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养猪废水处理
随着我国畜牧业的发展，产业竞争的日趋激烈，畜牧业的规模化、集约化发展已成为一必然趋势，规模化养猪场具有较高的畜禽饲养技术，统一的管理，降低了成本，提高了经济效益，但由于大量集中的粪便污水排放引起的环境污染问题也越来越严重，根据相关资料报道，我国大城市中畜禽养殖业的粪尿排污的人口当量超过3000-4000万。养殖业的粪尿排泄物及废水中含有大量有机物、氮、磷、悬浮物及致病菌并产生恶臭，对环境质量造成极大影响，急需治理。而由于养猪场污水处理不同与工业污水处理，养猪场经济效益不高限制了污水处理投资金额不可能太大，这就需要投资少、处理效果好、最好能回收一部分资源，有一定的经济效益。而养猪场的污水处理通常并不是仅采用一种处理方法，而是需要根据地区的社会条件，自然条件不同，以及猪场的性质规模、生产工艺、污水数量和质量、净化程度和利用方向，采用几种处理方法和设备组合成一套污水处理工艺。

一、养猪场污水处理工艺简介

1.组合式稳定塘工艺

广东某规模化养猪场日产污水量500m3/d，采用新型厌氧-兼氧组合式稳定塘工艺，该工艺主体的组合式稳定塘设计成倒置截头圆锥型，由下向上设置3个微生物反应区，即厌氧反应区、兼氧反应区、好氧和藻类生长区。污水由下向底部均匀向上流动，污水在塘内的停留时间为12d。整个厌氧-兼氧-组合稳定塘出水CODcr 的质量浓度保持在3000mg/l，CODcr去除率一般为70%左右，而传统厌氧塘CODcr的去除率为50%左右，相比较起其处理效果得到显著提高，后续辅助好氧池采用活性污泥法，使CODcr等进一步降解，再利用高负荷氧化塘进行污水的硝化脱氮，最后通过藻类沉降塘及生物塘以达到出水水质要求。该工艺实际运行中CODcr平均去除率达99.43%，BOD5平均去除率达99.8%，SS平均去除率为97.7%，NH3-N平均去除率为93.45%。整个污水处理系统投资运行成本较低，运行期间只需一名运行管理人员，操作简单方便，其缺点是占地面积大，不适用于一些土地资源紧缺的地区。

2.UASB+SBR工艺

罗庄区江泉生猪养殖场日处理污水300m3，采用上流式厌氧污泥床UASB反应器发酵工艺，产生沼气通过铺设管道供应给附近居民日常生活使用，使沼气得到充分利用，而所产生的沼渣通过好氧连续式生物堆肥发酵制成复合有机肥料投放市场，经济效益很好，沼液经过SBR池好氧处理后可进行农田灌溉，采用了钢筋混凝土结构使得总体投资成本提高，运行成本也较高，运行成本费用为29万元/年，即2.648元/cm3，但其沼气和沼渣利用也带来可观的经济效益，年获利可达72.5万元，综合效益十分显著。

3.ZWD新型沼气池+生物循环处理工艺

福建省农科院研制的ZWD型沼气池是全国最先设计应用的顶盖直管进料，无活动盖，侧面中层大出料口的水压式沼气池型，克服旧式的水压式沼气进出料难，占用有效建造容积等缺点，设计的沼气池占地面积小，结构简单，操做方便，提高了产气率，经过在几个养猪场试投入运行，效果显著，并以此为基础，建立生态牧场，在畜牧场内建立沼气有机废物循环利用系统，提高生物物质循环利用系数，使沼气、沼液、粪渣全部得到充分的利用，确保污水实现零排放，适用与中小型养猪场污水处理，目前在省内数十家养殖场广泛应用。

4.酸化+高速滤池+生物氧化塘

北京市大兴区某猪场饲养生猪5000头，采用水冲清粪工艺，每日排污量为100-120t，设计通过自然沉淀法对猪粪污水先进行固液分离，沉淀固体经过调整水分，添加肥料成分，进行堆肥处理，液体部分通过一个调节酸化池和两个串联的高速生物滤池进行厌氧好氧生物处理，处理后的污水进入生物氧化塘进一步降解蓄存，进行农田灌溉。污水通过处理总降解率可达到93.0%-97.0%，COD浓度最低达77mg/L，可达到国家三级排放标准。

