养殖场污水处理设备

养殖场污水处理设备

引言

　　畜禽养殖业是我国农业的支柱产业，在维持畜产品稳定供给、提高人民生活水平方面发挥着重要作用.随着畜禽养殖业的集约化、规模化发展，为提高动物生产性能、防治疾病，养殖过程添加了一定量的重金属与抗生素.据统计2006年我国兽用抗生素消耗9.7万吨，占全国抗生素总用量的54%.而不被机体吸收、降解的抗生素排放到环境中，据Zhou等估算我国每年生猪和奶牛养殖场抗生素排放量分别为3080和164 t.而养殖业每年重金属排放铜、锌分别为2397.23 t、4756.94 t.畜禽养殖粪污表现出重金属与抗生素复合污染特征和研究发现畜禽养殖过程抗生素和重金属使用与养殖场及其周边环境抗性基因丰度的提高呈正相关关系.畜禽养殖粪便、污水成为抗性基因的重要蓄积库.抗性基因作为一种新型污染物，可能对公共健康、食品和饮用水安全构成威胁.胡永飞等对162个健康人肠道微生物宏基因组(metagenome)中的耐药基因进行了深入分析，发现四环素抗性基因的丰度最高，而人类肠道四环素抗性基因极有可能来自于兽用抗生素的使用以及抗性基因沿食物链的传播.

　　2014年世界卫生组织发布的《全球抗生素耐药报告》明确指出抗生素抗性是21世纪公共卫生的严峻挑战，针对动物生产应监督和促进畜禽业的合理用药，并强调了食用动物携带的抗生素抗性及其在食物链上的传播方面数据的缺乏，应加强此方面的研究.我国和主要发达国家推行畜禽养殖废水的生物处理、农田利用等工艺模式，然而畜禽养殖废水携带的抗性基因在此过程的转归，以及抗性基因是否存在沿食物链的传播风险，亟需开展相关研究.

　　因此，本研究通过查阅国内外文献，总结归纳了畜禽养殖废水含有的抗生素抗性基因在生物处理、农田利用过程的变化规律，并对今后的研究重点和方向提出建议和展望，以期为揭示抗性基因消减规律，降低畜禽养殖废水抗性基因传播风险提供借鉴.

　　2 畜禽养殖废水中抗生素抗性基因分布

　　抗性基因根据其抗性机制不同分为3类，分别为降低细胞内抗生素浓度(包括降低细胞通透性或外排)、靶向改变(包括靶向保护或靶向突变)以及抗生素失活.畜禽养殖业抗生素的大量使用引起养殖环境抗性基因丰度的提高，抗性基因与抗生素之间存在相关关系.检测了我国3个省36份猪场环境样品(包括粪便、堆肥、土壤)中的149种抗性基因，结果表明检出的抗性基因对应的抗生素分别为大环内脂林可霉素链阳杀菌素B(macrolidelincosamidestreptogramin B，MLSB)、β内酰胺类、四环素类、喹诺酮氯霉素胺酰醇类、万古霉素等，按抗性机制分类抗生素失活检出率最高，其后依次为外排和细胞保护机制;而抗性基因丰度与转座酶基因丰度、铜、土霉素含量具有正相关关系.较高的抗性基因丰度可能由于在抗生素的选择压力下抗性基因宿主细菌的增殖，以及某些抗性基因通过移动基因元件(Mobile genetic elements)发生基因水平转移(Horizontal gene transfer).

