固液分離-氣浮系統(tǒng)-UASB-二級(jí)A/O工藝處理生豬養(yǎng)殖廢水工程實(shí)例

姜?jiǎng)偞?趙正丹

(1.山東萬(wàn)晟工程設(shè)計(jì)有限公司,山東 濟(jì)南 250102;2.山東凱泰科技股份有限公司,山東 青島 266034)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分,其發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,畜產(chǎn)品特別是作為我國(guó)主要肉類食品的豬肉需求進(jìn)一步擴(kuò)大,根據(jù)2020年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)表明,截至2019年底,中國(guó)牛的數(shù)量為9.138×107頭,羊的數(shù)量為3.007×108只,肉豬年出欄5.442×108頭,年底存欄3.103×108頭[1]。

畜禽養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展的同時(shí),也導(dǎo)致畜禽糞便排放增加,畜禽糞污排放是造成農(nóng)業(yè)面源污染的首要原因,同時(shí)也是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因[2]。目前畜禽養(yǎng)殖的主要形式是規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖,這種養(yǎng)殖模式便于建立集約式的污水處理系統(tǒng),不僅可以提高處理效率,而且可以降低成本,減少占地,統(tǒng)籌處理后的污水回用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3]。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于山東省東營(yíng)市,生產(chǎn)規(guī)模存欄750頭祖代母豬、6 000頭父母代母豬、48 000頭育肥豬,年出欄18萬(wàn)頭商品豬。采用重力干清糞:豬舍地面采用水泥糞漏地板,漏縫板將豬舍分為兩部分,漏縫板以上為豬生活區(qū)域,漏縫板以下設(shè)置糞污儲(chǔ)存池。豬生活在漏糞板上面,下面為懸空部分,豬產(chǎn)生的糞尿通過(guò)漏糞板直接漏糞進(jìn)入到地下部分。采用重力流的方式通過(guò)虹吸管道將豬糞水輸送至污水處理系統(tǒng)。

項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水全部進(jìn)入廠區(qū)污水處理系統(tǒng),主要處理工藝:固液分離機(jī)+氣浮裝置+UASB反應(yīng)器+兩級(jí)A/O反應(yīng)池,出水達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2005),最后進(jìn)入氧化塘?xí)捍?用于農(nóng)田灌溉及廠區(qū)綠化。綜上,本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)糞污廢水零排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

本項(xiàng)目屬于新建項(xiàng)目,根據(jù)環(huán)評(píng)資料及業(yè)主的其他類似項(xiàng)目,并參考《畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)(戶)糞污處理設(shè)施建設(shè)技術(shù)指南》附件一:單位畜禽糞污日產(chǎn)生量參考值,確定廢水處理規(guī)模為510 m3/d,處理后的水質(zhì)達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2005)中旱作(作物種類)排放標(biāo)準(zhǔn),具體的設(shè)計(jì)進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3 工藝流程設(shè)計(jì)

3.1 廢水特征分析

生豬養(yǎng)殖廢水中含有高濃度的有機(jī)物、氮及懸浮物和大量的致病菌、殘余獸藥等污染物質(zhì),組成十分復(fù)雜[4];廢水可生化性較好,均采用厭氧-好氧工藝處理[5-6],可較低成本的實(shí)現(xiàn)高有機(jī)物質(zhì)的去除;集約化養(yǎng)殖場(chǎng)一般沖洗時(shí)間較為固定,造成廢水排放較為集中,污水的沖擊負(fù)荷較大。

3.2 工藝確定

畜禽養(yǎng)殖廢水通常采用組合處理工藝,采用物化預(yù)處理、厭氧處理、好氧生物處理及深度處理技術(shù)等[7-9],處理出水達(dá)標(biāo)的同時(shí),通過(guò)厭氧產(chǎn)沼氣而回收能源,污泥堆肥資源化等[10-12]。考慮本項(xiàng)目實(shí)際情況, 結(jié)合同類廢水的工程經(jīng)驗(yàn),確定其污水處理以生化為主,主要工藝為:固液分離+氣浮系統(tǒng)+UASB+二級(jí)A/O,具體工藝流程見圖1。此工藝不僅可以將處理后的廢水用于農(nóng)田灌溉,而且可以回收部分固體糞污作為肥料,同時(shí)厭氧產(chǎn)生沼氣,又可以回收部分能源。

