貴州大中型規(guī)模豬場污水處理工程技術(shù)運用研究

申學(xué)林姚 曼余 瓊

（貴州省凱里市農(nóng)林扶貧工作局，貴州凱里 556000）

貴州大中型規(guī)模豬場污水處理工程技術(shù)運用研究

申學(xué)林1姚 曼2余 瓊3

（貴州省凱里市農(nóng)林扶貧工作局，貴州凱里 556000）

豬場污水是當(dāng)今畜牧業(yè)造成環(huán)境污染的最突出問題，養(yǎng)豬廢水的COD、BOD、SS、氨氮等均較高，屬高濃度有機廢水，如不經(jīng)治理直接排入環(huán)境，將造成水體富營養(yǎng)化，給生態(tài)環(huán)境造成極大破壞，嚴(yán)重影響下游居民生活或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。本研究根據(jù)企業(yè)發(fā)展及環(huán)保要求，在谷硐豬場建設(shè)一套污水處理系統(tǒng)，使污水滿足灌溉要求。根據(jù)實際水量波動的需要和業(yè)主提供的數(shù)據(jù)，豬場污水處理系統(tǒng)日處理量為560 m3。

貴州；大中型規(guī)?；i場；污水處理

據(jù)統(tǒng)計，1頭豬的主要污染物產(chǎn)生量相當(dāng)于7～10個成年人，故規(guī)?；B(yǎng)殖場產(chǎn)生的環(huán)境污染不可忽視。來自養(yǎng)豬業(yè)的主要污染源是污水、臭氣和糞便，它們對周圍環(huán)境的污染可源自養(yǎng)豬過程、廢棄物排放、堆放或貯存過程以及廢棄物處理、運輸和利用過程。豬場污水仍是當(dāng)今畜牧業(yè)造成環(huán)境污染的最突出問題，養(yǎng)豬廢水中含有大量的豬糞渣、尿水等污染物，主要體現(xiàn)在化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）、氨氮等污染指標(biāo)高，屬高濃度有機廢水。這些廢水如不經(jīng)治理直接排入環(huán)境，將造成水體富營養(yǎng)化，給生態(tài)環(huán)境造成極大破壞，嚴(yán)重影響下游居民生活或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。本研究根據(jù)企業(yè)發(fā)展及環(huán)保要求，在麻江溫氏農(nóng)牧有限公司谷硐擴繁場建設(shè)一套污水處理系統(tǒng)，使污水滿足灌溉要求。

麻江溫氏農(nóng)牧有限公司谷硐擴繁場存欄純種大白母豬6 608頭，長白公豬98頭，長大二元雜仔豬3 500頭，使用人工干清糞方式，年產(chǎn)糞污量10 000噸，豬場周圍青山和林場環(huán)繞。針對谷硐擴繁場廢水的特點，本研究確定以生化處理技術(shù)（USR+兩級A/O+微電解）為核心工藝，確保COD的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。本工程環(huán)保設(shè)施對該豬場廢水進(jìn)行預(yù)處理后，去除大量的SS、糞渣等，減小SS對缺氧池處理效果[1]的影響。

1 工藝流程

隔渣后污水─集水池─固液分離─調(diào)節(jié)池─USR─初沉池─級AO─中間沉淀池─微電解─混凝/絮凝池─微電解沉淀池─二級AO─二沉池─混凝絮凝池─終沉池─消毒池─清水池─出水。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 預(yù)處理

預(yù)處理部分由集水池—固液分離機兩部分組成，豬場產(chǎn)生的污水經(jīng)收集后進(jìn)入集水池，然后通過固液分離機將廢水中的SS予以去除（包括豬毛、較大的飼料顆粒物以及較大的豬糞顆粒），分離后的污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池。

