物化+生化法處理規(guī)?；i場糞污水工藝及效果——以益陽市農(nóng)科所黃泥湖豬場為例

湯海林，楊愛華，孫杰龍，張錦余，冷電波

隨著生豬養(yǎng)殖向規(guī)?；?、集約化方向的發(fā)展，規(guī)模化豬場及養(yǎng)殖小區(qū)迅速增加，600頭存欄母豬、日存欄5 500頭豬的豬場產(chǎn)糞尿約27.5 t/d，沖洗水及員工生活用水約250 t/d，糞污水總量可達(dá)300 t/d。許多地方生豬養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞尿水已超過周圍環(huán)境承載力，成為水源、江河、土壤和空氣的主要污染源之一，已引起社會的共同關(guān)注和各級政府的高度重視。目前處理規(guī)?；i場糞污水主要方法有農(nóng)牧結(jié)合法、發(fā)酵床養(yǎng)豬法、厭氧好氧處理法等[1-2]。物化+生化法處理規(guī)模化豬場糞污水工藝[3]，即用物理和化學(xué)的方法對糞污水中固體物質(zhì)進(jìn)行分離，用生物和化學(xué)的方法對糞污水中的有機物、氨氮和磷進(jìn)行分解?，F(xiàn)將對該工藝研究應(yīng)用情況總結(jié)如下。

1 豬場生產(chǎn)基本情況

豬場位于益陽市赫山區(qū)黃泥湖，屬丘陵區(qū)，豬場占地7.4 hm2，常年存欄母豬520頭，日存欄生豬4 200頭左右，年出欄生豬8 000頭。豬場鮮糞大部分采用場內(nèi)人工收集，少量豬糞、豬尿水及沖洗水經(jīng)排污溝向場外排放。豬場日產(chǎn)生糞污水夏季約250 t，冬季約150 t。

2 物化+生化法污水處理的原理

2.1 硅藻精土處理糞污水工藝原理

硅藻精土水處理劑是獲國家發(fā)明專利的硅藻精土改性產(chǎn)品（專利號：ZL981 22377.4）。硅藻是一種單細(xì)胞藻類，具有體輕、質(zhì)軟、多孔、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸附能力強等特點。在水處理中根據(jù)污水的類別在精土中加一定量的改性物質(zhì)，改性制成處理各種水質(zhì)的硅藻精土水處理劑。在糞污水處理時，微量硅藻精土水處理劑加入污水中，在高速攪拌下，瞬間散于水體中，硅藻表面的不平衡電位中和懸浮離子的帶電性，使膠體顆粒的膠團的E電位減小或為零，從而達(dá)到膠體顆粒脫穩(wěn)的目的，促使水中污染物快速絮凝、沉淀。硅藻精土巨大的孔體積和較強的吸附力，把細(xì)微和超細(xì)微物質(zhì)吸附到硅藻表面，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，絮凝沉淀，這樣污染物質(zhì)和細(xì)菌，瞬間與水體分離，通過硅渣與水分離，沉淀物留下，清水向前流出。硅藻還具有自身脫水的功能，脫水后，硅藻及吸附物留下來，排出的水質(zhì)更為清凈，從而達(dá)到污水處理為清水的目的。

2.2 雙面導(dǎo)流技術(shù)處理糞污水原理

雙面導(dǎo)流式生物法污水處理方法及其污水處理設(shè)備（專利號：ZL 98 121863.6），是在生物活性污泥處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，對污泥的回流系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，利用曝氣上升氣流下產(chǎn)生的水流，在導(dǎo)流板夾縫間形成的負(fù)壓，讓污泥由沉降區(qū)自動回流，取代了傳統(tǒng)的機械回流，同時導(dǎo)流板將處理池分隔成好氧區(qū)（曝氣區(qū)）和厭氧區(qū)（污泥沉降、清污分流區(qū)），污水和污泥在水流的帶動下，在好氧區(qū)和厭氧區(qū)間自動反復(fù)循環(huán)，將過去分散的各個工序如好氧（曝氣）、厭氧循環(huán)、清水污泥分離、污泥回流集中在一個處理池內(nèi)自動完成，因此能高效地降低化學(xué)需氧量（COD）以及氨氮、磷等污染物；使污水處理節(jié)約投資、減少場地占用，提高處理效率，且易于管理。

