規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理工藝優(yōu)化及運(yùn)行效果

魏敦滿

(福建省南平市農(nóng)村環(huán)保能源站， 福建 南平 353000)

近年來，我國(guó)生豬規(guī)?；B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，為中國(guó)的經(jīng)濟(jì)做出了重要貢獻(xiàn)。然而，養(yǎng)豬污水屬于高濃度含有大量的有機(jī)廢水，在自然環(huán)境下將產(chǎn)生大量的甲烷及其他有害物質(zhì)。甲烷氣體是造成溫室效應(yīng)的主要因素(甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍)[1-2]；其他有害物質(zhì)含有碳、氮、磷等元素，隨意排放或被雨水沖刷進(jìn)入河流水體，將導(dǎo)致水體中SS,COD,BOD5升高，發(fā)生嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，水色變黑、發(fā)臭而污染環(huán)境。此外，生豬養(yǎng)殖廢水中還含有的各種各樣病原微生物沒有進(jìn)行有效處理，將會(huì)導(dǎo)致豬病的蔓延而威脅養(yǎng)豬行業(yè)的發(fā)展[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外豬場(chǎng)糞污的處理模式可歸納為3 種主要模式：還田模式、自然處理模式及工廠化處理模式[4]。還田模式[5]是指將畜禽糞污施用于農(nóng)田的一種傳統(tǒng)的、經(jīng)濟(jì)有效，可以達(dá)到零排放的處理模式，但是需要有足夠的農(nóng)田消納能力。自然處理模式是指采用氧化塘、人工濕地[6]等自然處理方式對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)糞便污水進(jìn)行處理，適用于鄉(xiāng)村，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，土地寬廣并廉價(jià)的地區(qū)，養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模一般不能太大，以人工清糞為主，水沖為輔，沖洗耗水量中等。工廠化處理模式是指將畜禽糞便進(jìn)行預(yù)處理、厭氧處理、好氧處理、后處理等階段對(duì)污水進(jìn)行處理后達(dá)到國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但是這種模式成本比較高、對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求高、對(duì)技術(shù)工人的知識(shí)化水平要求高[3]。豬糞含有15%有機(jī)質(zhì)，易被微生物分解釋放出可為作物吸收利用的養(yǎng)分。尿液在一定的溫度、濕度、酸度及厭氧條件下，經(jīng)微生物作用(發(fā)酵)生產(chǎn)的甲烷是一種清潔燃料；產(chǎn)生的沼氣池沼渣富含氮、磷、鉀等元素，并含有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、微量營(yíng)養(yǎng)元素、多種氨基酸、酶類和有益微生物，質(zhì)地疏松、保墑性能好、酸堿度適中，能滿足作物生長(zhǎng)的需要及起到很好的改良土壤的作用。為此，探討研究一種經(jīng)濟(jì)、有效的實(shí)現(xiàn)糞污資源化利用達(dá)到零排放的處理模式，將利于進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)生豬規(guī)?；B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

福建省是2016年全國(guó)首批生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)的三個(gè)省份之一[7]。近年來，福建省對(duì)養(yǎng)殖業(yè)糞污治理工程達(dá)標(biāo)排放及廢棄物資源化利用提出了更高要求，對(duì)養(yǎng)殖業(yè)進(jìn)行了規(guī)范與整治。隨著養(yǎng)豬業(yè)快速發(fā)展帶來大量糞污排放，但豬場(chǎng)糞污治理理念和技術(shù)卻相對(duì)滯后，便成為一種高濃度有機(jī)廢水[8-9]的重要的污染源[10]。規(guī)?；託饧夹g(shù)是環(huán)境與能源領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)[11]，用于有效治理與處置規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污而避免對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)生產(chǎn)的沼氣可向周圍用戶提供清潔能源，對(duì)開發(fā)可再生能源及發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)都具有重要意義[12-13]，這促使國(guó)家大力發(fā)展沼氣事業(yè)[14]。為此，本項(xiàng)目依據(jù)綠色可持續(xù)發(fā)展的理念，結(jié)合本地實(shí)際以實(shí)現(xiàn)糞污達(dá)標(biāo)排放化為原則，輔以沼氣、沼渣以及沼液資源化利用?，F(xiàn)將以福建省某養(yǎng)殖基地(下稱“養(yǎng)殖基地”)糞污處理工程技術(shù)工藝優(yōu)化改進(jìn)為實(shí)例進(jìn)行分析總結(jié)，旨在為規(guī)模化豬場(chǎng)建立實(shí)用生態(tài)環(huán)保型技術(shù)模式提供參考。

