一種養豬廢棄物處理及綜合利用的方法

張心寶

（福瑞萊環保科技（深圳）股份有限公司，廣東 深圳 518000）

目前，我國生豬存欄量大，再加上管理不善，使得牲畜糞便處理成為一個難題。處理不當不僅會破壞原有的自然生態環境，還會影響牲畜和人的身體健康。養殖污廢通常會造成空氣、土壤和水體污染。高氮的養殖廢水未經處理進入土壤，會導致燒苗現象。養殖戶通常會在飼料中添加藥劑。這些物質會隨著糞便進入土壤，使土壤結構和性狀發生改變，功能下降。另外，養豬廢水含大量好氧性物質，是典型的高化學需氧量（COD）廢水。一旦廢水進入河流，就會使水體的含氧量降低，導致各類生物因缺氧而死亡。此外，飼料中殘余的鉛、鉻等重金屬隨廢水進入地下水，導致水體中重金屬含量增加。

1 養殖廢水的處理方式

1.1 自然處理法

1.1.1 自然堆肥

豬糞尿的傳統利用方式為自然堆肥還田。養殖糞污被收集到一個發酵池中直接堆積發酵，用作農家肥，這種方法適用于小型或家庭養殖場。其優點是操作簡單，成本低廉。但其缺點也很明顯，發酵時間長，產生惡臭。另外，農家肥可能含有大量重金屬，造成土壤污染和農作物重金屬含量超標。因此，農戶更愿意使用化肥，使得糞便還田的比例降低。

1.1.2 人工濕地

人工濕地是由水生植物、填充基質、微生物和水體組成的綜合生態系統，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現廢水凈化。水生植物根系與微生物能夠吸收、分解養殖廢水中的氮、磷等物質，吸收、轉移重金屬和其他有害物質。該方法運行成本低，工藝簡單，生態景觀價值高，但占地較大，處理效率低，處理效果難以控制。

1.2 工業處理法

養殖廢水的工業處理方法多為各種工藝的組合，能夠有效解決自然處理法存在的處理效率低、占地面積大、氣味難聞等問題。對于養豬廢水，先進行固液分離預處理，實現固體糞污和尿液廢水的分離，再采用厭氧、好氧、厭氧+好氧技術處理廢水。

1.2.1 沼氣發酵技術

沼氣發酵是以厭氧處理為核心，對污染物質進行無害化理，可殺滅病原體，控制疾病傳播，還能降低有機質的濃度。處理完成后，沼氣、沼渣和沼液可以進行資源化利用。但是，該技術在處理氨氮、磷等有機物方面存在局限性，設備普及率和使用率偏低。

1.2.2 好氧處理技術

好氧處理技術在去除氨氮、磷等營養物質時有較好的表現。與空氣充分接觸后，廢水中的有機物被污泥中的好氧生物吸收、分解，水質得到凈化，但設備成本和耗能較高。

1.2.3 高溫厭氧技術

厭氧發酵適用于養殖廢水的處理，其降解速度快，能耗低，污泥產生量低。但是，常溫厭氧的污水滯留時間長，發酵容積較大，無法適應逐漸擴大的養殖規模。高溫厭氧發酵有更高的產氣率和有機物降解速率。反應器內的微生物對溫度變化十分敏感，細菌在55 ℃時的生長速率是30 ℃時的2 ～3 倍，且產氣量會隨著發酵溫度的升高而升高。甲烷產氣量與有機負荷呈正相關，隨有機負荷的增加而上升。此外，水力停留時間與發酵溫度有密切關系，在溫度較高時，污水的停留時間較短。

2 基于高溫厭氧技術的養豬廢棄物處理及綜合利用方法

高溫厭氧發酵在甲烷產氣量提升、原料資源化利用、病原體消除以及污泥處理等方面具有顯著優勢。本文設計一種基于高溫厭氧技術的養豬廢棄物處理及綜合利用方法，主要包含高溫發酵、好氧芽孢桿菌生物反應器（OBBR）接種生化和資源化利用三個過程，整體工藝流程如圖1 所示。豬糞尿直接進入高溫厭氧罐發酵，產生的沼氣用于發電機發電，發電過程中產生的余熱用于保持高溫厭氧罐的溫度。發酵后的產物進入沉淀池，經排泥后進入OBBR 接種池，使微生物吸收并降解有機物、磷和氮。生化后的污水流經膜生物反應器（MBR），泥水分離，出水可達標排放或添加營養物質調配成液肥。分離出的污泥與厭氧污泥一并進入污泥濃縮池，經營養調配后制成有機肥。

圖1 工藝流程

2.1 高溫發酵過程

豬糞成分比較復雜，含蛋白質、脂肪類、有機酸、纖維素、半纖維素以及無機鹽等，含水81.5%、有機質15.0%、氮0.5%～0.6%、磷0.45%～0.50%、鉀0.35%～0.45%、其他2.05%；尿液成分相對簡單，含尿素、尿酸、馬尿酸及磷、鉀、鈉、鎂等元素，含水97%、尿素1.8%、尿酸0.05%、無機鹽1.1%、其他0.05%。由此可見，廢棄物中碳源主要來自糞便，糞便的C ∶N ∶P 比例較為均衡，易于進行生化反應，尿液的C ∶N ∶P 比例嚴重失衡，無法進行生化反應。因此，只有糞便與尿液混合才能保障生化系統的穩定運行。

