某生態牧場沼氣工程中沼液處理的工藝探究與設計深化

鄭帆

【摘 要】在生態牧場中，糞污處理是一個很重要的問題。對此，可在沼氣工程中將糞污進行利用，在避免糞污對環境造成污染的同時，讓其發揮自身價值，為資源的循環利用做出貢獻。本文以某生態牧場為例，對某生態牧場原有CSTR無害化處理進行分析，對奶牛糞污的環境污染特點和產氣能力進行分析，探究沼氣工程中的推流式發酵工藝、全混合發酵工藝、厭氧過濾器發酵工藝，對糞污處理的系統設計進行深化。

【關鍵詞】沼氣工程;沼液處理;設計深化

中圖分類號： S216.4文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）18-0023-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.011

0 引言

畜牧業的發展是非常重要的，它是農業發展的一個重要標志。而在畜牧業的發展中，糞污的出現是不可避免的。然而，糞污的集中處理方案不當，會對環境造成很大的破壞和污染。通過利用沼氣技術，可以讓糞污實現循環利用，對實現環境改善、提升能源利用率、助推衛生條件發展、減少溫室氣體排放等方面都有很重要的作用。

1 項目概況

本項目以某生態牧場為實際案例展開相關分析，該生態牧場原有一套CSTR無害化處理，在原設計中，沼液主要用于還田，然而隨著該牧場的奶牛數量的不斷增加，田地已經不能消納養殖的奶牛所產生的糞污的總量。基于上述情況，本項目主要是對無害化沼液進行深度的處理方案設計，使沼液可以達到納管排放標準，得以排放到市政管網中。

該項目目前的污水量是250立方米每天，在擴建之后，污水量達到了600立方米每天。目前，該牧場已有一套沼氣罐發酵設備，該設備的主體是兩個2000立方米的沼氣罐，在擴建之后將新增一個2000立方米的沼氣罐。目前該項目的沼渣在烘干后被制作成牛床墊料，供牧場使用。為使沼液達到納管的標準，該牧場需要新建一套后續生化處理系統，保證沼液中的氮、磷、COD等污染物的出水可以達到相應，從而大幅降低沼液排放到市政管網中所耗費的費用。本項目難點主要在于厭氧罐的加熱和沉淀池出水的時候帶有大量的SS，通過混凝池加藥之后，會形成物化污泥，需采取一定措施進行針對性優化。

2 奶牛糞污的環境污染特點及產氣能力

沒有處理的奶牛糞污會產生大量的醇類、醛類、酰類、氨、硫化氫等污染物，而且糞尿中甚至含有容易傳播的疾病病原體。這些未經處理的奶牛糞污在排入到河流中的時候，會讓水的硬度發生改變，讓水中的細菌數量和硝態氮超標，導致水體發臭。而且奶牛糞污中磷和氮的成分都比較高，將其排入到土地中的時候，這些物質會轉化成磷酸鹽和硝酸鹽，對土質造成污染和破壞。除此之外，奶牛的飼料中還有添加劑，這些添加劑中都含有重金屬，奶牛自身所能吸收的量非常少，大部分都會隨著糞便排出來，沒有經過處理的奶牛糞污排放到河流和土地中，會讓水體和土地中的重金屬含量增加。

奶牛糞污對于沼氣工程來說是很好的原料，根據相關資料，得出奶牛糞污的產期潛力和原料的產期率的范圍如表1。

3 沼氣工程中發酵工藝探究

3.1 推流式發酵工藝

推流式發酵工藝中一般是上部用復合橡膠袋覆蓋，進行半地埋式，推流式發酵工藝主要是來處理干清糞式的奶牛糞污。在推流式發酵工藝中，沼氣裝置的容積在2.5立方米每頭左右，進料的濃度是在10%到13%之間，HRT在20天以上，沼液需要進行固液分離，分離之后液體進行氧化塘處理，讓直接排放或者進行農業灌溉，固體則用來堆肥。在寒冷地區，對沼氣裝置的要求有以下幾個方面：第一，沼氣裝置中要有熱點聯用系統。第二，對進出水的管道要進行保溫處理。第三，原料池要進行防凍處理。第四，可以利用罐體的熱交換和原料加熱這兩種方式進行保溫[1]。

3.2 全混合發酵工藝

對于全混合發酵工藝，主要適用于水沖式糞污的處理，原料的濃度在3%到8%TS之間，它的熱電聯用、鋼板結構是沼氣的主要利用形式。在全混合發酵工藝中，解決了輸送和攪拌等機械設備上的問題，而且全混合發酵素工藝的沼氣裝置的發酵濃度也在不斷增加，可以高達11%TS以上。在全混合發酵工藝中，新建設的沼氣裝置一般是用高溫發酵，這樣可以有效的提高沼氣裝置的衛生，同時HRT是不低于5天，這樣可以對人畜共患病菌進行有效的消毒，對一些雜草種子可以達到很好的滅活效果。在全混合發酵工藝中中溫發酵的最短HRT不低于15天。

