規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污厭氧發(fā)酵及深度處理技術(shù)應(yīng)用

徐慶賢 官雪芳 林斌 吳曉梅

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)糞便污水處理達(dá)標(biāo)排放的目的，提供了一種新型的污水處理工藝即固液分離-黑膜厭氧發(fā)酵塘-水解酸化塘-混凝沉淀池-A/O-深度處理工藝，通過(guò)福建省新星種豬育種有限公司建甌市徐墩鎮(zhèn)山邊村規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)的實(shí)踐應(yīng)用，經(jīng)深度處理后出水化學(xué)需氧量（CODcr）為147.2 mg·L-1，生物需氧量（BOD5）為28.6 mg·L-1，氨氮含量（NH3N）為7.6 mg·L-1，懸浮物濃度（SS）為9.8 mg·L-1。該工藝通過(guò)技術(shù)集成途徑建立了新型的豬場(chǎng)糞污處理達(dá)標(biāo)排放模式，為福建省豬場(chǎng)糞污治理及可持續(xù)發(fā)展提供了一種示范應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng);厭氧發(fā)酵;深度處理;達(dá)標(biāo)排放

中圖分類號(hào)：X 713 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：0253-2301（2021）06-0064-05

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.06.011

Abstract： In order to achieve the purpose of up-to-standard discharge of fecal sewage treatment， a new sewage treatment process was provided， that was the solid-liquid separation-black membrane anaerobic fermentation pond-hydrolytic acidification pond-coagulative precipitation tank-A/O-advanced treatment process. Through the practice and application of large-scale pig farms in Shanbian Village of Xudun Town in Jian′ou City by Fujian Xinxing Boar Breeding Co.， Ltd.， after the advanced treatment， the effluent chemical oxygen demand （CODcr）， the biological oxygen demand （BOD5） and the ammonia nitrogen content （NH3-N） were respectively 147.2 mg·L-1， 28.6 mg·L-1， and 7.6 mg·L-1. The suspended matter concentration （SS） was 9.8 mg·L-1. This process established a new up-to-standard discharge mode of pig manure treatment by means of the technology integration， which provided a demonstration application for the pig manure treatment and the sustainable development of pig farms in Fujian Province.

Key words： Large-scale pig farm; Anaerobic fermentation; Advanced treatment; Up-to-standard discharge

在農(nóng)業(yè)面源污染中，規(guī)?；i場(chǎng)發(fā)展產(chǎn)生的糞污已成為突出的環(huán)境問(wèn)題[1-7]，豬場(chǎng)糞污有機(jī)物、懸浮物、總氮、總磷濃度極高[8-10]，含有大量的病原菌，規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)污水排污量巨大，因此建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的大型養(yǎng)殖污水綜合處理設(shè)施可以有效解決糞污污染問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化利用。

福建省是全國(guó)首批生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)的3個(gè)省份之一[11]，于2016年第一個(gè)被批準(zhǔn)了《國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)（福建）實(shí)施方案》，因此，對(duì)養(yǎng)殖業(yè)糞便污水治理與資源化利用提出了更高的要求，需要更加規(guī)范化發(fā)展。朱飛虹等[12]運(yùn)用黑膜沼氣池處理高濃度養(yǎng)豬場(chǎng)糞污，水力滯留時(shí)間（HRT）在60 d以上，污水處理率基本穩(wěn)定在90%以上。何仁真[13]利用黑膜沼氣池和一體化處理設(shè)備組合工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)糞污，出水化學(xué)需氧量（CODCr）≤50 mg·L-1，氨氮含量（NH3N）≤10 mg·L-1，遠(yuǎn)低于農(nóng)業(yè)灌溉水化學(xué)需氧量（CODCr）≤200 mg·L-1的要求，可用于2 hm2土地的農(nóng)業(yè)灌溉。管業(yè)坤等[14]利用“固液分離-氣浮-厭氧ABR-雙面導(dǎo)流好氧”工藝技術(shù)處理豬場(chǎng)糞污，出水化學(xué)需氧量（CODCr）為147.2 mg·L-1，生物需氧量（BOD5）為62 mg·L-1，氨氮含量（NH3N）為68 mg·L-1，均低于畜牧污水排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，畜禽糞污處理一般采用“厭氧發(fā)酵+好氧處理”的工藝方式，但通常情況下存在建設(shè)費(fèi)用高、操作難度大、污泥容易上浮以及自控復(fù)雜等問(wèn)題。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，本研究在深度處理環(huán)節(jié)增加PLC自控系統(tǒng)、催化池和脫氣池，以期達(dá)到更好地對(duì)規(guī)模豬場(chǎng)糞污進(jìn)行治理的目的。本研究以福建省新星種豬育種有限公司為例，集成固液分離-黑膜厭氧發(fā)酵塘-水解酸化池（池內(nèi)含表曝機(jī)、潛污泵、浮球液位控制裝置及泵提升裝置）-一級(jí)混凝沉淀池-A/O處理系統(tǒng)（含缺氧池-好氧池-二級(jí)沉淀池）-深度處理系統(tǒng)（包括中間池、高效混凝沉淀池、催化池、脫氣池、混凝池、沉淀池）對(duì)糞便污水進(jìn)行處理，并以此工程實(shí)例進(jìn)行技術(shù)參數(shù)分析總結(jié)，擬為規(guī)模化豬場(chǎng)糞污治理提供一種模式參考。