2.2 生化處理

2.2.1 升流式固體厭氧反應(yīng)器（USR）

固液分離機出水收集于調(diào)節(jié)池，經(jīng)泵抽入USR反應(yīng)器。污水由USR反應(yīng)器底部進(jìn)入，自下而上通過USR。反應(yīng)器底部有一個高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機污染物在此間經(jīng)過厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳[2]。因水流和氣泡的攪動，污泥床之上有一個污泥懸浮層。反應(yīng)器頂部是雙膜儲氣器，沼氣收集于儲氣膜內(nèi)。消化氣自儲氣膜頂部導(dǎo)出加以利用，污泥顆粒自動沉降至反應(yīng)器底部的污泥床，消化液從出水管排出。2.2.2 初沉池

從USR反應(yīng)罐中流出的污水中夾帶的污泥在初沉池中被去除。

2.2.3 兩級A/O系統(tǒng)

由于養(yǎng)豬廢水的COD與氨氮都很高，經(jīng)過一次硝化與反硝化的過程很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。所以本研究采用了兩級A/O工藝串聯(lián)。

USR反應(yīng)器的消化液進(jìn)入A/O系統(tǒng)，以此經(jīng)過一級缺氧池、一級好氧池、中間沉淀池、微電解系統(tǒng)、二級缺氧池、二級好氧池。兩級A/O系統(tǒng)采用活性污泥法[3]。

本研究生化處理采用的是缺氧+好氧(A/O)生化處理系統(tǒng)，生化系統(tǒng)常采用的處理方法有活性污泥法和接觸氧化法，活性污泥法的優(yōu)點是：⑴有一定的抗沖擊負(fù)荷，可由人工進(jìn)行調(diào)節(jié)；⑵處于完全混合狀態(tài)時，微生物與有機污染物可充分接觸；⑶氧的利用率較高；⑷流程較簡潔；⑸污泥回流控制得當(dāng)，污泥具有較好的活性；⑹可以形成很好的活性污泥絮體，利用其污泥的流動性有很好的厭氧與好氧交替，所以氨氮的去除率較高。缺點是：⑴對排泥及排泥量有嚴(yán)格控制，要及時把不易沉淀的老化污泥和有利于絲狀菌生長的代謝產(chǎn)物如二氧化碳、惰性多糖物質(zhì)等及時排除；⑵回流較難控制，需要專業(yè)指導(dǎo)。

接觸氧化法的優(yōu)點是：⑴不存在污泥膨脹問題，污泥產(chǎn)量低，無需污泥回流，動力消耗低；⑵抗沖擊負(fù)荷強，可自行根據(jù)水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)生物膜的厚度，達(dá)到抗沖擊負(fù)荷的能力；⑶采用組合填料，質(zhì)輕、高強、比表面積大，生物膜附著能力強，廢水與生物膜的接觸效率高。缺點是：⑴培養(yǎng)相應(yīng)的微生物需要相應(yīng)的時間，一般從生物開始掛膜至生物膜成熟需要15～30天，有的需要更長時間；⑵接觸氧化池內(nèi)需要安裝填料，對安裝工人技術(shù)的要求較高；⑶采用接觸氧化法，其關(guān)鍵材料除曝氣材料外，還有填料和填料支架，使得設(shè)備材料工程投資有所增加；⑷一般采用接觸氧化法后幾年內(nèi)需要更換生物填料，會影響生產(chǎn)并增加工程的建設(shè)成本；⑸菌體固定，靠鼓風(fēng)吹脫形成菌體的新老交替，故COD的去除效率較低。

根據(jù)本場廢水COD、氨氮濃度高兩個最大的特點和難點，經(jīng)工藝要求，確定二級A/O系統(tǒng)采用氨氮去除率高的活性污泥法為核心工藝。

⑴缺氧池

在缺氧池中主要進(jìn)行生物脫氮作用，生物脫氮包含硝化及反硝化兩種過程。硝化過程是在硝化菌的作用下，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸氮。硝化菌是化能自養(yǎng)菌，其生理活動不需要有機性營養(yǎng)物質(zhì)，它從二氧化碳獲取碳源，從無機物的氧化中獲取能量。而反硝化過程是在反硝化菌的作用下，將硝酸氮和亞硝酸氮還原為氮氣。反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌，它只能在無分子態(tài)氧的情況下，利用硝酸和亞硝酸鹽離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸還原。缺氧池主要進(jìn)行反硝化過程。

