厌氧消化+A2/O+氧化塘处理猪场粪污水研究

钟明珠，王 全，王 亮，赵 曼，林 聪

(1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083；2.威海市农村能源工作站，山东 威海 264200；3.威海环山农牧投资有限公司，山东 威海 264200)



厌氧消化+A2/O+氧化塘处理猪场粪污水研究

钟明珠1，王 全2，王 亮3，赵 曼1，林 聪1

(1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083；2.威海市农村能源工作站，山东 威海 264200；3.威海环山农牧投资有限公司，山东 威海 264200)

山东文登东来养猪场采用厌氧消化+A2/O+氧化塘污水处理工艺对养猪场的粪污水进行处理，最后实现污水的农田灌溉和达标排放。笔者通过对工程运行的连续监测，研究分析猪场粪污水在各处理单元中有机物浓度降解和氨氮去除效果。结果表明：采用IC反应器处理猪场粪污水，COD的平均去除率可达85.39%。而在A2/O处理阶段，氨氮的平均去除率高达82.64%。经氧化塘后出水中COD和氨氮的平均值分别为198.01 mg·L-1，45.5 mg·L-1。整个污水处理系统COD和氨氮的平均去除率分别为95.82%，95.44%，该系统运行效果稳定。

污水处理；厌氧消化；A2/O工艺；氧化塘

伴随着我国经济的发展，传统的生产模式已无法满足人们对各类畜禽食品的需求，规模化养殖模式应运而生。规模化饲养在提高生产效率和经济效益的同时带来严重的环境问题。2010年畜禽养殖业污水排放中化学需氧量(COD)高达1148万t，氨氮高达65万t，分别占全国总排放量的45%和25%[1]。因此国家对畜禽养殖业污水的综合利用和无害化处理提出更高要求。

根据国内外的研究与实践证明，沼气工程可以高效处理利用畜禽养殖污水，具有能源和环保的双重效益。沼液作为发酵后的产物，富含N,P,K等植物生长所需的营养元素，是很好的有机肥料。通过沼肥的还田消纳，有效利用了沼液中的营养物质，增加农业资源再生能力，改善农业生态环境，促进生态循环农业的发展。但随着养猪规模和沼气工程建设的快速增加，沼液排放量远超过土地的消纳能力。由于养猪粪污水厌氧消化后有机物和氨氮含量远未达到国家相关的污水排放标准，在这种情况下，探索沼液经济、高效及其他后处理方法非常必要。

在减量化、资源化和无害化的前提下，国内外学者探究了很多利用厌氧、好氧等多种工艺相结合方式处理养猪污水。然而，在规模化猪场污水处理工程应用中，因投资和运行费用较高，真正达到排放标准的工程实例很少。笔者针对山东文登东来养猪场采用IC+A2/O+氧化塘污水处理工艺，通过对该工程实际运行的监测数据分析，表明所选工艺对猪场粪污水中COD和氨氮的去除效果明显，工程运行稳定，可为规模化猪场污水处理和综合利用提供一种参考方法。

1 工程建设概况

1.1 背景概况

文登东来养猪场成立于2008年，位于山东省文登区宋村镇姚山头村，总占地203余亩。该养猪场以种猪繁育为主，存栏母猪1200头，年出栏商品猪24000余头，采用干清粪工艺。为解决猪场粪污水的处理问题，猪场配套建设了沼气工程,A2/O工艺和氧化塘相结合的污水处理系统。猪场粪便污水首先经过厌氧消化生产沼气做能源使用，产生的沼液一部分供给周边农田、果林，另一部分经A2/O+氧化塘处理实现达标排放。

1.2 工程概况

该工程于2012年全部建成并开始运行，已连续稳定运行3年，日处理猪场粪污水量已达200 m3。猪场粪污水是高浓度有机污水，COD含量和氨氮浓度较高，故采用“粪污固液分离预处理+IC厌氧消化”工艺。IC罐中采用中温发酵。沼液后处理采用“A2/O+氧化塘”工艺，其中A2/O由“厌氧池+缺氧池+一级好氧池+二级好氧池+二沉池”组成。

