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，我國生豬規(guī)模化養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，為中國的經(jīng)濟做出了重要貢獻。然而，養(yǎng)豬污水屬于高濃度含有大量的有機廢水，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入河流水體，將導致水體中SS,COD,BOD5升高，發(fā)生嚴重的水體富營養(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行有效處理，將會導致豬病的蔓延而威脅養(yǎng)豬行業(yè)的發(fā)展[3]。

目前，國內(nèi)外豬場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)濟有效，可以達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]等自然處理方式對養(yǎng)殖場糞便污水進行處理，適用于鄉(xiāng)村，經(jīng)濟欠發(fā)達，土地寬廣并廉價的地區(qū)，養(yǎng)殖場規(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行預處理、厭氧處理、好氧處理、后處理等階段對污水進行處理后達到國家污水排放標準，但是這種模式成本比較高、對機械設(shè)備的要求高、對技術(shù)工人的知識化水平要求高[3]。豬糞含有15%有機質(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，并含有機質(zhì)、腐殖酸、微量營養(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、有效的實現(xiàn)糞污資源化利用達到零排放的處理模式，將利于進一步推進我國生豬規(guī)?；B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

福建省是2016年全國首批生態(tài)文明試驗區(qū)的三個省份之一[7]。近年來，福建省對養(yǎng)殖業(yè)糞污治理工程達標排放及廢棄物資源化利用提出了更高要求，對養(yǎng)殖業(yè)進行了規(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，但豬場糞污治理理念和技術(shù)卻相對滯后，便成為一種高濃度有機廢水[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[11]，用于有效治理與處置規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污而避免對環(huán)境的污染，同時生產(chǎn)的沼氣可向周圍用戶提供清潔能源，對開發(fā)可再生能源及發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟都具有重要意義[12-13]，這促使國家大力發(fā)展沼氣事業(yè)[14]。為此，本項目依據(jù)綠色可持續(xù)發(fā)展的理念，結(jié)合本地實際以實現(xiàn)糞污達標排放化為原則，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)化改進為實例進行分析總結(jié)，旨在為規(guī)模化豬場建立實用生態(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)，部分不達標污水直排，對周邊環(huán)境產(chǎn)生了一定程度的污染。為此，養(yǎng)殖基地為實現(xiàn)排出的污水出水達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084-2005)旱作模式指標要求，需要對原污水綜合處理工程進一步對處理系統(tǒng)進行方案優(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)計參數(shù)

圖1 原養(yǎng)豬場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)模增長以及政府對于環(huán)保要求增強，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)生的沼液有機物濃度也很高，匯同沖欄廢水進入污水處理系統(tǒng)處理，對系統(tǒng)的沖擊負荷大；

(2)處理工藝針對性不強，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)污水預處理不到位，沼氣厭氧出水攜帶浮泥直接進入生化系統(tǒng)，影響污泥活性；

(4)生化處理系統(tǒng)進水有機負荷高，而生化系統(tǒng)池容不足，難以處理達標；

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

(6)未配置風機。

2 養(yǎng)殖基地糞污處理工程工藝優(yōu)化

2.1 優(yōu)化設(shè)計原則與方案

針對養(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)籌考慮對其進行工藝優(yōu)化。優(yōu)化工程針對COD，NH3-N，P等增加設(shè)置針對性強、處理效率高的工藝單元，保證每級功能單體處理效率，從而出水水質(zhì)符合設(shè)計要求。

根據(jù)總體設(shè)計原則，針對原養(yǎng)豬場糞污處理系統(tǒng)存在問題，優(yōu)化整改思路是：以確保污水處理出水穩(wěn)定達標為主，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)進水負荷；強化預處理，厭氧發(fā)酵前增加格柵+固液分離前處理；根據(jù)厭氧罐進水出水水質(zhì)、現(xiàn)場條件，增設(shè)適宜的溶氣氣浮一體機作為生化處理系統(tǒng)前的物化處理階段，確保進生化前廢水中SS有效去除；針對運行負荷太高，采用兩級生化工藝，合理設(shè)計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，從而減少改造投資；原污水處理系統(tǒng)處理能力達不到設(shè)計要求，盡可能減少土建建設(shè)的基礎(chǔ)上先對已有設(shè)施進行改造，加快改造工程進度，盡快進水運行，改造工程處理能力設(shè)計為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、污水處理要求及現(xiàn)場調(diào)研的實際情況，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)植物氧化塘儲存及進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)化的工藝路線針對性強，在明確養(yǎng)殖廢水高有機、高氨氮、高磷濃度特性基礎(chǔ)上設(shè)置專門處理單元；干清糞不進入處理系統(tǒng)，從源頭上減少了污水處理系統(tǒng)進水負荷；強化預處理，生化處理前設(shè)置高效氣?。徊捎肁/O+BBAF進行生化處理；深度處理采用高效氣浮或混凝終沉，確保出水達標；新增的物化段均采用溶氣氣浮，比較適合本改造項目；一級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、動力省、檢修無需放空池子；具有多項成功應(yīng)用案例，經(jīng)濟性、可靠性高；成功進行技術(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。

