規(guī)模化養(yǎng)豬場污水處理工藝應(yīng)用及運行分析

徐慶賢 魏敦滿 錢蕾

摘?要：為了實現(xiàn)糞便污水處理達標(biāo)排放的目的，提供了一種新型的污水處理工藝，即集水調(diào)節(jié)池+固液分離+CSTR厭氧發(fā)酵罐+溶氣氣浮1+A/O+BBAF+溶氣氣浮2+消毒工藝，通過福建省永潤農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司南平市松溪縣鄭墩鎮(zhèn)雙源村規(guī)?；B(yǎng)豬場的實踐應(yīng)用，結(jié)果表明：該工藝通過技術(shù)集成途徑，污水處理達到了預(yù)設(shè)目標(biāo)，出水水質(zhì)指標(biāo)COD 187.4?mg·L-1、BOD5 81.4 mg·L-1、NH4+N 71.8 mg·L-1、TP 7.3 mg·L-1和SS 84.7 mg·L-1，均達到《GB18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準》要求，有效處理了污水中有機污染物，實現(xiàn)豬場糞污治理可持續(xù)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：規(guī)模化養(yǎng)豬場;污染治理;運行效果;達標(biāo)排放

中圖分類號：S 828?文獻標(biāo)志碼：A?文章編號：0253-2301（2019）10-013

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.10.013

Abstract： In order to achieve the goal of meeting the discharge standards of fecal sewage treatment， a new sewage treatment process was provided， that is， feedwater regulating reservoir+solid-liquid separation+CSTR anaerobic fermentation tank+dissolved air floatation 1+A/O+BBAF+dissolved air floatation 2+disinfection process. Through the practice application of Fujian Yongrun Agricultural Development Co.， Ltd. in Shuangyuan Village， Zhengdun Town， Songxi County of Nanping City， the results showed that by means of technology integration， the sewage treatment reached the preset target， and the effluent quality indexes of COD 187.4 mg·L-1， BOD5 81.4 mg·L-1， NH4+N 71.8 mg·L-1， TP 7.3 mg·L-1 and SS 84.7 mg·L-1 all met the requirements of GB18596-2001 pollutant discharge standards for livestock and poultry industry， which have effectively treated the organic pollutants in sewage and achieved the sustainable development of fecal sewage treatment on pig farms.

Key words： Large-scale pig farm; Pollution control; Operation effect; Up-to-standard discharge

我國規(guī)?；B(yǎng)豬場發(fā)展迅猛[1-3]，由于養(yǎng)殖場排放大量污水，而養(yǎng)豬場糞便污水是一種高濃度有機廢水[4-7]，大多未經(jīng)妥善處理，如果污水不經(jīng)過凈化處理而直接排放，會使自然水體中的SS、COD、BOD5升高，導(dǎo)致發(fā)生嚴重的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，水色變黑，發(fā)臭，將對周圍環(huán)境造成嚴重地破壞。另外，豬場污水中還含有各種的病原微生物，如果這些病原微生物得不到有效控制，將會導(dǎo)致豬病的蔓延，威脅養(yǎng)豬行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8]。養(yǎng)豬排放的糞污已成為農(nóng)業(yè)面源污染中突出的環(huán)境問題[9-11]。

2016年，福建省第一個被批準了《國家生態(tài)文明試驗區(qū)（福建）實施方案》，是全國首批生態(tài)文明試驗區(qū)的3個省份之一[12]，對養(yǎng)殖業(yè)進行了規(guī)范化發(fā)展與整治，對養(yǎng)殖業(yè)糞污治理工程達標(biāo)排放以及廢棄物資源化利用提出了更高要求。規(guī)?；託饧夹g(shù)是可再生能源和環(huán)境保護領(lǐng)域關(guān)注的重點[13]。利用沼氣技術(shù)處理規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污，不但能夠有效處理養(yǎng)殖廢棄物，避免環(huán)境污染，而且還可以通過沼氣生產(chǎn)向周圍用戶提供清潔能源，對開發(fā)可再生能源及發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟都具有重要意義[14-15]，這促使國家大力發(fā)展沼氣事業(yè)[16]。

項目組依據(jù)可持續(xù)發(fā)展的理念，以實現(xiàn)糞污達標(biāo)排放化為原則，輔以沼氣、沼渣以及沼液資源化利用，通過對福建省永潤農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司南平市松溪縣鄭墩鎮(zhèn)雙源村養(yǎng)殖基地糞污處理工程進行技術(shù)工藝改進與技術(shù)集成，根據(jù)此工程實例關(guān)鍵技術(shù)分析總結(jié)，以便為規(guī)模化豬場建立實用生態(tài)環(huán)保型技術(shù)模式提供參考。

