规模化养猪场污水处理工艺应用及运行分析

2019-09-10徐庆贤魏敦满钱蕾

福建农业科技 2019年10期

徐庆贤魏敦满钱蕾

摘要：为了实现粪便污水处理达标排放的目的，提供了一种新型的污水处理工艺，即集水调节池+固液分离+CSTR厌氧发酵罐+溶气气浮1+A/O+BBAF+溶气气浮2+消毒工艺，通过福建省永润农业发展有限公司南平市松溪县郑墩镇双源村规模化养猪场的实践应用，结果表明：该工艺通过技术集成途径，污水处理达到了预设目标，出水水质指标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，均达到《GB18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准》要求，有效处理了污水中有机污染物，实现猪场粪污治理可持续化发展。

关键词：规模化养猪场;污染治理;运行效果;达标排放

中图分类号：S 828 文献标志码：A 文章编号：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

我国规模化养猪场发展迅猛[1-3]，由于养殖场排放大量污水，而养猪场粪便污水是一种高浓度有机废水[4-7]，大多未经妥善处理，如果污水不经过净化处理而直接排放，会使自然水体中的SS、COD、BOD5升高，导致发生严重的水体富营养化现象，水色变黑，發臭，将对周围环境造成严重地破坏。另外，猪场污水中还含有各种的病原微生物，如果这些病原微生物得不到有效控制，将会导致猪病的蔓延，威胁养猪行业的可持续发展[8]。养猪排放的粪污已成为农业面源污染中突出的环境问题[9-11]。

2016年，福建省第一个被批准了《国家生态文明试验区（福建）实施方案》，是全国首批生态文明试验区的3个省份之一[12]，对养殖业进行了规范化发展与整治，对养殖业粪污治理工程达标排放以及废弃物资源化利用提出了更高要求。规模化沼气技术是可再生能源和环境保护领域关注的重点[13]。利用沼气技术处理规模化养猪场粪污，不但能够有效处理养殖废弃物，避免环境污染，而且还可以通过沼气生产向周围用户提供清洁能源，对开发可再生能源及发展农业循环经济都具有重要意义[14-15]，这促使国家大力发展沼气事业[16]。

项目组依据可持续发展的理念，以实现粪污达标排放化为原则，辅以沼气、沼渣以及沼液资源化利用，通过对福建省永润农业发展有限公司南平市松溪县郑墩镇双源村养殖基地粪污处理工程进行技术工艺改进与技术集成，根据此工程实例关键技术分析总结，以便为规模化猪场建立实用生态环保型技术模式提供参考。

1 规模化养猪场概况

福建省永润农业发展有限公司养殖基地位于郑墩镇双源村上坑，四周皆为山林地，占地面积3.33 hm2，主要建筑物面积15000 m2。该公司是一家集种猪繁殖、生猪饲养、农业综合开发与技术推广、农林作物新品种的研发及花卉水果种植为一体的生态农业园，实际养殖规模为年存栏生猪2355头，其中种猪720头，商品猪1635头，配套建设猪舍及污水处理等设施及消纳土地面积，总共 73.18 hm2林地灌溉地。该规模化猪场排水主要包括猪尿、猪舍、猪具清洗废水、职工生活污水，合计污水处理量127.9 t·d-1。

2 污水处理工艺流程优化设计

该公司原处理系统包含干清粪沼气发电和综合污水（发酵沼液、冲栏水等）处理两套系统。干清粪沼气发酵采用CSTR+红泥发酵工艺，综合污水工艺采用A/O工艺。原工艺存在的问题：（1）原工程为了确保沼气产量，干清粪与部分污水调配均匀后进入CSTR发酵罐，产生沼气量较大，但产生的沼液有机物浓度也很高，汇同冲栏废水进入污水处理系统处理，对系统的冲击负荷大。（2）处理工艺针对性不强，处理设施零散，工艺单元处理效能不足，缺乏整体连贯性。（3）污水预处理不到位，沼气厌氧出水携带浮泥直接进入生化系统，影响污泥活性。（4）生化处理系统进水有机负荷高，而生化系统池容不足，难以处理达标。（5）生化系统采用一级A/O，功能单一，容易污泥膨胀，生化处理效果差。因此，优化工程必须统筹考虑，优化工艺路线，针对COD、NH3N、P等增加设置针对性强、处理效率高的工艺单元，保证每级功能单体处理效率，保证出水水质符合设计要求。

根据水质特点、污水处理要求，需进行整套粪污处理系统优化方案设计，优化工程整体处理工艺采用集水调节池+固液分离+CSTR厌氧发酵罐+溶气气浮1+A/O+BBAF+溶气气浮2+消毒工艺，处理出水使得优化后养殖污水出水达到《GB5084-2005农田灌溉水质标准》旱作模式指标，经植物氧化塘储存、进一步降解后全部回用于农田旱作浇灌，实现零排放。养殖场污水处理流程见图1。

猪舍建造采用机械刮粪板模式，粪便及尿液从漏缝板掉入斜坡道和排沟，粪便与尿液分离。猪舍栏下通过安装牵引调整架、拉杆装置、刮粪板、侧板等装置，粪便刮至储粪池内。通过机械化清粪，可降低人力劳动强度，同时减少污水排放量 80%以上。养殖场猪粪由抽渣车从厂区集污池抽入进料斗入匀浆池。场区污水溢流至蓄水池。利用蓄水池污水将匀浆池中发酵物干物质浓度调配至8%，匀浆池内设有立轴搅拌机及抗堵塞撕裂结构的潜水式提升泵，待物料充分搅拌均匀后，发酵料液泵入高浓度厌氧发酵罐处理。经过高浓度反应器厌氧消化后产生的沼肥经过固液分离池，固体物质制成有机肥，液体物质和蓄水池内多余污水一起排入低浓度沼气池进行二次发酵，发酵后产生的沼液流入储液池，做成农业生产用肥，多余沼液至曝气池进行好氧处理，再流入人工生态湿地，后排放至氧化塘。发酵所产生的沼气经过气水分离器、脱硫塔、阻火器等一系列净化处理，可以给企业、农户用气以及沼气发电机组发电。产生的沼渣沼液可制作成有机肥料用于农业生产。

