贵州大中型规模猪场污水处理工程技术运用研究

申学林姚 曼余 琼

（贵州省凯里市农林扶贫工作局，贵州凯里 556000）

贵州大中型规模猪场污水处理工程技术运用研究

申学林1姚 曼2余 琼3

（贵州省凯里市农林扶贫工作局，贵州凯里 556000）

猪场污水是当今畜牧业造成环境污染的最突出问题，养猪废水的COD、BOD、SS、氨氮等均较高，属高浓度有机废水，如不经治理直接排入环境，将造成水体富营养化，给生态环境造成极大破坏，严重影响下游居民生活或农业生产活动。本研究根据企业发展及环保要求，在谷硐猪场建设一套污水处理系统，使污水满足灌溉要求。根据实际水量波动的需要和业主提供的数据，猪场污水处理系统日处理量为560 m3。

贵州；大中型规模化猪场；污水处理

据统计，1头猪的主要污染物产生量相当于7～10个成年人，故规模化养殖场产生的环境污染不可忽视。来自养猪业的主要污染源是污水、臭气和粪便，它们对周围环境的污染可源自养猪过程、废弃物排放、堆放或贮存过程以及废弃物处理、运输和利用过程。猪场污水仍是当今畜牧业造成环境污染的最突出问题，养猪废水中含有大量的猪粪渣、尿水等污染物，主要体现在化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、悬浮物（SS）、氨氮等污染指标高，属高浓度有机废水。这些废水如不经治理直接排入环境，将造成水体富营养化，给生态环境造成极大破坏，严重影响下游居民生活或农业生产活动。本研究根据企业发展及环保要求，在麻江温氏农牧有限公司谷硐扩繁场建设一套污水处理系统，使污水满足灌溉要求。

麻江温氏农牧有限公司谷硐扩繁场存栏纯种大白母猪6 608头，长白公猪98头，长大二元杂仔猪3 500头，使用人工干清粪方式，年产粪污量10 000吨，猪场周围青山和林场环绕。针对谷硐扩繁场废水的特点，本研究确定以生化处理技术（USR+两级A/O+微电解）为核心工艺，确保COD的稳定达标。本工程环保设施对该猪场废水进行预处理后，去除大量的SS、粪渣等，减小SS对缺氧池处理效果[1]的影响。

1 工艺流程

隔渣后污水─集水池─固液分离─调节池─USR─初沉池─级AO─中间沉淀池─微电解─混凝/絮凝池─微电解沉淀池─二级AO─二沉池─混凝絮凝池─终沉池─消毒池─清水池─出水。

2 关键技术

2.1 预处理

预处理部分由集水池—固液分离机两部分组成，猪场产生的污水经收集后进入集水池，然后通过固液分离机将废水中的SS予以去除（包括猪毛、较大的饲料颗粒物以及较大的猪粪颗粒），分离后的污水进入调节池。

2.2 生化处理

2.2.1 升流式固体厌氧反应器（USR）

固液分离机出水收集于调节池，经泵抽入USR反应器。污水由USR反应器底部进入，自下而上通过USR。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳[2]。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器顶部是双膜储气器，沼气收集于储气膜内。消化气自储气膜顶部导出加以利用，污泥颗粒自动沉降至反应器底部的污泥床，消化液从出水管排出。2.2.2 初沉池

从USR反应罐中流出的污水中夹带的污泥在初沉池中被去除。

2.2.3 两级A/O系统

由于养猪废水的COD与氨氮都很高，经过一次硝化与反硝化的过程很难达到标准。所以本研究采用了两级A/O工艺串联。

USR反应器的消化液进入A/O系统，以此经过一级缺氧池、一级好氧池、中间沉淀池、微电解系统、二级缺氧池、二级好氧池。两级A/O系统采用活性污泥法[3]。

本研究生化处理采用的是缺氧+好氧(A/O)生化处理系统，生化系统常采用的处理方法有活性污泥法和接触氧化法，活性污泥法的优点是：⑴有一定的抗冲击负荷，可由人工进行调节；⑵处于完全混合状态时，微生物与有机污染物可充分接触；⑶氧的利用率较高；⑷流程较简洁；⑸污泥回流控制得当，污泥具有较好的活性；⑹可以形成很好的活性污泥絮体，利用其污泥的流动性有很好的厌氧与好氧交替，所以氨氮的去除率较高。缺点是：⑴对排泥及排泥量有严格控制，要及时把不易沉淀的老化污泥和有利于丝状菌生长的代谢产物如二氧化碳、惰性多糖物质等及时排除；⑵回流较难控制，需要专业指导。

