生豬養殖廢水中含有高濃度懸浮物和有機污染物，主要來源于豬尿、豬糞和沖欄水。生豬養殖廢水中有高濃度氨氮和總磷，未經妥善處理，會嚴重污染環境。養殖廢水可生化性高，厭氧生化能有效削減廢水中有機污染物，是高效、低廉且適用性強的技術，常用于養殖廢水。沼液還田是歐美國家的普遍做法，但是常年使用沼液持續澆灌農場，農場周邊地表水均受到不同程度的污染。基于中國的國情，沒有足夠的土地消納規模化生豬養殖沼液，因此沼液必須做深度處理。而且厭氧生化僅能削減廢水中的COD，對于N和P的去除效果弱。有機污染物中的有機氮和有機磷在厭氧微生物的作用下會轉換成氨氮和磷酸鹽，直接導致出水氨氮濃度升高。經過厭氧處理后，廢水中氨氮達900mg/L，甚至3200mg/L左右。過高的氨氮會抑制甲烷菌的生長，同樣也會影響好氧微生物的生長，進而導致出水水質惡化，不能達標排放。因此，如何有效降低廢水中的氨氮，是保障廢水達標處理的關鍵。
氮，是保障廢水達標處理的關鍵。目前廢水脫氮的工藝主要有分為物化法和生物法。物化法主要有氨吹脫、折點氯化工藝和磷酸銨鎂沉淀工藝，生物法主要有厭氧氨氧化、硝化一反硝化和人工濕地植物吸收。作者在本文中將從處理效果、運行成本等角度出發，對脫氮工藝進行綜述，以總結各工藝之優缺點，為沼液脫氮實際工程應用提供參考。
1、物化法
1.1 氨吹脫工藝
氨吹脫本質上是不同形態的氨在企業向之間的傳質過程。在堿性條件下，水中NH?會轉換成游離氨(NH3)逸散出來，從而達到去除廢水中氨氮的目的。該方法操作簡單，占地面積小，常用于處理高濃度氨氮廢水。李武東等用氣提法處理氨氮濃度為10000mg/L的冶金廢水，去除率達10％～18％。張樂紅等運用吹脫塔處理氨氮濃度為20000mg/L的鈹冶煉廢水，pH=12.29、溫度20℃條件下，7h氨氮去除率可達95％。氨氮吹脫效率與pH值、溫度和曝氣量緊密相關。單純曝氣吹脫最優pH一般為11左右，游離氨在氨氮中占比達90％。在20-50℃溫度區間，氨氮吹脫率與溫度呈正比，而當溫度繼續升高，吹脫率增長有限。因此，如何控制pH、溫度和氣液比同樣也是養殖廢水氨吹脫的關鍵。隋倩雯等通過試驗處理氨氮濃度為900mg/L的沼液，在pH為10.5，氣液比為2000，30℃的條件下吹脫率達81.84％。張秀之通過升溫吹脫，在溫度75℃，氣量800L/h時氨氮去除率最高達91.2％。金要勇等控制pH為11，氣液比3000，30℃下對沼液進行吹脫，氨氮去除率達85.5％。
傳統氨吹脫工藝調堿和加溫分別消耗大量藥劑和能耗，導致成本居高不下。因此，采用材料或裝置組合進行吹脫的工藝也應用而生。填料可以增大氣液接觸面積，提高氨氮吹脫效率。鄒夢圓等分別采用空心多面球、鮑爾球和流化床填料作為填料來研究氨吹脫效率，結果表明，在pH值10.5，氣液比2000，溫度30℃的條件下，空心多面球填料的沼液氨吹脫效率最高，達80.7％。超聲波和負壓蒸發結合吹脫也能取得很好的效果。
1.2 折點氯化工藝
折點氯化即在酸性條件下，向水中通入氯氣，最后生成次氯酸根，次氯酸跟與氨離子反應生成氮氣的方式去除水氨氮。該工藝不受水溫影響，反應迅速。宋衛鋒等在工程實踐中得知，pH為中性條件下，10mg左右氯氣能去除1mg氨氮。可見折點氯化法對氯氣的消耗量是比較大的，而且，在不控制pH的情況下，水中容易殘留有毒的含氯副產物。此外，由于氯氣以及氯氣溶于水后生成的次氯酸根具有強氧化性，其在氧化氨氮的同時也會氧化水中的有機物。沼液中往往含有較高的水溶性有機物和懸浮物，會大量消耗氯氣及次氯酸根，往往不能達到理想的去除氨氮的效果。因此，折點氯化工藝常用于污水處理末端氨氮的深度處理，同時具有殺菌的效果，且其處理成本高昂，對于大水量的污水處理是不可接受的。
