養(yǎng)豬污水治理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)與案列
一、養(yǎng)豬廢水特點(diǎn)與治理難度
由于歷史原因，目前大部分養(yǎng)豬場(chǎng)建在河邊、溪邊、湖邊、海邊，無論是直沖式養(yǎng)豬場(chǎng)還是干清糞養(yǎng)豬場(chǎng)，污水均直排水體，造成水體嚴(yán)重污染。養(yǎng)豬場(chǎng)排放規(guī)律為間歇式，每天上、下午各一次，排放量大、沖擊負(fù)荷大。從污水成份分析，固液混雜，屬高有機(jī)、高氮、高磷污水，且碳氮比例失調(diào)，這些特點(diǎn)給養(yǎng)豬污水處理帶來很大困難。從表1-1可清楚看出，干清糞養(yǎng)豬場(chǎng)污水主要污染物排放情況按GB18596-2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》衡量，CODcr,NH3-N、TP處理率必須達(dá)到97.3％、95.3%、96.8%，目前無論物理、物化、化學(xué)、生化、生態(tài)等處理方法中，不可能用一種或二種處理方法來實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，這樣就決定了養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理必須采取多方法組織工藝。
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二、養(yǎng)豬廢水“環(huán)保型”處理方式及其工藝流程
國(guó)家農(nóng)業(yè)部2001年出臺(tái)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)能源環(huán)保站設(shè)計(jì)規(guī)范’(征求意見稿)中提出畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水處理的兩種方式，即“環(huán)保型”和”生態(tài)型”。規(guī)范中對(duì)“環(huán)保型”處理方式工藝要求如圖2-1。
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從圖2-l中可清楚地看到：“環(huán)保型”處理工藝主要包括固液分離、厭氧發(fā)酵沼氣池、好氧曝氣和生物處理等四個(gè)方面處理技術(shù)。其中厭氧發(fā)酵沼氣池是關(guān)鍵工藝。
三、“環(huán)保型”處理主要工藝選擇
“環(huán)保型”處理方法必須符合“技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)合算、安全可靠、管理方便”原則，達(dá)到“產(chǎn)氣率高、處理率高、投資合理、運(yùn)行費(fèi)用低、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和管理方便”的目的，為此，必須對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行科學(xué)的選擇。
(一)厭氧發(fā)酵沼氣工藝
目前，用于養(yǎng)豬污水厭氧沼氣主要技術(shù)有升流式厭氧污泥床(UASB)、混合一推流厭氧消化器(USR)和折流式厭氧污泥床(ABR)三種。1998年開始，以福清市科明新能源環(huán)保開發(fā)部為主，福清市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)配合，聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)出“斜流式隧道厭氧污泥濾床(IATS)和推流式厭氧濾器(PAFR)兩種新工藝，經(jīng)福清市、福州地區(qū)、永安市等30多個(gè)養(yǎng)豬場(chǎng)污水治理應(yīng)用，取得滿意效果，其特點(diǎn)主要有：產(chǎn)氣率高，可達(dá)0.5-o.7m3/m3天，處理效率高，CODcr去除率一般可達(dá)95％以上(厭氧出口CODcr夏天在800mg/L以下，冬天出口CODcr在1200mg/L以下)，濾床活性細(xì)菌一旦中毒恢復(fù)周期在3-5天。厭氧進(jìn)口只需簡(jiǎn)易固液分離；無需任何動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力運(yùn)行；污泥產(chǎn)生量少，一般2年清理一次，且清理極為方便。因此，IATS和PAFR工藝是養(yǎng)豬污水處理首選工藝。
(二)好氧曝氣工藝
目前好氧工藝主要有SBR和兩段好氧生化等工藝，從投資和運(yùn)行費(fèi)用分析，兩段好氧生化工藝比較合適。
(三)固液分離工藝
目前養(yǎng)豬污水固液分離有兩種措施：人工分離和機(jī)械分離，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，固液分離只能保持適度范圍，過量導(dǎo)致沼氣產(chǎn)氣量降低。采用機(jī)械分離必須在分離前進(jìn)行攪拌．導(dǎo)致分離后的污水CODcr高于分離前的CODcr。鑒于以上分析和我們的實(shí)踐，采用以下固液分離方法：直沖式污水在酸化池前設(shè)計(jì)一個(gè)酸化沉沙池，采用人工辦法將粗糞打撈外運(yùn)后進(jìn)入酸化池，干清糞污水直接進(jìn)入酸化池。污水經(jīng)過酸化池后會(huì)產(chǎn)生一定量的浮渣，通過人工把浮渣清除外運(yùn)。
(四)穩(wěn)定塘
目前穩(wěn)定塘有兩種：好氧穩(wěn)定塘和兼氧穩(wěn)定塘，通常采用兼氧穩(wěn)定塘，兼氧穩(wěn)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(yīng)設(shè)計(jì)為多級(jí)串聯(lián)，一般3-4級(jí)為宜，一級(jí)生物塘用于養(yǎng)胡子鯰魚，二級(jí)塘按無土栽塘方式引入空心菜或直接栽種茭白等，三級(jí)塘為穩(wěn)定塘，四級(jí)塘為去磷塘。
四、氨氮和總磷降解機(jī)理分析和處理工藝
氨氮和總磷屬無機(jī)化合物污染物，其中總磷經(jīng)厭氧沼氣池后，一般能去除60-70％，厭氧出口沼液中的總磷濃度在40～60mg/l,沼液中的總磷絕大部分是無機(jī)磷（在兼氧穩(wěn)定塘中自然降解能力很差），但在兼氧生物塘中能被水生植物吸收相當(dāng)部分，末級(jí)穩(wěn)定塘出口總磷濃度在20mg/l左右。這部分總磷主要是靠化學(xué)法降解，其一是進(jìn)入兩段好氧生化裝置，添加Al2(SO4)3,總磷可降解至8mg/l以下，其二如果不進(jìn)行生化曝氣裝置，有效辦法是加入去磷劑自制價(jià)廉，易制)，使總磷生成沉淀，并經(jīng)簡(jiǎn)易過濾裝置，達(dá)到降解，效果十分明顯，經(jīng)實(shí)踐，總磷在3mg/l以下。
