厭氧消化+A2/O+氧化塘處理豬場糞污水研究

鐘明珠，王 全，王 亮，趙 曼，林 聰

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2.威海市農(nóng)村能源工作站，山東 威海 264200；3.威海環(huán)山農(nóng)牧投資有限公司，山東 威海 264200)

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厭氧消化+A2/O+氧化塘處理豬場糞污水研究

鐘明珠1，王 全2，王 亮3，趙 曼1，林 聰1

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2.威海市農(nóng)村能源工作站，山東 威海 264200；3.威海環(huán)山農(nóng)牧投資有限公司，山東 威海 264200)

山東文登東來養(yǎng)豬場采用厭氧消化+A2/O+氧化塘污水處理工藝對養(yǎng)豬場的糞污水進行處理，最后實現(xiàn)污水的農(nóng)田灌溉和達標排放。筆者通過對工程運行的連續(xù)監(jiān)測，研究分析豬場糞污水在各處理單元中有機物濃度降解和氨氮去除效果。結(jié)果表明：采用IC反應(yīng)器處理豬場糞污水，COD的平均去除率可達85.39%。而在A2/O處理階段，氨氮的平均去除率高達82.64%。經(jīng)氧化塘后出水中COD和氨氮的平均值分別為198.01 mg·L-1，45.5 mg·L-1。整個污水處理系統(tǒng)COD和氨氮的平均去除率分別為95.82%，95.44%，該系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定。

污水處理；厭氧消化；A2/O工藝；氧化塘

伴隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已無法滿足人們對各類畜禽食品的需求，規(guī)?；B(yǎng)殖模式應(yīng)運而生。規(guī)?；曫B(yǎng)在提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益的同時帶來嚴重的環(huán)境問題。2010年畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水排放中化學(xué)需氧量(COD)高達1148萬t，氨氮高達65萬t，分別占全國總排放量的45%和25%[1]。因此國家對畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水的綜合利用和無害化處理提出更高要求。

根據(jù)國內(nèi)外的研究與實踐證明，沼氣工程可以高效處理利用畜禽養(yǎng)殖污水，具有能源和環(huán)保的雙重效益。沼液作為發(fā)酵后的產(chǎn)物，富含N,P,K等植物生長所需的營養(yǎng)元素，是很好的有機肥料。通過沼肥的還田消納，有效利用了沼液中的營養(yǎng)物質(zhì)，增加農(nóng)業(yè)資源再生能力，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。但隨著養(yǎng)豬規(guī)模和沼氣工程建設(shè)的快速增加，沼液排放量遠超過土地的消納能力。由于養(yǎng)豬糞污水厭氧消化后有機物和氨氮含量遠未達到國家相關(guān)的污水排放標準，在這種情況下，探索沼液經(jīng)濟、高效及其他后處理方法非常必要。

在減量化、資源化和無害化的前提下，國內(nèi)外學(xué)者探究了很多利用厭氧、好氧等多種工藝相結(jié)合方式處理養(yǎng)豬污水。然而，在規(guī)?；i場污水處理工程應(yīng)用中，因投資和運行費用較高，真正達到排放標準的工程實例很少。筆者針對山東文登東來養(yǎng)豬場采用IC+A2/O+氧化塘污水處理工藝，通過對該工程實際運行的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，表明所選工藝對豬場糞污水中COD和氨氮的去除效果明顯，工程運行穩(wěn)定，可為規(guī)模化豬場污水處理和綜合利用提供一種參考方法。

1 工程建設(shè)概況

1.1 背景概況

文登東來養(yǎng)豬場成立于2008年，位于山東省文登區(qū)宋村鎮(zhèn)姚山頭村，總占地203余畝。該養(yǎng)豬場以種豬繁育為主，存欄母豬1200頭，年出欄商品豬24000余頭，采用干清糞工藝。為解決豬場糞污水的處理問題，豬場配套建設(shè)了沼氣工程,A2/O工藝和氧化塘相結(jié)合的污水處理系統(tǒng)。豬場糞便污水首先經(jīng)過厭氧消化生產(chǎn)沼氣做能源使用，產(chǎn)生的沼液一部分供給周邊農(nóng)田、果林，另一部分經(jīng)A2/O+氧化塘處理實現(xiàn)達標排放。