1.3 磷酸銨鎂沉淀工藝
磷酸銨鎂沉淀又稱鳥糞石，即Mg2+、NH4+-N和PO43+按摩爾比1：1：1生成難溶于水的磷酸銨鎂，通過往廢水中添加鎂鹽，能同時去除磷和氨氮。盡管添加鎂鹽成本高，且會提高廢水中鹽濃度可能會影響微生物生長，但是磷酸銨鎂化學沉淀工藝操作簡單，反應速度快，磷酸銨鎂可用作阻燃劑和緩釋肥，具有很高的經濟價值，從廢水中回收的磷酸銨鎂可以間接降低廢水處理的運行費用。因此，針對氨氮和磷濃度高的養殖廢水，磷酸銨鎂沉淀工藝具有很高的應用空間。
用鎂鹽回收廢水中磷的效率與鎂鹽和磷的比例、pH值有很大關聯。畜禽廢水中往往存在諸多能與Mg2+生成難溶解無的陰離子，如OH-和CO32-，這會導致Mg2+的額外消耗。在實際畜禽廢水中，當n(Mg)：n(P)為1.1~6：1時，廢水中磷的去除效果最好，Mg2+與PO43+的反應對pH值比較敏感，pH為8.0～9.5比較適宜磷酸銨鎂結晶的生成。當pH高于10，Mg3(PO4)2為主要產物，pH高于11則會生成Mg(OH)2，雖然這會提高P的去除，但是對于氨氮的去除則毫無意義，同時也會消耗過多的堿，增加運行成本。沼液中的陰離子懸浮物會消耗鎂鹽，可以采用合適的方法將之去除，比如陽離子PAM，可以有效去除廢水中帶負電荷的懸浮物，在削減SS的同時能夠降低廢水負荷，減少對磷酸銨鎂結晶的影響。郭會真等采用PAC和PAM作為絮凝對沼液進行預處理，n(Mg)：n(P)為1.1：1，經過磷酸銨鎂沉淀工序處理后廢水中氨氮平均為126.4mg/L，去除率達84.5％。黃彬等通過往沼液中添加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O，在pH值為9.5，n(Mg)：n(P)：nfN)=1.2：1.2：1條件下，氨氮和磷在半小時內去除率分別達92.3％和97.1％，費用為28.5元/噸。陶智偉等用磷酸銨鎂法處理養豬沼液，比n(Mg2+)：n(NH4+)：n(PO43+)=1.1：1.0：0.85，氨氮去除率達74.3％，P去除率達99％，費用為14.57元/噸。磷酸銨鎂沉淀工藝能夠有效去除廢水中的氨氮和磷，但其運行費用高昂是其使用受到限制的主要原因。
2、生物法
與物化法相比，生化法處理養殖廢水成本低廉，最大的運行費用即為維持微生物某些生存條件所產生的電費。因此，生物脫氮工藝廣為應用，也一直是科學研究的熱點。
2.1 厭氧脫氮工藝
厭氧氨氧化即在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物將氧化NH4+-N為氮氣的過程。厭氧氨氧化是近年來發展的一種新的生物脫氮工藝，有無需外加碳源、能耗低、產泥量少等優點。厭氧氨氧化以亞硝化.厭氧氨氧化工藝(Sharon-Anammox)和完全自養脫氮工藝(CANON)應用最為廣泛。Sharon-mnammox分為兩個階段，首先在無氧條件下，部分氨氮被氧化成亞硝態氮，剩余氨氮與亞硝態氮在厭氧氨氧化菌的作用下生產氮氣，從而達到脫氮目的。王歡等采用厭氧氨氧化處理豬場沼液，氨氮去除率達91.8％。Anammox菌是主要的厭氧氨氧化菌，然而大量研究表明，過高的有機負荷會抑制Anammox菌的活性。因此，Sharon-Anammox普遍運用于低負荷的市政污水處理，或者厭氧反應較為徹底的沼液處理。
