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摘自《中國沼氣》2018第5期 錢(qián)蕾 林斌 官雪芳 黃菊青 徐慶賢

近幾年,伴隨著(zhù)國家農業(yè)結構調整以及市場(chǎng)充分競爭下的優(yōu)勢劣汰,養豬業(yè)集約化發(fā)展趨勢越明顯,養豬規模也越大。養豬場(chǎng)糞污屬于高濃度有機廢水-2),對環(huán)境影響大。2016年,福建省作為全國首批生態(tài)文明試驗區的三個(gè)省份之一,中央第一個(gè)批準了《國家生態(tài)文明試驗區(福建)實(shí)施方案》。福建省委、省政府認真貫徹黨的十九大精神,牢固樹(shù)立和踐行“綠水青山就是金山銀山”等綠色發(fā)展理念,對養殖業(yè)進(jìn)行了規范化與整治,對養殖業(yè)糞污治理工程達標排放以及廢棄物資源化利用提出了更高要求。針對規?；B豬場(chǎng),建立合適的糞污治理工程,促進(jìn)糞便污水達標排放,避免環(huán)境污染,同時(shí)還可以通過(guò)廢棄物資源化利用,實(shí)現農業(yè)循環(huán)經(jīng)濟  筆者項目組根據可持續發(fā)展的理念,以實(shí)

現糞污達標排放為目標,輔以資源化利用最大化為  原則,進(jìn)行技術(shù)集成,建立規?；B豬場(chǎng)糞污治理工藝技術(shù)模式。本文通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析總結,以便為規?；i場(chǎng)建立實(shí)用達標排放生態(tài)型技術(shù)模式提供參考。

1規?；B豬場(chǎng)概況

福建省某有限公司位于福州市閩侯荊溪鎮,是一家存欄數5000頭的規?；B豬場(chǎng)。養豬場(chǎng)污水屬于高濃度有機污水,主要成分為大量的豬糞尿以及部分散落的殘余飼料,其主要污染物是有機質(zhì)、氮、磷等,并且含有較多的糞大腸桿菌群和蟈蟲(chóng)卵等寄生蟲(chóng)卵。豬場(chǎng)糞污前處理采用干清糞工藝,結合養豬場(chǎng)內母豬、育肥豬和保育豬的比例,確定全場(chǎng)產(chǎn)

生污水量約75m3·d1,其污水指標如下:COD為  9751.3~13412.5mgL,平均為12574.1mgL;  BOD3為3472.4-5780.8mg·L,平均為4589.3  ngL;Ss為3256.2~4515.7mg·L,平均為  4148.4mg·L;NH3-N為972.5-1275.6mgL-1,平均為11567mgL;TP為72.7-96.9mgL-1,平均為86.7mgL;pH值為7.23~7.38,平均為7.31。本研究以該公司作為研究對象構建豬糞污處理和資源化利用模式,解決規?；i場(chǎng)糞污治理與廢棄物綜合利用問(wèn)題。

2糞污治理及資源化利用模式工藝流程

2.1技術(shù)工藝流程

本技術(shù)工藝最大特點(diǎn)是多項污水治理技術(shù)以及資源化利用技術(shù)的集成與創(chuàng )新,主要包括以下4個(gè)方面:1)實(shí)施干清糞,應用福建省農科院自主研發(fā)FZ-12固液分離機作為前處理固液分離;2)采用推流式大型沼氣池厭氧發(fā)酵和微曝氣生物濾池技術(shù)相結合處理糞污水;3)大型沼氣池厭氧發(fā)酵池產(chǎn)生沼氣、沼液經(jīng)過(guò)凈化處理后進(jìn)入溫室大棚應用;4)干清糞豬糞和固液分離后產(chǎn)生糞渣進(jìn)行大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置中堆肥發(fā)酵處理。  綜上所述,根據循環(huán)經(jīng)濟原理,依據規?；B豬場(chǎng)糞污特性,本工藝技術(shù)采用沉砂池固液分離酸  化池-大型沼氣池厭氧發(fā)酵池-好氧池-沉淀池-氧化塘技術(shù)相結  合以及沼氣、沼渣、沼液的綜合循環(huán)利用。其主要工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2取樣和測試  2013年1月1日至2013年12月31日期間,每月上中、下旬分別對測試點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)取樣、檢測污水中pH值,CODa,BOD3,Ss,NH2-N和TP。COD測定采用《水和廢水監測分析方法》(第三版)中重鉻酸鉀法;pH值測定采用電子pH計;NH3N測定采用《水和廢水監測分析方法》(第三版)中納氏試劑光度法;BOD5采用《水和廢水監測分析方法》(第三版)五日生化需氧量測定方法;TP采用《水和廢  水監測分析方法》(第三版)鉬銻抗分光光度法;Ss