接触氧化法的优点是：⑴不存在污泥膨胀问题，污泥产量低，无需污泥回流，动力消耗低；⑵抗冲击负荷强，可自行根据水质、水量调节生物膜的厚度，达到抗冲击负荷的能力；⑶采用组合填料，质轻、高强、比表面积大，生物膜附着能力强，废水与生物膜的接触效率高。缺点是：⑴培养相应的微生物需要相应的时间，一般从生物开始挂膜至生物膜成熟需要15～30天，有的需要更长时间；⑵接触氧化池内需要安装填料，对安装工人技术的要求较高；⑶采用接触氧化法，其关键材料除曝气材料外，还有填料和填料支架，使得设备材料工程投资有所增加；⑷一般采用接触氧化法后几年内需要更换生物填料，会影响生产并增加工程的建设成本；⑸菌体固定，靠鼓风吹脱形成菌体的新老交替，故COD的去除效率较低。

根据本场废水COD、氨氮浓度高两个最大的特点和难点，经工艺要求，确定二级A/O系统采用氨氮去除率高的活性污泥法为核心工艺。

⑴缺氧池

在缺氧池中主要进行生物脱氮作用，生物脱氮包含硝化及反硝化两种过程。硝化过程是在硝化菌的作用下，将氨氮转化为硝酸氮。硝化菌是化能自养菌，其生理活动不需要有机性营养物质，它从二氧化碳获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。而反硝化过程是在反硝化菌的作用下，将硝酸氮和亚硝酸氮还原为氮气。反硝化菌是异养兼性厌氧菌，它只能在无分子态氧的情况下，利用硝酸和亚硝酸盐离子中的氧进行呼吸，使硝酸还原。缺氧池主要进行反硝化过程。

同时，好氧池中的循环混合液回流至缺氧池，回流污泥中的反硝化菌利用污水中的有机物为碳源，将回流混合液中的大量硝酸氮还原成氮气，以达到脱氮的目的。为保证足够碳源，提高反硝化效率，使最终出水的总氮超过排放标准的限值，可能要提供外加碳源。外加碳源通常以甲醇为主，但操作成本较贵。根据以往的实际经验，可以加糖、生活污水等作为外加碳源。本研究已考虑并提供备用设施，方便日后有需要时可引入外加碳源，提升反硝化的效率。

厌氧池排出的厌氧消化液在进入好氧活性污泥处理工艺前进行缺氧曝气，在缺氧过程中溶解氧控制在0.5 mg/L以下，兼性脱氮菌利用进水中的COD作为氢供给体，将好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气排入大气，同时利用厌氧生物处理反应过程中的产酸过程，把一些复杂的大分子稠环化合物分解成低分子有机物[4]。

⑵好氧池

混合液从缺氧反应区进入好氧反应区，这一反应区单元是多功能的，去除BOD5、硝化和吸收磷（P）等项反应都在本反应器内进行。这三项反应都是重要的，混合液中含有NO3-N，污泥中含有过剩的磷，而污水中的BOD5则得到去除。二级好氧池按200%原污水量的混合液回流至一级缺氧池。

好氧池采用活性污泥法工艺，主要功能是通过好氧生化过程，将污水中残留的有机物去除，进一步降解COD，并通过硝化过程将氨氮转化成硝酸盐。利用聚磷菌（小型革兰式阴性短杆菌）好氧吸P厌氧释P作用，污水中的有机物被氧化分解，同时污水中的磷以聚合磷酸盐的形式贮藏在菌体内而形成高磷污泥，通过剩余污泥排出，具有较好的除磷效果。