1 養(yǎng)殖基地原糞污處理工程工藝剖析

1.1 養(yǎng)殖基地概況

養(yǎng)殖基地位于南平市松溪縣鄭墩鎮(zhèn)雙源村，養(yǎng)殖規(guī)模為年存欄生豬2355頭。養(yǎng)殖基地污水主要為養(yǎng)豬過程產(chǎn)生糞污水、豬舍沖洗用水及員工生活污水，已建有CSTR+紅泥厭氧沼氣工程和一些污水處理工程。但因受到農(nóng)作物種植季節(jié)消納污水量的限制，在農(nóng)作物需肥需水量減少季節(jié)，部分不達(dá)標(biāo)污水直排，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了一定程度的污染。為此，養(yǎng)殖基地為實(shí)現(xiàn)排出的污水出水達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)旱作模式指標(biāo)要求，需要對(duì)原污水綜合處理工程進(jìn)一步對(duì)處理系統(tǒng)進(jìn)行方案優(yōu)化改造提升。

1.2 工程工藝

1.2.1 工程工藝流程

養(yǎng)殖基地原糞污處理工藝流程如圖1所示，主要構(gòu)筑物及參數(shù)設(shè)計(jì)如表1。糞污處理系統(tǒng)中厭氧發(fā)酵采用CSTR+紅泥塑料沼氣池，污水深度處理采用A/O工藝，產(chǎn)生的沼氣發(fā)電自用。

表1 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 原養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理工程工藝流程

1.2.2 存在問題

隨著養(yǎng)殖基地規(guī)模增長(zhǎng)以及政府對(duì)于環(huán)保要求增強(qiáng)，原有的糞污處理工藝系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足處理能力要求，經(jīng)分析存在如下問題：

(1)原工程為干清糞與部分污水調(diào)配均勻后進(jìn)入CSTR發(fā)酵罐，雖然沼氣生產(chǎn)量較大，但產(chǎn)生的沼液有機(jī)物濃度也很高，匯同沖欄廢水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)處理，對(duì)系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷大；

(2)處理工藝針對(duì)性不強(qiáng)，處理設(shè)施零散，工藝單元處理效能不足，缺乏整體連貫性；

(3)污水預(yù)處理不到位，沼氣厭氧出水?dāng)y帶浮泥直接進(jìn)入生化系統(tǒng)，影響污泥活性；

(4)生化處理系統(tǒng)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷高，而生化系統(tǒng)池容不足，難以處理達(dá)標(biāo)；

(5)生化系統(tǒng)采用一級(jí)A/O，功能單一，容易污泥膨脹，生化處理效果差；

(6)未配置風(fēng)機(jī)。

2 養(yǎng)殖基地糞污處理工程工藝優(yōu)化

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)原則與方案

針對(duì)養(yǎng)殖基地原糞污處理工藝系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足處理能力要求，統(tǒng)籌考慮對(duì)其進(jìn)行工藝優(yōu)化。優(yōu)化工程針對(duì)COD，NH3-N，P等增加設(shè)置針對(duì)性強(qiáng)、處理效率高的工藝單元，保證每級(jí)功能單體處理效率，從而出水水質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)總體設(shè)計(jì)原則，針對(duì)原養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理系統(tǒng)存在問題，優(yōu)化整改思路是：以確保污水處理出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)為主，產(chǎn)沼氣發(fā)電為輔；增加干清糞處理，降低污水處理系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷；強(qiáng)化預(yù)處理，厭氧發(fā)酵前增加格柵+固液分離前處理；根據(jù)厭氧罐進(jìn)水出水水質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)條件，增設(shè)適宜的溶氣氣浮一體機(jī)作為生化處理系統(tǒng)前的物化處理階段，確保進(jìn)生化前廢水中SS有效去除；針對(duì)運(yùn)行負(fù)荷太高，采用兩級(jí)生化工藝，合理設(shè)計(jì)厭氧池和好氧池比例；增設(shè)生化后的混凝物化處理；最大化利用原有設(shè)施，不造成原有設(shè)施的浪費(fèi)，從而減少改造投資；原污水處理系統(tǒng)處理能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，盡可能減少土建建設(shè)的基礎(chǔ)上先對(duì)已有設(shè)施進(jìn)行改造，加快改造工程進(jìn)度，盡快進(jìn)水運(yùn)行，改造工程處理能力設(shè)計(jì)為300 t·天-1。

