物化+生化法处理规模化猪场粪污水工艺及效果——以益阳市农科所黄泥湖猪场为例

汤海林，杨爱华，孙杰龙，张锦余，冷电波

随着生猪养殖向规模化、集约化方向的发展，规模化猪场及养殖小区迅速增加，600头存栏母猪、日存栏5 500头猪的猪场产粪尿约27.5 t/d，冲洗水及员工生活用水约250 t/d，粪污水总量可达300 t/d。许多地方生猪养殖产生的粪尿水已超过周围环境承载力，成为水源、江河、土壤和空气的主要污染源之一，已引起社会的共同关注和各级政府的高度重视。目前处理规模化猪场粪污水主要方法有农牧结合法、发酵床养猪法、厌氧好氧处理法等[1-2]。物化+生化法处理规模化猪场粪污水工艺[3]，即用物理和化学的方法对粪污水中固体物质进行分离，用生物和化学的方法对粪污水中的有机物、氨氮和磷进行分解。现将对该工艺研究应用情况总结如下。

1 猪场生产基本情况

猪场位于益阳市赫山区黄泥湖，属丘陵区，猪场占地7.4 hm2，常年存栏母猪520头，日存栏生猪4 200头左右，年出栏生猪8 000头。猪场鲜粪大部分采用场内人工收集，少量猪粪、猪尿水及冲洗水经排污沟向场外排放。猪场日产生粪污水夏季约250 t，冬季约150 t。

2 物化+生化法污水处理的原理

2.1 硅藻精土处理粪污水工艺原理

硅藻精土水处理剂是获国家发明专利的硅藻精土改性产品（专利号：ZL981 22377.4）。硅藻是一种单细胞藻类，具有体轻、质软、多孔、比表面积大、化学性质稳定、吸附能力强等特点。在水处理中根据污水的类别在精土中加一定量的改性物质，改性制成处理各种水质的硅藻精土水处理剂。在粪污水处理时，微量硅藻精土水处理剂加入污水中，在高速搅拌下，瞬间散于水体中，硅藻表面的不平衡电位中和悬浮离子的带电性，使胶体颗粒的胶团的E电位减小或为零，从而达到胶体颗粒脱稳的目的，促使水中污染物快速絮凝、沉淀。硅藻精土巨大的孔体积和较强的吸附力，把细微和超细微物质吸附到硅藻表面，形成链式结构，絮凝沉淀，这样污染物质和细菌，瞬间与水体分离，通过硅渣与水分离，沉淀物留下，清水向前流出。硅藻还具有自身脱水的功能，脱水后，硅藻及吸附物留下来，排出的水质更为清净，从而达到污水处理为清水的目的。

2.2 双面导流技术处理粪污水原理

双面导流式生物法污水处理方法及其污水处理设备（专利号：ZL 98 121863.6），是在生物活性污泥处理技术的基础上，对污泥的回流系统进行改进，利用曝气上升气流下产生的水流，在导流板夹缝间形成的负压，让污泥由沉降区自动回流，取代了传统的机械回流，同时导流板将处理池分隔成好氧区（曝气区）和厌氧区（污泥沉降、清污分流区），污水和污泥在水流的带动下，在好氧区和厌氧区间自动反复循环，将过去分散的各个工序如好氧（曝气）、厌氧循环、清水污泥分离、污泥回流集中在一个处理池内自动完成，因此能高效地降低化学需氧量（COD）以及氨氮、磷等污染物；使污水处理节约投资、减少场地占用，提高处理效率，且易于管理。

图1 双面导流处理粪污水工艺示意图

2.3 生物法除氮机理

污水中氮的去除由氨化反应——硝化反应——反硝化反应共同完成，其工艺原理如下：1）氨化反应。在好氧条件下，氨化菌将污水中有机氮化合物分解转化成NH3-N，以氨基酸为例，其反应式为：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3；2）硝化反应。在好氧条件下，硝化菌将NH3进一步氧化为NO2-和NO3

-，其反应式为：NH3+O2→NO3-+ NO2-+2H++H2O；3）反硝化反应。在缺氧（兼氧）条件下，反硝化菌将NOX-N少部分同化为菌体自身的有机氮化合物，大部分（70%～75%）异化（还原）为气态氮N2，其反应式为：NO2-N+3H+→ 1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→ 1/2N2+2H2O+OH-

3 物化+生化法污水处理的工艺流程

3.1 工艺流程

根据上述技术路线，确立如图2工艺流程。

图2 粪污水处理工艺流程

图3 种养结合生态循环利用途径

种养结合生态循环利用途径如图3所示。

3.2 工艺流程各工序单元功能

1）粗格栅：利用物理法将大颗粒、悬浮物去除。

2）集水井：水解、酸化池的功能，可将部分大分子有机污染物降解为小分子污染物，去除部分有机污染物，同时可以去除颗粒较大的悬浮物，保证水量稳定。

3）絮凝反应池：利用硅藻精土水处理剂以及聚合氯化铝（PAC）、聚合烯酰胺（PAM），使固液两相过滤分离，使水达到净化，污泥回流、剩余污泥外排或干化。

4）厌氧ABR、生物接触氧化池：利用厌氧菌的特殊功能使长链有机物断链、降解，大分子变成小分子，多糖转换成单糖，同时还将BOD（生化需氧量）/COD比值得到改善，使有机物得到充分（厌氧）降解和初步（水解）降解，反硝化反应发生。