養豬廢棄物（糞、尿、污水）完全混合后進入高溫厭氧反應器，利用糞便中的有機物質，平衡生化反應的碳氮比，提高混合物的可生化性。混合物的固體物含量高，污染物濃度高，產氣量大，該工藝可以大幅降低有機物含量，有效殺滅廢水中的致病菌和蟲卵。為防止反應器內固體物結塊、沉淀，反應器外循環量需要增加至進水量的5 ～10 倍，在厭氧反應器中利用厭氧微生物使水中有機物轉化為CH，反應器COD負荷可保持較高水平，介于30 ～50 kg COD/（m·d），COD 去除率可超過90%。蔡連比較了中高溫豬糞發酵產氣情況，高溫發酵的產氣效率明顯高于中溫發酵，在高有機負荷率方面更有優勢。經過高溫厭氧發酵，沼液中的糞大腸桿菌群去除率大于99%。高溫厭氧發酵可以有效殺死病原體，出水達到安全排放和使用的標準。發酵產生的大量沼氣可用于生物發電，發電余熱可用于厭氧反應器升溫，約30%的熱量轉化為電能，70%的余熱用于厭氧罐加熱，能有效降低運營成本，減少溫室氣體排放，實現節能減排，經濟效益十分 可觀。

將厭氧反應器溫度控制在50 ～55 ℃，經過15 ～30 d 的充分反應，固體物含量可降低90%，容易從混合物中分離。混合物進入沉淀池進行固液分離，分離出的污泥富含氮、磷，經壓濾機脫水后成為生產固體有機肥的原材料。

2.2 OBBR 接種生化

OBBR 生化工藝采用芽孢桿菌（）作為系統的優勢菌屬，實現其對有機物、氮和磷的高效去除。所分離的液體進入接種池，為激活芽孢桿菌和保持菌活性提供繁殖場所。接種池內填充由聚甲基乙撐碳酸酯（PPC）制成的好氧生物載體，它是由聚氨酯和其他高分子材料復合而成的凝膠狀多孔體，具有獨特的互穿網絡結構和巨大的比表面積（大于 4 000 m/m），具有耐磨性強、親水性好、使用壽命長的特點。在好氧條件下，芽孢桿菌附著在生物載體內并快速生長、繁殖，全部過程僅需要30 min， 為OBBR 生化池補充孢子。

本工藝利用的芽孢桿菌主要包括枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和納豆芽孢桿菌（一種或多種）。芽孢桿菌具有超強的繁殖能力，在低溫、高鹽度、高有機物濃度、高氨氮濃度等嚴酷的極限環境中具有較強適應能力，可分解蛋白質、脂質、脂肪酸和核酸等物質，吸收轉化增殖分解后的物質，大幅提高處理效率，出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級B 標準。同傳統的硝化、反硝化脫氮原理不同，芽孢桿菌直接吸取胺（有機氮）、氨氮以及銨鹽，為微生物所利用，從而進行脫氮。氮元素部分以有機氮的形式進入污泥中，并通過剩余污泥的排放從系統中去除，部分轉化成氮氣排入空氣；磷酸鹽以磷壁酸的形式進入芽孢桿菌的細胞壁中，最后通過剩余污泥的排放從系統中脫磷。由于芽孢桿菌本身具有除臭能力，生化工藝段、污泥處理段不需要進行額外的除臭處理。同時，芽孢桿菌具有自我消毒能力，系統產生的污泥中大腸桿菌屬等指標可以比較容易地達到污泥消毒要求，為水、固廢的最終處置創造了較好的條件。

在OBBR生化池內，通過對溶解氧（0.5～1.0 mg/L）、 停留時間（16～20 h）、曝氣時間（開1停3）、pH（7.0～8.0）等條件的控制，保證芽孢桿菌處于優勢地位，發揮其高效去除有機物、磷和氮的能力。

2.3 后續處理及資源化利用

養殖廢水經過OBBR 生化后進入MBR 池，利用MBR 進行泥水分離。膜組件所分離出的污泥進入污泥濃縮池，與厭氧污泥一起進行脫水、干化，含有芽孢桿菌的剩余污泥脫水性能更好。出水可達標排放或調配液肥。出水中富含氮、磷、益生菌等，是一種高效有機液肥，在營養調配池利用空氣攪拌均勻，制成農作物所需營養物質，回用于農業灌溉。

3 結論

養殖廢水的處理方法可以分為自然處理法和工業處理法兩大類，前者主要有自然堆肥和人工濕地，后者主要有沼氣發酵技術、好氧處理技術、組合處理技術和高溫厭氧技術。本文重點分析了基于高溫厭氧技術的養豬廢棄物處理及綜合利用方法。其間，要進行高溫發酵和OBBR 接種生化，推進后續處理及資源化利用。