1.2 工程概況

該工程于2012年全部建成并開始運行，已連續(xù)穩(wěn)定運行3年，日處理豬場糞污水量已達200 m3。豬場糞污水是高濃度有機污水，COD含量和氨氮濃度較高，故采用“糞污固液分離預(yù)處理+IC厭氧消化”工藝。IC罐中采用中溫發(fā)酵。沼液后處理采用“A2/O+氧化塘”工藝，其中A2/O由“厭氧池+缺氧池+一級好氧池+二級好氧池+二沉池”組成。

圖1 污水處理工程流程圖

工程流程如圖1所示。豬舍排出的糞污水經(jīng)泵輸送至固液分離機，將分離后固體糞便加工成有機肥出售，污水則進入水解酸化池。在水解酸化池內(nèi)微生物將污水中大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機酸后進入IC厭氧反應(yīng)器。將產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分開，減少因競爭和拮抗作用引起的抑制，提高各種微生物的活性[2]。在IC發(fā)酵罐中，小分子有機物快速降解，產(chǎn)生的沼氣一部分提供給沼氣發(fā)電機，日發(fā)電量達200 kWh以上，供場區(qū)一半的電力消耗；另一部分供應(yīng)給養(yǎng)殖場內(nèi)食堂炊事，鍋爐燃料等。

表1 主要構(gòu)筑物

2 工程運行監(jiān)測結(jié)果與討論

2014年7月下半月～12月下半月對系統(tǒng)進行連續(xù)監(jiān)測，期間每月2次取原水和各處理單元的出水(上半月和下半月各取樣1次)，監(jiān)測污水中COD和氨氮含量。COD和氨氮分別采用重鉻酸鉀法和納氏試劑分光光度法檢測。

2.1 IC對COD和氨氮的去除

IC反應(yīng)器污水中COD的去除效果如圖2所示。監(jiān)測期間盡管IC反應(yīng)器進水有機物波動較大，COD濃度在3577～6150 mg·L-1，但出水較為穩(wěn)定，基本保持在500～1000 mg·L-1。每次取樣檢測COD去除率均在80%以上，COD的平均去除率為85.39%，高于鄧良偉[3]等試驗中IC反應(yīng)器對豬場廢水中80.3%的COD平均去除率。結(jié)果表明，IC反應(yīng)器運行穩(wěn)定，COD去除效果較好。但出水COD含量未能達到排放標準，仍需其他工藝進行后續(xù)處理。

圖2 IC反應(yīng)器中COD濃度的變化

根據(jù)余建峰[4]等研究表明厭氧發(fā)酵適宜的氨氮濃度為400～1600 mg·L-1。水質(zhì)監(jiān)測表明，該工程IC反應(yīng)器進水的氨氮濃度為754～1427 mg·L-1，處在厭氧發(fā)酵工藝適宜濃度范圍內(nèi)。圖3顯示了糞污水經(jīng)IC反應(yīng)器處理后氨氮的變化。從圖中可以看出，氨氮出水濃度為530～843 mg·L-1，IC消化器出水的氨氮濃度相對較穩(wěn)定，有利于后續(xù)處理。從監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看，7～9月時間段氨氮的去除率較低，約為3%左右，這主要因為在厭氧條件下有機物經(jīng)微生物的分解，將有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，而去除氨氮的硝化菌是自養(yǎng)菌，在高濃度COD條件下與異養(yǎng)菌競爭處于劣勢地位，其增殖速度較慢，氨氮去除率低[5]。隨著消化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和微生物的富集，氨氮的去除率有所增加，最高達57.72%。

圖3 IC反應(yīng)器中氨氮濃度的變化

2.2 A2/O污水處理工藝對COD和氨氮的去除

經(jīng)過厭氧消化后所產(chǎn)生沼液的COD含量較高，可生化性差，氨氮濃度高，加大了沼液后處理的難度。文登養(yǎng)豬場周邊沒有足夠的土地消納沼液，為達到國家畜禽污水排放標準，采用了A2/O工藝深度處理沼液，利用好氧微生物在有氧條件下快速分解有機物，降低污水中COD和氨氮的含量，從而實現(xiàn)沼液的后續(xù)處理與利用。

