土地处理系统消纳畜禽养殖业废水的探讨

龙岩市环境科学研究所 马 宁

0 前言

近年来，随着我国农业结构的调整和农业产业化的推进，规模化、集约化的畜禽养殖业得以迅猛发展，成为我国农村经济中最活跃的经济增长点和主要支柱产业。规模化的集中养殖可以提高养殖技术及管理水平，降低成本，增加经济效益，但尿粪过度集中和冲洗水的大量增加将衍生日益严重的环境污染，不仅影响经济发展而且还危及生态安全。

龙岩市地处福建省西南部，近年来畜禽养殖发展迅速。2010年，龙岩市大牲畜存栏 146405头，生猪存栏 3389474头，羊存栏 47143头，家禽存栏 15906989羽，家兔存栏30952336头，畜禽养殖以生猪、家禽、家兔为主，主要来自集中式规模化养殖场[1]。大量的畜禽养殖产生的养殖废水，已严重影响九龙江等地表水体的水质。为防治养殖废水污染，龙岩市环境保护局及龙岩市畜牧兽医水产局联合下发《重点流域禁养区外生猪养殖污染治理验收工作意见（试行）》的通知（2009年），该“意见”规定，在非禁养区范围内的规模化养殖单位，须采用生物发酵床垫料养殖技术，或实行生态立体种养模式，或采取综合治理、生物治理工程措施，实现养殖废水“零”排放或达标排放[2]。为使该意见能得到有效的落实，结合龙岩地区的土地特点，探讨土地消纳养殖废水的可行性是很有必要的。

1 土地处理系统分析

土地处理系统是利用土地及其中微生物和植物根系对污水（废水）进行处理，同时又利用其中水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。处理方式一般为污水灌溉（通过喷洒或自流将污水排放到土地上以促进植物的生长）、渗滤（将污水排放到粗砂、土壤和砂壤土土地上渗滤处理）和地表漫流。

以猪场为例，废水中所含主要污染物质为COD、BOD5和NH3-N等，其COD浓度值约为8000mg/L，BOD5值约为3500mg/L，NH3-N浓度值约为500mg/L，要做到废水达标排放，须进行深度二级处理，投资大，养殖户不愿采纳。而利用土地处理系统处理养殖废水，利用了区域的自然条件，投资少，操作较方便，容易为养殖户所接受。根据龙岩市近期新、改建的规模化养殖场调查，养殖场主要的废水环保设施为沉淀池——沼气池——氧化塘，采用厌氧、好氧方式处理废水中有机物，经处理后废水基本直接用于周边林地消纳，满足“零排放”要求。

土地处理系统处理养殖废水主要有以下几种方法：

地表漫流：用喷洒或其他方式将废水有控制地排放到土地上。土地的水力负荷每年为1.5～7.5m。适于地表漫流的土壤为透水性差的粘土和粘质土壤。地表漫流处理场的土地应平坦并有均匀而适宜的坡度（2%～6%），使污水能顺坡度成片地流动。地面上通常播种青草以供微生物栖息和防止土壤被冲刷流失。污水顺坡流下，一部分渗入土壤中，有少量蒸发掉，其余流入汇集沟。污水在流动过程中，悬浮固体被滤掉，有机物被草上和土壤表层中的微生物氧化降解。

灌溉：通过喷洒或自流将污水有控制地排放到土地上以促进植物的生长。污水被植物摄取，并被蒸发和渗滤。灌溉负荷量每年约为0.3～1.5m。灌溉方法取决于土壤的类型、作物的种类、气候和地理条件。通用的方法有喷灌、漫灌和垄沟灌溉。

喷灌：采用由泵、干渠、支渠、升降器、喷水器等组成的喷洒系统将污水喷洒在土地上。这种灌溉方法适用于各种地形的土地，布水均匀，水损耗少，但是费用昂贵，而且对水质要求较严，必须是经过二级处理的。

漫灌：土地间歇地被一定深度的污水淹没，水深取决于作物和土壤的类型。漫灌的土地要求平坦或比较平坦，以使地面的水深保持均匀，地上的作物必须能够经受得住周期性的淹没。

垄沟灌溉：靠重力流来完成。采用这种灌溉方式的土地必须相当平坦。将土地犁成交替排列的垄和沟。污水流入沟中并渗入土壤，垄上种植作物。垄和沟的宽度和深度取决于排放的污水量、土壤的类型和作物的种类。

上述三种灌溉方式都是间歇性的，可使土壤中充满空气，以便对污水中的污染物进行需氧生物降解。

渗滤：这种方法类似间歇性的砂滤，水力负荷每年约为3.3～150m。废水大部分进入地下水，小部分被蒸发掉。渗水池一般是间歇地接受废水，以保持高渗透率。适于渗滤的土壤通常为粗砂、壤土砂或砂壤土。渗滤法是补充地下水的处理方法，并不利用废水中的肥料，这是与灌溉法不同的。

2 土地处理方式的选择

2.1 土地处理方式的选择分析

龙岩市地貌以山地为主，土壤类型分为林地土壤和耕地土壤，其中林地土壤占全市面积的84.71%，耕地土壤占全市面积的6.52%【3】。区域内养殖场主要分布于农村地区山林内，山地地表坡度无法达到2%～6%的要求，因此无法达到地表漫游处理方式中的缓慢流动过程中渗透、蒸发的要求。若采取地表漫游的处理方式，废水可能通过大幅度坡降以地表径流的形式进入山下地表水体，造成水体有机污染。

