USR处理集约化畜禽养殖场污水的研究与应用

郑育毅 董国滨

USR处理集约化畜禽养殖场污水的研究与应用

郑育毅1董国滨2

1.福建师范大学环境科学研究所；2.福建省环境保护设计院

通过对畜禽污水特点和USR工艺特点的分析，突出了USR工艺在处理畜禽养殖污水的实用性，并结合实施的工程案例，介绍了工艺设计参数与运行效果。

USR 集约化 畜禽污水

1 前言

近年来，畜禽集约化养殖场迅速发展，产生了高度集中的高浓度污水，特别是氨氮和磷会造成水体富营养化，给环境造成极大污染。随着公众环保意识增强，各级政府部门环境保护力度加大，集约化养殖污水综合治理已作为为民办实事的工作重点。

为保护水源及生态环境，促进集约化养殖的可持续发展，USR、UASB、EGSB、IC、ABR、AF、UBF等多种沼气环保治理措施被应用。其中，结构简单的USR（升流式厌氧固体反应器Upflow Anaerobic Solid Reactor）具有处理高悬浮物畜禽污水的优越性而被广泛应用并获得好评。

2 畜禽污水的特征

集约化养殖场一般采用干清粪+水冲洗的方式清洁圈舍。冲洗污水有以下特征：①冲洗时间集中，瞬时流量大；②含大量粪便和尿液，有机污染物、氮、磷浓度高；③畜禽粪便与饲料残余造成悬浮物浓度高；④富含细菌群和蛔虫卵。根据《国家畜牧养殖业污染物排放标准》和集约化养殖场的检测数据资料，排放污水的水质主要指标见表1。

表1 集约化养殖场排放污水的水质指标

3 USR处理工艺

USR是Fannion等在UASB基础上于1982年开发的，起初应用在城市污水厂初沉污泥和剩余污泥的消化处理，后来也被应用在含高浓度有机固体废液的厌氧消化处理。它可以认为是UASB的一种变形，适合处理固体含量很高的（含固率可达5%）有机废水。

从表1可得，养殖污水中悬浮物浓度很高，这对不同类型厌氧反应器的影响不同。诸如UASB等应用悬浮污泥层的工艺，悬浮物将不断地顶托悬浮污泥层，造成颗粒化厌氧污泥的流失，降低了UASB等工艺的处理效率；对AF等采用填料的工艺，悬浮物及浮渣易使反应器堵塞；而ABR等塞流式工艺，过高的悬浮物使大部分污染物集中在反应器第1级而出现厌氧酸化加剧，造成pH值过低而形成酸败，并递延到下一级，直至系统失效。因此在采用这些厌氧工艺时，需进行有效的固液分离和初沉等预处理，确保进入反应器的悬浮物浓度尽可能低。同时，养殖场一般未配备专业环保工程师，这些工艺构造、运行管理较复杂的设施就不适合养殖场技术落后的状况。

USR的构造如图1，它不设三相分离器，一般不安装填料和设置搅拌系统。考虑到养殖场人员的技术素质，在福建省一般采用最容易控制与管理的常温发酵，并以埋地覆土方式保证冬季时反应器内水温不低于20℃。反应器通常采用双截头圆锥形筒罐，有效水深不小于4m，并强化布水和排渣系统。虽然USR容积负荷可达5kgCOD/m3.d，考虑到养殖场采取干清粪，污水有机物平均浓度6～8g/L，设计时结合后续好氧工艺，采用有机物容积负荷设计值为0.5～1.5kgCOD/ m3.d。而HRT设计取值针对牛与猪排泄物中有机物特点，建议养猪污水HRT取7～15d，养牛污水可延长到20d。强化布水系统可使进水均匀、充分混合，以达到更好发酵效果；动力排渣解决了传统沼气池因未设置排渣系统而带来沼渣沉积的问题。

图1 USR构造图

4 USR工艺应用实例

自1998年起，首次将USR应用在福建某果牧农场的养猪污水处理后，至今已有10多个工程实例，以下简单介绍其中的3个。

4.１福建永泰某果牧农场

该果牧农场养猪场为300头母猪、近2000头的仔猪，日污水量约20m3。

设计HRT为15d，采用两座内径Φ7m的双截头圆锥形USR发酵罐，总高7.6m,有效容积共300m3。进水为泵入穿孔管布水，排渣采用吸渣泵，3～5d排渣10min。

多年运行统计，COD容积负荷0.4～0.6kg/m3.d，去除率达88%左右，产气量约60m3/d，作为腐竹生产和日常生活能源。到2004年该场关闭前，全场污水经USR和后续4级（约8亩）氧化塘处理后出水COD基本稳定在300mg/L以下。

4.2 福建南平某畜牧养殖有限公司

该公司是一家存栏3600多头中型养猪场，日污水量80m3。

设计HRT为10d，采用两座内径Φ13m的双截头圆锥形USR发酵罐，总高10.8m,有效容积共800m3。进水为泵入穿孔管布水，排渣采用高差重力排渣，频次为5min/d。

该工程采用“USR－多级氧化塘”组合工艺，系统建成后经3个月调试及两个月稳定运行后，由当地环境监测站连续三天取样监测，其结果表明处理后出水水质达到GB18596- 2001《国家畜禽养殖业污染物排放标准》中一级排放标准。监测结果见表2。

表2 水质监测数据

4.3 福建某集团公司某牧场

牧场存栏奶牛1700头，属于I级规模养殖场。采用干清粪+水冲洗的方式进行牛舍卫生清洁，粪便约30m3/d，污水量200m3/d。

工程采用“固液分离→厌氧消化→田间喷灌”的处理流程，其中固液分离主要撇除圈舍铺底的稻草和木屑，田间喷灌是利用200亩的青饲料田消纳沼液，厌氧消化则采用USR反应罐。

设计HRT为20d，采用四座内径Φ16m的双截头圆锥形USR发酵罐，总高12.8m,有效容积共1600m3。进水为泵入环形穿孔管布水，排渣采用高差重力排渣，频次为8min/d。容积负荷设计值为1.0kgCOD/m3.d，COD去除率80%，产气率为0.4m3/kgCODCr产气量约512m3/d，沼气作为职工日常生活能源和牛舍的暖水泡料等。该工程自实施以来运行效果一直很稳定。

5 结论

5.1 USR非常适合处理畜禽养殖这类高SS的高浓度有机污水，可获得较好效果。

5.2 有效水深≥4m，上下锥体倾角20～25°。

5.3 容积负荷0.5～1.5kgCOD/m3.d；HRT建议：养猪污水7～15d，养牛污水可延长为20d。

6 体会

6.1 通过合理设计配备USR进水布水系统和排渣系统，可以确保USR效果的稳定，并克服沼渣的淤积。

6.2 受养殖场专业技术人员不足的限制，目前采用的USR构造较简单，故效率相对不高。若有条件可在三个方面优化：增设沼气搅拌；提高有效水深，并在中上部悬挂厌氧填料；增设加温系统，改常温发酵为中温甚至高温发酵。

[1] 王凯军，金冬霞等.畜禽养殖污污染防治技术与政策[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 胡纪萃，周孟津等.污水厌氧生物处理理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 郑育毅，USR+一体化氧化沟处理养猪场畜禽污水[J]. 中国给水排水，2006,（2）：68-70.