大型規(guī)模豬場(chǎng)糞污高效處理與利用技術(shù)模式探究——以武寧雙胞胎畜牧有限公司為例

付戴波，趙艷平，吳志青，許翔，楊珍，易松強(qiáng)，謝正軍，吳建東，馬帥

（1.九江市畜牧獸醫(yī)局，江西九江 332000；2.武寧雙胞胎畜牧有限公司；3.江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)3.5萬(wàn)頭規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)，其污染負(fù)荷相當(dāng)于一座10萬(wàn)人的城鎮(zhèn)，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)生態(tài)環(huán)境的威脅也在加大。養(yǎng)豬場(chǎng)污水污染負(fù)荷高，而養(yǎng)豬行業(yè)的利潤(rùn)水平又低，因而要求糞污處理工程投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效率高，導(dǎo)致目前養(yǎng)豬場(chǎng)污染治理措施難以推進(jìn)，養(yǎng)殖場(chǎng)廢水治理設(shè)施運(yùn)行不正常，處理水質(zhì)容易不達(dá)標(biāo)，給生態(tài)環(huán)境造成污染和損害。本文主要通過(guò)優(yōu)化二級(jí)A/O生化處理及深度處理工藝，深入探究“預(yù)處理+厭氧+二級(jí)A/O生化處理+深度處理（芬頓反應(yīng)）+有機(jī)肥發(fā)酵”的糞污高效處理及利用的新型模式（以下簡(jiǎn)稱新型模式），以期達(dá)標(biāo)排放并實(shí)施糞污資源化利用。

1 簡(jiǎn)介

武寧雙胞胎畜牧有限公司成立于2014年7月，位于武寧縣澧溪鎮(zhèn)牌樓村，是一家擁有3 000頭能繁母豬的種豬場(chǎng)，主要是對(duì)外出售仔豬。該場(chǎng)每年產(chǎn)生糞便約3 600t，排放污水約36 500t。為更好地保護(hù)環(huán)境，公司堅(jiān)持豬場(chǎng)建設(shè)“三同時(shí)”的環(huán)保原則，在豬場(chǎng)內(nèi)建設(shè)配套相應(yīng)的污水處理站及有機(jī)肥發(fā)酵罐，以處理豬場(chǎng)日常營(yíng)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的糞污，污水出水達(dá)到環(huán)鄱陽(yáng)湖標(biāo)準(zhǔn)。

2 新型模式簡(jiǎn)介與研究分析

2.1 模式簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)方法相比，主要是通過(guò)優(yōu)化二級(jí)A/O生化處理及深度處理工藝，提高污水處理出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)環(huán)鄱陽(yáng)湖標(biāo)準(zhǔn)，分離的固糞通過(guò)發(fā)酵罐發(fā)酵成綠色有機(jī)肥，變廢為寶，即解決豬場(chǎng)糞污污染的難題，又增加了生態(tài)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.2 優(yōu)化A/O段生化處理

主要采用厭氧菌和好氧菌生化處理，培養(yǎng)和馴化技術(shù)如下：

2.2.1 厭氧菌調(diào)試培養(yǎng)[1]。第一階段為UASB（上流式厭氧污泥床）啟動(dòng)運(yùn)行初始階段。一是選用接種污泥；二是調(diào)式接種污泥量、接種污泥的濃度；三是控制接種污泥時(shí)的水質(zhì)。第二階段為初始運(yùn)行階段,預(yù)計(jì)45d。每日測(cè)定進(jìn)出水流量、pH、COD、ALK、VFA、SS等項(xiàng)目，經(jīng)測(cè)定結(jié)果判斷，若出水VFA＜3mmol/L，VFA/ALK=0.3以下，表示UASB系統(tǒng)運(yùn)行正常。第三階段為反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷由2kgCOD/m3·d到4.9kgCOD/m3·d的運(yùn)行階段,預(yù)計(jì)45d。第四階段為穩(wěn)定運(yùn)行階段,預(yù)計(jì)30d。是指反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)4.9kgCOD/m3·d以后的穩(wěn)定運(yùn)行階段。在這段的運(yùn)行中，pH值、溫度、有機(jī)負(fù)荷、VFA、ALK等各項(xiàng)操作參數(shù)嚴(yán)格控制，逐步形成顆粒污泥。