2.2 優(yōu)化后的工程工藝

2.2.1 工程工藝

根據(jù)養(yǎng)殖基地的水質(zhì)特點(diǎn)、污水處理要求及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的實(shí)際情況，優(yōu)化工程整體處理工藝是：采用集水調(diào)節(jié)池+固液分離+CSTR厭氧發(fā)酵罐+溶氣氣浮1+A/O+BBAF+溶氣氣浮2+消毒工藝，處理出水經(jīng)植物氧化塘儲(chǔ)存及進(jìn)一步降解后全部回用于1071畝苗圃、茶果林地澆灌(見圖2)。由圖2可以看出：優(yōu)化的工藝路線針對(duì)性強(qiáng)，在明確養(yǎng)殖廢水高有機(jī)、高氨氮、高磷濃度特性基礎(chǔ)上設(shè)置專門處理單元；干清糞不進(jìn)入處理系統(tǒng)，從源頭上減少了污水處理系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷；強(qiáng)化預(yù)處理，生化處理前設(shè)置高效氣??；采用A/O+BBAF進(jìn)行生化處理；深度處理采用高效氣浮或混凝終沉，確保出水達(dá)標(biāo)；新增的物化段均采用溶氣氣浮，比較適合本改造項(xiàng)目；一級(jí)A/O中的好氧池曝氣系統(tǒng)采用可提升式曝氣軟管代替?zhèn)鹘y(tǒng)水下微孔曝氣盤，充氧率高、動(dòng)力省、檢修無需放空池子；具有多項(xiàng)成功應(yīng)用案例，經(jīng)濟(jì)性、可靠性高；成功進(jìn)行技術(shù)集成、一體式高效反應(yīng)器設(shè)備的工程化應(yīng)用，具備施工周期短、見效快的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 工藝流程框圖

2.2.2 工程構(gòu)筑物

工程工藝優(yōu)化改造的工程構(gòu)筑物如表2所示。

表2 新增改造構(gòu)筑物一覽表

3 養(yǎng)殖基地糞污處理優(yōu)化后工程工藝運(yùn)行效果

3.1 運(yùn)行效果監(jiān)測(cè)方法

3.1.1 取樣方法

2017年9月19日～2017年9月20日，每間隔2 h分別對(duì)糞污處理工程進(jìn)出水口進(jìn)行多點(diǎn)取樣，采樣依據(jù)HJ 494-2009水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)，檢測(cè)污水中pH值，SS，COD，BOD5，水溫、全鹽量、氯化物、硫化物、汞、總鎘、砷、六價(jià)鉻、鉛、糞大腸桿菌、陰離子表面活性劑、NH3-N和TP。

3.1.2 測(cè)試方法

pH值測(cè)定采用GB6920-1986玻璃電極法；SS采用GB11901-1989重量法；COD測(cè)定采用HJ/T399-2007快速消解分光光度法；BOD5采用HJ 505-2009稀釋與接種法；水溫采用GB13195-1991水質(zhì)水溫的測(cè)定溫度計(jì)或顛倒溫度計(jì)法(A)；全鹽量采用HJ/T51-1999重量法；氯化物采用GB11896-1989硝酸銀滴定法；硫化物采用GB/T16489-1996亞甲基藍(lán)分光光度法；汞采用GB/T5750.6-2006原子熒光法；總鎘采用GB/T5750.6-2006 9.5原子熒光法；砷采用GB/T5750.6-2006氫化物原子熒光法；六價(jià)鉻采用二苯碳酰二肼分光光度法；鉛采用GB/T5750.6-2006 11.5氫化物原子熒光法；糞大腸桿菌采用試行HJ/T347-2007多管發(fā)酵法和濾膜法；陰離子表面活性劑采用GB7494-1987亞甲藍(lán)分光光度法；NH3-N測(cè)定采用HJ 535-2009納氏試劑分光光度法； TP采用GB11893-1989鉬銻銨分光光度法。

