环境危害 SH2 NH3 8.1.1 污染物质与环境危害 1. 可降解有机污染物 动植物性废弃物，几乎所有的非人工合成有机物，主 要为碳水化合物，蛋白质、脂肪和木质素等。可在微生物 作用下最终分解为简单的无机物。 2. 难降解物质 指那些人工合成的、难于被微生物分解的废弃物。比 如化学农药、抗生素等 3 .植物营养物（富营养物） 主要是指各种形态的氮、磷等元素，有时也包括 钾、硫等植物生长所必需的元素。 水体生态的严重失衡 污泥积累、湖水退化。 蓝细菌的蛋白类毒素富集 食物链中毒 供水质量下降、成本升高 化合态氮毒害作用 4. 有毒物质 汞
7、、镉、铬、砷、铅都是毒性较大的重金属，还有铜、钴 、锡、锌也有一定的毒性。闻名于世的水俣病是受汞污染的水 体通过藻类、浮游生物、贝类、鱼类食物链不断富集放大后最 终进入人体的典型的生物放大事例。隔取代骨中的钙引起骨痛 病；氟可因起软骨病；长期饮用含铬水可致口角糜烂、腹泻和 消化道机能紊乱。 有毒重金属 污泥积累长期危害 某些生物同化作用后毒性增加。 食物链的生物富集放大 此外常见的有毒物质还有工业污染物中的氰化物、酚、吡啶、 硝基苯、多环芳烃等等。 甲基汞(Methyl Mercury CH3Hg ) 甲基化 短鏈烷基汞較易滲入細胞中 烷基汞與-SH基之親和力使其毒性比可溶性的無機型態汞高了1
8、0100倍 汞化物毒性排行榜上烷基汞第一名。 食物链富集 汞被水中微生物转化为甲基汞而进入浮游生物体内，再经过“浮游生物 小鱼大鱼”食物链的富集，使大鱼中有机汞浓度达到海水汞浓度的 几万倍 正常人即使在生活和工作中从未接触过汞，其体内及尿中仍可检出少量 汞存在。据估计，自然界的汞循环量每年可达25至150万吨。 5.酸碱及无机盐类 冶金、加工业的酸洗废水，冶金、矿山的硫化物氧化产生的 酸性废水，二氧化硫形成的酸雨，造纸、纺织、纤维、制革 、洗涤剂、染料、制碱等工业排水。直接污染土壤、表面水 体、地下水体，一旦污染影响长久，不易治理。 6.色度 破坏景观、影响水质。 7. 病原微生物 生活、畜禽
9、、养殖、食品、屠宰等。 8.1.2 环境系的自净 化作用与纳污容量 污 染 自然污染 人为污染 自然地理因 素等原因 人类活动原因 污染物在物系循环流动过程中发生演变，自 然地减少消失或无害化，称为物系的自净。 污染物浓度自然降低的能力称为自净能力 环境系每年允许的最大纳污量称为该环境系 的纳污容量 环境容量 自 净 物理作用 化学作用 稀释，沉淀，挥发，凝聚，吸附，过滤 生物作用 分解与化合，氧化与还原，酸碱反应等 使污染物浓度降低或毒性丧失。 微生物代谢活动使污染物分解转化成无 害物质 物理污染 化学污染 生物污染 污染物分类 来源特性 点源：主要指工业废水与都市生活排水，均有固定的排 放
10、口 面源：主要指来源于流域广大面积上的降雨径流污染， 如农药化肥 细菌群载体 水底固形物 氧气 有机物污染水 有机物被各种微生物菌群分解代谢 细菌群载体 水底固形物 虫 有机物污染水 微生物菌群被微小动物消耗，水体透明度好转 细菌浓度升高 水底固形物 氧 气 水中有机物污染被 细菌系分解净化 水体透明度下降 生物作用下的水体自净化过程举例 有毒重金属、难降解物质 特别加以处理 水质净化良性循环与生化处理方法原理 8.1.3 畜禽粪便特性 一 物理学特性 1、颗粒尺寸 新收集畜禽粪便颗粒尺寸分布见表6-1（p274） 直径m m 0.0030.3 溶解固体胶质体悬浮体 氯离子，乙 酸、乙醇 病毒
11、 细菌 0.510 m 砂 201000 m 沉降分离 超滤分子筛 离心 膜过滤 生物、化学方法 详细讨论请参考废水工程处理及回顾p31 2、TS、VS、灰分 105，105， 24小时 TS 600， 600 2小时 TS 灰分 VS（挥发性固体） 总固体 水 悬浮液 3、含水率、容重 （鸡粪除外）一般鲜粪含水率高于80%，实际收集到的粪便含水率与收 集方式有关。 悬浮固体物与TS的区别？ 二 生物化学特性 生物化学需氧量（BOD) BOD是指1L污水中的有机物在耗氧微生物的作用下进行氧化分解时所消 耗的溶氧量(mg/L) 。废水中有机物数量繁多，但大多数有机物都可在耗氧微生 物作用下氧化分
