養豬污水治理工藝優化設計與案列
一、養豬廢水特點與治理難度
由(you)于歷史原(yuan)因，目前大(da)部(bu)分養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)場(chang)(chang)(chang)建在河邊(bian)(bian)、溪(xi)邊(bian)(bian)、湖邊(bian)(bian)、海(hai)邊(bian)(bian)，無(wu)論是直沖式養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)場(chang)(chang)(chang)還是干清糞養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)場(chang)(chang)(chang)，污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)均(jun)直排(pai)水(shui)(shui)(shui)體，造成水(shui)(shui)(shui)體嚴重污(wu)(wu)(wu)染。養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)場(chang)(chang)(chang)排(pai)放規律為(wei)間歇式，每天(tian)上、下午各一(yi)(yi)次，排(pai)放量大(da)、沖擊負荷大(da)。從(cong)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)成份分析，固液混雜(za)，屬(shu)高有機、高氮、高磷污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)，且碳氮比例失(shi)調，這些特點(dian)給養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)帶來很(hen)大(da)困難。從(cong)表(biao)1-1可清楚(chu)看出，干清糞養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)場(chang)(chang)(chang)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)主(zhu)要污(wu)(wu)(wu)染物排(pai)放情況按GB18596-2001《畜禽養(yang)(yang)殖業污(wu)(wu)(wu)染物排(pai)放標準(zhun)》衡量，CODcr,NH3-N、TP處(chu)理(li)率必須(xu)(xu)達到97.3％、95.3%、96.8%，目前無(wu)論物理(li)、物化、化學、生化、生態等(deng)處(chu)理(li)方法中(zhong)，不(bu)可能用(yong)一(yi)(yi)種(zhong)或二種(zhong)處(chu)理(li)方法來實(shi)現(xian)達標，這樣就決定了養(yang)(yang)豬(zhu)(zhu)場(chang)(chang)(chang)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)必須(xu)(xu)采取多(duo)方法組織工藝。
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二、養豬廢水“環保型”處理方式及其工藝流程
國家農業部2001年出臺的畜禽養(yang)殖業能(neng)源環(huan)保(bao)站(zhan)設計規(gui)范’(征求意(yi)見稿)中(zhong)提出畜禽養(yang)殖業污水處理(li)的兩種方式，即(ji)“環(huan)保(bao)型(xing)”和”生(sheng)態(tai)型(xing)”。規(gui)范中(zhong)對(dui)“環(huan)保(bao)型(xing)”處理(li)方式工(gong)藝要求如圖2-1。
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從圖2-l中可清楚地看到：“環保型”處理工藝主要包括固液分離、厭氧發酵沼氣池、好氧曝氣和生物處理等四個方面處理技術。其中厭氧發酵沼氣池是關鍵工藝。
三、“環保型”處理主要工藝選擇
“環保型”處(chu)理(li)方法必(bi)(bi)須(xu)(xu)符(fu)合(he)(he)“技(ji)術合(he)(he)理(li)、經濟合(he)(he)算、安全(quan)可靠、管理(li)方便(bian)”原則，達(da)到(dao)“產氣率高、處(chu)理(li)率高、投資合(he)(he)理(li)、運行費用(yong)低、穩(wen)定達(da)標和管理(li)方便(bian)”的(de)目的(de)，為此，必(bi)(bi)須(xu)(xu)對現(xian)有工藝進行科學的(de)選擇。
(一)厭氧發酵沼氣工藝
目前，用于養豬污(wu)(wu)水(shui)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)沼氣(qi)主要技術有升流式厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)污(wu)(wu)泥(ni)床(chuang)(chuang)(UASB)、混合一(yi)推(tui)流厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)消(xiao)化器(USR)和折(zhe)流式厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)污(wu)(wu)泥(ni)床(chuang)(chuang)(ABR)三種。1998年開始(shi)，以(yi)福清(qing)(qing)市(shi)科明新(xin)能源環(huan)保開發部為主，福清(qing)(qing)市(shi)環(huan)境(jing)科學學會配合，聯合攻關，開發出“斜流式隧(sui)道厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)污(wu)(wu)泥(ni)濾(lv)(lv)床(chuang)(chuang)(IATS)和推(tui)流式厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)濾(lv)(lv)器(PAFR)兩(liang)種新(xin)工藝，經福清(qing)(qing)市(shi)、福州地區、永安市(shi)等30多個養豬場污(wu)(wu)水(shui)治理(li)應用，取得滿(man)意(yi)效果，其特點主要有：產氣(qi)率高(gao)，可(ke)達(da)0.5-o.7m3/m3天(tian)(tian)，處(chu)理(li)效率高(gao)，CODcr去(qu)除(chu)率一(yi)般(ban)(ban)可(ke)達(da)95％以(yi)上(厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)出口CODcr夏(xia)天(tian)(tian)在800mg/L以(yi)下(xia)，冬天(tian)(tian)出口CODcr在1200mg/L以(yi)下(xia))，濾(lv)(lv)床(chuang)(chuang)活性細菌一(yi)旦中毒恢復周期在3-5天(tian)(tian)。厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)進口只(zhi)需(xu)簡(jian)易(yi)固液(ye)分離；無需(xu)任何(he)動力，實現無動力運行；污(wu)(wu)泥(ni)產生量(liang)少，一(yi)般(ban)(ban)2年清(qing)(qing)理(li)一(yi)次，且清(qing)(qing)理(li)極為方便。因此，IATS和PAFR工藝是養豬污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)首選工藝。
(二)好氧曝氣工藝
目前好(hao)氧(yang)工(gong)藝(yi)(yi)主要有(you)SBR和兩段好(hao)氧(yang)生(sheng)化等工(gong)藝(yi)(yi)，從(cong)投資和運行(xing)費(fei)用分析，兩段好(hao)氧(yang)生(sheng)化工(gong)藝(yi)(yi)比較(jiao)合(he)適。
(三)固液分離工藝
目前(qian)養豬污水(shui)(shui)固(gu)(gu)液(ye)(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)有兩種(zhong)措施：人(ren)工分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)和機械(xie)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)，根據實(shi)踐經驗分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析，固(gu)(gu)液(ye)(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)只(zhi)能(neng)保持(chi)適(shi)度范(fan)圍，過量導(dao)致沼氣產氣量降低。采用(yong)機械(xie)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)必須在(zai)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)前(qian)進行(xing)攪拌．導(dao)致分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)后的(de)污水(shui)(shui)CODcr高于分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)前(qian)的(de)CODcr。鑒于以上分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析和我(wo)們(men)的(de)實(shi)踐，采用(yong)以下固(gu)(gu)液(ye)(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)方法：直沖式污水(shui)(shui)在(zai)酸(suan)化(hua)池(chi)前(qian)設(she)計(ji)一個酸(suan)化(hua)沉沙(sha)池(chi)，采用(yong)人(ren)工辦法將(jiang)粗糞打(da)撈(lao)外運后進入酸(suan)化(hua)池(chi)，干清(qing)糞污水(shui)(shui)直接進入酸(suan)化(hua)池(chi)。污水(shui)(shui)經過酸(suan)化(hua)池(chi)后會(hui)產生一定量的(de)浮渣(zha)，通過人(ren)工把浮渣(zha)清(qing)除外運。
(四)穩定塘
目前穩定塘有兩種：好氧穩定塘和兼氧穩定塘，通常采用兼氧穩定塘，兼氧穩定塘又分為普通塘和生物塘兩種，無論采用普通塘和生物塘均應設計為多級串聯，一般3-4級為宜，一級生物塘用于養胡子鯰魚，二級塘按無土栽塘方式引入空心菜或直接栽種茭白等，三級塘為穩定塘，四級塘為去磷塘。
四、氨氮和總磷降解機理分析和處理工藝
氨氮和總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)屬無機化合物污(wu)染物，其中總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)經厭(yan)氧沼(zhao)(zhao)氣(qi)池后，一般能去(qu)除60-70％，厭(yan)氧出(chu)(chu)口(kou)沼(zhao)(zhao)液中的總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)濃(nong)度在(zai)40～60mg/l,沼(zhao)(zhao)液中的總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)絕(jue)大部分(fen)(fen)是無機磷(lin)(lin)(lin)(lin)（在(zai)兼氧穩(wen)定塘中自然(ran)降(jiang)解能力(li)很差），但(dan)在(zai)兼氧生物塘中能被水生植物吸(xi)收相當部分(fen)(fen)，末級穩(wen)定塘出(chu)(chu)口(kou)總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)濃(nong)度在(zai)20mg/l左右。這(zhe)部分(fen)(fen)總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)主要是靠化學法(fa)降(jiang)解，其一是進入(ru)兩段好氧生化裝置(zhi)，添加Al2(SO4)3,總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)可降(jiang)解至8mg/l以(yi)下(xia)，其二如(ru)果不進行(xing)生化曝氣(qi)裝置(zhi)，有效辦法(fa)是加入(ru)去(qu)磷(lin)(lin)(lin)(lin)劑自制價廉，易制)，使總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)生成沉(chen)淀(dian)，并經簡易過濾裝置(zhi)，達到(dao)降(jiang)解，效果十分(fen)(fen)明顯，經實踐，總(zong)(zong)磷(lin)(lin)(lin)(lin)在(zai)3mg/l以(yi)下(xia)。
