养猪污水治理工艺优化设计与案列
一、养猪废水特点与治理难度
由于历史原因，目前大部分养猪场建在河边、溪边、湖边、海边，无论是直冲式养猪场还是干清粪养猪场，污水均直排水体，造成水体严重污染。养猪场排放规律为间歇式，每天上、下午各一次，排放量大、冲击负荷大。从污水成份分析，固液混杂，属高有机、高氮、高磷污水，且碳氮比例失调，这些特点给养猪污水处理带来很大困难。从表1-1可清楚看出，干清粪养猪场污水主要污染物排放情况按GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》衡量，CODcr,NH3-N、TP处理率必须达到97.3％、95.3%、96.8%，目前无论物理、物化、化学、生化、生态等处理方法中，不可能用一种或二种处理方法来实现达标，这样就决定了养猪场污水处理必须采取多方法组织工艺。
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二、养猪废水“环保型”处理方式及其工艺流程
国家农业部2001年出台的畜禽养殖业能源环保站设计规范’(征求意见稿)中提出畜禽养殖业污水处理的两种方式，即“环保型”和”生态型”。规范中对“环保型”处理方式工艺要求如图2-1。
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从图2-l中可清楚地看到：“环保型”处理工艺主要包括固液分离、厌氧发酵沼气池、好氧曝气和生物处理等四个方面处理技术。其中厌氧发酵沼气池是关键工艺。
三、“环保型”处理主要工艺选择
“环保型”处理方法必须符合“技术合理、经济合算、安全可靠、管理方便”原则，达到“产气率高、处理率高、投资合理、运行费用低、稳定达标和管理方便”的目的，为此，必须对现有工艺进行科学的选择。
(一)厌氧发酵沼气工艺
目前，用于养猪污水厌氧沼气主要技术有升流式厌氧污泥床(UASB)、混合一推流厌氧消化器(USR)和折流式厌氧污泥床(ABR)三种。1998年开始，以福清市科明新能源环保开发部为主，福清市环境科学学会配合，联合攻关，开发出“斜流式隧道厌氧污泥滤床(IATS)和推流式厌氧滤器(PAFR)两种新工艺，经福清市、福州地区、永安市等30多个养猪场污水治理应用，取得满意效果，其特点主要有：产气率高，可达0.5-o.7m3/m3天，处理效率高，CODcr去除率一般可达95％以上(厌氧出口CODcr夏天在800mg/L以下，冬天出口CODcr在1200mg/L以下)，滤床活性细菌一旦中毒恢复周期在3-5天。厌氧进口只需简易固液分离；无需任何动力，实现无动力运行；污泥产生量少，一般2年清理一次，且清理极为方便。因此，IATS和PAFR工艺是养猪污水处理首选工艺。
(二)好氧曝气工艺
目前好氧工艺主要有SBR和两段好氧生化等工艺，从投资和运行费用分析，两段好氧生化工艺比较合适。
(三)固液分离工艺
目前养猪污水固液分离有两种措施：人工分离和机械分离，根据实践经验分析，固液分离只能保持适度范围，过量导致沼气产气量降低。采用机械分离必须在分离前进行搅拌．导致分离后的污水CODcr高于分离前的CODcr。鉴于以上分析和我们的实践，采用以下固液分离方法：直冲式污水在酸化池前设计一个酸化沉沙池，采用人工办法将粗粪打捞外运后进入酸化池，干清粪污水直接进入酸化池。污水经过酸化池后会产生一定量的浮渣，通过人工把浮渣清除外运。
(四)稳定塘
目前稳定塘有两种：好氧稳定塘和兼氧稳定塘，通常采用兼氧稳定塘，兼氧稳定塘又分为普通塘和生物塘两种，无论采用普通塘和生物塘均应设计为多级串联，一般3-4级为宜，一级生物塘用于养胡子鲶鱼，二级塘按无土栽塘方式引入空心菜或直接栽种茭白等，三级塘为稳定塘，四级塘为去磷塘。
四、氨氮和总磷降解机理分析和处理工艺
氨氮和总磷属无机化合物污染物，其中总磷经厌氧沼气池后，一般能去除60-70％，厌氧出口沼液中的总磷浓度在40～60mg/l,沼液中的总磷绝大部分是无机磷（在兼氧稳定塘中自然降解能力很差），但在兼氧生物塘中能被水生植物吸收相当部分，末级稳定塘出口总磷浓度在20mg/l左右。这部分总磷主要是靠化学法降解，其一是进入两段好氧生化装置，添加Al2(SO4)3,总磷可降解至8mg/l以下，其二如果不进行生化曝气装置，有效办法是加入去磷剂自制价廉，易制)，使总磷生成沉淀，并经简易过滤装置，达到降解，效果十分明显，经实践，总磷在3mg/l以下。