采用過(guò)濾烘干法。

3糞污處理及資源化利用系統構筑物及參數

3.1預處理系統構筑物、設備及參數設定

預處理技術(shù)主要包括豬舍中人工清理豬糞、糞  污分離技術(shù)以及污水酸化。其主要設施和設備有格  柵池、沉砂池、固液分離機以及酸化調節池。格珊主  要是分離去除豬場(chǎng)糞污中豬毛、雜草等雜物,防止阻  塞污水泵以及影響后續處理單元的正常運行。格柵  結構為磚混凝結構,設置有格柵2道,格網(wǎng)尺寸20

mm,格柵傾角65°。沉砂池為磚混凝結構,設置有2  個(gè),尺寸為1、5mx1.5m×0.6m,主要作用是去  除污水中的砂石和豬糞污水中較大顆粒。

固液分離機能夠去除污水中大量的粗纖維等  機物質(zhì),用在規?；i場(chǎng)黃污處理工藝前處理,可以  有效降低排放污水有機物濃度,有效降低了大型沼氣池厭氧發(fā)  酵池沉渣堆積,延長(cháng)了使用壽命,避免大型沼氣池厭氧發(fā)醇池的  階段性清池的麻煩,提高了整個(gè)工藝系統運行的可  靠性和穩定性“,同時(shí)減輕后續處理工程壓力和減  少投資。固液分離機分離出的糞渣等固形物質(zhì)可以  通過(guò)堆肥發(fā)酵或者干發(fā)酵生產(chǎn)有機肥料。本系統中  采用福建省農科院自主研發(fā)EZ12型固液分離  機8,并配套建設了一個(gè)攪拌池。攪拌池結構為  柱形鋼筋混凝土結構,尺寸為φ2.5mxH3.0m  該固液分離機設備可根據整體工藝和處理模式的要  求,調節分離流量與振動(dòng)篩網(wǎng)目數,濾取污水中的固  態(tài)物,減少固態(tài)物的入池量,實(shí)現污水處理的減量  化。其長(cháng)x寬×高為1.1mx1.2mx1.8m,電機  功率為0.75kW,處理污水能力為15th-。在設

計上,內置振動(dòng)篩系統、螺旋送料系統和自動(dòng)沖洗系

統;在性能上,集污水的輸送、固態(tài)懸浮物的振動(dòng)篩選與擠壓、篩網(wǎng)的自動(dòng)沖洗為一體

酸化調節池采用鋼筋混凝土結構,體積為100m3,尺寸為10.0m×5.0mx2.0m,水力停留時(shí)HRT為0.67d。其主要作用是對經(jīng)格柵、沉砂池和固液分離池預處理后的污水進(jìn)行混合、儲存和調節起到初步酸化水解作用,以滿(mǎn)足后續大型沼氣池厭氧發(fā)酵工藝的技術(shù)要求。

3.2大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統構筑物及參數設定

大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統是規?；i場(chǎng)污水有機物質(zhì)去除的主要設施,本工藝主要包括推流式大型沼氣池厭氧池、推流式天氧濾池、沉淀貯液池。

大型沼氣池厭氧反應池是沼氣工程中關(guān)鍵的工藝裝置之

在大型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中,規?；i場(chǎng)高濃度糞污中80%以上的COD和BOD3被消化去除。本項目工程選用地埋推流式大型沼氣池厭氧池,大型沼氣池厭氧池結構采用鋼筋混凝土方形結構,并在池內設置破殼裝置和排渣裝置。采用覆土作為保溫層,設計大型沼氣池厭氧反應池有效容積1000m3、水力停留時(shí)間HRT為13.3d,基本上可以做到常年產(chǎn)氣,年平均產(chǎn)氣率≥0.40m3m-3d經(jīng)地埋推流式大型沼氣池厭氧反應池后,污水進(jìn)入推流式大型沼氣池厭氧濾池。推流式大型沼氣池厭氧濾池采用鋼筋混凝土方形結構并采用聚乙烯填料,填料間隔0.5m。設計大型沼氣池厭氧反

