固液分離-氣浮系統(tǒng)-UASB-二級A/O工藝處理生豬養(yǎng)殖廢水工程實例

姜剛村,趙正丹

(1.山東萬晟工程設(shè)計有限公司,山東 濟南 250102;2.山東凱泰科技股份有限公司,山東 青島 266034)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分,其發(fā)展水平是一個國家農(nóng)業(yè)發(fā)達程度的重要標志。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,畜產(chǎn)品特別是作為我國主要肉類食品的豬肉需求進一步擴大,根據(jù)2020年《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)表明,截至2019年底,中國牛的數(shù)量為9.138×107頭,羊的數(shù)量為3.007×108只,肉豬年出欄5.442×108頭,年底存欄3.103×108頭[1]。

畜禽養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展的同時,也導(dǎo)致畜禽糞便排放增加,畜禽糞污排放是造成農(nóng)業(yè)面源污染的首要原因,同時也是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因[2]。目前畜禽養(yǎng)殖的主要形式是規(guī)模標準化養(yǎng)殖,這種養(yǎng)殖模式便于建立集約式的污水處理系統(tǒng),不僅可以提高處理效率,而且可以降低成本,減少占地,統(tǒng)籌處理后的污水回用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3]。

1 工程概況

本項目位于山東省東營市,生產(chǎn)規(guī)模存欄750頭祖代母豬、6 000頭父母代母豬、48 000頭育肥豬,年出欄18萬頭商品豬。采用重力干清糞:豬舍地面采用水泥糞漏地板,漏縫板將豬舍分為兩部分,漏縫板以上為豬生活區(qū)域,漏縫板以下設(shè)置糞污儲存池。豬生活在漏糞板上面,下面為懸空部分,豬產(chǎn)生的糞尿通過漏糞板直接漏糞進入到地下部分。采用重力流的方式通過虹吸管道將豬糞水輸送至污水處理系統(tǒng)。

項目產(chǎn)生的廢水全部進入廠區(qū)污水處理系統(tǒng),主要處理工藝:固液分離機+氣浮裝置+UASB反應(yīng)器+兩級A/O反應(yīng)池,出水達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB 5084—2005),最后進入氧化塘?xí)捍?用于農(nóng)田灌溉及廠區(qū)綠化。綜上,本項目實現(xiàn)糞污廢水零排放、保護生態(tài)環(huán)境。

2 設(shè)計規(guī)模及水質(zhì)

本項目屬于新建項目,根據(jù)環(huán)評資料及業(yè)主的其他類似項目,并參考《畜禽養(yǎng)殖場(戶)糞污處理設(shè)施建設(shè)技術(shù)指南》附件一:單位畜禽糞污日產(chǎn)生量參考值,確定廢水處理規(guī)模為510 m3/d,處理后的水質(zhì)達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB 5084—2005)中旱作(作物種類)排放標準,具體的設(shè)計進水和出水水質(zhì)指標見表1。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)

3 工藝流程設(shè)計

3.1 廢水特征分析

生豬養(yǎng)殖廢水中含有高濃度的有機物、氮及懸浮物和大量的致病菌、殘余獸藥等污染物質(zhì),組成十分復(fù)雜[4];廢水可生化性較好,均采用厭氧-好氧工藝處理[5-6],可較低成本的實現(xiàn)高有機物質(zhì)的去除;集約化養(yǎng)殖場一般沖洗時間較為固定,造成廢水排放較為集中,污水的沖擊負荷較大。

3.2 工藝確定

畜禽養(yǎng)殖廢水通常采用組合處理工藝,采用物化預(yù)處理、厭氧處理、好氧生物處理及深度處理技術(shù)等[7-9],處理出水達標的同時,通過厭氧產(chǎn)沼氣而回收能源,污泥堆肥資源化等[10-12]?？紤]本項目實際情況, 結(jié)合同類廢水的工程經(jīng)驗,確定其污水處理以生化為主,主要工藝為:固液分離+氣浮系統(tǒng)+UASB+二級A/O,具體工藝流程見圖1。此工藝不僅可以將處理后的廢水用于農(nóng)田灌溉,而且可以回收部分固體糞污作為肥料,同時厭氧產(chǎn)生沼氣,又可以回收部分能源。