5.凤眼莲生物系统处理工艺

深圳某养猪场年产猪肉10万头，每天排出粪水约1500m3，COD浓度在14000mg/l左右，污水经过前期的厌氧发酵后进入兼性氧化塘自然氧化后，进入水生生物处理系统，先经增氧氧化塘氧化，然后进入一级凤眼莲吸收塘，出水经过自然氧化塘氧化后进入二级凤眼莲吸收塘，再进入沙滤床流入氧化塘，达到净化废水的目的。整个系统停留时间为30d，后期处理COD平均为314mg/l，去除率达69%，总氮去除率达75%，当废水COD浓度≥800mg/l，总氮（T-N）≥600mg/l，溶解氧≤2mg/l时，凤眼莲不能生长，为防止总氮、溶解氧超标，应在该系统前部设置一个增氧氧化塘，增加溶解氧量，凤眼莲的培育受多种外界条件限制，气候、温度与污水进水水质的变化都会直接影响最后出水水质。所以工艺的关键部分在于凤眼莲的培植驯化。经过猪场实际运行表明，凤眼莲水生生物系统处理养猪场废水耗资少，并能有效去除有机物，较适用于我国的畜牧场污水处理.

6.强化预处理+高效折流厌氧反应器+氧化塘

北京中联环工程股份有限公司研究采用的集约化猪场废弃物系统，改变传统的水冲洗清粪方式，利用重力引流清粪，节省大量水源（约50%），减少后续粪污处理工程，液体部分与猪舍冲洗水混合进入高效折流厌氧反应器（ABR）进行厌氧污水处理，通过一系列的实验，进水BOD3000mg/l，折流厌氧反应器的容积可达4-8kgCOD/d，污泥浓度20kg/m3。出水COD、BOD去除率在80%以上，选用氧化塘作为厌氧消化后续处理工艺，减少了工程投入，整个系统化处理实现猪场生产的“零污染”排放，而厌氧消化后处理工艺选择时应该猪场周边环境相适应的工艺。

7.AOF工艺

由深圳某公司研发设计的AOF处理工艺，采用预处理、生物处理和精处理技术路线，使废水COD浓度由6000-15000mg/l降至100mg/l以下。工艺通过生物处理采用高效厌氧污泥池和高效好氧生物处理设备，最后经过精处理去除残留的污染物，使废水稳定达标排放，该项实用技术在深圳、北京等地的数家大型养猪场，均获得较好效果。

8.多级酸化-人工湿地处理工艺

华南农业大学研究的畜禽舍粪便污水多级酸化与人工湿地串联处理工艺，粪便污水经固液分离后进入酸化池，进行酸化调节，然后进入四个串联人工湿地进行处理，最后通过净化池后，即可达标排放，通过该工艺的运行可使COD由1500m/L降至98.4m/L，BOD5由9000m/L降至49.4m/L，SS由18600m/L降至51.5m/L。硫化物由480m/L降至1.3m/L。整个工艺系统实现自流化，不需要动力，节省能源，减少了60%的运转费，且能有效的去除污水中的重金属。

9.混凝-脱氨-好氧生化处理工艺

为了解决养猪场排放废水有机浓度高、氨氮浓度高、恶臭严重的问题，上海通过实验室模拟，通过实验室模拟试验，探讨了混凝-脱氨-好氧生化处理养猪场废水的工艺。养猪场废水经石灰乳混凝沉淀，可去除废水中的大部分胶体物质和悬浮物，同时可去除一部分难降解物质；经脱氨使废水中氨氮低于200mg/L，有利于后续生化的顺利进行。当生化池活性污泥浓度在3500～4500mg/L之间，CODCr容积负荷＜3.0kg/(m3?d)，NH3－N容积负荷＜0.22kg/(m3?d)时，生化出水能够达到上海市提出的畜牧业排放标准。

