物化+生化法處理規模化豬場糞污水工藝及效果——以益陽市農科所黃泥湖豬場為例

湯海林，楊愛華，孫杰龍，張錦余，冷電波

隨著生豬養殖向規模化、集約化方向的發展，規模化豬場及養殖小區迅速增加，600頭存欄母豬、日存欄5 500頭豬的豬場產糞尿約27.5 t/d，沖洗水及員工生活用水約250 t/d，糞污水總量可達300 t/d。許多地方生豬養殖產生的糞尿水已超過周圍環境承載力，成為水源、江河、土壤和空氣的主要污染源之一，已引起社會的共同關注和各級政府的高度重視。目前處理規模化豬場糞污水主要方法有農牧結合法、發酵床養豬法、厭氧好氧處理法等[1-2]。物化+生化法處理規模化豬場糞污水工藝[3]，即用物理和化學的方法對糞污水中固體物質進行分離，用生物和化學的方法對糞污水中的有機物、氨氮和磷進行分解。現將對該工藝研究應用情況總結如下。

1 豬場生產基本情況

豬場位于益陽市赫山區黃泥湖，屬丘陵區，豬場占地7.4 hm2，常年存欄母豬520頭，日存欄生豬4 200頭左右，年出欄生豬8 000頭。豬場鮮糞大部分采用場內人工收集，少量豬糞、豬尿水及沖洗水經排污溝向場外排放。豬場日產生糞污水夏季約250 t，冬季約150 t。

2 物化+生化法污水處理的原理

2.1 硅藻精土處理糞污水工藝原理

硅藻精土水處理劑是獲國家發明專利的硅藻精土改性產品（專利號：ZL981 22377.4）。硅藻是一種單細胞藻類，具有體輕、質軟、多孔、比表面積大、化學性質穩定、吸附能力強等特點。在水處理中根據污水的類別在精土中加一定量的改性物質，改性制成處理各種水質的硅藻精土水處理劑。在糞污水處理時，微量硅藻精土水處理劑加入污水中，在高速攪拌下，瞬間散于水體中，硅藻表面的不平衡電位中和懸浮離子的帶電性，使膠體顆粒的膠團的E電位減小或為零，從而達到膠體顆粒脫穩的目的，促使水中污染物快速絮凝、沉淀。硅藻精土巨大的孔體積和較強的吸附力，把細微和超細微物質吸附到硅藻表面，形成鏈式結構，絮凝沉淀，這樣污染物質和細菌，瞬間與水體分離，通過硅渣與水分離，沉淀物留下，清水向前流出。硅藻還具有自身脫水的功能，脫水后，硅藻及吸附物留下來，排出的水質更為清凈，從而達到污水處理為清水的目的。

2.2 雙面導流技術處理糞污水原理

雙面導流式生物法污水處理方法及其污水處理設備（專利號：ZL 98 121863.6），是在生物活性污泥處理技術的基礎上，對污泥的回流系統進行改進，利用曝氣上升氣流下產生的水流，在導流板夾縫間形成的負壓，讓污泥由沉降區自動回流，取代了傳統的機械回流，同時導流板將處理池分隔成好氧區（曝氣區）和厭氧區（污泥沉降、清污分流區），污水和污泥在水流的帶動下，在好氧區和厭氧區間自動反復循環，將過去分散的各個工序如好氧（曝氣）、厭氧循環、清水污泥分離、污泥回流集中在一個處理池內自動完成，因此能高效地降低化學需氧量（COD）以及氨氮、磷等污染物；使污水處理節約投資、減少場地占用，提高處理效率，且易于管理。

圖1 雙面導流處理糞污水工藝示意圖

2.3 生物法除氮機理

污水中氮的去除由氨化反應——硝化反應——反硝化反應共同完成，其工藝原理如下：1）氨化反應。在好氧條件下，氨化菌將污水中有機氮化合物分解轉化成NH3-N，以氨基酸為例，其反應式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3；2）硝化反應。在好氧條件下，硝化菌將NH3進一步氧化為NO2-和NO3

-，其反應式為：NH3+O2→NO3-+ NO2-+2H++H2O；3）反硝化反應。在缺氧（兼氧）條件下，反硝化菌將NOX-N少部分同化為菌體自身的有機氮化合物，大部分（70%～75%）異化（還原）為氣態氮N2，其反應式為：NO2-N+3H+→ 1/2N2+H2O+OH-，NO2-N+5H+→ 1/2N2+2H2O+OH-

3 物化+生化法污水處理的工藝流程

3.1 工藝流程

根據上述技術路線，確立如圖2工藝流程。

圖2 糞污水處理工藝流程

圖3 種養結合生態循環利用途徑

種養結合生態循環利用途徑如圖3所示。

3.2 工藝流程各工序單元功能

1）粗格柵：利用物理法將大顆粒、懸浮物去除。

2）集水井：水解、酸化池的功能，可將部分大分子有機污染物降解為小分子污染物，去除部分有機污染物，同時可以去除顆粒較大的懸浮物，保證水量穩定。

3）絮凝反應池：利用硅藻精土水處理劑以及聚合氯化鋁（PAC）、聚合烯酰胺（PAM），使固液兩相過濾分離，使水達到凈化，污泥回流、剩余污泥外排或干化。

4）厭氧ABR、生物接觸氧化池：利用厭氧菌的特殊功能使長鏈有機物斷鏈、降解，大分子變成小分子，多糖轉換成單糖，同時還將BOD（生化需氧量）/COD比值得到改善，使有機物得到充分（厭氧）降解和初步（水解）降解，反硝化反應發生。