1?規(guī)?；B(yǎng)豬場概況

福建省永潤農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司養(yǎng)殖基地位于鄭墩鎮(zhèn)雙源村上坑，四周皆為山林地，占地面積3.33 hm2，主要建筑物面積15000 m2。該公司是一家集種豬繁殖、生豬飼養(yǎng)、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)與技術(shù)推廣、農(nóng)林作物新品種的研發(fā)及花卉水果種植為一體的生態(tài)農(nóng)業(yè)園，實際養(yǎng)殖規(guī)模為年存欄生豬2355頭，其中種豬720頭，商品豬1635頭，配套建設(shè)豬舍及污水處理等設(shè)施及消納土地面積，總共 73.18 hm2林地灌溉地。該規(guī)?；i場排水主要包括豬尿、豬舍、豬具清洗廢水、職工生活污水，合計污水處理量127.9 t·d-1。

2?污水處理工藝流程優(yōu)化設(shè)計

該公司原處理系統(tǒng)包含干清糞沼氣發(fā)電和綜合污水（發(fā)酵沼液、沖欄水等）處理兩套系統(tǒng)。干清糞沼氣發(fā)酵采用CSTR+紅泥發(fā)酵工藝，綜合污水工藝采用A/O工藝。原工藝存在的問題：（1）原工程為了確保沼氣產(chǎn)量，干清糞與部分污水調(diào)配均勻后進入CSTR發(fā)酵罐，產(chǎn)生沼氣量較大，但產(chǎn)生的沼液有機物濃度也很高，匯同沖欄廢水進入污水處理系統(tǒng)處理，對系統(tǒng)的沖擊負荷大。（2）處理工藝針對性不強，處理設(shè)施零散，工藝單元處理效能不足，缺乏整體連貫性。（3）污水預(yù)處理不到位，沼氣厭氧出水?dāng)y帶浮泥直接進入生化系統(tǒng)，影響污泥活性。（4）生化處理系統(tǒng)進水有機負荷高，而生化系統(tǒng)池容不足，難以處理達標(biāo)。（5）生化系統(tǒng)采用一級A/O，功能單一，容易污泥膨脹，生化處理效果差。因此，優(yōu)化工程必須統(tǒng)籌考慮，優(yōu)化工藝路線，針對COD、NH3N、P等增加設(shè)置針對性強、處理效率高的工藝單元，保證每級功能單體處理效率，保證出水水質(zhì)符合設(shè)計要求。

根據(jù)水質(zhì)特點、污水處理要求，需進行整套糞污處理系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計，優(yōu)化工程整體處理工藝采用集水調(diào)節(jié)池+固液分離+CSTR厭氧發(fā)酵罐+溶氣氣浮1+A/O+BBAF+溶氣氣浮2+消毒工藝，處理出水使得優(yōu)化后養(yǎng)殖污水出水達到《GB5084-2005農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準》旱作模式指標(biāo)，經(jīng)植物氧化塘儲存、進一步降解后全部回用于農(nóng)田旱作澆灌，實現(xiàn)零排放。養(yǎng)殖場污水處理流程見圖1。

豬舍建造采用機械刮糞板模式，糞便及尿液從漏縫板掉入斜坡道和排溝，糞便與尿液分離。豬舍欄下通過安裝牽引調(diào)整架、拉桿裝置、刮糞板、側(cè)板等裝置，糞便刮至儲糞池內(nèi)。通過機械化清糞，可降低人力勞動強度，同時減少污水排放量 80%以上。養(yǎng)殖場豬糞由抽渣車從廠區(qū)集污池抽入進料斗入勻漿池。場區(qū)污水溢流至蓄水池。利用蓄水池污水將勻漿池中發(fā)酵物干物質(zhì)濃度調(diào)配至8%，勻漿池內(nèi)設(shè)有立軸攪拌機及抗堵塞撕裂結(jié)構(gòu)的潛水式提升泵，待物料充分攪拌均勻后，發(fā)酵料液泵入高濃度厭氧發(fā)酵罐處理。經(jīng)過高濃度反應(yīng)器厭氧消化后產(chǎn)生的沼肥經(jīng)過固液分離池，固體物質(zhì)制成有機肥，液體物質(zhì)和蓄水池內(nèi)多余污水一起排入低濃度沼氣池進行二次發(fā)酵，發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液流入儲液池，做成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥，多余沼液至曝氣池進行好氧處理，再流入人工生態(tài)濕地，后排放至氧化塘。發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過氣水分離器、脫硫塔、阻火器等一系列凈化處理，可以給企業(yè)、農(nóng)戶用氣以及沼氣發(fā)電機組發(fā)電。產(chǎn)生的沼渣沼液可制作成有機肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3?污水處理工程構(gòu)筑物介紹

污水處理工程各構(gòu)筑物詳見表1。

4?豬場糞便污水處理關(guān)鍵技術(shù)

4.1?完全混合式厭氧消化器（CSTR）

CSTR反應(yīng)器的特點是適用于高懸浮物、高濃度（高溫）廢液，因此對于處理福建省永潤農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司畜禽養(yǎng)殖糞污非常適合。發(fā)酵罐分為2個，單體容積為1400 m3。全部糞污進入完全混合式厭氧消化器（complete stirred tank reactor，簡稱CSTR），采用上進料下出料方式，并帶有水力攪拌，產(chǎn)氣率視原料和溫度不同在0.8～1.0運行穩(wěn)定性好。

