DST 生物强化技术在生猪养殖污水中的应用

陈伟昌 杨灼成

（广州市龙运博环保技术有限公司 广东广州 510640）

引言

生猪养殖在工业化、规模化、集约化发展满足市场消费的同时，也产生了大量高浓度的有机物、氨氮和磷的养殖污水，若不经过妥善处理处置，这些污水排放后将会对我国水环境安全造成严重威胁[1][2]。目前，用于生猪养殖污水处理的常见的技术包括物理法（格栅、筛网、沉淀、过滤等）、化学法（氧化还原、中和、电解等）和生物法（活性污泥法、生物膜法、发酵等），而在实际应用中多是将3 种技术结合使用[3]。而生物法以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点，在生猪养殖污水处理系统中处于主导地位[4～6]。传统生物法由于存在微生物活性容易受到抑制的局限性，因此在处理有机物含量较高的生猪养殖污水时，容易导致处理效果低下的问题。于是，在传统生物处理系统的基础上，引入具有特定功能的微生物的生猪养殖污水处理技术——DST 生物强化技术应运而生[7][8]。

DST 生物强化技术（Bioaugmentation Technology）是指在生物处理工程系统中増设DST 生态因子发生装置，定向培养具有特定功能的微生物（DST 复合高效微生物菌种），通过每日批次或连续投加DST 复合高效微生物菌种、营养物和基高效生物培养液，以达到提高废水处理效果的一种工艺方法[9]。DST 生物强化技术可通过DST 生态因子发生装置，向原有的污水水池中投加定向培养的具有特定功能的微生物，构建某一特定环境微生态体系，且具有较强专一性，能有效去除水中大量的有机物；同时，通过控制时间对反应池进行间断曝气，提高氨氮硝化反应与反硝化反应，提高氨氮的处理效果。另外，DST 生物强化技术还可根据不同的处理量和水质状况来调节菌群与体系之间的关系，使整套污水处理系统维持在一个长期稳定的处理效果范围之内；还可增强污泥沉降性，有效消除污泥膨胀，减少污泥量，整个工艺流程简单、管理方便、造价低。本文以珠三角地区某生猪养殖场为例，介绍了DST 生物强化技术在生猪养殖污水中的应用设计和运营效果，以期为珠三角地区相当规模的生猪养殖场污水达标处理提供参考借鉴意义。

1 工程概况

本项目为珠三角地区一生猪养殖场生猪养殖污水处理工程。该生猪养殖场年产约8000 头猪，污水处理工程设计规模 600 m3/d，生猪养殖场污水主要是由生猪粪便（以固体形式为主）和日常清洗养殖场的废水混合形成，包括残留猪粪尿液和养殖场的清洁用水，污染物以化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）为主。污水出水执行《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)[10]和《农田灌溉水质标准》（GB5084—2021）[11]中的水作物灌溉标准，污水处理设计规模及进水水质如表1所示。

表1 污水站处理设计规模及进水水质

2 处理技术和工艺参数

本项目污水处理采用“预处理+黑膜厌氧发酵+DST 生物强化技术+物化处理技术”联合工艺。但在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑与工艺互为制约、互为影响的各处理单元构筑物的形式。污水处理工艺流程的选定，主要以11项因素作为依据，即①当地的各项外部内部条件；②土木建筑工程造价；③处理工艺运行费用；④污水的处理量；⑤污水进水水质；⑥污水出水指标要求；⑦技术成熟度，对水质变化适应性，出水稳定性；⑧经济节能，电耗少；⑨造价低、占地少；⑩易于管理，操作方便，设备性能稳定；环境协调，清洁生产。

本项目工程设计流程如图1 所示，粪便、尿液和清洗污水聚入地下粪污收集池，再自流进入固液分离器，固液分离后的污水经过污水提升泵送至黑膜沼气池进行厌氧发酵，发酵后进入DTS生物强化环节，生化出水自流进入絮凝反应池，用碱中和调节至碱性，再进入混凝池同时聚合氯化铝与聚丙烯酰胺，由电动搅拌器充分搅拌混合后反应形成絮体，在重力作用下流入斜管沉淀池实现固液分离，最后经臭氧消毒后排放[12]。固液分离环节产生的粪渣直接外运至有资质的单位进行无害处置，黑膜沼气池发酵后产生的沼渣、DTS 生物处理产生的剩余污泥以及絮凝+沉淀产生的物化污泥经排泥泵排入污泥干化池，污泥经过干化后滤饼外运处置。 项目工程主要构筑物如表2 所示。

图1 工艺设计流程图

表2 工程主要构筑物一览表（单位：m3）

2.1 粪污收集池

猪场的粪便和清洗养猪场形成的污水收集至粪污收集池，粪污收集池能调节污水进水量和进水水质，保证后续絮凝、发酵等处理设施的连续稳定运行。同时，污水在粪污收集池中得到搅拌混合预反应，可稳定污水中有机物的含量，提高后续厌氧的沼气产量。收集池采用钢混结构，有效容积60 m3，水力停留时间1h，地下式，设置1 座，附属设备包括污水提升泵和搅拌机。

2.2 固液分离器

固液分离的目的在于分离污水中掺杂的猪粪等大颗粒固体，防止其堵塞管路，损害处理设施，同时减少污水SS 浓度，提高后续厌氧去除效率。固液分离器池体采用砖混结构，有效容积96m3，水力停留时间1h，设置2 套固液分离机。

