能源生态型沼气工程在处理规模化养猪场废水中的应用

刘姿余

摘要 以龙海市某规模化养猪场为例，阐述沼气工程在规模化养猪场废水处理中的应用。结果表明：USR能源生态型沼气工程处理规模化养猪场养殖废水，具有设计合理、结构简单、管理方便、运行稳定、治污效果好等特点，经济、社会、能源生态效益显著。

关键词 能源生态型沼气工程；规模化养猪场；废水处理

中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）14-0218-01

规模化养猪场养殖废水中含有大量的CODcr、氨氮和病原体等污染物，对水体、大气环境、农田及作物等易造成严重污染。而发展沼气工程建设是解决生猪养殖污染，实现畜禽粪便资源化、减量化和无害化的最经济有效途径之一[1-2]。

规模化养猪场沼气工程建设要根据沼气工程的目的和周边环境条件的不同，选择能源生态型模式或能源环保型模式。能源生态型模式是利用沼气工程周边的农田、鱼塘等消纳经沼气发酵后的沼渣、沼液，使沼气工程成为生态农业园区的纽带。与能源环保型模式相比较而言，能源生态型模式具有投资费用较低、运行费用较低、处理标准较低、运行管理简单、生态经济效益较高等优点，是一种理想的污水治理工艺模式[3-4]。规模生猪养殖场一般远离村庄，周围有花卉苗木基地、果园、农田、鱼塘等土地，可供消纳沼渣、沼液，因此龙海市主推能源生态型沼气工程作为规模化生猪养殖场养殖废水污染治理模式。现以龙海市某规模化养猪场沼气工程为例，介绍USR（升流式固体厌氧反应器）能源生态型沼气工程在处理养殖废水中的应用，以期为规模化养猪场沼气工程建设提供技术指导。

1 USR能源生态型沼气工程

1.1 养猪场沼气工程概况

龙海市某规模化生猪养殖场位于白水镇，属亚热带气候，年均气温21 ℃。全场占地逾4 hm2，常年商品猪存栏约6 000头，周围山地主要有林地、果园和花卉苗木种植基地等。综合考虑养殖规模、周围环境和运行成本等因素，采用以USR系统为核心的能源生态型处理工艺，实施“猪—沼—林（果）”模式。沼气工程于2009年启动建设，2010年10月投入使用，至今连续运行正常稳定。

1.2 污水水质与工艺流程

养猪场日产猪粪13.2 t，日排粪污水约1 200 t。为减轻系统处理压力，采用人工清粪，日产日清，清除率达80%。日冲洗猪舍2次，冲栏污水集中排放到集污池，污水水质如下：CODcr 6 000 mg/L、SS 3 098 mg/L、NH3-N 550 mg/L、总P 102 mg/L，pH值6.91。

废水处理工艺流程：干拣粪便——污水收集——水解酸化——厌氧消化——沉淀过滤——沼液贮存——农田消纳（沟灌、管灌、喷灌等）及三级跌落式氧化塘好氧净化。经厌氧消化处理后沼液大部分作为液体有机肥利用，部分经氧化塘进一步好氧处理后作为鱼塘补充水。具体工艺流程如图1所示。

1.3 USR反应器工艺特点

USR反应器的工作原理是原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的有机物固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT），从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。USR反应器具有运行操作简单、稳定，有机物降解率高等特点。

2 主要工程构筑物设置

2.1 格栅设置

为了防止污水中的杂物进入厌氧池引起管道堵塞，在沉砂池前设置2道格栅，一粗一细，粗格间隙25～40 mm、细（下转第220页）

（上接第218页）

格间隙15 mm，规格60 mm×70 mm，拦截猪粪污水中较长纤维、毛等杂物，人工定时清理格栅表面杂物。污水过栅流速一般为0.5～0.8 m/s，格栅倾角为45～75°。

2.2 酸化池

容积为250 m3。主要功能是水解和酸化作用，并对污水的水质、水量进行有效调节。为了能够再适当降低污水浓度，池子设计为平流沉淀的形式，下底部沉淀污渣定期排到干化场，而上清液采用穿孔管集水方式导入厌氧消化器。

2.3 厌氧消化器

反应器总有效容积1 800 m3，4座450 m3的USR反应器串联运行。池体为双截头圆锥形密闭筒罐形式、钢筋混凝土地下结构，池底部设有布水管，保证进水均匀，同时起到搅拌作用；池体上部增设软纤维填料起到了固着污泥的作用，以提高厌氧发酵效率。USR反应器主要设计参数如下：发酵温度25 ℃、水力滞留期15 d、TS浓度3.5%、CODcr负荷1.5 kg/m3·d、产气率0.3～0.4 m3/m3·d。