龙岩市土壤类型包括红壤、黄壤、紫色土、山地草甸、岩石裸露地，具体土壤类型及养分见表1[3]。土地类型无法达到渗滤处理方式要求（通常为粗砂、壤土砂或砂壤土）。因此，针对龙岩市地形土壤情况，应采用灌溉的土地处理方式处理养殖废水，见表1。

表1 龙岩市林地土壤类型及养分含量表

从表 1可见，龙岩市林地土壤主要有红壤、红黄壤和黄壤，这三种类型所占林地土壤的类型为90.39%。

2.2 灌溉方式的选择

由于灌溉方式中的漫灌和垄沟灌溉要求土地平坦，与区域养殖场所位于的山地地形条件不符，因此，在灌溉的方式中应选择喷灌的方式。喷灌工艺适合各种地形，可方便控制水量，且能均匀地浇洒，出水量小，控制面积广，废水通过喷头喷洒浇灌，可以通过地面蒸发和土壤植被消纳而实现养殖废水零排放。

3 不同地表植被的浇灌量分析

土地处理系统是利用土地及其中微生物和植物根系对污水（废水）进行处理，同时又利用其中水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。土壤和植物是处理的关键。通常选择植物包括农作物、林木、果树以及牧草。龙岩市耕地面积少，猪场基本位于山上，利用废水浇灌山下农田不仅工程量大，且需要耕地面积大，并不可行，应因地制宜，以林木、果树、牧草作为浇灌对象。

根据《重点流域禁养区外生猪养殖污染治理验收工作意见（试行）》中关于消纳场地的要求，草场配比≥0.05亩/1头存栏生猪；果或林或蔬或竹等配比≥0.15亩/1头存栏生猪[2]。符合该标准的养殖场一般能做到废水零排放，但如何合理利用消纳土地内植物浇灌废水，达到废水利用最大化，应根据土地不同类型植被来具体规划。

3.1 林木喷灌

根据《重点流域禁养区外生猪养殖污染治理验收工作意见（试行）》中要求，核算废水量，折算出平均每亩林地须消纳养殖场废水 0.1t/d，若按每头猪平均每天产生废水量15kg计，1亩林地可消纳6.6头猪产生的废水。考虑如此每日集体大面积喷灌，无法充分利用单位面积土地吸纳量，因此可通过地表植物情况具体确定合适的浇灌计划。

例如，马尾松林的废水吸纳量约为 0.5～0.8t/亩.d，在非雨季且不考虑蒸发量的情况下，马尾松林可7～10d进行一次浇灌。因此，可将浇灌区域分片浇灌，具体将喷灌面积分为7块（按浇灌周期考虑），每次浇灌水量可提升至0.7t/亩.d，依次分片浇灌，不仅减少每日浇灌工作量，也可做好施肥，促进马尾松生长。降雨后，土壤湿度大，不宜浇灌，应等待水量蒸发或消纳后再浇灌，或是在降雨后头几天将全部林地统一浇灌，减少单位面积吸纳水量，避免土壤水分饱和，有机废水以地表径流的形式进入地表水体。

毛竹林的吸纳量大于马尾松林，可达到 1～1.3t/亩.d，不考虑雨季情况，浇灌周期约为5～7d[4]，同样可分片浇灌，达到最佳种植效果。

3.2 果树喷灌

果树施肥浇灌对水量、水质以及浇灌次数有严格规定，因此，不可每日或经常性的施肥浇灌，不同种类果树在育苗、开花、结果几个时期对水量及水质均有严格要求，若施肥水量过大，将造成烧苗或直接落花落果。养殖废水属于持续产生的，在非雨季情况应每日排放消纳，若没有合适、足够土地面积消纳，废水去向将成为问题。因此，养殖场废水全部用于果树的浇灌并不可行。

3.3 牧草喷灌

牧草，一般指供饲养的牲畜使用的草或其他草本植物。牧草再生力强，一年可收割多次，春、夏、秋均可播种，富含各种微量元素和维生素，因此成为饲养家畜的首选。

牧草耐肥程度高，抗旱耐淹，一般每亩牧草可以消纳养殖废水1.5t/d以上，浇灌周期短，约为3d[4]，并没有像果树培育阶段中对水量严格控制，因此选用牧草浇灌养殖废水效果佳，在处理废水的同时，收割的牧草还能作为家畜饲料，降低养殖成本，提高经济效益。

4 结语

养殖废水因污染物浓度高、处理费用相对较大而得不到有效的处理。在山区，利用土地、植物来消纳养殖废水不失为一种经济、实用的方法。但龙岩地区多为坡度较大的山林地，在利用废水浇灌时应注意针对不同的植物特性控制浇灌量，使废水均匀地洒落在山林地上，避免变相漫流而进入河流，造成地表水的污染。

此外，应加强对山林土壤和地下水的跟踪监测，观察、了解消纳废水的土壤和区域地下水质量的变化趋势，防止在处理废水的同时引发土壤和地下水质量的下降。

[1]龙岩市统计局.龙岩市统计年鉴（2011）.

[2]龙岩市环境保护局，龙岩市畜牧兽医水产局. 龙岩市重点流域禁养区外生猪养殖场污染治理验收工作意见（试行）.2009

[3]龙岩市地方志编纂委员会.龙岩市志（1988——2002）第一册.2006

[4]潘瑞炽.植物生理学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]李久生，张建君，薛克宗.滴灌施肥灌溉原理与应用[M].北京：中国农业出版社，2003.