3.3 厭氧過濾器發酵工藝

在奶牛糞糞污水質中，含有大量的懸浮物，要在奶牛糞污進行沼氣發酵前將其處理，一般是進行固液分離，在固液分離中利用厭氧過濾器發酵工藝，利用厭氧過濾器發酵工藝可以讓原料的HRT有效的縮短，讓發酵效率大幅度提升。不過厭氧過濾器發酵工藝還有一些不足之處，它的衛生效果比較差，滯留的視角較短，能源化的程度也較低，有一分部原料沒有進入到沼氣發酵裝置中[2]。

4 沼液處理設計深化

4.1 處理流程設計

沼液處理的流程主要如下：將沼液排入氧化塘，進行氨吹脫，然后用泵打入高位厭氧反應器中，在厭氧反應產生的剩余污泥排入到生化污泥儲存池中進行處理，將其上清液溢流回氧化塘，其他部分排到污泥脫水機進行污泥脫水。高位厭氧反應器處理后自流到到接觸氧化池中，進行生物吸附及降解，之后再自流到硝化反應池中進行反應，連泥帶水流入澄清沉淀池中，大部分污泥回流到接觸氧化池，剩余污泥排入生化污泥存儲池待打入污泥脫水機進行脫水，上清液溜到二級沉淀池中進行除磷處理，然后排放到市政管網中，其產生的物化污泥排入到物化污泥儲存池待打入污泥脫水機進行脫水。

在沼液處理流程的設計中，包括預曝氣、高位厭氧、二級好氧處理以及除磷等處理，上述方案可以有效且穩定地將沼液中的高濃度有機物去除。預曝氣是在氧化塘中進行的，在局部安裝曝氣設備，可以對高氨氮原水進行初步的吹脫處理，將后期的脫氮壓力和負荷減輕。高位厭氧可以確保污水處理系統中活性污泥的高度生物活性，有很好的處理效果和有機物的降解效率。高位厭氧發酵技術可以把有機廢棄物轉變成清潔能源，給循環經濟的發展給與了有力的保障，在將有機廢棄物轉化成清潔能源的過程中要對病原微生物的傳播和擴散進行有效的控制，發酵之后的殘留物是很好的有機肥料，完全可以代替環肥，有效改善土質的理化性狀，讓土質發生改變[3]。

4.2 厭氧罐加熱優化

對于厭氧反應罐的加熱，主要針對兩方面展開加熱優化設計。一方面，罐體可以在外部使用保溫層進行隔熱，從而降低外界環境的冷熱變化對厭氧反應罐產生的影響。另一方面，當冬季來臨，或出現突發情況，致使外界的溫度處于比較低的情況時，可以將沼氣作為熱源之一，對發酵系統進行加熱，保持發酵溫度在正常的范圍內。

4.3 沼液處理物化加藥系統設備更換

該加藥系統可選擇使用自動加藥系統，這樣可以根據污水的指標值對加藥量進行自動調節，可以有效的節約藥劑的使用量，節約成本[4]。此外，在更換糞污處理物化加藥系統設備的時候，要充分考慮到節能降耗，在選擇設備的過程中盡量選擇節能型、標準型的專用設備。在選擇合適的系統設備后，需要指定專人針對糞污處理物化加藥系統設備進行保養工作，定期檢查維修，保證設備可以正常運轉避免設備出現空載情況。

5 運行調試及檢測情況

設備安裝完成后要對設備進行試運行，使其滿足工程需求，其中，水質要連續監測3天以上，監測水樣應送到各方都認可的第三方監測機構進行檢測，要是檢測的結果小于設計的出水標準，則視為合格，同時設備要運行15天以上[5]。在設備安裝完成后要進行整體檢測，主要檢測在運行過程中設備是否有漏氣等密閉性不嚴的情況，一旦發現問題，要及時找出密封不嚴的地方，進行再次密封。

此外，以某生態牧場沼氣工程為例，在其調試階段對數據檢測進行了記錄，并對各單元去除率進行了計算。經過計算，CODcr、BOD5、氨氮、總磷去除效果較好，最終出水情況符合出水標準，詳細情況請見表2。

6 結論

近年來，隨著養殖業的發展，糞污問題形式愈發嚴重，糞污對環境的污染和破壞非常大，而且糞污對動物和人的生理機能也有很大的影響。在生態牧場沼氣工程中，沼液處理是非常重要的，沼液處理工藝的深化可以推進沼氣工程的進步。本文通過對沼氣工程中的發酵工藝進行探究，對沼液處理設計進行了相應深化，并通過運行調試證實了該系統設計方案的可靠性，期望能為相關工程提供一定的思考。

【參考文獻】

[1]王耀華，葉俊，朱洪光，等.中小型養殖場糞污集中處理沼氣工程點區域優化布局研究[J].中國農機化學報，2015，36（1）：266-271.

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[3]華磊，徐澤君，周永亮，等.自然處理系統-厭氧發酵工藝處理養豬場糞污的實踐與探索[J].河南畜牧獸醫：市場版，2014，35（11）：28-29.

[4]鐘珍梅，黃勤樓，翁伯琦，等.以沼氣為紐帶的種養結合循環農業系統能值分析[J].農業工程學報，2012，28（14）：196-200.

[5]張一心，趙吉，尹雪峰，等.內蒙古地區畜牧場沼氣工程的調查評估[J].內蒙古大學學報（自然版），2012（6）：660-666.