UASB+活性污泥氧化池技术在猪场污水处理上运行效果分析

姚惠娇，王红，温海霞，常见，张亮，李佳，韦伟

（河北省畜牧总站，河北石家庄050000）

《畜禽规模养殖污染防治条例》和《河北省2017 年度水污染防治工作实施方案》，明确要求对畜禽粪污资源化利用。由于其污水产生量大、处理困难， 成为畜禽养殖污染治理的关键。 河北某猪场采用干清粪工艺，日产污水100 立方米左右，污水处理场采用UASB+活性污泥氧化池处理技术。 本研究对其运行效果进行分析， 主要包括了解猪场污水处理场基本情况、 污水处理效果以及成本的情况等。

1 污水处理厂设计基础

猪场采用干清粪工艺， 污水主要来源于产房和配种间的冲洗、消毒废水、生活污水、粪尿污水等，日均排放100 立方米， 污水中含有大量的残留粪便等， 属于高浓度有机废水，具有较强的腥臭味，含有较多的病源微生物， 且污水量日变化较大， 对污水处理设备冲击负荷较大（见表1）。

表1 设计进出水水质标准

2 污水处理厂基本情况

2.1 污水处理厂工艺流程图（见图1）

根据污水特性， 采用预处理+UASB+活性污泥氧化池的处理工艺。

2.2 主要构筑物说明

前处理设备主要包括格栅、格栅池、固液分离机。 通过前处理设备拦截废水中粪便等大颗粒的物质，通过隔渣池的特殊机构和水中悬浮物的比重不同去除污水中漂浮和比重较大的大颗粒污泥， 人工或者机械清除至粪渣暂存场。 通过固液分离出来的渣清理运走， 废水进入后续单元处理。

调节曝气池： 因养殖场污水排放很不均匀，可以调节水质和水量，减少对后续工段的负荷冲击，同时，利用污水底泥中所含有的微生物进行酸化水解， 将大分子有机物小分子化，提高污水的COD 去除率。

UASB 厌氧器：污水进入UASB厌氧反应器进行厌氧反应， 大量去除污水中的COD、BOD，将其转化为水、热量和沼气。 产生的沼气则经过脱硫罐和水封罐直接进入燃煤锅炉。 设计容积500 立方米，有效容积450 立方米， 水力停留时间72 小时。

兼氧池：池中的厌氧菌和硝化菌在缺氧的条件下，还原硝酸盐， 释放出分子态氮。 对活性污泥氧化池回流污水中的氨氮进行反硝化处理以便去除污水中的氨氮及大分子的有机物。 设计容积170 立方米，有效容积150 立方米， 水力停留时间为HRT=24 小时。

活性污泥氧化池： 活性生物污泥为主净化污水的工艺， 其特点是活性污泥全部混合在水中， 池中采用鼓风曝气的方法， 提供微生物氧化有机物所需要的氧量， 并起搅拌混合作用， 池中污水与活性污泥充分混合， 从而实现对有机污水的净化作用。 设计容积500 立方米，有效容积Q=450 立方米， 停留时间：HRT=72 小时。

2.3 工艺特点

在工艺方面， 本工程采用预处理+UASB+活性污泥氧化池的工艺路线，根据所处地理位置、生产工艺特点， 综合考虑经济技术因素确定的，该工艺具有较大的可靠性，同时具有较强的灵活性， 可根据具体的水质情况和季节变化调整工艺参数和运行方式，以节省运行成本，保证出水水质。

本工程的核心处理单元厌氧器+兼氧池+活性污泥氧化池在国内食品加工、 畜牧养殖等污水处理中被广泛应用。

3 运行费用分析

表2 用电负荷表

3.1 电力费用E1 （见表2）

当地每度电费=0.6 元/度每日所需电力费用=351.72 元吨水电耗=2.35 元/吨

3.2 污泥处置费用E2

粪渣可直接作为农肥使用与农田，可外卖。

表3 污水处理工艺进出水水质及去除率

3.3 人工费用E3

污水站定员3 人，按2 班制，每人每月工资2000 元计， 则员工费E3=2000 元/月×3÷（30 天/月×100吨/天）=1.33 元/吨

3.4 费用合计E4

总计E1+E2+E3+E4=2.35+0+1.33=3.68 元/吨

4 污水处理场运行效果分析

在污水处理场设置6 个采样点分别为：猪舍总出水口、固液分离出水、厌氧反应器、好氧反应器、二次沉淀池以及污水储存池。 每天早上9:00 采样，每个样品重复采2 个样品，连续采样30 天， 经谱尼专业测试公司按照国标法测试出具报告，经分析主要结果如下：