圖1 雙面導(dǎo)流處理糞污水工藝示意圖

2.3 生物法除氮機理

污水中氮的去除由氨化反應(yīng)——硝化反應(yīng)——反硝化反應(yīng)共同完成，其工藝原理如下：1）氨化反應(yīng)。在好氧條件下，氨化菌將污水中有機氮化合物分解轉(zhuǎn)化成NH3-N，以氨基酸為例，其反應(yīng)式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3；2）硝化反應(yīng)。在好氧條件下，硝化菌將NH3進(jìn)一步氧化為NO2-和NO3

-，其反應(yīng)式為：NH3+O2→NO3-+ NO2-+2H++H2O；3）反硝化反應(yīng)。在缺氧（兼氧）條件下，反硝化菌將NOX-N少部分同化為菌體自身的有機氮化合物，大部分（70%～75%）異化（還原）為氣態(tài)氮N2，其反應(yīng)式為：NO2-N+3H+→ 1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→ 1/2N2+2H2O+OH-

3 物化+生化法污水處理的工藝流程

3.1 工藝流程

根據(jù)上述技術(shù)路線，確立如圖2工藝流程。

圖2 糞污水處理工藝流程

圖3 種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)循環(huán)利用途徑

種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)循環(huán)利用途徑如圖3所示。

3.2 工藝流程各工序單元功能

1）粗格柵：利用物理法將大顆粒、懸浮物去除。

2）集水井：水解、酸化池的功能，可將部分大分子有機污染物降解為小分子污染物，去除部分有機污染物，同時可以去除顆粒較大的懸浮物，保證水量穩(wěn)定。

3）絮凝反應(yīng)池：利用硅藻精土水處理劑以及聚合氯化鋁（PAC）、聚合烯酰胺（PAM），使固液兩相過濾分離，使水達(dá)到凈化，污泥回流、剩余污泥外排或干化。

4）厭氧ABR、生物接觸氧化池：利用厭氧菌的特殊功能使長鏈有機物斷鏈、降解，大分子變成小分子，多糖轉(zhuǎn)換成單糖，同時還將BOD（生化需氧量）/COD比值得到改善，使有機物得到充分（厭氧）降解和初步（水解）降解，反硝化反應(yīng)發(fā)生。

5）好氧雙面導(dǎo)流池：利用好氧菌的快速增殖降解功能，對有機物進(jìn)行充分降解，硝化發(fā)生，實現(xiàn)污水凈化。

6）消毒池：作為處理后水質(zhì)檢測池、緩沖水池、溶氧水池或回用水池。

7）污泥處理系統(tǒng)：將污水處理過程中產(chǎn)生的污泥進(jìn)行脫水、干化以及外運。

8）電氣控制系統(tǒng)：完成各工藝單元的運行，顯示報警和手動、半自動（全自動）運行控制功能。

4 物化+生化法污水處理的效果

4.1 設(shè)計規(guī)模

日處理糞污水300 t。

4.2 經(jīng)處理排放口水質(zhì)達(dá)標(biāo)要求

糞污水處理前水質(zhì)送檢指標(biāo)：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。糞污水處理后水質(zhì)要求達(dá)到《國家畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18596-2001。

4.3 環(huán)保部門檢測結(jié)果

經(jīng)益陽市赫山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站驗收監(jiān)測，益赫環(huán)驗監(jiān)字[2009]008號，結(jié)論如下：廢水方面：根據(jù)驗收監(jiān)測結(jié)果，驗收監(jiān)測期間設(shè)施廢水排放口pH 7.84～7.92之間，SS 12～23 mg/L、COD 151～ 184 mg/L，NH4-N 51.3～ 64.5 mg/L，TP5.48～5.69 mg/L，糞大腸菌群小于2 000個，各項數(shù)據(jù)均未超《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18596-2001，為達(dá)標(biāo)排放。廠界噪聲方面：根據(jù)驗收監(jiān)測結(jié)果，驗收監(jiān)測期間各監(jiān)測點的廠界噪聲晝間、夜間值均符合《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 12348-2008中Ⅱ類功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 企業(yè)自檢檢測結(jié)果

企業(yè)于2013年9月進(jìn)行了自檢，結(jié)果見表1。

表1 糞污水經(jīng)各環(huán)節(jié)處理污染物指標(biāo)