3.2 運(yùn)行效果分析與討論

該規(guī)?；i場(chǎng)糞污處理采用達(dá)標(biāo)排放與廢棄物資源化利用相結(jié)合的治理模式，根據(jù)測(cè)試結(jié)果來看，運(yùn)行效果較穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好。通過對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)出口監(jiān)測(cè)，污水處理達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)，污水處理水質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果均值如表3、表4所示。

表4 污水處理水質(zhì)中GB5084項(xiàng)目指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果 (mg·L-1)

3.2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表3可知，COD和BOD5的去除率分別達(dá)到了96%，可能是由于在處理工藝中有活躍的微生物存在，通過微生物的氧化降解作用消耗掉污水中的有機(jī)物，從而高效去除CODcr和BOD5[15]。氨氮和總磷的去除率分別達(dá)到了99.9%和99.7%，可能是因?yàn)锳/O工藝中的細(xì)菌進(jìn)行了硝化和反硝化作用，具體是將污水在好氧條件下使含氮有機(jī)物被細(xì)菌分解為氨，然后在好氧自養(yǎng)型亞硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再經(jīng)好氧自養(yǎng)型硝化細(xì)菌作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，至此完成硝化反應(yīng)；在缺氧條件下，兼性異養(yǎng)細(xì)菌利用或部分利用污水中的有機(jī)碳源為電子供體，以硝酸鹽替代分子氧作電子受體，進(jìn)行無氧呼吸，分解有機(jī)質(zhì)，同時(shí)將硝酸鹽中氮還原成氣態(tài)氮，至此完成反硝化反應(yīng)[16]，從而去除氨氮的效果極佳。通過BBAF池+沉淀工藝和溶氣氣浮2工藝，總磷去除率也很高，可能是因?yàn)锽BAF池以及溶氣氣浮2中的微生物例如聚磷微生物，在厭氧環(huán)境下可以吸收環(huán)境中的磷元素產(chǎn)生能量供其生長(zhǎng)繁殖，因此在整個(gè)工藝流程中總磷的去除效果非常好[17]。綜合表3、表4顯示，從污水處理的整體效果上來看，最終消毒排水槽出水水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB18596-2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)；各生化指標(biāo)去除率均達(dá)到90%以上。經(jīng)氧化塘總出口出水水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB5084-2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》“旱作”標(biāo)準(zhǔn)?？偝鏊诔鏊糜跐补?071畝苗圃、茶果林地，基本實(shí)現(xiàn)了污水零排放。