1 示范養(yǎng)豬場(chǎng)現(xiàn)狀

福建省新星種豬育種有限公司養(yǎng)豬場(chǎng)目前生豬存欄數(shù)15000頭，豬糞污水及職工生活污水日排放量約120 m3·d-1，糞污進(jìn)料化學(xué)需氧量（CODCr）為25250 mg·L-1，生物需氧量（BOD5）為12120 mg·L-1，氨氮含量（NH3N）為855 mg·L-1，懸浮物濃度（SS）為11200 mg·L-1。糞便污水經(jīng)過(guò)固液分離后，污水進(jìn)入黑膜厭氧發(fā)酵塘進(jìn)行厭氧處理，出水經(jīng)過(guò)水解酸化塘降解處理、混凝劑及絮凝劑投放及沉淀后將污泥排除，減低后續(xù)處理負(fù)荷，上清液經(jīng)過(guò)缺氧與好氧池，進(jìn)行硝化及脫硝處理，利用二類微生物在厭氧與好氧的組合程序，除可分解污水中有機(jī)物外，將氮化物進(jìn)行生化代謝作用轉(zhuǎn)為無(wú)害的氮?dú)?，最后氮?dú)饧纯梢缟⒂诖髿庵校_(dá)到去除氨氮的目的。去除有機(jī)質(zhì)及氨氮的廢水，因含有大量難降解的污染物，最后通過(guò)高效混凝方法進(jìn)行深度處理，脫色及消毒后達(dá)到達(dá)標(biāo)排放的目的。

2 污水處理工藝流程及說(shuō)明

2.1 工藝流程

豬場(chǎng)糞污處理具體工藝流程如圖1所示。

2.2 關(guān)鍵工藝單元介紹

2.2.1 黑膜厭氧發(fā)酵塘 黑膜厭氧發(fā)酵塘是用聚乙烯（HDPE）在挖好的土方基礎(chǔ)上整體密封形成的一種厭氧發(fā)酵裝置。HDPE是一種優(yōu)質(zhì)的無(wú)毒環(huán)保的黑膜材質(zhì)，該材料防滲好，具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫低溫、耐腐蝕能力，還具有優(yōu)異的抗老化、抗紫外線、抗分解能力，抗植物根系穿刺能力，優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率（表1），非常適用于膨脹或收縮基面，可有效克服基面不均勻沉降等問(wèn)題。

基于傳統(tǒng)黑膜厭氧發(fā)酵塘存在接觸焊接不均出現(xiàn)漏氣等問(wèn)題，加上利用沼氣的不恒定性、黑膜厭氧發(fā)酵塘頂膜易出現(xiàn)塌陷，加上其體積大運(yùn)行過(guò)程中沉淀的污泥不易排出，常常堆積板結(jié)于厭氧發(fā)酵塘底部，占用了部分的發(fā)酵空間，嚴(yán)重影響了厭氧發(fā)酵塘的運(yùn)行效率及使用壽命，本處理工藝中黑膜厭氧發(fā)酵塘從進(jìn)料口、出料口、排泥口、出氣口及黑膜銜接工藝上，針對(duì)傳統(tǒng)黑膜厭氧發(fā)酵塘進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，增設(shè)恒壓系統(tǒng)和改進(jìn)排泥系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的單點(diǎn)進(jìn)、出料改為多點(diǎn)布料和出料工藝。