2.4 氧化塘设计

因受生猪存栏数、种植数量、季节等因素影响，系统产生的沼液有时无法全部用于还田，但又不能直接排放，因此本系统又增设10 000 m3的跌落式氧化塘，分成3级，平均水深不超过2.2 m。一方面利用地势高差形成重力流动，并自然充氧；另一方面水生植物生长过程中需要吸收N、P等营养元素，可提高生物氧化塘去除CODcr和NH3-N的能力。

2.5 沼液灌溉设施

为了方便沼液施肥和灌溉，铺设一套管道（PVC压力管），由2套污水泵抽送到各耕地片区地势最高点，然后回流灌溉。

3 工程运行治理效果

工程稳定运行后，每日产气量稳定在450 m3左右，USR反应器CODcr 去除率达80%。经检测，处理后贮液池的水质符合粪便无害化卫生标准（GB7959—87），并富含氨基酸及速效N、P、K作物营养，可直接作为液体肥料进行利用；氧化塘污水排放口污染物指标为：CODcr<400 mg/L、SS<200 mg/L、NH3-N<80 mg/L、总P<8.0 mg/L、pH值7.72、粪大肠菌群数 <10 000个/mL。废水经本工程处理后，出水的水质可以达到《畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）》。endprint

4 效益分析

4.1 经济效益

4.1.1 沼气。年产沼气16.4万m3，全部收集用于猪场生产生活用能和沼气发电，沼气按1元/m3计，折合人民币16.4万元。

4.1.2 沼液。经过USR处理后产生的沼液是农作物优质液体肥料。将沼液施用于绿化苗和果树，可以促进植物增长，提升水果品质。根据实际运行核算，可利用沼液施肥13.33 hm2，以年均节省化肥农药费9 000元/hm2算，则节省费用约 12.0万元。

4.1.3 粪渣。配置一套猪粪速酵设备，用于猪粪、沼渣加工成有机粗肥出售给果园、花卉苗木种植基地等。经核算，年产有机粗肥1 500 t，按市价100元/t计，折合人民币15万元。

4.2 生态环境效益

项目实施后，养殖场建成以种植业为基础，养殖业为主体，沼气为纽带，促进能源物流良性循环的生态养殖场，明显改善农业生态环境，有利促进可持续发展。猪场污水经过厌氧发酵后，大大降低有机质含量，有效消灭污水中的病菌、寄生虫卵。日产沼气450 m3，可替代标煤297 kg，有效减排CO2、SO2、烟尘等不良气体，环境效益十分明显。提供沼液、沼渣、猪粪等优质有机肥料，可减少化肥、农药用量，改善土壤理化性状，有利于农作物增产、增收，促进无公害农产品、绿色食品和有机食品发展。

5 结论

由以上分析可知，规模化养猪场采用USR能源生态型沼气工程处理猪粪污水，能够很好地实现污染物“无害化、能源化、减量化、资源化” 利用目的，取得良好的经济效益、社会效益、能源生态效益。截至目前，我市已建成149处小型沼气工程和3处大中型沼气工程，这些已建成的沼气工程，由于有的建成年份较早、有的未请专家设计等原因，因此存在厌氧消化器落后、“三沼”利用不充分等问题。因此，相比较而言，此场在治理粪污模式具有以下几个可借鉴的地方：一是采用USR厌氧消化器，具有消化器内污泥浓度高、处理效率高、产气率高、能耗少、维护费用低、运行稳定、管理方便等优点。二是养殖场购置沼气发电设备，可以把未用完的沼气用来发电，既节约养殖场用电费用，又避免沼气排空造成大气二次污染。三是龙海市气候温和，果树、花卉苗木等种植业发达，对粗肥需求量大。养殖场配置猪粪速酵设备，对粪渣加工成有机粗肥出售给果园、花卉基地等，比直接把粪渣卖给有机肥料厂加工的收入更高，从而增加养殖场的收入。

6 参考文献

[1] 邓良伟，蔡昌达，陈铬铭，等.猪场废水厌氧消化液后处理技术研究及工程应用[J].农业工程学报，2002（3）：92-94.

[2] 崔理华，陈智营.国内外规模化猪场废水处理组合工艺进展[J].农业环境保护，2000（3）：188-191.

[3] 杨朝晖，曾光明，高锋，等.固液分离—UASB—SBR工艺处理养猪场废水的试验研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2002（6）：95-99.

[4] 杨朝晖，曾光明，陈信常，等.规模化养猪场废水处理工艺的研究[J].环境工程，2002（6）：19-21.endprint