同時，好氧池中的循環(huán)混合液回流至缺氧池，回流污泥中的反硝化菌利用污水中的有機物為碳源，將回流混合液中的大量硝酸氮還原成氮氣，以達(dá)到脫氮的目的。為保證足夠碳源，提高反硝化效率，使最終出水的總氮超過排放標(biāo)準(zhǔn)的限值，可能要提供外加碳源。外加碳源通常以甲醇為主，但操作成本較貴。根據(jù)以往的實際經(jīng)驗，可以加糖、生活污水等作為外加碳源。本研究已考慮并提供備用設(shè)施，方便日后有需要時可引入外加碳源，提升反硝化的效率。

厭氧池排出的厭氧消化液在進(jìn)入好氧活性污泥處理工藝前進(jìn)行缺氧曝氣，在缺氧過程中溶解氧控制在0.5 mg/L以下，兼性脫氮菌利用進(jìn)水中的COD作為氫供給體，將好氧池混合液中的硝酸鹽及亞硝酸鹽還原成氮氣排入大氣，同時利用厭氧生物處理反應(yīng)過程中的產(chǎn)酸過程，把一些復(fù)雜的大分子稠環(huán)化合物分解成低分子有機物[4]。

⑵好氧池

混合液從缺氧反應(yīng)區(qū)進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)，這一反應(yīng)區(qū)單元是多功能的，去除BOD5、硝化和吸收磷（P）等項反應(yīng)都在本反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。這三項反應(yīng)都是重要的，混合液中含有NO3-N，污泥中含有過剩的磷，而污水中的BOD5則得到去除。二級好氧池按200%原污水量的混合液回流至一級缺氧池。

好氧池采用活性污泥法工藝，主要功能是通過好氧生化過程，將污水中殘留的有機物去除，進(jìn)一步降解COD，并通過硝化過程將氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽。利用聚磷菌（小型革蘭式陰性短桿菌）好氧吸P厭氧釋P作用，污水中的有機物被氧化分解，同時污水中的磷以聚合磷酸鹽的形式貯藏在菌體內(nèi)而形成高磷污泥，通過剩余污泥排出，具有較好的除磷效果。

2.2.4 中間沉淀池

在一級好氧池廢水進(jìn)入絮凝池前增加中間沉淀池，將好氧細(xì)菌形成的好氧菌體及死亡脫落的SS予以去除，可以優(yōu)化絮凝/混凝系統(tǒng)的處理環(huán)境和處理效果，減少藥劑用量。

2.2.5 微電解系統(tǒng)

一級A/O活性污泥系統(tǒng)出水中仍還有大量生物難降解的有機物，鐵碳微電解工藝?yán)秒娀瘜W(xué)氧化填料自身產(chǎn)生的0.9～1.7 V電位差，在設(shè)備內(nèi)形成無數(shù)的原電池，原電池以廢水做電解質(zhì)，通過陰陽極的放電形成對廢水的電化學(xué)處理，進(jìn)而達(dá)到對廢水中有機物進(jìn)行電化學(xué)降解的目的，處理后B/C比大大提高，有利于后續(xù)二級A/O生物處理效果的提高[5]。

微電解技術(shù)是目前處理高濃度有機廢水的一種理想工藝，該工藝用于高鹽、難降解、高色度廢水的處理，不但能大幅度地降低COD和色度，還可大大提高廢水的可生化性處理過程中產(chǎn)生的新生態(tài)[·OH]、[H]、[O]、Fe2+、Fe3+等，能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如能破壞有色廢水中的有色物質(zhì)的發(fā)色基團(tuán)或助色基團(tuán)，甚至斷鏈，達(dá)到降解脫色作用；將生成的Fe2+進(jìn)一步氧化成Fe3+，它們的水合物具有較強的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調(diào)pH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，其絮凝能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量絮凝水體中分散的微小顆粒、金屬粒子及有機大分子。其工作原理基于電化學(xué)、氧化-還原、物理以及絮凝沉淀的共同作用。