2.2.2 水解酸化塘 用于收集黑膜出水或者碳源補(bǔ)充水，調(diào)節(jié)水量，均勻水質(zhì)。在無(wú)能耗的條件下將黑膜出水及超越過(guò)來(lái)補(bǔ)充碳源的水中有機(jī)物大分子分解為中間體小分子，提高糞污的可生化性。池內(nèi)新增表曝機(jī)、潛污泵、浮球液位控制裝置及泵提升裝置。

2.2.3 一級(jí)混凝沉淀池 設(shè)計(jì)一級(jí)混凝沉淀池和一級(jí)沉淀池，在池內(nèi)投加混凝劑及絮凝劑，混凝池均設(shè)機(jī)械攪拌裝置進(jìn)行混凝反應(yīng)，使得厭氧出水懸浮物具有良好的沉降性能，經(jīng)后續(xù)沉淀池處理后，有效去除了糞污中懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（CODCr）以及部分磷。處理后的污泥排至貯泥池、上清液進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)，降低后續(xù)處理的有機(jī)負(fù)荷。

2.2.4 沼液A/O處理池 （1）缺氧池。建設(shè)缺氧池，用于接收二沉池回流污泥和好氧池末端回流的硝化混合液，與水解酸化池出水混合，池內(nèi)安裝潛水?dāng)嚢铏C(jī)進(jìn)行泥水混合。在缺氧條件下，在反硝化菌作用下通過(guò)反硝化反應(yīng)將糞污中硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)脫氮。（2）好氧池。建立好氧池，池底安裝有微孔曝氣器，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)將空氣打入，使得污水和空氣中的氧氣攪拌混合，保證了好氧微生物有效降解有機(jī)物，并通過(guò)硝化細(xì)菌將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，同時(shí)活性污泥中的聚磷菌在此過(guò)量吸收污水中的磷酸鹽，以聚磷的形式積聚于體內(nèi)并在二沉池以剩余污泥排出污水處理系統(tǒng)以達(dá)到除磷效果。氧化池末端安裝硝化液回流泵，部分硝化混合液回流至缺氧池進(jìn)水端（硝化液回流比≥400%）。

2.2.5 二沉池 建立二沉池，好氧池出水在二沉池中進(jìn)行污泥和污水分離，部分活性污泥回流至缺氧池進(jìn)水端（污泥回流比約100%），剩余污泥排到貯泥池中，分離后污水流入后續(xù)處理設(shè)施。

2.2.6 中間池 收集二沉池出水，調(diào)節(jié)水量，使深度處理系統(tǒng)水量均勻。池內(nèi)安裝潛污泵及泵提升裝置。

2.2.7 高效混凝沉淀池 由于該養(yǎng)殖污水特性，好氧處理系統(tǒng)出水仍然含有大量難生化降解污染物，通過(guò)高效混凝方法能進(jìn)一步有效去除此類污染物，同時(shí)可對(duì)污水進(jìn)行脫色。項(xiàng)目設(shè)計(jì)高效混凝沉淀池包括催化池、脫氣池、混凝池以及沉淀池等。

催化池：池內(nèi)安裝穿孔攪拌，用于降解難降解物質(zhì);脫氣池：用于脫去催化反應(yīng)在絮體內(nèi)的氣泡，有利于后續(xù)混凝處理;混凝池：池內(nèi)通過(guò)機(jī)械攪拌，使得投加的PAM和污水完全混合及反應(yīng)，提高了絮凝效果;沉淀池：沉淀池底部設(shè)置錐形污泥斗，現(xiàn)澆半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。池內(nèi)設(shè)置斜管，以提高混凝沉淀效果，沉淀污泥抽至貯泥池，上清液出水進(jìn)入后續(xù)處理。