氨氮經(jīng)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(gè)渠道。其一在穩(wěn)定塘中，氨能自然揮發(fā)一部分；其二在生物穩(wěn)定塘中，水生植物能吸收相當(dāng)部分的氨氮；其三在穩(wěn)定塘中，由于加去磷劑，PH調(diào)至8.5左右，氨氮幾乎能自然揮發(fā)至盡。這個(gè)結(jié)論可以通過以下方程式和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行解釋和證實(shí)。
NH3+H20≠NH4++OH-
當(dāng)以上體系處于堿性狀態(tài)下，化學(xué)平衡向左移動(dòng)，氨自然揮發(fā)。為證實(shí)這一結(jié)論，我們?nèi)捬跽託獬爻隹谡右海?nbsp;
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加去磷劑調(diào)整PH，并放置一定時(shí)間，測(cè)定NH3濃度，結(jié)果見表4—1。
五、“環(huán)保型”處理工藝優(yōu)化
通過以上分析和篩選，我們把環(huán)保型處理工藝進(jìn)行合理優(yōu)化，基本工藝如下：
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我們根據(jù)不同要求，又把以上總體工藝設(shè)計(jì)為四個(gè)方案，詳見圖5-1。
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六、工程實(shí)踐
(一)某農(nóng)牧有限公司
年出欄菜豬1萬(wàn)頭，2001年投資90多萬(wàn)元建成環(huán)保處理設(shè)施，但是處理效果非常差，厭氧沼氣池總?cè)コ蔬不到50％，沼氣無法回收。2004年對(duì)此進(jìn)行改造，采用PAFR工藝和方案一工藝，改造后設(shè)施運(yùn)行正常，經(jīng)監(jiān)測(cè)表明各項(xiàng)污染物排放均達(dá)標(biāo)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表6一l。
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(二)某種豬場(chǎng)
年出欄1萬(wàn)頭菜豬，2003年采用IATS工藝和方案四工藝．2004年6月投入運(yùn)行至今，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，厭氧產(chǎn)氣正常，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表6—2。
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七、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析
現(xiàn)以上述種豬場(chǎng)工程為例，分析投資比、投資回收期、運(yùn)行費(fèi)用等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該種豬場(chǎng)IATS厭氧池設(shè)計(jì)800m。．夏天冬天日產(chǎn)沼氣平均按350m3計(jì)算，價(jià)格1元/m3。厭氧總投資40萬(wàn)元，微動(dòng)力二段生傴處理能力150m3/t,裝機(jī)4KW。日運(yùn)行16h，15萬(wàn)元，生物塘1000m3，2萬(wàn)元，其他1萬(wàn)元，總投資58萬(wàn)元，設(shè)施最低服務(wù)年限為20年。設(shè)兼職運(yùn)行人員1人。經(jīng)過計(jì)算：
每頭出欄菜豬投資按方案一計(jì)算為2.15元，按方案三計(jì)算為29元。
年運(yùn)行費(fèi)總費(fèi)用：0.6×4×16×365=10416元
每頭出欄菜豬運(yùn)行費(fèi)方案三為1-4元，方案一運(yùn)行費(fèi)用零。
年產(chǎn)沼氣價(jià)值：350m3/天×1.0/m3x365天=12.775萬(wàn)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(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于萬(wàn)頭出欄數(shù)養(yǎng)
豬場(chǎng)來說，經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。
八、結(jié)論
1．采用IATS和PAFR兩種厭氧新工藝，具有處理率高、產(chǎn)氣率高、污泥產(chǎn)生量少且清理方便、投資合理、管理方便和安全可靠等特點(diǎn)，是養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理首選工藝。
2．穩(wěn)定塘盡可能采用非好氧穩(wěn)定塘，如果建設(shè)用地充足？刹捎闷胀ǚ(wěn)定塘，用地困難應(yīng)用生物穩(wěn)定塘，采用生物穩(wěn)定塘盡可能選擇N、P吸收高的水生植物，穩(wěn)定塘的面積、水深、停留時(shí)間等參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足工程需要。
3．微動(dòng)力兩段生化裝置原則上不用，只有在環(huán)境容量小，有特殊要求的納污水體才使用。
4．用去磷劑作為P、N的去除劑，其用量保證PH為8.5左右就可以。
5．糞大腸菌群和蛔蟲卵兩項(xiàng)細(xì)菌指標(biāo)因在厭氧過程基本殺死，且在最后加去磷劑中PH控制在8.5左右，進(jìn)一步進(jìn)行消毒，基本上可達(dá)標(biāo)。
6．工程設(shè)計(jì)時(shí)，最后一道過濾裝置是不可缺少的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制流速，保證ss和Ca3~P04)2的過濾效果。
7．本文提出的四種設(shè)計(jì)方案經(jīng)實(shí)踐證明，均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)．處理后的中水可回用，可根據(jù)不同要求和不同地點(diǎn)選擇應(yīng)用。
8．本文所提的工藝在北方冬天高寒季節(jié)應(yīng)注意穩(wěn)定塘的保暖措施，如采用大棚保溫，必要時(shí)可采用小型鍋爐進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。
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