4.2?氣浮裝置

氣浮機是集絮凝、氣浮、撇渣、刮泥于一體的氣浮裝置，運用了“淺池理論”及“零速原理”進行設(shè)計，停留時間僅需3～5 min，強制布水，進出水都是靜態(tài)的，微氣泡與絮粒的黏附發(fā)生在包括接觸區(qū)在內(nèi)的整個氣浮分離過程，浮渣瞬時排出，水體擾動小，出水懸浮物低，出渣含固率高。

4.3?好氧處理技術(shù)

污水的好氧生物處理是指在有溶解氧的條件下，利用好氧微生物將有機物氧化分解成CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-等。好氧處理系統(tǒng)包括：A/O工藝和BBAF工藝。

4.3.1?缺氧-好氧工藝（A/O工藝）?A/O工藝具體是將污水在好氧條件下使含氮有機物被細菌分解為氨，然后在好氧自養(yǎng)型亞硝化細菌的作用下進一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再經(jīng)好氧自養(yǎng)型硝化細菌作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，至此完成硝化反應(yīng);在缺氧條件下，兼性異養(yǎng)細菌利用或部分利用污水中的有機碳源為電子供體，以硝酸鹽替代分子氧作電子受體，進行無氧呼吸，分解有機質(zhì)，同時，將硝酸鹽中氮還原成氣態(tài)氮，至此完成反硝化反應(yīng)。A/O工藝不但能取得比較滿意的脫氮效果，而且通過上述缺氧-好氧循環(huán)操作，同樣可取得COD和BOD高去除率。

4.3.2?折流式生物流化池工藝（BBAF工藝）?折流式生物流化池（Baffling?Biological?Aerated?Filter，簡稱BBAF）工藝在研發(fā)時充分借鑒SBR法、AO法、A2O法、氧化溝等活性污泥法，以及生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法等生物膜法和厭氧消化、水解酸化、CSTR等厭氧生物處理法，通過設(shè)計手法和二級或三級污水處理工藝而開發(fā)研制出來的集約化污水處理新工藝，可以使污水在同一個處理池內(nèi)完成曝氣-沉淀-二次曝氣-二次沉淀等過程，特別在連續(xù)進水條件下實現(xiàn)進水-曝氣-沉淀-出水的間歇曝氣，同時實現(xiàn)污泥回流，整個運行沒有閑置。BBAF與傳統(tǒng)活性污泥生化法的比較分析見表2。

BBAF系統(tǒng)的運行分為3個階段，各階段COD、SS的去除率都保持良好，但是氮磷去除效果存在差異。第1階段周期總時長為6 h以上，缺氧/好氧交替運行，氨氮去除率高，但反硝化不完全，因此TN的去除率差，TP的去除率也比較低;第2階段，周期總時長可達10 h以上，運行方式不變，各種污染物去除效果最好，COD、氨氮、TN、TP、SS的去除率分別是92.00%、96.99%、71.98%、95.16%、96.31%;第3階段，周期總時長可達8 h以上，運行期間發(fā)生輕微污泥膨脹，氨氮去除較差，但TN、TP去除率很高。

5?運行效果

采樣依據(jù)《HJ 494-2009水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》，檢測污水中SS、COD、BOD5、NH3N和TP。SS采用《GB11901-1989 水質(zhì) 懸浮物的測定 重量法》;COD測定采用《HJ/T399-2007 水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 快速消解分光光度法》;BOD5采用《HJ 505-2009 水質(zhì) 五日生化需氧量（BOD5）的測定 稀釋與接種法》; NH3N測定采用《HJ535-2009 水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》; TP采用《GB11893-1989 水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》。

該規(guī)?；i場糞污處理采用達標(biāo)排放與廢棄物資源化利用相結(jié)合的治理模式，根據(jù)測試結(jié)果來看，運行效果較穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好。糞污初始進水水質(zhì)COD 10000 mg·L-1、BOD5 6000 mg·L-1、NH4+N 700 mg·L-1、TP 150 mg·L-1和SS 8000 mg·L-1，通過對污水處理系統(tǒng)進出口監(jiān)測，污水處理達到了預(yù)設(shè)目標(biāo)，出水水質(zhì)各項指標(biāo)均達到《GB18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準》要求。本工藝各環(huán)節(jié)污水處理效果見表3。

6?結(jié)論

本試驗設(shè)計的規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污處理系統(tǒng)工程工藝，改進糞污進料方式，降低進水負荷，引入兩級生化工藝，增加氣浮處理，增設(shè)消化液回流和污泥回流，增加生化后的混凝物化處理，是以達標(biāo)排放為主，輔以沼氣、沼渣、沼液以及豬糞渣的資源化利用的集成工藝技術(shù)。通過福建省永潤農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司南平市松溪縣鄭墩鎮(zhèn)雙源村規(guī)?；B(yǎng)豬場的實踐應(yīng)用，結(jié)果表明：該工藝采用集水調(diào)節(jié)池+固液分離+CSTR厭氧發(fā)酵罐+溶氣氣浮1+A/O+BBAF+溶氣氣浮2+消毒工藝，可以有效處理污水中有機污染物，實現(xiàn)規(guī)模化豬場糞污達標(biāo)排放，解決豬場糞污治理可持續(xù)化發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）