圖1 工藝流程圖

豬場(chǎng)廢水首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入后續(xù)的生化主體處理單元進(jìn)行處理。預(yù)處理系統(tǒng)主要包括機(jī)械格柵、固液分離、混凝沉淀池1、氣浮池、調(diào)節(jié)池。機(jī)械格柵和固液分離系統(tǒng)主要通過(guò)物理篩分和密度差去除較大的懸浮物,絮凝沉淀和氣浮主要通過(guò)投加藥劑,使小的懸浮物絮凝為絮狀懸浮物,通過(guò)重力和氣體的浮力去除懸浮物,調(diào)節(jié)池用以調(diào)節(jié)水量。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的廢水可以保證生化系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)和水量的穩(wěn)定,保證生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

廢水在調(diào)節(jié)池末端泵送入U(xiǎn)ASB系統(tǒng),UASB內(nèi)設(shè)置進(jìn)水布水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器和氣室,外設(shè)保溫層以保證厭氧所需的溫度。厭氧微生物通過(guò)新陳代謝去除70%～80%的有機(jī)物,同時(shí)產(chǎn)生沼氣[13],沼氣經(jīng)過(guò)收集、脫水、凈化后進(jìn)入氣柜暫存,通過(guò)鍋爐焚燒,蒸汽可供冬季UASB加熱或者豬場(chǎng)供熱使用,多余的沼氣通過(guò)火炬放空燃燒。

UASB出水進(jìn)入兩級(jí)AO池、二沉池系統(tǒng)、絮凝沉淀2及消毒池。AO組合生化池中,有機(jī)物被大量降解,同時(shí)廢水中的氨氮在微生物硝化作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾靡匀コ：罄m(xù)泥水分離系統(tǒng)通過(guò)二沉池和絮凝沉淀池2,進(jìn)一步去除懸浮物、總磷等,保證出水達(dá)標(biāo)。最終出水經(jīng)消毒、暫存后,用于農(nóng)田灌溉。

污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)疊螺機(jī)脫水,泥餅含水率達(dá)到80%后與豬場(chǎng)其他固廢一同處理。

4 主要單體設(shè)計(jì)

1)格柵渠、集水池及固液分離。集水池與格柵渠合建,設(shè)計(jì)尺寸:11.0 m×6.9 m×5.5 m,有效水深1.7 m,格柵規(guī)格:B=600 mm,柵距5 mm,安裝角度72°。集水池停留時(shí)間6.0 h,安裝攪拌機(jī)2臺(tái),功率8 W/m3,提升泵2臺(tái)(1用1備),離心式固液分離機(jī)2臺(tái)。

為了確保基層農(nóng)村河道清淤施工的質(zhì)量，在確定清淤施工所用施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，需要做好必要的施工準(zhǔn)備工作，為后續(xù)的施工奠定良好條件。具體準(zhǔn)備工作要點(diǎn)如下，一是做好施工布置。要本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理和可靠安全等原則，立足于基層農(nóng)村河道清淤的實(shí)際情況，嚴(yán)格依據(jù)施工招標(biāo)文件等來(lái)做好施工布置工作。二是組織設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位及監(jiān)理單位等做好水準(zhǔn)點(diǎn)和控制點(diǎn)等的施工測(cè)量與放樣工作，確保相關(guān)淤泥清除表面標(biāo)高等控制的準(zhǔn)確性。三是要做好河道清淤施工中所用設(shè)備的良好運(yùn)行和維護(hù)管理，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，為后續(xù)的河道清淤奠定良好的施工基礎(chǔ)。

2)絮凝沉淀池1、氣浮池。設(shè)計(jì)尺寸:7.05 m×7.00 m×5.35 m, 沉淀區(qū)負(fù)荷0.43 m3/(m2·h)。泥斗60°,污泥泵2臺(tái),溶氣氣浮機(jī)1臺(tái),處理量50 m3/h。

3)調(diào)節(jié)池。設(shè)計(jì)尺寸:16.0 m×7.0 m×5.35 m,有效水深4.1 m,停留時(shí)間21.6 h,安裝攪拌機(jī)2臺(tái),功率6 W/m3,提升泵2臺(tái)(1用1備),離心式固液分離機(jī)2臺(tái)。