應池有效容積50m水力停留時(shí)間HRT為6.7d

經(jīng)大型沼氣池厭氧發(fā)酵后的沼液直接排人沉淀池。沉淀

采用鋼筋混凝土澆筑,有效容積150m3,水力停留

時(shí)間HRT為2.0d。經(jīng)大型沼氣池厭氧發(fā)酵后的污水如果有機  物濃度過(guò)高,可以在此池中投加絮凝劑,進(jìn)一步去除

污水中懸浮物和顆粒物。

3.3好氧發(fā)酵系統構筑物及參數設定

好氧發(fā)酵系統是對大型沼氣池厭氧發(fā)酵后的沼液進(jìn)一步進(jìn)行生化處理的設施設備。糞污中有機污染物在有氧

條件下大部分被好氧微生物降解,最終出水接近或達到達標排放。本工藝設施主要包括微曝氣生物濾池、混凝沉淀池、生物穩定塘

微曝氣生物濾池采用混凝土澆筑,長(cháng)方體結構設計容積100m3,長(cháng)x寬x高為20.0mx2.5mx2.0m。采用聚丙烯ZH901彈性立體填料,安裝間隔150mm,填料成膜后重量60~80mg,規格為直徑150mm×片距60mm。曝氣方式采用底部微孔曝氣,動(dòng)能采用三相異步電動(dòng)機(型號Y100124,電壓380V,功率8kWh)。曝氣設備采用Z管式微孔曝氣器,微孔為“V”字型,梅花形打孔可變性好、不易破裂。該曝氣器采用日本進(jìn)口的EPDM( EthylenePropylene Diene Monomer)三元乙丙橡膠、改良塑料增強化纖生產(chǎn)而成,規格c65mmx650mm,安裝間隔500mm。經(jīng)特殊加工軟管周徑都有氣孔,應用國外抗浮力先進(jìn)技術(shù),兩頭四點(diǎn)同時(shí)進(jìn)氣,進(jìn)氣量2.5m3mh-1,風(fēng)壓控制在2.5kPa,曝氣時(shí)在水中產(chǎn)生微小氣泡,每天可處理水量50t。該曝氣器的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、動(dòng)力效率高、服務(wù)面積大和氧利用率。

經(jīng)好氧處理后的污水直接排入混凝沉淀池。沉淀池采用鋼筋混凝土澆筑,有效容積50m3,水力停留時(shí)間HRT為0.67d?？梢栽诖顺刂型都有跄齽┻M(jìn)一步去除污水中懸浮物和顆粒物

經(jīng)過(guò)微曝氣生物濾池和混凝沉淀池后,污水水質(zhì)基本能達到《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》  (GB18596-2001)規定的排放要求。但如果規?；i場(chǎng)離居民區比較近的話(huà),需要達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918-2002)中的二級  以上污水排放標準,部分指標可能無(wú)法達標。因而后續處理中設置生物穩定塘,合計467m3,在水體  頂部設置有6臺葉輪增氧機,促進(jìn)好氧微生物進(jìn)步消耗污水中的有機物質(zhì)

3.4資源化利用系統

3.4.1沼氣利用系統

沼氣利用系統包括貯氣設備、脫硫器、阻火器、  輸配管道以及用能設施、設備。豬場(chǎng)糞污經(jīng)大型沼氣池厭氧發(fā)  酵后產(chǎn)生的沼氣,通過(guò)氣水分離器脫水后進(jìn)入脫硫

裝置進(jìn)行脫硫,脫硫后的沼氣計量后進(jìn)入貯氣設備貯存,經(jīng)輸配系統,用于豬場(chǎng)內溫室大棚示范生產(chǎn)以及職工生活用能。具體工藝如圖2所示。