10.固液分离机处理工艺

福建省农科院地热所研制的FZ-12固液分离机，采用机械振动对养猪场粪污水进行固液分离，处理污水能力大于12 m3/h，TS，CODcr、BOD5去除率分别为62.6%、61.2%、57.5%，有效降低污水浓度，使污水的COD浓度降到4000mg/L左右，有利于后续厌氧发酵处理，粪渣可回收制作出售，经济效益可观，经机械分离固液分离后的污水再经过厌氧沼气发酵，产生的沼气作为小猪保温供热能源，而处理后排放污水可进行养鱼及农田灌溉，由于前处理采用了固液分离机，与传统养猪场污水处理相比，后期投资及运行费用大大减少，所以整体项目投资减少。该项固液分离机的设计已经获得国家专利。

11.CFW型畜禽污水处理工艺

采用目前先进的UASB高效生物厌氧反应器和已有专利的一种改进的曝气生物滤池技术，运用于上海某养猪场，其圈养规模为6000头年，该工艺实际污水处理能力达400m3/d。畜类污水经固液分离去除大块杂物后进入无游离氧的UASB高效厌氧反应器，厌氧生物降解后再进入后续曝气生物滤池，池内装有由陶粒组成的填料，污水进入后进行曝气反应经检测，出水中的CODcr≤250mg/l、BOD5≤104.2mg/l，NH3－N≤85.8mg/l，整体工艺运行稳定，运行费用低，出水水质稳定，但由于采用的工艺和设备较先进和复杂，运行过程中管理较为重要，对管理人员的要求高。

目前国家对环境污染整治力度的不断增强，地方上也加强了畜牧业污水处理设施的建设，但往往因为运行费用过高而导致建成后就闲置不用，造成资源浪费环境污染问题却仍得不到妥善解决。针对这些问题，综合考虑养殖场的污染治理投资能力及地区区域特征，研究采用适合不同地区的经济高效污水处理工艺。除了以上一些目前国内应用较广泛的养猪场污水处理工艺外，国外目前也有许多研究较为成功的厌氧处理、好氧处理以及天然净化处理工艺，其中包括采用厌氧塘-兼性塘-好氧塘工艺，也有日本一猪场采用的中温甲烷发酵、稀释-淹没式滤池工艺，还有加拿大猪场采用的固液分离高效好氧反应器-曝气塘-灌溉工艺等。将污水处理工厂化和自然生物处理，好氧和厌氧处理进行有机组合以求达到最佳处理效果。

二、具体工程介绍

（一）组合式稳定塘工艺处理养猪废水
1.水质、水量与排放标准
广州某规模化养猪场的污水量为 500 m3／d，设计水质及排放标准见表1。
表1 设计水质及排放标准

污染因子
pH值
ρ（CODcr）／
（mg·L-1）
ρ（BOD5）／
（mg·L-1）
ρ（SS）／
（mg·L-1）
ρ（NH3－N）／
（mg·L-1）

进水水质
7.0-9.0
15000
10000
3000
1500
排放标准
6.0-9.0
400
150
200
80

注：畜禽养殖业污染物排放标准GB18596－2001。
2.工艺选型
养猪场污水处理常用的工艺为厌氧-好氧-氧化塘，均采用钢筋混凝土结构，投资大，运行费用高。我们在设计时进行了各种工艺的筛选比较， 用投药混凝、厌氧接触工艺、厌氧过滤器、上流式厌氧污泥床、复合式厌氧污泥床和厌氧塘虽然有好的处理效果，但建设费用和运行成本高而无法承受，因而必须寻求新的既简易又稳定可靠的方法。

因此，我们选择新型厌氧一兼氧组合式稳定塘处理工艺，充分利用规模化猪场的地形地势，妥善地解决了规模化猪场污水污染负荷高和养猪行业的利润低的两大难题。此工艺有效地把上流式厌氧污泥床移植到兼性塘来，它具有投资省、运行费低、操作管理方便、能源可回收（目前未回收）的特点。
3.工艺流程
养猪场污水处理流程见图1。