5）好氧双面导流池：利用好氧菌的快速增殖降解功能，对有机物进行充分降解，硝化发生，实现污水净化。

6）消毒池：作为处理后水质检测池、缓冲水池、溶氧水池或回用水池。

7）污泥处理系统：将污水处理过程中产生的污泥进行脱水、干化以及外运。

8）电气控制系统：完成各工艺单元的运行，显示报警和手动、半自动（全自动）运行控制功能。

4 物化+生化法污水处理的效果

4.1 设计规模

日处理粪污水300 t。

4.2 经处理排放口水质达标要求

粪污水处理前水质送检指标：COD 6 500 mg/L，BOD 3 200 mg/L，SS 2 600 mg/L，NH4-N 520 mg/L，pH=5.2，TP 450 mg/L。粪污水处理后水质要求达到《国家畜禽养殖业污染物排放标准》GB 18596-2001。

4.3 环保部门检测结果

经益阳市赫山区环境监测站验收监测，益赫环验监字[2009]008号，结论如下：废水方面：根据验收监测结果，验收监测期间设施废水排放口pH 7.84～7.92之间，SS 12～23 mg/L、COD 151～ 184 mg/L，NH4-N 51.3～ 64.5 mg/L，TP5.48～5.69 mg/L，粪大肠菌群小于2 000个，各项数据均未超《畜禽养殖业污染物排放标准》GB 18596-2001，为达标排放。厂界噪声方面：根据验收监测结果，验收监测期间各监测点的厂界噪声昼间、夜间值均符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB 12348-2008中Ⅱ类功能区标准。

4.4 企业自检检测结果

企业于2013年9月进行了自检，结果见表1。

表1 粪污水经各环节处理污染物指标

由表1看出，粪污水经每道工序，污染物指标得到有效降解，直至达标排放。

5 物化+生化法污水处理的成本及效益

5.1 工程建设费用

工程建设共投资245.2万元。生化+物化粪污水处理工艺105.2万元，其中土建57.5万元，设备费35万元，安装调试培训费4.5万元，外围建设费9.2万元。续建沼气处理系统140万元。

5.2 粪污水处理成本

处理1 t粪污水成本费用为2.15元，其中药剂费0.57元，电费0.96元，人工费0.26元，维修保养0.36元，按年处理100 000 t粪污水计算，年总费用为21.5万元（固定投资不计折旧）。

5.3 社会效益

产生社会效益约32万元/年，包括粪污水排放流域300～400亩稻田，水稻亩产恢复正常及实现高产，粪污水排放流域100多亩水面亩产鲜鱼恢复正常及实现高产，花卉苗木种植区域100多亩不施有机肥节省成本等。

5.4 生态效益

减少了有害物质排放量，年减少BOD为285 t，COD 为 583.3 t，减排N为44.2 t，P为44.4 t，另外保护了水源、降低了人畜共患疾病发生的风险，确保猪场周围农村生态环保良好，生活环境优美。

5.5 经济效益

产沼气14.6万m3/年；年发电22万kW·h，按每度电0.75元计，年效益16.5万元。

6 结论与讨论

1）采用物化和生化相结合，以生化工艺为主导的工艺流程，对粪污水进行处理，经分离、沉淀、生化等各个单元，将无机污染物以固体分离，有机物污染物降解为沼气、CO2、H2O、N2和剩余污泥，应用本工艺处理后的粪污水，经检测，各项数据均未超过《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001），为达标排放。

2）硅藻精土水处理剂处理污水的方法及双面导流式生物法污水处理方法应用在粪污水处理上，具有处理效果好，节约投资，减少场地占用，提高处理效率等良好效果，经科技查新，未见相关报道，属于科技应用创新。

3）猪场猪粪尿水处理先尽可能分离一部分鲜粪，降低后续处理的难度和成本。厌氧发酵产生沼气，能有效将粪污水中80%～90%有机物降解，生产沼气，配合沼气发电机，提供猪场廉价能源。

4）项目工艺流程具有投资少、工艺先进，操作简单、安全、处理效果好等优点，在规模化猪场及养殖小区治理粪污水上极有推广应用价值。

5）项目工程中产生的污泥富集了大量的P及N，为防止二次污染，作深埋处理，下一步工作目标是利用猪粪及污泥作有机肥，达到无害化，资源化的目的。

6）农牧结合是规模化猪场（养殖小区）粪污水处理最好途径，实现物质能量循环利用，生态环保和高效。新建猪场要根据环境容纳量确定生产规模，要做到设计、施工、环评三同时。

[1] 吕晓春，麻秋霞，王武强，等.中小型猪场排泄物治理模式[J].养猪，2011（4）：65-66.

[2] 白红杰.规模化猪场粪污生态化综合处理工艺的应用研究[J].养猪，2013（5）：73-76.

[3] 杨爱华，丁宁，汤海林，等.物化法和生化法处理规模化猪场粪污水工艺研究[J].养猪，2010（3）：30-32.