CANON是一種低氧的厭氧氨氧化工藝，在缺氧條件下，氨氮先被氧化成亞硝態氮，然后被氧化成硝態氮，最后生成氮氣，此過程硝化反硝化菌接替參與完成工作。在CANON工藝中，亞硝化菌和氨氧化菌均自養，無需外加碳源，但是該過程對溶解氧濃度非常敏感，因此要嚴格控制溶解氧低于0.2mg/L。SBR是最具代表性的CANON工藝，研究表明，SBR在一個反應周期中能夠將85％左右的氨氮轉換成氮氣去除，氨氮最大負荷最大達達0.45g·L-1·d-1(以N質量計)。以上兩種厭氧氨氧化工藝均能有效降低運行成本，但是其受有機負荷和溶解氧的影響明顯，而這兩點因素最終歸結于氨氧化菌種的敏感性。
2.2 硝化-反硝化工藝
硝化-反硝化工藝如同步硝化反硝化、短程硝化反硝化等，均屬于異養微生物脫氮工藝。同步硝化反硝化微生物比傳統硝化反硝化微生物生長速率更快，意味著可以縮短脫氮工序的水力停留時間，節約建設成本。短程硝化反硝化即微生物能直接利用亞硝酸鹽進行反硝化，脫氮速率快，HRT短，剩余污泥少。聶春芬等采用短程硝化反硝化處理畜禽廢水，通過控制溶解氧為3~4mg/L，水力停留時間為10小時，TN去除率達最高達87.32％。無論厭氧氨氧化還是硝化反硝化，特異菌種或菌群在脫氮的過程中發揮著不容忽視的作用。陳咄圳等從畜禽廢水中篩選到一株菌種CPZ24，同時具有異養硝化一好氧反硝化雙重功能，在異養硝化對總氮的去除率達98.70％，好氧反硝化對總氮的去除率達到64.27％。陳均利等從人工濕地底泥中篩選到高效硝化反硝化菌WT14，溶解氧為0.5mg/L條件下，其對TN的去除率達97.6％。
利用微生物進行高效脫氮能夠有效降低運行成本，是未來高氨氮廢水的發展方向。但是微生物容易受到溶解氧、pH、溫度和營養競爭等影響，因此，還有諸多的問題有待解決。人工篩選出來的特異性菌種仍有待實際工程應用檢驗。
2.3 人工濕地工藝
上述工業化廢水處理工藝能夠去除廢水中大部分的氨氮和磷，但出水水質遠遠低于地表水最低要求，長期排放任會污染地表水和地下水。人工濕地中植物可以直接吸收利用水中氮磷作為自身生長的營養元素，也可通過根系分泌物間接去除水中的營養元素。廢水中過高的有機負荷會急劇消耗水中的溶解氧，導致植物爛根，因此沼液不能直接進入人工濕地，人工濕地常應用于末端深度處理。不同的植物對于氮磷的去除效果不一，如沉水植物、挺水植物和浮水植物不僅因為自身對氮磷利用能力不一樣，還因為其處于水中的三維空間位置，對氮磷的去除效果亦有差異。黃翔峰等選用5種挺水植物處理養殖廢水發現，黃菖蒲去氮能力最強，4日能去除71％的TN，同時削減廢水中的抗生素。硝化反硝化微生物在低負荷環境下有很高的脫氮能力，其在人工濕地中亦發揮重要作用。采用不用流向方式的人工濕地對氮磷的去除效果差異明顯。劉佳等利用垂直流人工濕地能夠較好的去除養殖廢水中的氮磷，3日氨氮去除率達80％，兼顧去除廢水中的抗生素，Nitrospira屬在該人工濕地中屬于優勢菌種。
3、生豬養殖廢水沼液脫氮技術的前景與展望
生豬養殖廢水中含有高濃度氮磷是生豬養殖方式所導致的必然結果。厭氧生化是該養殖廢水不可回避的處理工藝，其必然導致有機氮向無機氮轉換，進而導致廢水氨氮濃度升高。諸多養殖廢水處理工藝的核心難題均在于對廢水中氮的去除。微生物脫氮成本低廉，但受溫度、pH和營養競爭影響明顯，是廢水氮穩定去除的隱患。物化法成本高昂，但不受溫度和場地限制。植物法受季節性影響從而導致脫氮效果不穩定也是不可回避的問題。因此，采用物化.生化.植物相結合，合理優化各工序之間的銜接，降低運營成本，穩定出水水質，是未來生豬養殖廢水處理新工藝發展的方向之一。（來源：湖南蒙拓環境科技有限公司）