　　在畜禽养殖废水方面，四环素类、磺胺类、大环内脂类抗生素的抗性基因研究较多，按抗性机制分类，畜禽养殖废水中抗性基因分布特征详见表 1.)测试了猪场废水中不同机制的四环素抗性基因，发现核糖体保护(靶向保护)抗性基因(tetQ、tetM、tetW、tetO)比外排泵机制抗性基因(tetA、tetB、tetC、tetL)、酶修饰(抗生素失活机制)抗性基因(tetX)丰度高，其在猪场废水中丰度分别为9.25×10-2、5.53×10-2、1.69×10-2和1.32×10-2 copies/16S rRNA.而和)研究也表明tetQ、tetM、tetW、tetO在猪场废水中具有较高的丰度.)研究了猪粪水厌氧发酵土壤生态系统中3种核糖体保护机制的四环素类抗性基因丰度tetQ>tetO>tetW，其中tetQ平均丰度最高1.84×10-1 copies/16S rRNA.)调查了上海地区猪场和牛场废水中磺胺类和四环素类抗性基因，含量最高的分别为sulA(108~1010 copies · mL-1)和tetW(106~107 copies · mL-1)，而sulIII含量与磺胺类抗生素浓度的相关性较好，这可能与磺胺类抗生素易生物降解性有关;tetM含量与四环素类抗生素浓度相关性较弱.)也指出TC与tet无显著相关性.除四环素类与磺胺类抗生素之外，泰乐菌素是应用最广泛的兽用抗生素之一，可能引起大环内脂类抗性基因以及MLSB的多重抗性基因丰度的提高.)对3家猪场大环内脂抗性基因erm进行了定量检测，废水中ermB、ermF含量较高(在108~1010 copies · mL-1之间)，而ermX在104~106 copies · mL-1范围.通过寡聚糖杂交探针测试方法，发现猪粪水和氧化塘废水中50%的rRNA携带MLSB多重抗性基因.

基于抗性机制分类畜禽养殖废水中抗性基因赋存特征

　　针对抗性基因与基因转移元件的相关性，sulI与intI1具有极显著的相关性(p<0.001;r=0.803)，这可能由于sulI经常与一类整合子结合在一起指出tetM可能由转座子Tn916Tn1545和结合质粒介导.

　　3 畜禽养殖废水中重金属对抗生素抗性基因的影响

　　畜禽养殖过程在饲料中添加铜、锌等重金属引起猪粪水中抗铜、抗锌细菌的增加，畜禽养殖废水存在抗生素与重金属复合污染特征.在重金属的选择压力下，畜禽养殖粪水中重金属抗性基因丰度较高.对猪饲料、肠道和粪便中抗铜细菌进行了分析鉴定，发现猪粪中抗铜大肠杆菌与饲料中硫酸铜添加量正相关，分离得到的239株抗铜细菌中携带抗铜基因pcoA、pcoC、pcoD，携带抗铜基因的细菌也同时携带链霉素和四环素的抗性基因(strA、strB、tetB).而研究了猪粪中抗锌细菌的分布规律，结果表明猪粪中普遍存在抗锌细菌，抗锌大肠杆菌的检出率与饲料中氧化锌的添加成正相关关系;抗锌菌株主要携带抗锌基因zntA.

　　畜禽养殖环境重金属的污染不仅引起重金属耐受菌及抗铜、抗锌基因丰度的提高，可能存在重金属与抗生素的协同选择作用(coselection)，重金属的选择压力可能使抗生素抗性基因丰度维持在较高水平.欧盟国家已禁止抗生素饲料添加剂的使用，但减少抗生素使用并不会阻止抗性基因的传播，养殖场重金属使用可能会通过协同选择增加抗生素抗性基因的传播.研究发现磺胺类sulA与重金属Hg、Cu、Zn具有显著相关关系.研究发现猪场废水中高浓度的Cu和Zn显著提高了耐β内酰胺大肠杆菌的丰度.

养殖污水概况

　　随着我国畜禽业的迅猛发展，养殖污水污染将不断加剧，其污染防治迫在眉睫。养殖污水具有典型的“三高”特征，CODCR高达3000~12000MG/L，氨氮高达800~2200MG/L，SS超标数十倍。限于养殖业是薄利行业，目前的处理工艺仅能针对CODCR的大幅削减，而对氨氮达标排放尚存在很大的技术经济难度。规模化畜禽养殖污水处理目前已引起养殖场业主及有关部门的高度重视，采取一系列防治措施及选用经济、高效的处理技术已刻不容缓。随着国家污水排放标准日益更新，高浓度养殖污水达标排放问题更加突出。