豬場(chǎng)內溫室大棚為智能控制系統溫室,面積  160m2,棚內設置有10盞沼氣燈。該溫室以大型沼氣池厭氧發(fā)  醇池所產(chǎn)沼氣為能源,為溫室點(diǎn)沼氣燈增加作物光

照時(shí)數,并提供CO2氣肥,結合應用微機“單片機”來(lái)實(shí)現對溫室的光、溫、濕、CO2濃度的調控。溫室大棚夜間調控進(jìn)行對比試驗結果見(jiàn)表

3.4.2沼液利用系統  沼液是一種速效有機肥,富含17種氨基酸、活  性酶、微量元素以及N,P,K等營(yíng)養物質(zhì)。本文示  范規?；i場(chǎng)沼液利用主要有兩個(gè)方面:1)用于豬  場(chǎng)160m2溫室大棚內無(wú)土栽培滴管用水。建設了1  個(gè)容積12.5m3長(cháng)方體結構沼液過(guò)濾池,長(cháng)x寬x  高為2.5m×2.5mx2m。沼液滴灌管道材質(zhì)為  EPDM橡膠,設置水壓1500mm水柱,滴灌管道定時(shí)  沖洗,每隔7d用清水緩沖沖洗,滴灌管道間隔0.7  m,管徑2cm,滴灌孔間隔30cm。2)作為豬場(chǎng)周邊千畝橄欖樹(shù)茶樹(shù)等經(jīng)濟林施肥灌溉用水。根據豬場(chǎng)地形自然坡度和種植結構特點(diǎn),建設了1個(gè)容積為150m3的鋼筋混凝土儲液池,利用泵將沼液從沉淀池處直接抽至儲液池。通過(guò)沼液集水井緩沖系統,可以實(shí)現雨污分流,還可以通過(guò)控制沼液的流量、流速和流向,實(shí)現遠程灌溉,節省大量的勞動(dòng)力成本,同時(shí)保證所有的沼液通過(guò)沼液輸送管道,輸送到經(jīng)濟林和大田中,替代化肥節約大量的種植成本,效益十分顯著(zhù)。

4.3糞渣、沼渣利用系統

糞渣、沼渣利用系統主要是應用大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝  置,對干清糞掃出的豬糞、固液分離機分離出糞渣以  及大型沼氣池厭氧發(fā)酵池和沉淀池排出沼渣進(jìn)行大型沼氣池厭氧堆肥熟  化,形成有機肥料。  根據產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置結構的優(yōu)化  設計要求,除必須保證發(fā)酵工藝基本條件要求外,更  要考慮到裝置制作的難易程度、成本的高低以及力  學(xué)性能、運行管理等綜合因素。大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置設  計要點(diǎn):1)大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置采取上半部分球筒冠體  和下半部分筒體鑲嵌粘合,容積10m3,上池高  1.765m,下池高0.3m,筒直徑2.48m,設計壓力600mm水柱。2)上半部分球筒冠體和下半部分筒體鑲嵌粘合采用橡膠圈和鐵件密閉,橡膠圈寬10cm,安裝于凹凸槽內,鐵件通過(guò)工廠(chǎng)定制,密閉采用活動(dòng)螺絲件旋緊。3)大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置底層設置固液過(guò)濾層和沼液儲存層,過(guò)濾板采用玻璃鋼木板結構,  厚20mm,孔隙采用倒梯形結構,上孔隙Φ5mm,下  孔隙Φ8mm。沼液儲存層高30mm。4)大型沼氣池厭氧干發(fā)酵  裝置外部設置沼液回流池,沼液回流池采用正方體  結構,長(cháng)×寬x高為1m×1mx2m。沼液通過(guò)污

水泵和淋浴頭噴灌回流,實(shí)物見(jiàn)圖3。

圖3大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置

本文示范規?；i場(chǎng)應用大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置,次性投資較少,運行費用低,并且循環(huán)利用了沼氣,有效杜絕了甲烷氣體對大氣臭氧層的破壞。同時(shí),有助于解決集約化養豬場(chǎng)豬糞便帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題,促進(jìn)農業(yè)生態(tài)平衡,杜絕病原微生物和寄生蟲(chóng)的傳播,有利于養豬場(chǎng)的可持續發(fā)展,并且生產(chǎn)出的有機肥有利于改善土地結構,減少化肥施用量。干發(fā)