氨氮经厌氧沼气池可降解80％左右，厌氧出口沼液中氨氮浓度在300mg/l左右。氨氮降解途径有三个渠道。其一在稳定塘中，氨能自然挥发一部分；其二在生物稳定塘中，水生植物能吸收相当部分的氨氮；其三在稳定塘中，由于加去磷剂，PH调至8.5左右，氨氮几乎能自然挥发至尽。这个结论可以通过以下方程式和实验室试验进行解释和证实。
NH3+H20≠NH4++OH-
当以上体系处于碱性状态下，化学平衡向左移动，氨自然挥发。为证实这一结论，我们取厌氧沼气池出口沼液，
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加去磷剂调整PH，并放置一定时间，测定NH3浓度，结果见表4—1。
五、“环保型”处理工艺优化
通过以上分析和筛选，我们把环保型处理工艺进行合理优化，基本工艺如下：
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我们根据不同要求，又把以上总体工艺设计为四个方案，详见图5-1。
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六、工程实践
(一)某农牧有限公司
年出栏菜猪1万头，2001年投资90多万元建成环保处理设施，但是处理效果非常差，厌氧沼气池总去除率还不到50％，沼气无法回收。2004年对此进行改造，采用PAFR工艺和方案一工艺，改造后设施运行正常，经监测表明各项污染物排放均达标，监测结果见表6一l。
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(二)某种猪场
年出栏1万头菜猪，2003年采用IATS工艺和方案四工艺．2004年6月投入运行至今，稳定达标排放，厌氧产气正常，监测数据见表6—2。
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七、主要经济指标分析
现以上述种猪场工程为例，分析投资比、投资回收期、运行费用等主要经济指标。该种猪场IATS厌氧池设计800m。．夏天冬天日产沼气平均按350m3计算，价格1元/m3。厌氧总投资40万元，微动力二段生伛处理能力150m3/t,装机4KW。日运行16h，15万元，生物塘1000m3，2万元，其他1万元，总投资58万元，设施最低服务年限为20年。设兼职运行人员1人。经过计算：
每头出栏菜猪投资按方案一计算为2.15元，按方案三计算为29元。
年运行费总费用：0.6×4×16×365=10416元
每头出栏菜猪运行费方案三为1-4元，方案一运行费用零。
年产沼气价值：350m3/天×1.0/m3x365天=12.775万元
投资回收期：58／12 17‘75=4.5年)(按方案三)
43/12.775=3、4(年)(按方案一)
通过以上分析，各项经济指标是经济的。对于万头出栏数养
猪场来说，经济效益是十分明显的。
八、结论
1．采用IATS和PAFR两种厌氧新工艺，具有处理率高、产气率高、污泥产生量少且清理方便、投资合理、管理方便和安全可靠等特点，是养猪场污水处理首选工艺。
2．稳定塘尽可能采用非好氧稳定塘，如果建设用地充足。可采用普通稳定塘，用地困难应用生物稳定塘，采用生物稳定塘尽可能选择N、P吸收高的水生植物，稳定塘的面积、水深、停留时间等参数设计应能满足工程需要。
3．微动力两段生化装置原则上不用，只有在环境容量小，有特殊要求的纳污水体才使用。
4．用去磷剂作为P、N的去除剂，其用量保证PH为8.5左右就可以。
5．粪大肠菌群和蛔虫卵两项细菌指标因在厌氧过程基本杀死，且在最后加去磷剂中PH控制在8.5左右，进一步进行消毒，基本上可达标。
6．工程设计时，最后一道过滤装置是不可缺少的。设计时应控制流速，保证ss和Ca3~P04)2的过滤效果。
7．本文提出的四种设计方案经实践证明，均能稳定达标．处理后的中水可回用，可根据不同要求和不同地点选择应用。
8．本文所提的工艺在北方冬天高寒季节应注意稳定塘的保暖措施，如采用大棚保温，必要时可采用小型锅炉进行水温调节。
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