规模化养猪场废水处理分析

2022-04-15赵方圆

中国资源综合利用 2022年3期

赵方圆

（安徽科泽华盛环境技术有限公司，合肥 230000）

近年来，随着居民生活水平的提升，为更好地满足群众的生活需要，生猪养殖朝着集约化、规模化的方向发展。据统计，截至2019年6月30日，我国生猪存栏量超过3亿头，达到3.476亿头。规模化生猪养殖创造了巨大的经济效益，但由此所产生的环境污染问题值得关注。规模化生猪养殖产生的大量养殖废水、生猪排泄物会直接影响生猪养殖场周边的土壤、大气和水环境，处理不当会给周边环境造成污染，尤其是生猪排泄物会增加周围水体生态系统的硝酸盐含量[1]。因此，在发展规模化养猪产业，满足居民生活需要的基础上，强化养猪场废水防治工艺研究，并提出资源化、无害化处理对策，具有积极的经济意义和环保意义。

1 规模化养猪场废水特征

规模化养猪场废水主要是指猪排泄物与猪舍冲洗水的混合物[2]。据估计，一头猪的年排泄量约为2.5 t，按照中等规模（500头）的养殖场估算，一年所产生的排泄量将达到1 250 t，加上清洁猪舍等场所产生的废水，每年由此产生的养猪场废水规模庞大。根据养猪场废水水质检测结果，其主要呈现出五大特征。

1.1 有机污染物负荷高

规模化养猪场每年产生大量废水，其中含有较多的悬浮物（SS）、氨氮（NH3-N）及有机物，固液混杂，污染物含量高。一般来说，化学需氧量（CODCr）保持在13 000～18 000 mg/L，五日生化需氧量（BOD5）保持在600～8 000 mg/L。排泄物中氮、磷含量大，未经处理直接排入水体会加剧水体富营养化，影响河流生态系统的物种均衡分布。水中的氮常以硝酸盐形式存在，含有残留兽药及病原体，损害生物健康。

1.2 冲击负荷大

规模化养猪场废水排放时间较为集中，一般会按照固定时间集中排放废水，其中含有大量污染物[3]。其他时间段，规模化养猪场废水排放量较小。因此，废水处理系统要具有较强的抗负荷能力和废水量调节能力。

1.3 污染物种类多

从水质检测结果来看，规模化养猪场废水含有大量致病菌，其污染物种类多，成分复杂。废水不仅含有氮、磷等容易造成水体富营养化的物质，还含有铜、硒、砷、汞等重金属元素。此外，养猪过程中还会使用抗氧化剂、抗生素等，经养猪场清洗后，其残留物会直接排入周边水体。炭疽、大肠杆菌等人畜共患病原菌存于废水中，直接威胁人体健康。

1.4 处理难度大

规模化养猪场废水含有大量有机悬浮物，固液混杂，黏稠度大。大量饲料残渣、猪粪等有机物经直接冲洗进入废水中，饲料残渣、粪渣等悬浮物易堵塞管道，使得废水处理难度较大。

1.5 可生化性好

规模化养猪场废水BOD5/CODCr约为0.40∶1.00，符合生物降解条件，较高的BOD5/CODCr使废水具有良好的可生化性。

2 规模化养猪场废水处理工艺

目前，规模化养猪场废水处理工艺主要包括物理-化学处理工艺、生物处理工艺和自然处理工艺三类。

2.1 物理-化学处理工艺

物理-化学处理工艺集合了物理工艺与化学工艺的优势，可以应用于规模化养猪场废水处理中。格栅、固液分离及沉淀等均属于物理工艺，能够对废水中的有机质、粪渣等进行预处理；化学工艺则是将药剂投加到物理工艺处理后的废水中，对其进行混凝处理，从而达到较为彻底的处理效果[4]。但化学工艺使用药剂，易产生二次污染。规模化养猪场废水悬浮物含量高，可采用机械固液分离法、气浮法、沉淀法等工艺，实现废水的预处理，再选用颗粒活性炭填充生物过滤器，处理固液分离时废水中的氨气、硫化物等污染物。综上，针对废水水质特点，规模化养猪场可选用物理-化学处理工艺，达到预期处理效果。