圖1 工藝流程圖

豬場廢水首先經(jīng)過預(yù)處理后進入后續(xù)的生化主體處理單元進行處理。預(yù)處理系統(tǒng)主要包括機械格柵、固液分離、混凝沉淀池1、氣浮池、調(diào)節(jié)池。機械格柵和固液分離系統(tǒng)主要通過物理篩分和密度差去除較大的懸浮物,絮凝沉淀和氣浮主要通過投加藥劑,使小的懸浮物絮凝為絮狀懸浮物,通過重力和氣體的浮力去除懸浮物,調(diào)節(jié)池用以調(diào)節(jié)水量。經(jīng)過預(yù)處理的廢水可以保證生化系統(tǒng)進水水質(zhì)和水量的穩(wěn)定,保證生化系統(tǒng)的正常運行。

廢水在調(diào)節(jié)池末端泵送入UASB系統(tǒng),UASB內(nèi)設(shè)置進水布水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器和氣室,外設(shè)保溫層以保證厭氧所需的溫度。厭氧微生物通過新陳代謝去除70%～80%的有機物,同時產(chǎn)生沼氣[13],沼氣經(jīng)過收集、脫水、凈化后進入氣柜暫存,通過鍋爐焚燒,蒸汽可供冬季UASB加熱或者豬場供熱使用,多余的沼氣通過火炬放空燃燒。

UASB出水進入兩級AO池、二沉池系統(tǒng)、絮凝沉淀2及消毒池。AO組合生化池中,有機物被大量降解,同時廢水中的氨氮在微生物硝化作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,并進一步轉(zhuǎn)化為氮氣得以去除。后續(xù)泥水分離系統(tǒng)通過二沉池和絮凝沉淀池2,進一步去除懸浮物、總磷等,保證出水達標。最終出水經(jīng)消毒、暫存后,用于農(nóng)田灌溉。

污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)疊螺機脫水,泥餅含水率達到80%后與豬場其他固廢一同處理。

4 主要單體設(shè)計

1)格柵渠、集水池及固液分離。集水池與格柵渠合建,設(shè)計尺寸:11.0 m×6.9 m×5.5 m,有效水深1.7 m,格柵規(guī)格:B=600 mm,柵距5 mm,安裝角度72°。集水池停留時間6.0 h,安裝攪拌機2臺,功率8 W/m3,提升泵2臺(1用1備),離心式固液分離機2臺。

為了確?；鶎愚r(nóng)村河道清淤施工的質(zhì)量，在確定清淤施工所用施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，需要做好必要的施工準備工作，為后續(xù)的施工奠定良好條件。具體準備工作要點如下，一是做好施工布置。要本著因地制宜、經(jīng)濟合理和可靠安全等原則，立足于基層農(nóng)村河道清淤的實際情況，嚴格依據(jù)施工招標文件等來做好施工布置工作。二是組織設(shè)計單位、建設(shè)單位及監(jiān)理單位等做好水準點和控制點等的施工測量與放樣工作，確保相關(guān)淤泥清除表面標高等控制的準確性。三是要做好河道清淤施工中所用設(shè)備的良好運行和維護管理，確保設(shè)備運行狀態(tài)良好，為后續(xù)的河道清淤奠定良好的施工基礎(chǔ)。

2)絮凝沉淀池1、氣浮池。設(shè)計尺寸:7.05 m×7.00 m×5.35 m, 沉淀區(qū)負荷0.43 m3/(m2·h)。泥斗60°,污泥泵2臺,溶氣氣浮機1臺,處理量50 m3/h。