12、解，有机物数量同耗氧量成正比。 实际测定时常采用BOD5，即水样在20 的条件下培养5天的生化需氧量。 BOD5=NBOD+CBOD NBOD是还原态氮氧化成硝 态氮或亚硝态氮的需氧量，通常 较CBOD小得多。 实验研究表明：第一阶段 中有机物在各个时刻的好氧速度 与该时刻的污水中有机物浓度成 正比关系。 30 20 9 day 51020304050 BOD(mg/L) 50 100 200 300 第一阶段 第二阶段 污水的有机物浓度指标和可生化性指标 有机物 O2 能量 CO2 + H2O + NH3 好氧菌 第一阶段 第二阶段 NH3 3O2 2HNO2 + 2H2O 亚硝化菌 2HN
13、O2 O2 2HNO3 硝化菌 第一阶段常温下一般需要20天接近完成 第二阶段常温下一般需要近百天才能完成 （1）降解： 有机物 O2 CO2 + H2O + NH3 微生物 第一阶段的三部分BOD （2）合成： 有机物 O2 能量 新细胞 （3）内源呼吸：老细胞 O2 CO2 + H2O + NH3 BOD表示有机污染物参数时存在明显的缺陷，即使衡量耗氧量时 也是如此。因为内源呼吸耗氧量与硝化耗氧量可能引起很大误差。 当进口BOD200mg/L,出口BOD无硝化时20mg/L，有硝化时40mg/L，则 去除率分别为90%、80%，实际上有机物去除率应该是一样的。 进口 BOD=200mg/L
14、 出口 BOD=NBOD+CBOD =0+20mg/L =20mg/L 污水含氮极低 进口 BOD=200mg/L 出口 BOD=NBOD+CBOD =20+20mg/L =40mg/L 污水含氮很高 去除BOD系统 去除BOD系统 BOD去除率=90% BOD去除率=80% 一般污水的BOD5=NBOD+CBODCBOD5，与含氮量无关。假设有 两种污水除含氮量不同外其他成分完全一样，则BOD5也相同。 化学需氧量（COD) COD是指在酸性条件下，用强氧化剂使1L被测废水中有机物进行化学氧化 时所消耗的氧量(mg/L) 。 COD越高表明废水的有机物越多，目前常用的氧化剂为重铬酸甲（ K2
15、Cr2O7)和高锰酸钾（KMnO4)。 KMnO4 氧化力较弱，文献中COD未加注明时， 大多是指重铬酸甲法的CODcr。COD一般较BOD为高，其差值表示不能被微生物 降解的有机物含量。 废水种类ab 生活污水1.6411.36 家禽废水1.4555.7 啤酒废水2.3246.2 据Ademoroti(1986)研究认为，COD与BOD常有一定的相关关系，大多为线性 关系。 COD = a BOD5 + b 废水生物处理，上海环保局，同济大学出版社，1999，P21 BOD5 COD 0.3 适宜生物处理 三 化学特性 肥料元素：N、P、K 金属元素：Cu、Zn、Fe、B、As 酸碱度: 鸡
16、粪偏酸pH=6-7,其他自猪、羊、牛、马粪为弱碱性pH=7.3-8.6 。 鸡粪、猪粪、牛粪相比较，鸡消化道很短未经彻底消化残留于粪中的营 养物最多，含有大量的粗蛋白等，猪粪次之，牛粪有较高的粗纤维，含 营养物最少，鸡粪还含较高的磷与硫。不同畜禽粪便沼气发酵等生物处 理时，应注意C、N、P、S比例与含水率等特点。 牛粪：C/N/P比是否过高，某些微量元素是否欠缺 猪粪：氨氮是否过高，抑制微生物发酵、BOD5误差问题等 鸡粪：氨氮是否过高，是否含硫过高，腐蚀、臭气、抑制、硫酸盐还 原菌竞争等问题 SO42- NO3 - 酸雨 酸雨 是自然污染吗 2、大型畜禽养殖场污染是点源还是面源 3、酸雨是自然污染吗？畜禽养殖有酸性 气体污染物吗？ 1、请举例说出水系的自净能力、纳污容 量点源与面源污染。 4、“最优方法”这种概念起码在理 论上几乎没有价值。更应该关注的 是特征，而不是一味追求理论上的 普