2.2.8 接觸消毒池 在接觸消毒池中投放消毒劑次氯酸鈉，防止水質(zhì)病原微生物傳染危害。

3 污水處理工程構(gòu)筑物介紹

3.1 污水處理工程主要構(gòu)筑物

污水處理系統(tǒng)主要構(gòu)筑物組成見(jiàn)表2。

3.2 PLC糞污處理智能化自控系統(tǒng)

針對(duì)福建省新星種豬育種有限公司的多階段污水深度處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)PLC軟件控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中PLC為核心控制器，可實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速的自動(dòng)控制，同時(shí)還可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行監(jiān)控。污水處理PLC控制系統(tǒng)總體框圖如圖2。

PLC控制柜系統(tǒng)包括：（1）好氧處理系統(tǒng)內(nèi)的水解酸化池潛污泵自控裝置、一級(jí)沉淀池排泥自控裝置、潛水?dāng)嚢铏C(jī)自控裝置、曝氣系統(tǒng)控制裝置、混合液回流自控裝置、混合液消泡自控裝置、二沉池排泥自控裝置、加藥自控裝置。（2）深度處理系統(tǒng)內(nèi)的中間池潛污泵液位安全裝置、催化氧化池潛加藥自控裝置、二級(jí)混凝池機(jī)械攪拌自控裝置、加藥自控裝置、沉淀池排泥自控裝置及消毒加藥自控裝置。（3）貯泥池排泥泵自控裝置。（4）通過(guò)對(duì)終端出水的自動(dòng)檢測(cè)分析，調(diào)整水解酸化池碳源補(bǔ)充及各設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，使污水最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 運(yùn)行效果分析

糞污處理工程于2017年下半年開(kāi)始設(shè)計(jì)施工，2018年5月開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行，并于2018年9月8日在福建省新星種豬育種有限公司養(yǎng)豬場(chǎng)采樣分析，經(jīng)過(guò)固液分離、厭氧發(fā)酵、A/O處理后及深度處理后，各指標(biāo)如表3，糞污經(jīng)深度處理后，各指標(biāo)均低于GB 5084-2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》旱作排放濃度。

5 討論與結(jié)論

好的糞污處理工藝路線必須統(tǒng)籌考慮，針對(duì)氨氮、總磷和化學(xué)需氧量等去除效率增加設(shè)置針對(duì)性強(qiáng)的處理單元，保證每級(jí)功能單體的處理效率。厭氧發(fā)酵是沼氣工程的核心單位，要保證厭氧發(fā)酵充分，主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是應(yīng)用高效厭氧反應(yīng)器，另一個(gè)是保證厭氧發(fā)酵足夠長(zhǎng)的水力滯留期。本工程工藝厭氧發(fā)酵采用24000 m3黑膜厭氧發(fā)酵塘，保證了厭氧發(fā)酵時(shí)間，一方面有效地應(yīng)對(duì)進(jìn)料污水的沖擊負(fù)荷，另一方面使得厭氧出水保持穩(wěn)定。針對(duì)A/O系統(tǒng)容易污泥膨脹，影響生化處理和后續(xù)出水，本工藝設(shè)計(jì)增加了催化池和脫氣池。由于生化和深度處理系統(tǒng)運(yùn)行較為復(fù)雜，本研究工藝增加了PLC自控系統(tǒng)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，工藝運(yùn)行效果較穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好。

本研究設(shè)計(jì)的規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處理系統(tǒng)工程工藝，改進(jìn)傳統(tǒng)黑膜厭氧發(fā)酵塘，通過(guò)集成水解酸化池（池內(nèi)含表曝機(jī)、潛污泵、浮球液位控制裝置及泵提升裝置）-一級(jí)混凝沉淀池-A/O處理系統(tǒng)（含缺氧池好氧池二級(jí)沉淀池深度處理系統(tǒng)（包括中間池、高效混凝沉淀池、催化池、脫氣池、混凝池、沉淀池）對(duì)沼液污水進(jìn)行多階段深度處理，并采用PLC系統(tǒng)對(duì)好氧深度階段處理進(jìn)行自動(dòng)控制，經(jīng)處理后，豬場(chǎng)污水出水水質(zhì)CODcr、BOD5、NH3N和SS分別低于150、30、8和10 mg·L-1，均低于畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了豬場(chǎng)糞污的有效治理。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）