2.3 黑膜沼气池

黑膜沼气池是用黑色的高密度聚乙烯膜（HDPE）材料将底部和顶部密封而形成的反应池[13]，它是一个全封闭式的厌氧反应器，污水有机物在黑膜沼气池内微生物厌氧发酵作用下生成沼气，从而有效降解化学需氧量。黑膜沼气池采用土方结构+HDPE 材料，有效容积14000m3，水力停留时间46d，地下式，设置1 座，附属2台隔膜排泥泵。与传统地埋式沼气池相比，黑膜沼气池施工简单方便、造价低，工艺流程简单、运行维护方便，停留时间长、出水效果好，PE膜材料抗拉强度高、抗老化及耐腐蚀性能强、防渗效果好，PE 膜吸热性能好、产气量高，超大贮气容积可实现一体化贮气，池底设排泥装置能很好得实现排渣功能。

2.4 DST强化池

DST 强化池采用DTS 生物强化技术，通过在生物处理工程系统中増设DST 生态因子发生装置，定向培养具有特定功能的DST 复合高效微生物菌种。该技术和传统生化系统相比，能长期对原生化处理系统的沉淀活性污泥进行不断地淘汰、接种、优化、驯化，不断地将新鲜菌种强化到原生化系统，从而对系统起到增效稳定的作用。DST 强化池池体采用钢混结构结构，有效容积900m3，水力停留时间3d。

2.5 DST微生物选择塘

DST 微生物选择塘的工作原理是利用不同时间投放不同菌群培养和活化载体以及控制曝气来实现有机物的去除。首先，根据运营时间，在不同的时间段定期向选择塘中投放不同的用于培养和活化不同菌群的载体；其次，控制反应池的曝气装置，实现好氧和厌氧反应交替，以达到对氨氮的去除。池体采用土方结构，有效容积12000m3，水力停留时间40d，地下式，设置1 座，附属设备包括10 套深曝系统、2 台循环泵、10 套曝气机、2 台排泥泵、3 台提升泵。

2.6 DST深度处理生化池

DST深度处理生化池采用复合微电解技术，快速定向选择处理效率高、专属性高的微生物种群，通过控制反应时间，在同一个反应池内完成污水硝化反应与反硝化反应，进而实现进一步脱氮目标。DST 深度处理生化池池体采用钢混结构，有效容积3000m3，水力停留时间10d。

2.7 絮凝反应池与沉淀池

经过DST 深度处理生化池处理过后的污水加入碱经过中和后，在重力作用下进入絮凝反应池，在絮凝池中与投加的聚合氯化铝与聚丙烯酰胺发生混凝，由电动搅拌器充分搅拌混合后反应形成絮体，在重力作用下流入斜管沉淀池。斜管沉淀池利用层流原理，沉淀区由倾斜蜂窝填料构成系列沉淀层，絮体在各沉淀层中相互运动并分离，之后在斜管底侧表面积聚成薄泥层，依靠重力作用滑回泥渣悬浮层，由排泥管排入污泥干化池，污泥经过干化后滤饼外运处置。斜管沉淀池利用了层流原理，提高了沉淀池的处理能力；缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间；增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率。絮凝池采用钢筋砼结构，有效容积18m3；沉淀池采用钢筋砼结构，有效容积111m3，表面负荷0.5m3/（m2·h）。

2.8 臭氧系统

臭氧体系具有强氧化性，是一种广谱速效杀菌剂，对各种病菌有很好的杀灭效果。本项目工程处理工艺在最后环节加装臭氧消毒系统，氧化去除污水中的芽孢、病毒等抵抗力较强微生物，以保证污水排放的生物安全性。

3 运行效果

本项目已运行一年，目前运行状况基本正常，保持每日运行，处理水量稳定。实测2022 年8～9月进出水水质，出水能够达到GB18596-2001 和GB5084—2021 中的水作物灌溉标准；CODcr、BOD5、SS、NH3-N 和TP 的 去 除 率 分 别 达 到99.37%、99.73%、98.28%、99.54% 和99.1%，具体情况如表3 所示。本生猪养猪污水处理工程总投资311 万元，运行费用包括电费、药剂费、菌剂费和维修费，其中电费1.67 元/t 水，药剂费0.60 元/t 水，菌剂费0.30 元/t 水，维修费0.05元/t 水，合计2.62 元/t 水。

表3 进出水水质检测结果平均值

结论

本项目采用“预处理+黑膜厌氧发酵+DTS生物强化+物化”工艺对生猪养殖污水进行处理，处理效果稳定良好。污水中CODcr、BOD5、SS、NH3-N 和TP 的 去 除 率 分 别 为99.37%、99.73%、98.28%、99.54%和99.1%，出水能够达到GB18596-2001 和GB5084—2021 中的水作物灌溉标准。

本项目处理工艺中最重要的设计环节是DTS生物强化技术。该技术通过在生物处理工程系统中増设DST 生态因子发生装置，定向培养具有特定功能的DST 复合高效微生物菌种。与传统生化系统相比，该技术能长期对原生化处理系统的沉淀活性污泥进行不断地淘汰、接种、优化、驯化，不断地将新鲜菌种强化到原生化系统，从而对系统起到增效稳定的作用。