A2/O階段COD濃度和氨氮濃度變化分別如圖4和圖5所示。進水中COD含量基本維持在600～900 mg·L-1左右，出水中COD濃度為128～317 mg·L-1，平均去除率為61.35%。在A2/O階段COD的降解率低于厭氧消化階段，這主要由于厭氧消化后污水中的COD含量降低，可供微生物利用的有機物相對較少，微生物種群間產(chǎn)生競爭，生長和增殖速率受限，故導(dǎo)致COD去除率逐漸下降[6]。在11～12月間，出水中COD濃度呈現(xiàn)上升的趨勢，這可能是因為溫度下降，使得污水中微生物活性降低，生化反應(yīng)速率和效率下降所致[7]。

圖4 A2/O工藝中COD濃度的變化

圖5 A2/O工藝中氨氮濃度的變化

進水中氨氮濃度為530～843 mg·L-1，出水為38～205 mg·L-1，平均去除率為82.64%，顯示出A2/O污水處理工藝脫氮能力較好。究其原因可能是該階段異養(yǎng)菌增殖緩慢，而硝化菌在競爭中逐漸處于優(yōu)勢地位，故氨氮去除率相對較高。

2.3 氧化塘的作用

目前氧化塘的應(yīng)用主要作為好氧工藝的后續(xù)處理，對于水中有機物的去除主要依靠硝化作用、藻類和微生物分解和吸收等。靳洪梅[8]等研究表明氧化塘對污水中大量營養(yǎng)元素特別是氨氮有明顯的削減作用。

經(jīng)A2/O處理后豬場污水中COD和氨氮的平均濃度分別為254 mg·L-1和117 mg·L-1。該工程在A2/O工藝后設(shè)置氧化塘，保持大約180天的停留時間后，經(jīng)測試氧化塘出水中COD和氨氮的平均濃度分別為198.01 mg·L-1,45.5 mg·L-1，低于集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放COD和氨氮濃度的標準值400 mg·L-1,80 mg·L-1。氧化塘的設(shè)置還為農(nóng)田與果林灌溉提供了時間的調(diào)節(jié)和數(shù)量的保證。如果該工程增加處理后污水在氧化塘內(nèi)的停留時間，并且在氧化塘內(nèi)種植漂浮植物等，可以更大程度降低COD和氨氮濃度。

3 結(jié)論

(1)采用IC反應(yīng)器處理豬場廢水厭氧消化液，COD去除效率較高，平均COD去除率為85.39%。IC反應(yīng)器中氨氮的去除率較低，但在A2/O處理工藝中氨氮平均去除率高達82.64%。

(2)經(jīng)測試氧化塘出水中COD和氨氮的平均濃度分別為198.01 mg·L-1，45.5 mg·L-1，增加處理后污水在氧化塘內(nèi)的停留時間，并且在氧化塘內(nèi)種植漂浮植物等，可以更大程度降低COD和氨氮濃度。

(3)采用厭氧消化+A2/O+氧化塘工藝處理豬場污水是可行的，整個污水處理系統(tǒng)COD和氨氮的平均去除率分別為95.82%，95.44%，該系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定。

[1] 環(huán)境保護部,農(nóng)業(yè)部.全國畜禽養(yǎng)殖污染防治“十二五”規(guī)劃[Z].2012.

[2] 周建民,鄭朋剛,扈映茹,等.生活養(yǎng)殖污水處理工程實例[J].工業(yè)用水與廢水，2008,39(3):98-100.

[3] 鄧良偉,陳鉻銘.IC工藝處理豬場廢水試驗研究[J].中國沼氣,2001,19(2):12-15.

[4] 余建峰.不同接種物對牛糞高溫厭氧發(fā)酵過程的影響[D].鄭州:鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,2006.

[5] 李卓坪,牛明芬,劉知遠,等.A/O工藝處理豬場厭氧發(fā)酵液研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,38(3):1356-1358.

[6] 郭 立.高鹽滲濾液COD降解優(yōu)勢菌的篩選及相關(guān)基因消減文庫的構(gòu)建[D].天津:天津大學(xué),2009.

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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

項目來源：博士點基金(20130008110038)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費(201403019)

鐘明珠(1991-)，女，在讀碩士，研究方向為農(nóng)業(yè)廢棄物處理與利用，E-mail:zhongmingzhu@cau.edu.cn

林 聰，E-mail: lincong@cau.edu.cn

S216.4; X703

A

1000-1166(2016)03-0049-04