3.2.2 運(yùn)行效果

規(guī)模化豬場(chǎng)糞污處理污水達(dá)到了良好的效果，經(jīng)過高濃度反應(yīng)器厭氧消化后產(chǎn)生的沼肥經(jīng)過固液分離池，固體物質(zhì)制成有機(jī)肥，液體物質(zhì)和蓄水池內(nèi)多余污水一起排入低濃度沼氣池進(jìn)行二次發(fā)酵，發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液流入儲(chǔ)液池，做成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥，多余沼液至曝氣池進(jìn)行好氧處理，再流入人工生態(tài)濕地，后排放至氧化塘。發(fā)酵所產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過氣水分離器、脫硫塔、阻火器等一系列凈化處理，可以給企業(yè)、農(nóng)戶用氣以及沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電；產(chǎn)生的沼渣沼液可制作成有機(jī)肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。沼渣、沼液用于農(nóng)田施肥，在保持和提高土壤肥力的效果上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化肥。其中的磷屬有機(jī)磷，肥效優(yōu)于磷酸鈣，不易被固定，相對(duì)提高了磷肥肥效；沼渣、沼液中含有大量腐殖質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤的水分、溫度、空氣和肥效，適時(shí)滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，并可改良土壤，提高作物產(chǎn)量[18]；沼渣沼液還可調(diào)節(jié)土壤的酸堿度，形成土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)和增進(jìn)肥效，提高土壤通透性，促進(jìn)水分迅速進(jìn)入植物體，并有催芽、促進(jìn)根系發(fā)育等作用。同時(shí)，沼液還是高效的葉面肥，具有較強(qiáng)的抗病蟲害作用[19]。固體糞污和氣浮產(chǎn)生的浮渣以及好氧處理的污泥可制作有機(jī)肥[20]，實(shí)現(xiàn)糞污資源化利用，提升耕地質(zhì)量，并帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)降低污水處理系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷，解決污水處理設(shè)施投資過于龐大的問題。通過厭氧處理后產(chǎn)生的高溶度沼液可通過沼液車運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)距離的田間儲(chǔ)液池經(jīng)調(diào)配后使用。經(jīng)過好氧處理后達(dá)到旱作排放標(biāo)準(zhǔn)的沼液可直接抽取用于周邊農(nóng)田灌溉，剩余部分污水通過近萬立方的各類人工濕地的自然凈化，完全達(dá)標(biāo)排放，以上方式完全解決養(yǎng)殖與種植業(yè)不匹配的問題，糞污收集及儲(chǔ)運(yùn)能力與農(nóng)作物季節(jié)性施肥不對(duì)稱的問題。

4 結(jié)論

當(dāng)前，規(guī)?；?、集約化養(yǎng)殖業(yè)得到蓬勃發(fā)展，但同時(shí)其排放的污染物尤其是廢水能否得到妥善處理已成為行業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展的制約因素。因此，研究其污染物的回收循環(huán)利用和最終的處理處置技術(shù)有一定的應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)原糞污處理系統(tǒng)工程工藝，優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)標(biāo)排放為主，輔以沼氣、沼渣沼液以及豬糞渣的資源化利用的集成工藝技術(shù)，可最大化利用原有設(shè)施，減少改造投資。優(yōu)化工藝改進(jìn)糞污進(jìn)料方式，降低進(jìn)水負(fù)荷，引入兩級(jí)生化工藝，增加氣浮處理，同時(shí)調(diào)整了A/O處理系統(tǒng)缺氧池和好氧池比例，增設(shè)消化液回流和污泥回流，增加生化后的混凝物化處理，確保了出水達(dá)標(biāo)排放。

通過對(duì)福建省某基地原糞污處理優(yōu)化后工程工藝的運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分折，結(jié)果顯示：排出的廢水GB18596《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》主要項(xiàng)目指標(biāo)為：總水出口COD，BOD5含量分別為30.7 mg·L-1和10.4 mg·L-1，去除率分別為97.6%和97.5%；出水口NH3-N，TP，SS含量分別為0.5 mg·L-1，0.2 mg·L-1和35.0 mg·L-1，去除率分別為99.9%，99.7%和92.6%，符合GB18596-2001排放標(biāo)準(zhǔn)。排出的廢水GB5084-2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》主要項(xiàng)目指標(biāo)為：出水口、總水出口全鹽量含量分別為29.5 mg·L-1和34.0 mg·L-1，氯化物含量分別為2.7 mg·L-1和2.9 mg·L-1，陰離子表面活性劑、硫化物、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛含量分別為均<0.05 mg·L-1，<0.005 mg·L-1，<0.0002 mg·L-1，3.4×10-3mg·L-1，<0.000 mg·L-15，<0.005 mg·L-1和2.5×10-3mg·L-1，符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》“旱作”標(biāo)準(zhǔn)。由此表明，優(yōu)化后的工程工藝運(yùn)行效果良好，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；i場(chǎng)糞污資源化利用及達(dá)標(biāo)排放，解決了規(guī)模生豬養(yǎng)殖場(chǎng)糞污有效治理的問題，對(duì)推進(jìn)生豬養(yǎng)殖業(yè)綠色可持續(xù)化發(fā)展具有重要的意義。