2.2.2 好氧菌調(diào)試培養(yǎng)[2]。經(jīng)稀釋、悶曝、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物和碳源、間歇性馴化、連續(xù)馴化等程序后，MLSS達(dá)3g/L后，即進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，在這一階段中主要是確定進(jìn)出水水質(zhì)、污泥負(fù)荷等工藝參數(shù)是否能穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足出水水質(zhì)要求。同時(shí),根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各種工藝參數(shù)，進(jìn)一步將活性污泥馴化成適應(yīng)A/O工藝運(yùn)行，并力求達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行；至此A/O工藝活性污泥培養(yǎng)馴化完成。

2.3 具體工藝內(nèi)容

2.3.1 預(yù)處理。豬糞水經(jīng)廠區(qū)污水管網(wǎng)收集，自流至糞污處理站。糞污水首先經(jīng)過(guò)機(jī)械格柵，去除大部分固體雜物（大塊糞便、豬毛、沉淀物等），進(jìn)入集糞池（內(nèi)裝攪拌機(jī)、污水提升泵），污水提升泵將糞水泵至固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離，分離出來(lái)的固體糞渣收集送至發(fā)酵罐進(jìn)行堆肥發(fā)酵，制成有機(jī)肥。而污水則進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)微生物將大分子的有機(jī)污染物水解成小分子的有機(jī)污染物，在調(diào)節(jié)池選擇一定的停留時(shí)間和攪拌措施將有利于污水預(yù)水解，為后段厭氧反應(yīng)做好準(zhǔn)備。

2.3.2 厭氧處理。通過(guò)調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水提升泵將污水泵送至厭氧反應(yīng)器內(nèi)，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)，污水經(jīng)歷水解、發(fā)酵（酸化）、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷（即產(chǎn)沼氣）四個(gè)階段。在水解階段，污水中的剩余大分子有機(jī)污染物被分解成小分子有機(jī)物。發(fā)酵（酸化）階段，小分子有機(jī)物被發(fā)酵菌利用，在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，這一階段主要產(chǎn)生乳酸、氨和硫化氫等物質(zhì)。產(chǎn)乙酸階段，上一階段的產(chǎn)物繼續(xù)轉(zhuǎn)化為乙酸。產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷菌將乙酸、CO2、H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。污水經(jīng)過(guò)以上四個(gè)過(guò)程的厭氧反應(yīng)后進(jìn)入?yún)捬醭恋沓?，進(jìn)行固液分離，厭氧污泥得到進(jìn)一步去除。厭氧過(guò)后污水中的大部分有機(jī)污染物被分解去除，但氨氮和總磷無(wú)法得到有效的降解。