4.工艺流程说明
①固液分离

从猪舍出来的水经集水井提升泵送到设于鼓风机房顶部的水力分离筛网，经筛网过滤，使粪渣分离。污水进处理单元，回收粪渣外售。

②组合式稳定塘

组合式稳定塘共设2个自然塘（每个自然塘面积约2000m2），平时并列运行，清塘时（几年后清一次塘），一塘运行，另一塘清泥。在塘的中央设置一个厌氧反应区，深5.0 m。污水从配水井用管道重力引入至厌氧反应区底部，并均匀在厌氧反应区底布水，污水经厌氧反应区底部均匀向上流动，从污水的流态来看，其结构类似上流式厌氧污泥床（UASB），污水和甲烷气都向上流动，经过厌氧污泥床。所不同的是UASB上下流速相同，同时内有三相分离器，而组合式稳定塘上下流速不同，厌氧反应区底部流速大（约0.21 m3／（m2·h）），厌氧反应区上部流速小。最后，污水流向塘的四周进行沉淀（类似UASB的三相分离器）。

组合式稳定塘的工作原理是：从微生物类属来看，塘分为3种微生物反应区。即厌氧反应区、兼氧反应区、好氧和藻类生长区。详见图2组合式稳定塘断面示意。

第一区为厌氧反应区：污水首先进人厌氧反应区底部，并均匀分配在整个横断面上，污水流向为上流式，整个坑的容积均为絮状的厌氧微生物（污泥床）。污水上向流经这些厌氧微生物污泥床时，污水中有机物被厌氧微生物进行降解，转化为CH4，CO2 和H2O。生成的CH4，CO2 和污水不断上升，使整个污泥床得到充分的搅拌，同时污水和厌氧微生物充分接触，提高了有机物的去除效率[2]。

第二区为兼氧反应区：除塘面和塘底的积泥层外，其余均为兼氧反应区，污水从坑顶部流出后，向四周流动，流速突然降低，可沉的悬浮物固体便沉于塘低。污水经厌氧分解后剩余的有机物继续被兼氧微生物所利用，进一步去除污水中有机物。

第三区是塘的表面层区：为好氧微生物和藻类生长区。该区内，空气的复氧和藻类的光合作用提供氧气，污水中的有机物进一步被好氧微生物所利用，把它氧化为CO2 和H2O。另外，污水中的氨氮又为藻类提供营养物质，产生了良性循环。

新型厌氧-兼氧组合式稳定塘技术的设计运行参数：坑的CODcr容积负荷（以CODcr计）为5.1kg／（m3·d）。污水在坑内停留时间为2.6 d；在塘内停留时间（含坑的停留时间）为12 d，本设计的坑负荷传统13～19 倍（传统式氧化培CODcr负荷（以CODcr计为 0.13－0.4 kg／（m3·d）[2]。

由于特殊的设计（坑顶设计围墙包围），避免了传统的厌氧塘在刮风时竖向混流而影响底部厌氧（因为表层好氧区水中含有很高的溶解氧会入侵到厌氧区，破坏厌氧环境），并有效地抑制和防止季节性翻塘，使厌氧总保持最佳状态。另外，坑的设计成倒置截头圆锥型，使坑内从下至上流速渐渐由大变小。避免了厌氧污泥被水流和CH4 等带出坑外，最大限度地保持了厌氧污泥浓度，从而在高的CODcr容积负荷（以 CODcr计）下（Fv=5.1 kg／（m3·d））还具有较高的CODcr去除效率。

从投产以来，处理系统运行情况较为稳定，新型厌氧-兼氧-组合式稳定塘出水CODcr的质量浓度一般在 3 000 mg／L左右，CODcr去除率一般为 70％左右，而传统厌氧塘CODcr去除效率50％左右。　

③好氧池、高负荷氧化塘

好氧池、高负荷氧化塘组成二级好氧生化处理系统，前者采用了活性污泥法，使CODcr等进一步降解，并为后续氧化塘处理提供条件；后者采用循环沟式氧化塘，污水在此硝化脱氮。在高负荷氧化塘中，在JET推流混合器的作用下，水在廊道中循环，由于具有一定的流速（10 ～15 cm／s），大气复氧速率增加，同时藻类迅速生长。藻类光合作用提供溶解氧供给好氧微生物进行代谢活动。高负荷氧化塘出水中的微型藻类很容易沉淀，约50％～80％的藻类可在水力停留时间为l～2d的沉淀塘中自然去除。沉淀的藻类呼吸速率很低，且可浓缩在塘底数月甚至数年而不明显释放营养物。高负荷氧化塘中藻类的另一显著作用是提高了塘中废水的PH值，给灭菌和促使氨气向空气中扩散提供了条件。在 pH 值为9.2 时在24 h内可100％杀灭大肠杆菌和绝大部分病原体，在白天高负荷氧化塘中废水的pH值达到9.5的并不鲜见。整个系统稳定、高效。