4.1 工艺进出水水质变化情况（见表3）

由表3 数据可知， 猪舍出水COD、 氨氮和总氮一个月周期内波动相对较小，悬浮物、铜、锌及粪大肠菌群数波动较大。

由出水水质可知，铜、锌两项指标能稳定， 二者均达到80%以上去除率，达到灌溉标准，粪大肠菌群有很好的去除效果，去除率为95.61%，但出水中粪大肠菌群数波动较大（350～160000 个/100mL）， 因此需要添加消毒处理设备， 保障出水生物安全性，整套系统中无蛔虫卵检出。COD、TP、悬浮物能维持较好较稳定的去除效果， 但是出水仍然远高于灌溉标准。 TN 和氨氮去除率仅64.34%和61.46%，分析水质，可知COD/TN 为4.94±1.11， 缺乏脱氮所需碳源（COD/TN 为8 时污水可生化性较好）， 具有较差的可生化性，是导致污水脱氮效率较低的主要原因。

4.2 各工艺处理段污水去除效果 （见图2）

理论上固液分离过程去除部分污水中悬浮物， 因此出水浓度应略低于猪舍出水，但COD、TP、悬浮物均有所升高。 在本套系统的主要是贮存池底部污泥未进行定期清理， 潜污泵将底部淤泥同污水一起打入固液分离机， 进水混合液浓度高于猪舍出水， 因此虽然固液分离机有较好的脱泥效果， 而出水悬浮物浓度仍然高于猪舍出水，并且由于COD 和TP 包括溶于悬浮颗粒物的部分， 因此COD 和TP 浓度依然较高，但是TN 及氨氮主要以离子态存在于污水中， 因此受影响不大。

UASB 理论上各指标均能达到80%左右的去除率，但实际操作过程中各指标厌氧出水均高于其进水。氨氮和TN 去除率较低一是由于后续好氧工艺氨氧化程度较低， 没有为厌氧区反硝化反应提供充足硝态氮及亚硝态氮， 二也可能是反应器内酸碱不平衡所致。 由于厌氧过程发酵产气使底部淤泥上浮， 取样过程中悬浮物浓度较高是COD、TP、悬浮物浓度升高的主要原因。 因此，在厌氧处理之后需添加沉淀池， 进一步去除悬浮颗粒物， 降低进入后续工艺的负荷。

好氧段各指标相对于前两个工艺均有很高的去除效果， 尤其是COD 和磷。但是脱氮效果较差，仅能达到50%左右的去除率， 而且出水中氨氮浓度占总氮80%左右， 由此可知在污水处理过程中， 尤其是好氧阶段，氨氧化不完全，可能原因一是好氧阶段曝气不充分， 二是进水COD/TN 较低， 脱氮过程碳源不足，三是由于厌氧阶段过长， 进水碳源不足的条件下额外消耗大量的碳源。 最后沉淀处理，通过重力沉淀作用，使污水中大量悬浮物沉淀，进一步去除污水中污染物。

污水储存过程相对于系统出水均有不同程度的降低，COD、 氨氮、总氮、总磷、悬浮物、铜、锌、粪大肠菌群数储存阶段的去除率分别是40.82%、11.88% 、28.53% 、43.25% 、45.38%、73.61%、66.85%、85.07%，因为在储存过程中微生物会进一步去除内部有机物，并且长时间贮存，通过重力沉降作用使悬浮物进一步沉降， 因此在污水处理过程中设置储存池是必要的。

污水处理场在实际操作过程中会出现部分问题，比如：贮存池污泥富集， 增加了后续处理难度；UASB处理效果较差等， 因此污水处理场在长期运行过程中， 需要专业人员定期维护、驯化等。

综上所述， 污水处理场采用预处理+UASB+活性污泥氧化池处理技术处理猪场干清粪污水， 设计日处理量150 立方米， 经核算污水处理成本为3.35 元/吨污水。 连续检测30 天处理场水样， 出水能达到较好处理效果，其中COD、氨氮、总氮、总磷、悬浮物、铜、锌、粪大肠菌群去除率分别为87.55%、61.46%、64.34%、77.65%、90.32% 、81.41% 、89.90% 、95.61%， 但是氨氮和总氮处理效果较差。