2.3.3 二級(jí)A/O段生化處理[3～4]。污水自流進(jìn)入生化處理系統(tǒng)，首先污水來(lái)到兼氧池，在厭氧階段未去除的長(zhǎng)鏈有機(jī)物在兼氧細(xì)菌的作用下，分解成易生化降解的小分子有機(jī)物。經(jīng)過(guò)兼氧后的污水進(jìn)入到好氧池，好氧池中的活性污泥能有效地將易降解的有機(jī)物分解成二氧化碳和水。同時(shí)生物脫氮將在兼氧池與好氧池之間完成。在之前的厭氧反應(yīng)階段，污水中的有機(jī)胺在厭氧細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氨，以NH3-N的形式存在。在好氧池中NH3-N在好氧硝化細(xì)菌的作用下發(fā)生硝化反應(yīng)，生成硝酸根和亞硝酸根離子，以硝態(tài)氮的形式存在，工藝上通過(guò)硝化液回流的方式，將硝態(tài)氮帶入兼氧池，在兼氧型反硝化細(xì)菌的作用下，硝態(tài)氮發(fā)生反硝化反應(yīng)，生成氮?dú)?，從而達(dá)到脫氮的效果。而生物除磷也將在這個(gè)階段起作用，在之前的厭氧環(huán)境下，聚磷菌將貯存于細(xì)胞中的磷水解釋放出來(lái)，經(jīng)過(guò)厭氧釋磷之后的聚磷菌在好氧階段的吸磷能力將大大提高，因此在好氧池內(nèi)聚磷菌會(huì)快速的吸收污水中的磷，工藝中通過(guò)剩余污泥的排放，將磷從系統(tǒng)中除去。系統(tǒng)設(shè)置兩級(jí)兼氧好氧池，并且每級(jí)都設(shè)有沉淀池，這將更加有利于生物脫氮除磷的進(jìn)行。本研究通過(guò)優(yōu)化二級(jí)A/O生化處理，在總體池容不變的情況下，重新設(shè)計(jì)不同階段的停留時(shí)間，增加O1段停留時(shí)間，減少O2段時(shí)間，使在O1段基本完成硝化作用，O2段基本只進(jìn)行反硝化作用，這能更加高效的處理污水中的氨氮及總氮，使出水達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4 深度處理（芬頓反應(yīng)）[5]。為了確保水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，并且設(shè)計(jì)出水水質(zhì)適當(dāng)超前排放標(biāo)準(zhǔn)，在生化處理后段再增加了一段物化處理工藝。傳統(tǒng)A/O工藝中深度處理采用“石灰+PAC+PAM”加藥處理，出水水質(zhì)只能達(dá)到畜禽排放標(biāo)準(zhǔn)，COD最低只能降到300～400mg/L，本工藝采用“FeSO4+H2O2+PAM”芬頓反應(yīng)，將污水中不可生化的無(wú)機(jī)污染物進(jìn)一步降解，從而能大大降低出水的色度、出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到環(huán)鄱陽(yáng)湖標(biāo)準(zhǔn)，COD含量能穩(wěn)定保持在150mg/L以下。

2.3.5 有機(jī)肥發(fā)酵。預(yù)處理階段分離出來(lái)的糞渣以及污泥處理階段形成的脫水污泥，相互混合，投入發(fā)酵罐進(jìn)行堆肥發(fā)酵，制成有機(jī)肥用于種植返田。

3 處理效果與經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)采取“預(yù)處理+厭氧+二級(jí)A/O生化處理+深度處理（芬頓反應(yīng)）+有機(jī)肥發(fā)酵”模式，一是污水在處理成本15元/t相同的情況下，提高了出水標(biāo)準(zhǔn)，出水達(dá)環(huán)鄱陽(yáng)湖排放標(biāo)準(zhǔn)。二是豬糞得到高效利用，變廢為寶成為有機(jī)肥，按豬場(chǎng)母豬每年每頭產(chǎn)生糞便1.2t算，可生產(chǎn)0.48t有機(jī)肥，按有機(jī)肥市場(chǎng)價(jià)800元/t計(jì)算，每頭母豬可提高養(yǎng)殖效益384元。三是去除成本增加20元/t糞污，每頭母豬可增凈利潤(rùn)364元。

圖1 工藝路線圖

本模式工藝特點(diǎn)是做到了養(yǎng)殖場(chǎng)糞污的高效處理和利用，污水處理在原有工藝上通過(guò)優(yōu)化二級(jí)A/O段不同階段的停留時(shí)間和后端的深度處理工藝，增加污水中氨氮、COD、總氮、總磷的去除率，達(dá)到污水排放達(dá)環(huán)鄱陽(yáng)湖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；而固糞采用有機(jī)肥發(fā)酵罐發(fā)酵，與傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵相比，該工藝特點(diǎn)為發(fā)酵環(huán)境封閉，不污染環(huán)境，臭氣可收集吸收，減少對(duì)空氣污染，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，輔料需求量少等特點(diǎn)，且生產(chǎn)的有機(jī)肥品質(zhì)高，是優(yōu)質(zhì)的綠色有機(jī)肥。污水處理成本較傳統(tǒng)工藝相比差不多，但出水標(biāo)準(zhǔn)為環(huán)鄱陽(yáng)湖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

該模式的建成可促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展，有效解決規(guī)?；i場(chǎng)糞污污染環(huán)境的難題，又能夠增加豬場(chǎng)收入，帶動(dòng)種植業(yè)發(fā)展，為我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)清潔生產(chǎn)和循環(huán)畜牧業(yè)提供江西生態(tài)健康養(yǎng)殖新樣板。