酵裝置對于糞便處理,特別是中小型豬場(chǎng)的糞便資  源化、無(wú)害化和肥料化有很好的應用前景。本裝置  創(chuàng )新性在于:1)材料上:應用由玻璃加強纖維、不飽  和樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑和添加劑等原料經(jīng)過(guò)特殊配  方制作而成的玻璃鋼材料。2)結構上:干發(fā)酵裝置  采用組裝式設計,可以實(shí)現工廠(chǎng)化生產(chǎn),并且在進(jìn)出  料口進(jìn)行了特殊的橡膠凹凸槽密封及加強設計,同  時(shí),增加沼液自循環(huán)裝置,緩解酸化。3)工藝上利用  大型沼氣池厭氧干發(fā)酵替代好氧翻堆堆肥,節省能源,在對糞污  進(jìn)行處理的同時(shí)實(shí)了現豬場(chǎng)糞便的資源化、肥料化4運行效果與分析

該規?；i場(chǎng)糞污處理采用達標排放與廢棄物資源化利用相結合的治理模式,根據2013年1月2013年12月跟蹤測試結果來(lái)看,運行效果較穩定,出水水質(zhì)良好。通過(guò)對固液分離預處理系統、大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統以及好氧發(fā)酵系統等出口多次監測,污水處理基本達到了預設目標(見(jiàn)表2)。

表3顯示各主要單元處理效果。從污水水質(zhì)主  要指標參數COD,BOD3,S,NH1N和TP來(lái)看,在預處理系統中,豬場(chǎng)糞污通過(guò)格柵、固液分離等技術(shù)  處理后,去除率分別達到60.9%,54.8%,60.3%,  27.4%和32.8%,說(shuō)明固液分離大大降低了后處理單元的負荷,起到系統減負的關(guān)鍵作用;在大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統中,CODc和BOD3的去除率分別達到86.0%,67.5%,而對于NH3-N和TP的處理效率都很低,說(shuō)明該系統主要是去除糞污中的有機物質(zhì),同時(shí)也表明該系統是污水處理中的關(guān)鍵環(huán)節。根據好氧處理系統對各種主要指標參數的降解情況來(lái)看,整個(gè)好氧階段對于有機物質(zhì),NH3N和TP的去除率都很高,說(shuō)明了該工藝系統中,好氧階段是污水后續處理的重要組成部分,也是污水達標排放的關(guān)鍵技術(shù)。

從污水處理的整體效果上來(lái)看,最終出水水質(zhì)的各項指標均符合GB185962001《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》排放標準,除TP達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918-2002)中的三級污水排放標準外,其余污水指標均達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB189182002)中的二級污水排放標準,說(shuō)明該工藝在技術(shù)上是可行的。

5小結

本文構建的規?；B豬場(chǎng)糞污治理與資源化利用模式,是以達標排放為主的集成工藝技術(shù),輔以沼氣、沼渣、沼液以及豬糞渣的資源化利用工藝技術(shù),主要通過(guò)物質(zhì)流和能源流的循環(huán)利用進(jìn)行規劃設計。通過(guò)福建省優(yōu)康種豬有限公司規?；B豬場(chǎng)的

實(shí)踐應用,結果表明:通過(guò)優(yōu)化工藝流程、集成技術(shù)  創(chuàng )新以及配套廢棄物資源化利用設施和途徑,可以  實(shí)現規?；i場(chǎng)糞污達標排放以及廢棄物資源有效  利用,解決豬場(chǎng)糞污治理可持續化發(fā)展,有望為規模  化養豬場(chǎng)建立一種實(shí)用達標排放生態(tài)型技術(shù)模式。  該模式主要有以下幾種特點(diǎn):1)預處理中采用干清糞清潔生產(chǎn)與固液分離相結合的方法,有效減輕后續處理工程處理壓力;2)主反應系統采取二級大型沼氣池厭氧處理與二級好氧處理相結合,處理后的污水中NH3-N,COD,BOD等的去除率均達到90%以上;3)資源化利用系統因地制宜地對沼肥、沼液和沼氣資源化利用進(jìn)行試驗示范探索,整個(gè)污水治理系統工程不僅能實(shí)現達標排放,而且實(shí)現了資源與生態(tài)化。