④藻类沉降塘

专门设计的藻类沉降塘利用自然重力分离作用使藻类从污水中分离出来，同时由藻类自身产生的生物絮凝过程促进了自然沉淀，废水在藻类沉降塘停留时间24 h 以上，沉淀的藻类处于休眠状态，不会被立刻分解或腐烂。两个藻类沉降塘同时使用，其中之一可3～4a 放空一次，以去除浓缩的含藻污泥。

⑤生态塘

利用生态塘中放养的鱼类和水生植物自然降解水中的污染物（N，P），以达到出水水质要求。

（二）UASB/SBR/化学混凝工艺处理养猪废水

1.概况

湖南某养猪场的生猪养殖规模为1万头，废水排放量为150m3/d，原有废水处理系统只采用了沉淀处理，废水中的绝大多数有机物和氨氮没有去除。该养猪场拟对原废水处理系统进行全面的技术改造，经过中试最后确定在原有四级沉淀的基础上，采用UASB/SBR/化学混凝处理工艺，处理后水质要求达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596—2001)。废水水质和排放标准见表1。

2.废水处理工艺流程

养殖废水的特点是排放集中、水力冲击负荷强、有机质浓度高、水解酸化快、沉淀性能好。改造后的工艺流程见图1。

原水首先进入调沉池，其主要作用是调节水质、水量，另外可以去除大部分悬浮物和少量有机物。调沉池出水自流入集水井，再通过泵输送到UASB反应器，大部分有机物在此被降解，并产成沼气。UASB反应器出水进入SBR进行后续处理，部分有机物和大部分氨氮在此被降解去除。由于SBR反应器出水TP超标，以及SS的浓度还较高，影响出水水质，因此最后通过化学混凝反应池处理，以满足达标排放要求。

3.主要构筑物及设备

①　调沉池。利用原有池体，尺寸为30.0m×30.0m×2.5m，有效容积为1800m3，砖混结构，由4个串联的单元格组成，HRT为12d，对SS的去除率为75%左右。

②　集水井。砖混结构，尺寸为2.0m×2.0m×4.0m，有效容积为12m3，配2台提升泵(Q=25m3/h，H=200kPa，1用1备)。

③　UASB反应器。UASB反应器是由3个独立单元组成的一个顶部敞开式钢筋混凝土池，尺寸为17.2m×6.0m×8.0m，有效容积为608m3，采用大阻力布水系统，每个单元由4根布水管组成，布水管安装在池底上方300mm处;三相分离器为两层箱式结构，安装在距出水堰0.9m处，每个单元安装2个。在每个三相分离器上有一个导气管，导气管与总气管之间用软管连接。UASB反应器的设计容积负荷为1.5kgCOD/(m3·d);HRT为4d，对COD去除率>80%。

④　SBR反应器。SBR反应器内设有膜片式曝气器(Φ215mm)，所需空气采用2台鼓风机(1用1备)输送，单台鼓风机流量为5.9m3/min。池中还配置有组合填料，将活性污泥法与生物膜法结合的独特设计，既降低了剩余污泥的产量，也有利于污染物的去除。池尺寸为11.6m×6.0m×5.0m，钢筋混凝土结构;水力停留时间为40h，有效容积为250m3，SBR的排水采用2台50m3/h的滗水器。

⑤　化学混凝沉淀池。该池的主要作用是去除SBR出水中的悬浮物和部分色度。池体尺寸为6.0m×6.0m×3.5m，钢筋混凝土结构，分2格，一格为化学反应池，投加PAC和PAM药剂，并装有一台搅拌机;另一格为沉淀池，沉淀池配有圆筒式导流筒及排泥系统，采用穿孔水压式排泥。