5）好氧雙面導流池：利用好氧菌的快速增殖降解功能，對有機物進行充分降解，硝化發生，實現污水凈化。

6）消毒池：作為處理后水質檢測池、緩沖水池、溶氧水池或回用水池。

7）污泥處理系統：將污水處理過程中產生的污泥進行脫水、干化以及外運。

8）電氣控制系統：完成各工藝單元的運行，顯示報警和手動、半自動（全自動）運行控制功能。

4 物化+生化法污水處理的效果

4.1 設計規模

日處理糞污水300 t。

4.2 經處理排放口水質達標要求

糞污水處理前水質送檢指標：COD 6 500 mg/L，BOD 3 200 mg/L，SS 2 600 mg/L，NH4-N 520 mg/L，pH=5.2，TP 450 mg/L。糞污水處理后水質要求達到《國家畜禽養殖業污染物排放標準》GB 18596-2001。

4.3 環保部門檢測結果

經益陽市赫山區環境監測站驗收監測，益赫環驗監字[2009]008號，結論如下：廢水方面：根據驗收監測結果，驗收監測期間設施廢水排放口pH 7.84～7.92之間，SS 12～23 mg/L、COD 151～ 184 mg/L，NH4-N 51.3～ 64.5 mg/L，TP5.48～5.69 mg/L，糞大腸菌群小于2 000個，各項數據均未超《畜禽養殖業污染物排放標準》GB 18596-2001，為達標排放。廠界噪聲方面：根據驗收監測結果，驗收監測期間各監測點的廠界噪聲晝間、夜間值均符合《工業企業廠界環境噪聲排放標準》GB 12348-2008中Ⅱ類功能區標準。

4.4 企業自檢檢測結果

企業于2013年9月進行了自檢，結果見表1。

表1 糞污水經各環節處理污染物指標

由表1看出，糞污水經每道工序，污染物指標得到有效降解，直至達標排放。

5 物化+生化法污水處理的成本及效益

5.1 工程建設費用

工程建設共投資245.2萬元。生化+物化糞污水處理工藝105.2萬元，其中土建57.5萬元，設備費35萬元，安裝調試培訓費4.5萬元，外圍建設費9.2萬元。續建沼氣處理系統140萬元。

5.2 糞污水處理成本

處理1 t糞污水成本費用為2.15元，其中藥劑費0.57元，電費0.96元，人工費0.26元，維修保養0.36元，按年處理100 000 t糞污水計算，年總費用為21.5萬元（固定投資不計折舊）。

5.3 社會效益

產生社會效益約32萬元/年，包括糞污水排放流域300～400畝稻田，水稻畝產恢復正常及實現高產，糞污水排放流域100多畝水面畝產鮮魚恢復正常及實現高產，花卉苗木種植區域100多畝不施有機肥節省成本等。

5.4 生態效益

減少了有害物質排放量，年減少BOD為285 t，COD 為 583.3 t，減排N為44.2 t，P為44.4 t，另外保護了水源、降低了人畜共患疾病發生的風險，確保豬場周圍農村生態環保良好，生活環境優美。

5.5 經濟效益

產沼氣14.6萬m3/年；年發電22萬kW·h，按每度電0.75元計，年效益16.5萬元。

6 結論與討論

1）采用物化和生化相結合，以生化工藝為主導的工藝流程，對糞污水進行處理，經分離、沉淀、生化等各個單元，將無機污染物以固體分離，有機物污染物降解為沼氣、CO2、H2O、N2和剩余污泥，應用本工藝處理后的糞污水，經檢測，各項數據均未超過《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB 18596-2001），為達標排放。

2）硅藻精土水處理劑處理污水的方法及雙面導流式生物法污水處理方法應用在糞污水處理上，具有處理效果好，節約投資，減少場地占用，提高處理效率等良好效果，經科技查新，未見相關報道，屬于科技應用創新。

3）豬場豬糞尿水處理先盡可能分離一部分鮮糞，降低后續處理的難度和成本。厭氧發酵產生沼氣，能有效將糞污水中80%～90%有機物降解，生產沼氣，配合沼氣發電機，提供豬場廉價能源。

4）項目工藝流程具有投資少、工藝先進，操作簡單、安全、處理效果好等優點，在規模化豬場及養殖小區治理糞污水上極有推廣應用價值。

5）項目工程中產生的污泥富集了大量的P及N，為防止二次污染，作深埋處理，下一步工作目標是利用豬糞及污泥作有機肥，達到無害化，資源化的目的。

6）農牧結合是規模化豬場（養殖小區）糞污水處理最好途徑，實現物質能量循環利用，生態環保和高效。新建豬場要根據環境容納量確定生產規模，要做到設計、施工、環評三同時。

[1] 呂曉春，麻秋霞，王武強，等.中小型豬場排泄物治理模式[J].養豬，2011（4）：65-66.

[2] 白紅杰.規模化豬場糞污生態化綜合處理工藝的應用研究[J].養豬，2013（5）：73-76.

[3] 楊愛華，丁寧，湯海林，等.物化法和生化法處理規模化豬場糞污水工藝研究[J].養豬，2010（3）：30-32.