由表1看出，糞污水經(jīng)每道工序，污染物指標(biāo)得到有效降解，直至達(dá)標(biāo)排放。

5 物化+生化法污水處理的成本及效益

5.1 工程建設(shè)費用

工程建設(shè)共投資245.2萬元。生化+物化糞污水處理工藝105.2萬元，其中土建57.5萬元，設(shè)備費35萬元，安裝調(diào)試培訓(xùn)費4.5萬元，外圍建設(shè)費9.2萬元。續(xù)建沼氣處理系統(tǒng)140萬元。

5.2 糞污水處理成本

處理1 t糞污水成本費用為2.15元，其中藥劑費0.57元，電費0.96元，人工費0.26元，維修保養(yǎng)0.36元，按年處理100 000 t糞污水計算，年總費用為21.5萬元（固定投資不計折舊）。

5.3 社會效益

產(chǎn)生社會效益約32萬元/年，包括糞污水排放流域300～400畝稻田，水稻畝產(chǎn)恢復(fù)正常及實現(xiàn)高產(chǎn)，糞污水排放流域100多畝水面畝產(chǎn)鮮魚恢復(fù)正常及實現(xiàn)高產(chǎn)，花卉苗木種植區(qū)域100多畝不施有機肥節(jié)省成本等。

5.4 生態(tài)效益

減少了有害物質(zhì)排放量，年減少BOD為285 t，COD 為 583.3 t，減排N為44.2 t，P為44.4 t，另外保護了水源、降低了人畜共患疾病發(fā)生的風(fēng)險，確保豬場周圍農(nóng)村生態(tài)環(huán)保良好，生活環(huán)境優(yōu)美。

5.5 經(jīng)濟效益

產(chǎn)沼氣14.6萬m3/年；年發(fā)電22萬kW·h，按每度電0.75元計，年效益16.5萬元。

6 結(jié)論與討論

1）采用物化和生化相結(jié)合，以生化工藝為主導(dǎo)的工藝流程，對糞污水進(jìn)行處理，經(jīng)分離、沉淀、生化等各個單元，將無機污染物以固體分離，有機物污染物降解為沼氣、CO2、H2O、N2和剩余污泥，應(yīng)用本工藝處理后的糞污水，經(jīng)檢測，各項數(shù)據(jù)均未超過《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596-2001），為達(dá)標(biāo)排放。

2）硅藻精土水處理劑處理污水的方法及雙面導(dǎo)流式生物法污水處理方法應(yīng)用在糞污水處理上，具有處理效果好，節(jié)約投資，減少場地占用，提高處理效率等良好效果，經(jīng)科技查新，未見相關(guān)報道，屬于科技應(yīng)用創(chuàng)新。

3）豬場豬糞尿水處理先盡可能分離一部分鮮糞，降低后續(xù)處理的難度和成本。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，能有效將糞污水中80%～90%有機物降解，生產(chǎn)沼氣，配合沼氣發(fā)電機，提供豬場廉價能源。

4）項目工藝流程具有投資少、工藝先進(jìn)，操作簡單、安全、處理效果好等優(yōu)點，在規(guī)?；i場及養(yǎng)殖小區(qū)治理糞污水上極有推廣應(yīng)用價值。

5）項目工程中產(chǎn)生的污泥富集了大量的P及N，為防止二次污染，作深埋處理，下一步工作目標(biāo)是利用豬糞及污泥作有機肥，達(dá)到無害化，資源化的目的。

6）農(nóng)牧結(jié)合是規(guī)?；i場（養(yǎng)殖小區(qū)）糞污水處理最好途徑，實現(xiàn)物質(zhì)能量循環(huán)利用，生態(tài)環(huán)保和高效。新建豬場要根據(jù)環(huán)境容納量確定生產(chǎn)規(guī)模，要做到設(shè)計、施工、環(huán)評三同時。

[1] 呂曉春，麻秋霞，王武強，等.中小型豬場排泄物治理模式[J].養(yǎng)豬，2011（4）：65-66.

[2] 白紅杰.規(guī)?；i場糞污生態(tài)化綜合處理工藝的應(yīng)用研究[J].養(yǎng)豬，2013（5）：73-76.

[3] 楊愛華，丁寧，湯海林，等.物化法和生化法處理規(guī)?；i場糞污水工藝研究[J].養(yǎng)豬，2010（3）：30-32.