图1 污水处理工程流程图

工程流程如图1所示。猪舍排出的粪污水经泵输送至固液分离机，将分离后固体粪便加工成有机肥出售，污水则进入水解酸化池。在水解酸化池内微生物将污水中大分子有机物转化为小分子有机酸后进入IC厌氧反应器。将产酸相和产甲烷相分开，减少因竞争和拮抗作用引起的抑制，提高各种微生物的活性[2]。在IC发酵罐中，小分子有机物快速降解，产生的沼气一部分提供给沼气发电机，日发电量达200 kWh以上，供场区一半的电力消耗；另一部分供应给养殖场内食堂炊事，锅炉燃料等。

表1 主要构筑物

2 工程运行监测结果与讨论

2014年7月下半月～12月下半月对系统进行连续监测，期间每月2次取原水和各处理单元的出水(上半月和下半月各取样1次)，监测污水中COD和氨氮含量。COD和氨氮分别采用重铬酸钾法和纳氏试剂分光光度法检测。

2.1 IC对COD和氨氮的去除

IC反应器污水中COD的去除效果如图2所示。监测期间尽管IC反应器进水有机物波动较大，COD浓度在3577～6150 mg·L-1，但出水较为稳定，基本保持在500～1000 mg·L-1。每次取样检测COD去除率均在80%以上，COD的平均去除率为85.39%，高于邓良伟[3]等试验中IC反应器对猪场废水中80.3%的COD平均去除率。结果表明，IC反应器运行稳定，COD去除效果较好。但出水COD含量未能达到排放标准，仍需其他工艺进行后续处理。

图2 IC反应器中COD浓度的变化

根据余建峰[4]等研究表明厌氧发酵适宜的氨氮浓度为400～1600 mg·L-1。水质监测表明，该工程IC反应器进水的氨氮浓度为754～1427 mg·L-1，处在厌氧发酵工艺适宜浓度范围内。图3显示了粪污水经IC反应器处理后氨氮的变化。从图中可以看出，氨氮出水浓度为530～843 mg·L-1，IC消化器出水的氨氮浓度相对较稳定，有利于后续处理。从监测的数据来看，7～9月时间段氨氮的去除率较低，约为3%左右，这主要因为在厌氧条件下有机物经微生物的分解，将有机氮转化为氨氮，而去除氨氮的硝化菌是自养菌，在高浓度COD条件下与异养菌竞争处于劣势地位，其增殖速度较慢，氨氮去除率低[5]。随着消化系统的稳定运行和微生物的富集，氨氮的去除率有所增加，最高达57.72%。

图3 IC反应器中氨氮浓度的变化

2.2 A2/O污水处理工艺对COD和氨氮的去除

经过厌氧消化后所产生沼液的COD含量较高，可生化性差，氨氮浓度高，加大了沼液后处理的难度。文登养猪场周边没有足够的土地消纳沼液，为达到国家畜禽污水排放标准，采用了A2/O工艺深度处理沼液，利用好氧微生物在有氧条件下快速分解有机物，降低污水中COD和氨氮的含量，从而实现沼液的后续处理与利用。

A2/O阶段COD浓度和氨氮浓度变化分别如图4和图5所示。进水中COD含量基本维持在600～900 mg·L-1左右，出水中COD浓度为128～317 mg·L-1，平均去除率为61.35%。在A2/O阶段COD的降解率低于厌氧消化阶段，这主要由于厌氧消化后污水中的COD含量降低，可供微生物利用的有机物相对较少，微生物种群间产生竞争，生长和增殖速率受限，故导致COD去除率逐渐下降[6]。在11～12月间，出水中COD浓度呈现上升的趋势，这可能是因为温度下降，使得污水中微生物活性降低，生化反应速率和效率下降所致[7]。

图4 A2/O工艺中COD浓度的变化

图5 A2/O工艺中氨氮浓度的变化

进水中氨氮浓度为530～843 mg·L-1，出水为38～205 mg·L-1，平均去除率为82.64%，显示出A2/O污水处理工艺脱氮能力较好。究其原因可能是该阶段异养菌增殖缓慢，而硝化菌在竞争中逐渐处于优势地位，故氨氮去除率相对较高。

2.3 氧化塘的作用

目前氧化塘的应用主要作为好氧工艺的后续处理，对于水中有机物的去除主要依靠硝化作用、藻类和微生物分解和吸收等。靳洪梅[8]等研究表明氧化塘对污水中大量营养元素特别是氨氮有明显的削减作用。