养殖污水处理设备 适用范围

　　适用于各种养殖场（养鸡场、养猪场、养牛场等）产生的污水。

污水简介

养殖场污水主要包括尿、部分粪便和冲洗水，属高浓度有机污水，而且悬浮物和氨氮含量大。这种未经处理的污水进入自然水体后，使水中固体悬浮物、有机物和微生物含量升高，改变水体的物理、化学和生物群落组成，使水质变坏。污水中还含有大量的病原微生物将通过水体进行扩散传播，危害人畜健康。为了做到经济效益、社会效益和环境效益的三者有机结合，必须对其污水进行有效的治理。

污水特点

养殖污水具有典型的“三高特征”即有机物浓度高COD高达3000-12000mg/l，氨氮高达800-2200mg/l，悬浮物多SS超标数十倍，色度深，并含有大量的细菌，氨氮、有机磷含量高。可生化性好，冲击负荷大。

处理方法

养殖场废水处理方法可简单地归纳为物理处理法、化学处理法和生物处理法，应用广泛的是生物处理法，即主要通过微生物的生命过程把污水中的有机物转化为新的微生物以及简单形式的无机物，从而达到去除有机物的目的。废水自流进入格栅池，其作用是去除污中固体悬浮物，然后废水流至调节池，在调节池内有效地进行水量和水质调节，经提升泵送入缺氧池，在缺氧池，污水经厌氧消化，去除部分污染物质，部分难降解的有机物质在此转化为易降解的物质有利于好氧消化处理。流入好氧池后，填料上吸附的大量活性生物膜，在氧气充足的条件下，生物膜内的菌体大量吞食污水中的有机污染物，进行新陈代谢，去除水中的有机污染物，水中的悬浮物沉淀到污泥斗中，污泥在斗中经过一段时间的浓缩后，定期回流到调节池，剩余污泥排入干化池进行干化和回收处理，出水经兼性塘进行后续处理后达标排放。

养殖场污水处理设备

主要设计参数

初沉池：MY系列初沉池为平式沉淀池，表面负荷为1.5m3/m2.hr。

　　调节池：MY系列调节时间为6 小时。

　　A级生物池：MY系列A级生物池为推流式生物接触氧化池，污水在池内的停留时间为 2.7小时，填料为弹性立体填料，填料比表面积为200m3/m2。

　　O级生物池：MY系列级生物池为推动式生物接触氧化他，污水在池内的停留学时间为3.0小时，填料为弹性立体填料，填料比表面积为200m3/m2。

　　二沉池：MY系列二沉池为旋流式沉淀池，表面负荷为1.0m3/m2.hr沉淀时间为2.1小时。

　　消毒池：MY系列消毒池为旋流反映池，污水在池内总停留时间为30分钟左右。

　　污泥池：MY系列污泥池与初沉池泥斗容积之和能储存90天污泥，然后可用吸粪车从污泥池的入孔伸入污泥池底部进行抽吸后外运即可。

潍坊中能美亚环保设备工作原理

潍坊中能美亚环保设备有限公司生产的MY-10系列污水处理设备去除有机污染物及氨氮主要依赖于设备中的生物处理工艺。其中工作原理是在A级，由于污水有机物浓度很高，微生物处于缺氧状态，此时微生物为兼性微生物，所以A级池不仅具有一定的有机物去除功能，减轻后续好氧池的有机负荷，再度降低，但仍有一定量的有机物及较高NH3-N存在。为了使有机物得到进一步氧化分解，同时在碳化作用下于完成情况下硝化作用能顺利进行，在O级设置有机负荷较低的好氧生物接触氧化池。在O级池中主要存在好氧微生物及自氧型细菌（硝化菌）。其中好氧微生物将有机物分解成CO2和H2O；自养型细菌（硝化菌）利用有机物分解产生的无机碳或空气中的CO2作为营养源，将污水中的NH3-N转化成 NO-2-N、NO-3-N，O级池的出水部分回流到A级池，为A级池提供电子接受体，通过反硝化作用终消除氮污染。