2.2.4 中间沉淀池

在一级好氧池废水进入絮凝池前增加中间沉淀池，将好氧细菌形成的好氧菌体及死亡脱落的SS予以去除，可以优化絮凝/混凝系统的处理环境和处理效果，减少药剂用量。

2.2.5 微电解系统

一级A/O活性污泥系统出水中仍还有大量生物难降解的有机物，铁碳微电解工艺利用电化学氧化填料自身产生的0.9～1.7 V电位差，在设备内形成无数的原电池，原电池以废水做电解质，通过阴阳极的放电形成对废水的电化学处理，进而达到对废水中有机物进行电化学降解的目的，处理后B/C比大大提高，有利于后续二级A/O生物处理效果的提高[5]。

微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，该工艺用于高盐、难降解、高色度废水的处理，不但能大幅度地降低COD和色度，还可大大提高废水的可生化性处理过程中产生的新生态[·OH]、[H]、[O]、Fe2+、Fe3+等，能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色作用；将生成的Fe2+进一步氧化成Fe3+，它们的水合物具有较强的吸附-絮凝活性，特别是在加碱调pH值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，其絮凝能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量絮凝水体中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子。其工作原理基于电化学、氧化-还原、物理以及絮凝沉淀的共同作用。

2.2.6 混凝絮凝沉淀池、终沉池

经过生化处理后的出水中含有大量的死亡细菌，须向废水中投加混凝剂与絮凝剂，将小SS絮体形成大颗粒的矾花，达到重力沉淀的目的。

由于液化粪废水中含有得磷化物较高，根据生物新陈代谢的营养配比C∶N∶P=100∶5∶1可以看出生物的总磷去除率非常低，所以这类废水往往存在着磷超标。最有效的除磷方式是钙盐法，向废水中投加石灰乳，在一定的pH值条件下，石灰中的钙盐会与磷酸根形成磷酸钙，磷酸钙是难溶于水的物质，在碱性条件下形成沉淀物。这时再向废水中投加PAM（聚丙烯酰胺）絮凝剂可以让磷酸钙形成大颗粒的矾花，易于沉淀。

2.2.7 消毒池/清水池

终沉池出水中还有许多细菌、病毒微生物等，在pH回调池末端投加漂水（次氯酸钠）进行消毒，同时进一步氧化废水中有机污染物，最终废水达标排放。

3 结论

⑴由于升流式固体厌氧反应器（USR）结构简单，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH值变化，适用于高浓度有机废水的处理，具有很高的有机污染物去除率，其中化学耗氧量（CODCr） 去除率为80%～90%，五日生化需氧量（BOD5）去除率为70%～80%，悬浮物（SS）去除率为30%～50%。

⑵活性污泥法及接触氧化法都有很好的处理效果，各有特点，但主体原理都是利用微生物氧化分解废水中的有机物，只是微生物与废水的接触方式不同而已。

⑶中间沉淀池的污泥通过污泥泵抽入一级兼氧池中，增加整个系统的污泥回流，剩余污泥排入污泥池作污泥处理。

⑷微电解催化氧化过程中产生的大量絮体在后续微电解沉淀池中沉降，上清液进入二级A/O系统进一步去除废水中污染物。

⑸采用竖流式沉淀池，让形成的大颗粒矾花在沉淀池内部进行固液分离，达到去除SS及总磷的作用。

[1]高云超,邝哲师,田兴山,等.猪场污水活性污泥-氧化塘法处理效果及环境问题探讨[J].广东农业科学,2003(3):46-49.

[2]董巨威,赵立冬,张丽丽.升流式厌氧固体反应器的研究进展[J].河南科技,2007(5):38-38.

[3]刘颂东,潘木水,高云超,等.猪场污水A～2/O-深度处理法及其效果[J].广东农业科学,2003(5):54-56.

[4]邓良伟,蔡昌达,陈铬铭,等.猪场废水厌氧消化液后处理术研究及工程应用[J].农业工程学报,2002,18(3):92-94.

[5]龚丽雯,龚敏红,王成云,等.微电解/接触氧化/稳定塘处理猪场废水[J].中国给水排水,2003,19(8):92-94.

X713（273）

B

1673-4645(2016)11-0052-03

2016-09-29

贵州省科技厅项目“肉猪健康养殖关键技术研究与集成应用”（黔科合NY〔2014〕3044号）