3 污水处理工程构筑物介绍

污水处理工程各构筑物详见表1。

4 猪场粪便污水处理关键技术

4.1 完全混合式厌氧消化器（CSTR）

CSTR反应器的特点是适用于高悬浮物、高浓度（高温）废液，因此对于处理福建省永润农业发展有限公司畜禽养殖粪污非常适合。发酵罐分为2个，单体容积为1400 m3。全部粪污进入完全混合式厌氧消化器（complete stirred tank reactor，简称CSTR），采用上进料下出料方式，并带有水力搅拌，产气率视原料和温度不同在0.8～1.0运行稳定性好。

4.2 气浮装置

气浮机是集絮凝、气浮、撇渣、刮泥于一体的气浮装置，运用了“浅池理論”及“零速原理”进行设计，停留时间仅需3～5 min，强制布水，进出水都是静态的，微气泡与絮粒的黏附发生在包括接触区在内的整个气浮分离过程，浮渣瞬时排出，水体扰动小，出水悬浮物低，出渣含固率高。

4.3 好氧处理技术

污水的好氧生物处理是指在有溶解氧的条件下，利用好氧微生物将有机物氧化分解成CO2、H2O、NH3、PO43-、SO42-等。好氧处理系统包括：A/O工艺和BBAF工艺。

4.3.1 缺氧-好氧工艺（A/O工艺） A/O工艺具体是将污水在好氧条件下使含氮有机物被细菌分解为氨，然后在好氧自养型亚硝化细菌的作用下进一步转化为亚硝酸盐，再经好氧自养型硝化细菌作用转化为硝酸盐，至此完成硝化反应;在缺氧条件下，兼性异养细菌利用或部分利用污水中的有机碳源为电子供体，以硝酸盐替代分子氧作电子受体，进行无氧呼吸，分解有机质，同时，将硝酸盐中氮还原成气态氮，至此完成反硝化反应。A/O工艺不但能取得比较满意的脱氮效果，而且通过上述缺氧-好氧循环操作，同样可取得COD和BOD高去除率。

4.3.2 折流式生物流化池工艺（BBAF工艺）折流式生物流化池（Baffling Biological Aerated Filter，简称BBAF）工艺在研发时充分借鉴SBR法、AO法、A2O法、氧化沟等活性污泥法，以及生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等生物膜法和厌氧消化、水解酸化、CSTR等厌氧生物处理法，通过设计手法和二级或三级污水处理工艺而开发研制出来的集约化污水处理新工艺，可以使污水在同一个处理池内完成曝气-沉淀-二次曝气-二次沉淀等过程，特别在连续进水条件下实现进水-曝气-沉淀-出水的间歇曝气，同时实现污泥回流，整个运行没有闲置。BBAF与传统活性污泥生化法的比较分析见表2。

BBAF系统的运行分为3个阶段，各阶段COD、SS的去除率都保持良好，但是氮磷去除效果存在差异。第1阶段周期总时长为6 h以上，缺氧/好氧交替运行，氨氮去除率高，但反硝化不完全，因此TN的去除率差，TP的去除率也比较低;第2阶段，周期总时长可达10 h以上，运行方式不变，各种污染物去除效果最好，COD、氨氮、TN、TP、SS的去除率分别是92.00%、96.99%、71.98%、95.16%、96.31%;第3阶段，周期总时长可达8 h以上，运行期间发生轻微污泥膨胀，氨氮去除较差，但TN、TP去除率很高。

5 运行效果

采样依据《HJ 494-2009水质采样技术指导》，检测污水中SS、COD、BOD5、NH3N和TP。SS采用《GB11901-1989 水质悬浮物的测定重量法》;COD测定采用《HJ/T399-2007 水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法》;BOD5采用《HJ 505-2009 水质五日生化需氧量（BOD5）的测定稀释与接种法》; NH3N测定采用《HJ535-2009 水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》; TP采用《GB11893-1989 水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》。

该规模化猪场粪污处理采用达标排放与废弃物资源化利用相结合的治理模式，根据测试结果来看，运行效果较稳定，出水水质良好。粪污初始进水水质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，通过对污水处理系统进出口监测，污水处理达到了预设目标，出水水质各项指标均达到《GB18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准》要求。本工艺各环节污水处理效果见表3。

6 结论

本试验设计的规模化养猪场粪污处理系统工程工艺，改进粪污进料方式，降低进水负荷，引入两级生化工艺，增加气浮处理，增设消化液回流和污泥回流，增加生化后的混凝物化处理，是以达标排放为主，辅以沼气、沼渣、沼液以及猪粪渣的资源化利用的集成工艺技术。通过福建省永润农业发展有限公司南平市松溪县郑墩镇双源村规模化养猪场的实践应用，结果表明：该工艺采用集水调节池+固液分离+CSTR厌氧发酵罐+溶气气浮1+A/O+BBAF+溶气气浮2+消毒工艺，可以有效处理污水中有机污染物，实现规模化猪场粪污达标排放，解决猪场粪污治理可持续化发展。

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