主要特点

①MY-10系列污水处理设备可埋入地表以下，地表可作为绿化或广场用地，因此该设备不占地表面积，不需盖房，更不需采暖保温。

　　②MY-10系列污水处理设备由二级池子组成，一级为钢筋混泥土结构，埋深较大，另一级为钢结构，埋深较浅，钢结构池采用国内首创的互穿网络防腐涂料进行防腐。字是一种橡胶网络与塑料网络互相贯穿形成互穿网络聚合物，它能耐酸、碱、盐、汽油、煤油、耐老化、耐冲磨、能带锈防锈。设备一般涂刷该涂料之后，防腐寿命可达12年以上。

　　③MY-10系列污水处理设备中的生物处理工艺采用推流式生物接触氧化池，它的处理效果优于完全混合式或二、三级串联完全混合式生物接触氧化池。并且它比少于性污泥池体积小，对水质适应性强，耐冲击性能好，出水水质稳定，不会产生污泥膨胀。同时在生物接触氧化池中采用了新型弹性立体填料，它具有实际比表面积大，微生物挂膜、脱膜方便，在同样有机负荷条件下，比其它填料对有机物的去除率高，能提高空气的氧在水中的溶解度。

　　④由于在生物处理工艺中采用了生物接触氧化池，其填料的体积负荷比较低，微生物处于自身氧化阶段，因此产泥量较少，此外，生物接触氧化池所产生污泥的含水率远远低于活性污泥池所产生的泥的含水率。因此，污水经MY系列污水处理设备后所产生的污泥量较少，一般仅需90天左右排一次泥。

　　 ⑤MY系列污水处理设备除采用了常规的鼓风机消音措施外（如隔振垫，等），还在鼓风机房内壁设置了新型吸音材料，使设备运行时的噪音低于 50分贝，减轻了对周围环境的影响。

　　⑥MY系列污水处理设备配有土壤脱臭设施，其利用钢筋混凝土结构池体上部空间设置改良土壤及布气管。当恶臭成份通过土壤层溶解于土壤所含的水分中，进而由于土壤的表面吸附作用及化学反应转入土壤，终被其中的微生物分解而达到脱臭目的。

　　 ⑦MY系列污水处理设备配套全自动电器控制系统及设备损坏报警系统，设备可靠性好，因此平时一般需专人管理，只需每月或每季度的维护与保养。

潍坊中能美亚环保设备的设计主要是针对生活污水和与之类似的工业有机污水的处理。其主要处理手段是采用目前较为成熟的生化处理技术—接触氧化法，水质参数按一般生活水水质，进水BOD 20Omg/l出水BOD 20mg/l指标设计，总共有六部份组成：1初沉池；2接触氧化池；3二沉池；4消毒池、消毒装置；5污泥池；6风机房、风机。 现分别论述如下： 1初沉池：设备初沉池为竖流式沉淀池，污水在沉淀池的上升流速为0.6-0.7毫米/秒，沉淀下来的污泥用空气提至污泥池。注：MY O.5-5m/h不设初沉池） 2接触氧化池：初沉后水自流至接触池进行生化处理，接触池分为三级，总停留时间为 1小时以上。加强型设备接触氧化时间可达6小时，填料为新颖梯形填料。易结膜、不堵塞。填料比表面积为160m/m接触池气水比在12:1左右。3二沉池：生化后污水流到二沉池，二沉池为二只竖流式沉淀池，并联运行。上升流速为O.3-0.4毫米/秒。排泥采用空气提升至污泥池。4消毒池及消毒装置：消毒池按规范：TJI474标准为30分钟，若是医院污水，消毒池可增加停留时间至1-1.5小时，采用固体氯片接触溶解的消毒方式，消毒装置能根据出水量的大小不断改变加药量，达到多出水多加药，少出水少加药的目的其它消毒装置可另行配制。 5污泥池：初沉池、二沉池的所有污泥均用空气提至HYYT-1 污泥池 内进行好氧消化。污泥池的清液回流至接触氧化池内进行再处理。消化后剩余污泥很少，一般1-2年清理一次。清理方法可采用吸粪车从污泥池的检查孔伸入污泥底部，进行抽吸外运即可。 6风机房、风机：设备风机房设在消毒池的上方， 口采用双层隔音，进风口有消声器、风机过滤器，因此运行时无噪音。风机采用二台L型罗茨鼓风机，能自动交替运行。单台风机运行寿命30000小时左右。

养殖场污水处理设备

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