氨氮經厭氧沼氣池可降解80％左右，厭氧出口沼液中氨氮濃度在300mg/l左右。氨氮降解途徑有三個渠道。其一在穩定塘中，氨能自然揮發一部分；其二在生物穩定塘中，水生植物能吸收相當部分的氨氮；其三在穩定塘中，由于加去磷劑，PH調至8.5左右，氨氮幾乎能自然揮發至盡。這個結論可以通過以下方程式和實驗室試驗進行解釋和證實。
NH3+H20≠NH4++OH-
當以上體系處(chu)于(yu)堿性(xing)狀態下，化(hua)學平衡(heng)向左(zuo)移動，氨(an)自然揮(hui)發(fa)。為證(zheng)實這一結(jie)論，我們取厭氧(yang)沼氣池出口沼液，
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加去磷劑調整PH，并放置一定時間，測定NH3濃度，結果見表4—1。
五、“環保型”處理工藝優化
通過以上分析和(he)篩選，我(wo)們把環(huan)保型處(chu)理工(gong)藝進行合理優化，基(ji)本工(gong)藝如下：
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我們根據不同要求(qiu)，又把(ba)以上總體工藝設計為四個(ge)方案，詳見圖(tu)5-1。
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六、工程實踐
(一)某農牧有限公司
年(nian)出(chu)欄菜豬1萬(wan)頭(tou)，2001年(nian)投資(zi)90多萬(wan)元建成環保處(chu)理設施，但是處(chu)理效果非常(chang)差，厭氧沼氣池總去(qu)除率還不到50％，沼氣無法回收。2004年(nian)對此進行(xing)改造(zao)，采用(yong)PAFR工藝和方案(an)一工藝，改造(zao)后設施運行(xing)正常(chang)，經監(jian)(jian)測表(biao)(biao)明各(ge)項污染物排放均達標，監(jian)(jian)測結果見(jian)表(biao)(biao)6一l。
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(二)某種豬場
年出欄1萬頭菜豬，2003年采用IATS工(gong)藝和方案四工(gong)藝．2004年6月投(tou)入運行至今，穩定達標排放，厭氧產氣正(zheng)常(chang)，監測數據見表(biao)6—2。
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七、主要經濟指標分析
現以上述種豬場工程為例，分析投資比、投資回收期、運行費用等主要經濟指標。該種豬場IATS厭氧池設計800m。．夏天冬天日產沼氣平均按350m3計算，價格1元/m3。厭氧總投資40萬元，微動力二段生傴處理能力150m3/t,裝機4KW。日運行16h，15萬元，生物塘1000m3，2萬元，其他1萬元，總投資58萬元，設施最低服務年限為20年。設兼職運行人員1人。經過計算：
每頭出欄菜豬投資按方案一計算為2.15元，按方案三計算為29元。
年運行費總費用：0.6×4×16×365=10416元
每頭出欄菜豬運行費方案三為1-4元，方案一運行費用零。
年產沼氣價值：350m3/天×1.0/m3x365天=12.775萬元
投資回收期：58／12 17‘75=4.5年)(按方案三)
43/12.775=3、4(年)(按方案一)
通過以上分析，各項經濟指標是經濟的。對于萬頭出欄數養
豬場來說，經濟效益是十分明顯的。
八、結論
1．采(cai)用(yong)IATS和(he)PAFR兩種厭氧(yang)新工(gong)(gong)藝(yi)，具有處理(li)率高、產(chan)氣率高、污泥產(chan)生量少(shao)且清理(li)方便(bian)、投資合理(li)、管理(li)方便(bian)和(he)安全(quan)可靠等特點(dian)，是養豬場污水處理(li)首選工(gong)(gong)藝(yi)。
2．穩(wen)定塘(tang)(tang)(tang)盡可能(neng)采(cai)用(yong)非(fei)好氧穩(wen)定塘(tang)(tang)(tang)，如果建設(she)用(yong)地(di)充足(zu)(zu)。可采(cai)用(yong)普通(tong)穩(wen)定塘(tang)(tang)(tang)，用(yong)地(di)困難應用(yong)生物穩(wen)定塘(tang)(tang)(tang)，采(cai)用(yong)生物穩(wen)定塘(tang)(tang)(tang)盡可能(neng)選擇(ze)N、P吸(xi)收高的水(shui)生植物，穩(wen)定塘(tang)(tang)(tang)的面積、水(shui)深(shen)、停留時間(jian)等參數(shu)設(she)計應能(neng)滿足(zu)(zu)工程(cheng)需要。
3．微動(dong)力兩段生化裝置原則(ze)上不用(yong)，只有在環境容量(liang)小，有特殊要求(qiu)的納污水體(ti)才使(shi)用(yong)。
4．用去磷劑作為P、N的去除劑，其用量(liang)保證PH為8.5左右就可以。
5．糞大腸菌群和蛔(hui)蟲卵兩項(xiang)細菌指(zhi)標因在(zai)厭氧過程基(ji)本殺死，且在(zai)最(zui)后加去磷劑(ji)中PH控制在(zai)8.5左(zuo)右，進(jin)(jin)一步(bu)進(jin)(jin)行消毒，基(ji)本上可達標。
6．工程設(she)計(ji)時，最后一(yi)道過濾裝置是不可缺少的(de)。設(she)計(ji)時應控制流速，保證ss和Ca3~P04)2的(de)過濾效果。
7．本文提(ti)出(chu)的(de)四種設計方案(an)經實踐證明，均(jun)能穩定達標．處理后的(de)中水可(ke)回用(yong)，可(ke)根(gen)據不同要求和不同地(di)點選擇應用(yong)。
8．本文所提的工藝在北方冬天高寒季節應注意穩定塘的保暖措施，如采用大棚保溫，必要時可采用小型鍋爐進行水溫調節。
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