大型规模猪场粪污高效处理与利用技术模式探究——以武宁双胞胎畜牧有限公司为例

付戴波，赵艳平，吴志青，许翔，杨珍，易松强，谢正军，吴建东，马帅

（1.九江市畜牧兽医局，江西九江 332000；2.武宁双胞胎畜牧有限公司；3.江西省农业技术推广中心）

据统计，一个3.5万头规模化养猪场，其污染负荷相当于一座10万人的城镇，随着养殖规模的扩大，对生态环境的威胁也在加大。养猪场污水污染负荷高，而养猪行业的利润水平又低，因而要求粪污处理工程投资少、运行费用低、处理效率高，导致目前养猪场污染治理措施难以推进，养殖场废水治理设施运行不正常，处理水质容易不达标，给生态环境造成污染和损害。本文主要通过优化二级A/O生化处理及深度处理工艺，深入探究“预处理+厌氧+二级A/O生化处理+深度处理（芬顿反应）+有机肥发酵”的粪污高效处理及利用的新型模式（以下简称新型模式），以期达标排放并实施粪污资源化利用。

1 简介

武宁双胞胎畜牧有限公司成立于2014年7月，位于武宁县澧溪镇牌楼村，是一家拥有3 000头能繁母猪的种猪场，主要是对外出售仔猪。该场每年产生粪便约3 600t，排放污水约36 500t。为更好地保护环境，公司坚持猪场建设“三同时”的环保原则，在猪场内建设配套相应的污水处理站及有机肥发酵罐，以处理猪场日常营运过程中产生的粪污，污水出水达到环鄱阳湖标准。

2 新型模式简介与研究分析

2.1 模式简介

与传统方法相比，主要是通过优化二级A/O生化处理及深度处理工艺，提高污水处理出水标准达环鄱阳湖标准，分离的固粪通过发酵罐发酵成绿色有机肥，变废为宝，即解决猪场粪污污染的难题，又增加了生态价值及经济价值。

2.2 优化A/O段生化处理

主要采用厌氧菌和好氧菌生化处理，培养和驯化技术如下：

2.2.1 厌氧菌调试培养[1]。第一阶段为UASB（上流式厌氧污泥床）启动运行初始阶段。一是选用接种污泥；二是调式接种污泥量、接种污泥的浓度；三是控制接种污泥时的水质。第二阶段为初始运行阶段,预计45d。每日测定进出水流量、pH、COD、ALK、VFA、SS等项目，经测定结果判断，若出水VFA＜3mmol/L，VFA/ALK=0.3以下，表示UASB系统运行正常。第三阶段为反应器的有机负荷由2kgCOD/m3·d到4.9kgCOD/m3·d的运行阶段,预计45d。第四阶段为稳定运行阶段,预计30d。是指反应器的有机负荷达到设计指标4.9kgCOD/m3·d以后的稳定运行阶段。在这段的运行中，pH值、温度、有机负荷、VFA、ALK等各项操作参数严格控制，逐步形成颗粒污泥。

2.2.2 好氧菌调试培养[2]。经稀释、闷曝、补充营养物和碳源、间歇性驯化、连续驯化等程序后，MLSS达3g/L后，即进入稳定运行阶段，在这一阶段中主要是确定进出水水质、污泥负荷等工艺参数是否能稳定达到设计要求，满足出水水质要求。同时,根据实际情况调整各种工艺参数，进一步将活性污泥驯化成适应A/O工艺运行，并力求达到优化运行；至此A/O工艺活性污泥培养驯化完成。

2.3 具体工艺内容

2.3.1 预处理。猪粪水经厂区污水管网收集，自流至粪污处理站。粪污水首先经过机械格栅，去除大部分固体杂物（大块粪便、猪毛、沉淀物等），进入集粪池（内装搅拌机、污水提升泵），污水提升泵将粪水泵至固液分离机进行固液分离，分离出来的固体粪渣收集送至发酵罐进行堆肥发酵，制成有机肥。而污水则进入调节池，在调节池内微生物将大分子的有机污染物水解成小分子的有机污染物，在调节池选择一定的停留时间和搅拌措施将有利于污水预水解，为后段厌氧反应做好准备。