2.2.6 混凝絮凝沉淀池、終沉池

經(jīng)過生化處理后的出水中含有大量的死亡細(xì)菌，須向廢水中投加混凝劑與絮凝劑，將小SS絮體形成大顆粒的礬花，達(dá)到重力沉淀的目的。

由于液化糞廢水中含有得磷化物較高，根據(jù)生物新陳代謝的營養(yǎng)配比C∶N∶P=100∶5∶1可以看出生物的總磷去除率非常低，所以這類廢水往往存在著磷超標(biāo)。最有效的除磷方式是鈣鹽法，向廢水中投加石灰乳，在一定的pH值條件下，石灰中的鈣鹽會與磷酸根形成磷酸鈣，磷酸鈣是難溶于水的物質(zhì)，在堿性條件下形成沉淀物。這時再向廢水中投加PAM（聚丙烯酰胺）絮凝劑可以讓磷酸鈣形成大顆粒的礬花，易于沉淀。

2.2.7 消毒池/清水池

終沉池出水中還有許多細(xì)菌、病毒微生物等，在pH回調(diào)池末端投加漂水（次氯酸鈉）進(jìn)行消毒，同時進(jìn)一步氧化廢水中有機污染物，最終廢水達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)論

⑴由于升流式固體厭氧反應(yīng)器（USR）結(jié)構(gòu)簡單，容積負(fù)荷率高，廢水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時間較短，不需要攪拌，能適應(yīng)較大幅度的負(fù)荷沖擊、溫度和pH值變化，適用于高濃度有機廢水的處理，具有很高的有機污染物去除率，其中化學(xué)耗氧量（CODCr） 去除率為80%～90%，五日生化需氧量（BOD5）去除率為70%～80%，懸浮物（SS）去除率為30%～50%。

⑵活性污泥法及接觸氧化法都有很好的處理效果，各有特點，但主體原理都是利用微生物氧化分解廢水中的有機物，只是微生物與廢水的接觸方式不同而已。

⑶中間沉淀池的污泥通過污泥泵抽入一級兼氧池中，增加整個系統(tǒng)的污泥回流，剩余污泥排入污泥池作污泥處理。

⑷微電解催化氧化過程中產(chǎn)生的大量絮體在后續(xù)微電解沉淀池中沉降，上清液進(jìn)入二級A/O系統(tǒng)進(jìn)一步去除廢水中污染物。

⑸采用豎流式沉淀池，讓形成的大顆粒礬花在沉淀池內(nèi)部進(jìn)行固液分離，達(dá)到去除SS及總磷的作用。

[1]高云超,鄺哲師,田興山,等.豬場污水活性污泥-氧化塘法處理效果及環(huán)境問題探討[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2003(3):46-49.

[2]董巨威,趙立冬,張麗麗.升流式厭氧固體反應(yīng)器的研究進(jìn)展[J].河南科技,2007(5):38-38.

[3]劉頌東,潘木水,高云超,等.豬場污水A～2/O-深度處理法及其效果[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2003(5):54-56.

[4]鄧良偉,蔡昌達(dá),陳鉻銘,等.豬場廢水厭氧消化液后處理術(shù)研究及工程應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18(3):92-94.

[5]龔麗雯,龔敏紅,王成云,等.微電解/接觸氧化/穩(wěn)定塘處理豬場廢水[J].中國給水排水,2003,19(8):92-94.

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1673-4645(2016)11-0052-03

2016-09-29

貴州省科技廳項目“肉豬健康養(yǎng)殖關(guān)鍵技術(shù)研究與集成應(yīng)用”（黔科合NY〔2014〕3044號）