经A2/O处理后猪场污水中COD和氨氮的平均浓度分别为254 mg·L-1和117 mg·L-1。该工程在A2/O工艺后设置氧化塘，保持大约180天的停留时间后，经测试氧化塘出水中COD和氨氮的平均浓度分别为198.01 mg·L-1,45.5 mg·L-1，低于集约化畜禽养殖业污染物排放COD和氨氮浓度的标准值400 mg·L-1,80 mg·L-1。氧化塘的设置还为农田与果林灌溉提供了时间的调节和数量的保证。如果该工程增加处理后污水在氧化塘内的停留时间，并且在氧化塘内种植漂浮植物等，可以更大程度降低COD和氨氮浓度。

3 结论

(1)采用IC反应器处理猪场废水厌氧消化液，COD去除效率较高，平均COD去除率为85.39%。IC反应器中氨氮的去除率较低，但在A2/O处理工艺中氨氮平均去除率高达82.64%。

(2)经测试氧化塘出水中COD和氨氮的平均浓度分别为198.01 mg·L-1，45.5 mg·L-1，增加处理后污水在氧化塘内的停留时间，并且在氧化塘内种植漂浮植物等，可以更大程度降低COD和氨氮浓度。

(3)采用厌氧消化+A2/O+氧化塘工艺处理猪场污水是可行的，整个污水处理系统COD和氨氮的平均去除率分别为95.82%，95.44%，该系统运行效果稳定。

[1] 环境保护部,农业部.全国畜禽养殖污染防治“十二五”规划[Z].2012.

[2] 周建民,郑朋刚,扈映茹,等.生活养殖污水处理工程实例[J].工业用水与废水，2008,39(3):98-100.

[3] 邓良伟,陈铬铭.IC工艺处理猪场废水试验研究[J].中国沼气,2001,19(2):12-15.

[4] 余建峰.不同接种物对牛粪高温厌氧发酵过程的影响[D].郑州:郑州大学化工与能源学院,2006.

[5] 李卓坪,牛明芬,刘知远,等.A/O工艺处理猪场厌氧发酵液研究[J].安徽农业科学，2010,38(3):1356-1358.

[6] 郭 立.高盐渗滤液COD降解优势菌的筛选及相关基因消减文库的构建[D].天津:天津大学,2009.

[7] 金 羽.温度对A2/O系统的影响特征及脱氮除磷强化技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2013.

[8] 靳红梅,常志州,叶小梅,等.江苏省大型沼气工程沼液理化特性分析[J].农业工程学报,2011,(1):291-296.

Treatment of Swine Slurry by Anaerobic Digestion +A2/

O+Oxidation Pond/ZHONG Ming-zhu1，WANG Quan2，WANG Liang3，ZHAO Man1，LIN Cong1/

(1.College of Water Resources and Civil Engineering，China Agricultural University,Beijing 100083,China; 2.Weihai rural energy workstation,Weihai 264200,China; 3.Weihai Huanshang agriculture and livestock husbandry investment Co Ltd,Weihai 264200,China)

Donglai pig farm in Wendeng,Shandong province,uses the combined process of anaerobic digestion +A2/O+ oxidation pond to treat swine slurry for achieving farmland irrigation and discharging standards.In this paper,through continuous monitoring of the project operation,the degradation of organic matter and ammonia removal efficiency in each slurry processing unit were analyzed.The results showed that the treatment of pig slurry by IC reactor obtained an average COD removal rate of 85.39%.In the A2/O stage,the average removal rate of ammonia was as high as 82.64%.After the treatment by oxidation pond,the effluent COD and ammonia nitrogen were 198.01 mg·L-1,45.5 mg·L-1,respectively.The whole system obtained the COD and ammonia removal rate of 95.82%,95.44% respectively.

swine slurry treatment; anaerobic digestion; A2/O technology; oxidation pond

2016-03-04

项目来源：博士点基金(20130008110038)；公益性行业(农业)科研专项经费(201403019)

钟明珠(1991-)，女，在读硕士，研究方向为农业废弃物处理与利用，E-mail:zhongmingzhu@cau.edu.cn

林 聪，E-mail: lincong@cau.edu.cn

S216.4; X703

A

1000-1166(2016)03-0049-04