2.3.2 厌氧处理。通过调节池内的污水提升泵将污水泵送至厌氧反应器内，在厌氧反应器内，污水经历水解、发酵（酸化）、产乙酸、产甲烷（即产沼气）四个阶段。在水解阶段，污水中的剩余大分子有机污染物被分解成小分子有机物。发酵（酸化）阶段，小分子有机物被发酵菌利用，在细胞内转化为简单的化合物，这一阶段主要产生乳酸、氨和硫化氢等物质。产乙酸阶段，上一阶段的产物继续转化为乙酸。产甲烷阶段，产甲烷菌将乙酸、CO2、H2等转化为甲烷。污水经过以上四个过程的厌氧反应后进入厌氧沉淀池，进行固液分离，厌氧污泥得到进一步去除。厌氧过后污水中的大部分有机污染物被分解去除，但氨氮和总磷无法得到有效的降解。

2.3.3 二级A/O段生化处理[3～4]。污水自流进入生化处理系统，首先污水来到兼氧池，在厌氧阶段未去除的长链有机物在兼氧细菌的作用下，分解成易生化降解的小分子有机物。经过兼氧后的污水进入到好氧池，好氧池中的活性污泥能有效地将易降解的有机物分解成二氧化碳和水。同时生物脱氮将在兼氧池与好氧池之间完成。在之前的厌氧反应阶段，污水中的有机胺在厌氧细菌的作用下转化为无机氨，以NH3-N的形式存在。在好氧池中NH3-N在好氧硝化细菌的作用下发生硝化反应，生成硝酸根和亚硝酸根离子，以硝态氮的形式存在，工艺上通过硝化液回流的方式，将硝态氮带入兼氧池，在兼氧型反硝化细菌的作用下，硝态氮发生反硝化反应，生成氮气，从而达到脱氮的效果。而生物除磷也将在这个阶段起作用，在之前的厌氧环境下，聚磷菌将贮存于细胞中的磷水解释放出来，经过厌氧释磷之后的聚磷菌在好氧阶段的吸磷能力将大大提高，因此在好氧池内聚磷菌会快速的吸收污水中的磷，工艺中通过剩余污泥的排放，将磷从系统中除去。系统设置两级兼氧好氧池，并且每级都设有沉淀池，这将更加有利于生物脱氮除磷的进行。本研究通过优化二级A/O生化处理，在总体池容不变的情况下，重新设计不同阶段的停留时间，增加O1段停留时间，减少O2段时间，使在O1段基本完成硝化作用，O2段基本只进行反硝化作用，这能更加高效的处理污水中的氨氮及总氮，使出水达到更高标准。

2.3.4 深度处理（芬顿反应）[5]。为了确保水质能稳定达标，并且设计出水水质适当超前排放标准，在生化处理后段再增加了一段物化处理工艺。传统A/O工艺中深度处理采用“石灰+PAC+PAM”加药处理，出水水质只能达到畜禽排放标准，COD最低只能降到300～400mg/L，本工艺采用“FeSO4+H2O2+PAM”芬顿反应，将污水中不可生化的无机污染物进一步降解，从而能大大降低出水的色度、出水标准达到环鄱阳湖标准，COD含量能稳定保持在150mg/L以下。

2.3.5 有机肥发酵。预处理阶段分离出来的粪渣以及污泥处理阶段形成的脱水污泥，相互混合，投入发酵罐进行堆肥发酵，制成有机肥用于种植返田。

3 处理效果与经济效益分析

通过采取“预处理+厌氧+二级A/O生化处理+深度处理（芬顿反应）+有机肥发酵”模式，一是污水在处理成本15元/t相同的情况下，提高了出水标准，出水达环鄱阳湖排放标准。二是猪粪得到高效利用，变废为宝成为有机肥，按猪场母猪每年每头产生粪便1.2t算，可生产0.48t有机肥，按有机肥市场价800元/t计算，每头母猪可提高养殖效益384元。三是去除成本增加20元/t粪污，每头母猪可增净利润364元。

图1 工艺路线图

本模式工艺特点是做到了养殖场粪污的高效处理和利用，污水处理在原有工艺上通过优化二级A/O段不同阶段的停留时间和后端的深度处理工艺，增加污水中氨氮、COD、总氮、总磷的去除率，达到污水排放达环鄱阳湖水质标准；而固粪采用有机肥发酵罐发酵，与传统堆肥发酵相比，该工艺特点为发酵环境封闭，不污染环境，臭气可收集吸收，减少对空气污染，生产操作简单，辅料需求量少等特点，且生产的有机肥品质高，是优质的绿色有机肥。污水处理成本较传统工艺相比差不多，但出水标准为环鄱阳湖水质标准。

该模式的建成可促进养殖业绿色循环发展，有效解决规模化猪场粪污污染环境的难题，又能够增加猪场收入，带动种植业发展，为我国养殖业清洁生产和循环畜牧业提供江西生态健康养殖新样板。