2.2 生物处理工艺

2.2.1 好氧工艺

好氧工艺可以利用微生物在好氧条件下分解规模化养猪场废水中的有机物，合成活性污泥，可生物降解的有机物最终被完全氧化为简单的无机物。序批式活性污泥法是好氧工艺的主要形式，该工艺具有反应灵敏、自动化程度高、流程简便、易于操作、污泥丝状膨胀控制效果好等特点，可以广泛应用于规模化养猪场废水处理中。

2.2.2 厌氧工艺

厌氧工艺可以处理规模化养猪场废水，其利用猪粪中的氨基酸、糖作为基料，使厌氧微生物在基料中充分繁殖、发酵，从而降解废水污染物。其中，乳酸用来发酵含水量较低的粪料；沼气发酵则用来处理含水量较高的粪料。其显著优势在于通过高浓度有机废水的直接处理，实现资源回收再利用。但其不足是有机物降解率较低，经厌氧工艺处理后，废水仍然残留大量有机物，氮磷污染物处理难以达到预期效果。

2.2.3 厌氧-好氧组合工艺

厌氧-好氧组合工艺可以有效处理规模化养猪场废水，具有较强的推广应用价值[5]。将其应用于规模化养猪场废水处理时，若缺少易降解有机物，则会影响工艺运行效果，使得碱度失衡，氨氮、CODCr的去除都难以达到预期。通常，厌氧-好氧组合工艺还需要借助外源有机物来增强处理效果，但这样会增加处理成本。

2.3 自然处理工艺

2.3.1 稳定塘

稳定塘利用人工修筑或者自然形成的池塘处理规模化养猪场废水，废水经稳定塘代谢作用，可以实现污染物降解。目前，稳定塘在南方水系较为发达的区域应用较为广泛，常与好氧、厌氧等工艺组合使用，废水CODCr去除率能够达到70%左右。稳定塘可以与活性污泥法好氧池相结合，有效提升废水CODCr处理效果。

2.3.2 人工湿地

人工湿地集合了生物工艺、化学工艺及物理工艺的技术特点，其对规模化养猪场废水的处理效果较好。该工艺具有较强的除磷除氮功效，费用低，适用性较强。但人工湿地易受到气候影响，当前研究的重点在于植物筛选。

3 规模化养猪场废水处理案例分析

2020年，某乡镇通过招商引资，引入一个2 000头规模化养猪场项目。根据养殖规模、废水排放量和预期处理目标，该养猪场选用“厌氧+生化+氧化塘”复合工艺处理废水。首先将圈舍冲洗废水和排泄物全部收集起来，利用固液分离机对废水粪污进行固液分离，利用厌氧技术将沼液废水进一步生化、沉淀处理，然后对废水进行消毒、脱色，并将其统一排入氧化塘，达标后外排，用作灌溉用水。

3.1 工艺分析

集水池单元设置挡板，用以收集规模化养猪场废水。固液分离机将废水中的猪毛、饲料等固体物分离，减轻后续处理负荷，避免废水处理泵堵塞。厌氧池用以处理固液分离后的废水，进行进一步的水解酸化，降低废水有机物含量。其选用高分子长链有机物对有机物进行断链，将其进一步分解成小分子有机物，提高有机物的易降解性。生化池选用（厌氧-缺氧-好氧）A2/O工艺。沉淀池用以处理废水中的脱落细菌，并添加絮凝剂、混凝剂来分解废水中的絮体，经沉淀后实现泥水分离。沉淀后的污泥回流至厌氧好氧（A/O）工艺段，然后用车辆将污泥运至车间，为有机肥生产提供原料，从而实现污染物的资源化利用。在规模化养猪场附近修建一座二级氧化塘（一级厌氧氧化塘串联二级好氧氧化塘），泥水分离后的出水经消毒处理，排入氧化塘，氧化塘内种植美人蕉、芦苇等水生植物，经氧化塘进一步处理，出水作为农业灌溉水源。

3.2 处理效果

实践表明，“厌氧+生化+氧化塘”复合工艺对该养猪场废水的处理效果十分显著。进水CODCr、BOD5、SS、NH3-N和总磷（TP）分别为5 500 mg/L、1 100 mg/L、1 400 mg/L、550 mg/L和80 mg/L，经集水池、固液分离、厌氧池、沉淀池和一、二级氧化塘处理后，出水CODCr、BOD5、SS、NH3-N和TP分别达到70 mg/L、18 mg/L、16 mg/L、53.3 mg/L和30.2 mg/L。各处理单元的废水处理效果如表1所示。