3)調(diào)節(jié)池。設(shè)計尺寸:16.0 m×7.0 m×5.35 m,有效水深4.1 m,停留時間21.6 h,安裝攪拌機2臺,功率6 W/m3,提升泵2臺(1用1備),離心式固液分離機2臺。

4)UASB 厭氧系統(tǒng)。厭氧罐1臺,Φ16.0 m×13.0 m,有效容積2 470 m3,停留時間4.8 d,負荷4.8 kg/(m3·d),配套UASB加熱盤管、三相分離器、布水器、UASB循環(huán)泵2臺及罐體保溫。

5)A/O反應(yīng)池。設(shè)計總尺寸為:40.8 m×20.0 m×6.0 m,有效水深5.25 m,總停留時間201.6 h,其中一級A池停留時間32.6 h,一級O池停留時間111.9 h,二級A池停留時間12.2 h,二級O池停留時間44.9 h。有機負荷為0.14 kg/(m3·d),設(shè)計混合液回流比為300%～400%, 污泥回流比為100%,氣水比為90∶1。采用提升懸掛鏈曝氣器,工作通氣量20～40 m3/(h·套),服務(wù)面積5～10 m2/套,潛水攪拌機4臺, 混合液回流泵2 臺(1 用1 備),鼓風(fēng)機2臺。

6)二沉池。設(shè)計尺寸為:8.62 m×8.62 m×6.0 m,有效水深4.8 m,表面負荷為0.29 m3/(m2·h)。配套污泥泵2 臺,中心傳動刮泥機1臺。

7)絮凝沉淀2。設(shè)計尺寸為:9.5 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.8 m,其中沉淀區(qū)7.1 m×7.5 m×6.0 m,表面負荷為0.40 m3/(m2·h)。配套污泥泵2臺,加藥系統(tǒng)2套,曝氣混合。

8)消毒池及氧化塘。消毒池設(shè)計尺寸為:1.0 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.5 m,消毒接觸時間1.59 h,配套次氯酸鈉投加裝置,投加量100 mg/L。氧化塘2座,單座容積23 046 m3。

10)沼氣系統(tǒng)。包括沼氣凈化系統(tǒng)1套(脫水、脫硫),600 m3氣柜1套,鍋爐系統(tǒng)1套(沼氣、天然氣、油三用),火炬系統(tǒng)1套。

5 運行情況

豬場運行正常后,污水系統(tǒng)經(jīng)過半年的調(diào)試,目前運行穩(wěn)定:進水量450～500 m3/d,出水達到設(shè)計指標,具體見表2。

表2 運行結(jié)果(平均值)

6 經(jīng)濟分析

工程直接投資1 016萬元,其中土建工程589萬元,安裝工程95萬元,設(shè)備費用292萬元,設(shè)計、調(diào)試及其他費用40萬元,噸水投資1.99萬元。直接運行成本2.89元/m3,其中電費1.39元/m3、人工費1.30元/m3、藥劑費0.2元/m3。

7 結(jié)論

(1)根據(jù)養(yǎng)殖污水的特點,預(yù)處理是生化長期、穩(wěn)定運行的保障,本項目采用“格柵+固液分離+混凝反應(yīng)+氣浮池+調(diào)節(jié)池”工藝作為預(yù)處理,可以有效地去除大量懸浮物和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,保證了生化系統(tǒng)進水的穩(wěn)定性,沼氣產(chǎn)生的連續(xù)性,同時產(chǎn)生的固體糞污可以用于堆肥。

(2)“UASB+二級AO”工藝能夠有效地處理養(yǎng)殖廢水,出水穩(wěn)定達到了水質(zhì)達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB 5084—2005)中旱作(作物種類)排放標準。

(3)本項目運行后,每年可削減CODCr約2 764.3 t,BOD5約1 107.6 t,SS約1 297.5 t,氨氮約137.8 t。