4)UASB 厭氧系統(tǒng)。厭氧罐1臺(tái),Φ16.0 m×13.0 m,有效容積2 470 m3,停留時(shí)間4.8 d,負(fù)荷4.8 kg/(m3·d),配套UASB加熱盤管、三相分離器、布水器、UASB循環(huán)泵2臺(tái)及罐體保溫。

5)A/O反應(yīng)池。設(shè)計(jì)總尺寸為:40.8 m×20.0 m×6.0 m,有效水深5.25 m,總停留時(shí)間201.6 h,其中一級(jí)A池停留時(shí)間32.6 h,一級(jí)O池停留時(shí)間111.9 h,二級(jí)A池停留時(shí)間12.2 h,二級(jí)O池停留時(shí)間44.9 h。有機(jī)負(fù)荷為0.14 kg/(m3·d),設(shè)計(jì)混合液回流比為300%～400%, 污泥回流比為100%,氣水比為90∶1。采用提升懸掛鏈曝氣器,工作通氣量20～40 m3/(h·套),服務(wù)面積5～10 m2/套,潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái), 混合液回流泵2 臺(tái)(1 用1 備),鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

6)二沉池。設(shè)計(jì)尺寸為:8.62 m×8.62 m×6.0 m,有效水深4.8 m,表面負(fù)荷為0.29 m3/(m2·h)。配套污泥泵2 臺(tái),中心傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)。

7)絮凝沉淀2。設(shè)計(jì)尺寸為:9.5 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.8 m,其中沉淀區(qū)7.1 m×7.5 m×6.0 m,表面負(fù)荷為0.40 m3/(m2·h)。配套污泥泵2臺(tái),加藥系統(tǒng)2套,曝氣混合。

8)消毒池及氧化塘。消毒池設(shè)計(jì)尺寸為:1.0 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.5 m,消毒接觸時(shí)間1.59 h,配套次氯酸鈉投加裝置,投加量100 mg/L。氧化塘2座,單座容積23 046 m3。

10)沼氣系統(tǒng)。包括沼氣凈化系統(tǒng)1套(脫水、脫硫),600 m3氣柜1套,鍋爐系統(tǒng)1套(沼氣、天然氣、油三用),火炬系統(tǒng)1套。

5 運(yùn)行情況

豬場(chǎng)運(yùn)行正常后,污水系統(tǒng)經(jīng)過(guò)半年的調(diào)試,目前運(yùn)行穩(wěn)定:進(jìn)水量450～500 m3/d,出水達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),具體見表2。

表2 運(yùn)行結(jié)果(平均值)

6 經(jīng)濟(jì)分析

工程直接投資1 016萬(wàn)元,其中土建工程589萬(wàn)元,安裝工程95萬(wàn)元,設(shè)備費(fèi)用292萬(wàn)元,設(shè)計(jì)、調(diào)試及其他費(fèi)用40萬(wàn)元,噸水投資1.99萬(wàn)元。直接運(yùn)行成本2.89元/m3,其中電費(fèi)1.39元/m3、人工費(fèi)1.30元/m3、藥劑費(fèi)0.2元/m3。

7 結(jié)論

(1)根據(jù)養(yǎng)殖污水的特點(diǎn),預(yù)處理是生化長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的保障,本項(xiàng)目采用“格柵+固液分離+混凝反應(yīng)+氣浮池+調(diào)節(jié)池”工藝作為預(yù)處理,可以有效地去除大量懸浮物和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,保證了生化系統(tǒng)進(jìn)水的穩(wěn)定性,沼氣產(chǎn)生的連續(xù)性,同時(shí)產(chǎn)生的固體糞污可以用于堆肥。

(2)“UASB+二級(jí)AO”工藝能夠有效地處理養(yǎng)殖廢水,出水穩(wěn)定達(dá)到了水質(zhì)達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2005)中旱作(作物種類)排放標(biāo)準(zhǔn)。

(3)本項(xiàng)目運(yùn)行后,每年可削減CODCr約2 764.3 t,BOD5約1 107.6 t,SS約1 297.5 t,氨氮約137.8 t。