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)化后工程工藝運行效果

3.1 運行效果監(jiān)測方法

3.1.1 取樣方法

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

3.1.2 測試方法

pH值測定采用GB6920-1986玻璃電極法；SS采用GB11901-1989重量法；COD測定采用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)水溫的測定溫度計或顛倒溫度計法(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亞甲藍分光光度法；NH3-N測定采用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 運行效果分析與討論

該規(guī)?；i場糞污處理采用達標排放與廢棄物資源化利用相結(jié)合的治理模式，根據(jù)測試結(jié)果來看，運行效果較穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好。通過對污水處理系統(tǒng)進出口監(jiān)測，污水處理達到了預設(shè)目標，污水處理水質(zhì)的檢測結(jié)果均值如表3、表4所示。

表4 污水處理水質(zhì)中GB5084項目指標的檢測結(jié)果 (mg·L-1)

3.2.1 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

由表3可知，COD和BOD5的去除率分別達到了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物，從而高效去除CODcr和BOD5[15]。氨氮和總磷的去除率分別達到了99.9%和99.7%，可能是因為A/O工藝中的細菌進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物被細菌分解為氨，然后在好氧自養(yǎng)型亞硝化細菌的作用下進一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再經(jīng)好氧自養(yǎng)型硝化細菌作用轉(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)細菌利用或部分利用污水中的有機碳源為電子供體，以硝酸鹽替代分子氧作電子受體，進行無氧呼吸，分解有機質(zhì)，同時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，可能是因為BBAF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)生能量供其生長繁殖，因此在整個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)的各項指標均符合GB18596-2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》排放標準；各生化指標去除率均達到90%以上。經(jīng)氧化塘總出口出水水質(zhì)的各項指標均符合GB5084-2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》“旱作”標準?？偝鏊诔鏊糜跐补?071畝苗圃、茶果林地，基本實現(xiàn)了污水零排放。

3.2.2 運行效果

規(guī)模化豬場糞污處理污水達到了良好的效果，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行二次發(fā)酵，發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液流入儲液池，做成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥，多余沼液至曝氣池進行好氧處理，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)電機組發(fā)電；產(chǎn)生的沼渣沼液可制作成有機肥料用于農(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遠超過化肥。其中的磷屬有機磷，肥效優(yōu)于磷酸鈣，不易被固定，相對提高了磷肥肥效；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，適時滿足作物生長發(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，形成土壤的團粒結(jié)構(gòu)，延長和增進肥效，提高土壤通透性，促進水分迅速進入植物體，并有催芽、促進根系發(fā)育等作用。同時，沼液還是高效的葉面肥，具有較強的抗病蟲害作用[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肥[20]，實現(xiàn)糞污資源化利用，提升耕地質(zhì)量，并帶來可觀的經(jīng)濟效益，同時降低污水處理系統(tǒng)進水負荷，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輸?shù)竭h距離的田間儲液池經(jīng)調(diào)配后使用。經(jīng)過好氧處理后達到旱作排放標準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，完全達標排放，以上方式完全解決養(yǎng)殖與種植業(yè)不匹配的問題，糞污收集及儲運能力與農(nóng)作物季節(jié)性施肥不對稱的問題。

4 結(jié)論

當前，規(guī)?；⒓s化養(yǎng)殖業(yè)得到蓬勃發(fā)展，但同時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)用價值。本文針對原糞污處理系統(tǒng)工程工藝，優(yōu)化設(shè)計以達標排放為主，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)化工藝改進糞污進料方式，降低進水負荷，引入兩級生化工藝，增加氣浮處理，同時調(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，確保了出水達標排放。

通過對福建省某基地原糞污處理優(yōu)化后工程工藝的運行效果進行監(jiān)測與分折，結(jié)果顯示：排出的廢水GB18596《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》主要項目指標為：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排放標準。排出的廢水GB5084-2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》主要項目指標為：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)標準》“旱作”標準。由此表明，優(yōu)化后的工程工藝運行效果良好，可以實現(xiàn)規(guī)?；i場糞污資源化利用及達標排放，解決了規(guī)模生豬養(yǎng)殖場糞污有效治理的問題，對推進生豬養(yǎng)殖業(yè)綠色可持續(xù)化發(fā)展具有重要的意義。