USR處理集約化畜禽養殖場污水的研究與應用

鄭育毅 董國濱

USR處理集約化畜禽養殖場污水的研究與應用

鄭育毅1董國濱2

1.福建師范大學環境科學研究所；2.福建省環境保護設計院

通過對畜禽污水特點和USR工藝特點的分析，突出了USR工藝在處理畜禽養殖污水的實用性，并結合實施的工程案例，介紹了工藝設計參數與運行效果。

USR 集約化 畜禽污水

1 前言

近年來，畜禽集約化養殖場迅速發展，產生了高度集中的高濃度污水，特別是氨氮和磷會造成水體富營養化，給環境造成極大污染。隨著公眾環保意識增強，各級政府部門環境保護力度加大，集約化養殖污水綜合治理已作為為民辦實事的工作重點。

為保護水源及生態環境，促進集約化養殖的可持續發展，USR、UASB、EGSB、IC、ABR、AF、UBF等多種沼氣環保治理措施被應用。其中，結構簡單的USR（升流式厭氧固體反應器Upflow Anaerobic Solid Reactor）具有處理高懸浮物畜禽污水的優越性而被廣泛應用并獲得好評。

2 畜禽污水的特征

集約化養殖場一般采用干清糞+水沖洗的方式清潔圈舍。沖洗污水有以下特征：①沖洗時間集中，瞬時流量大；②含大量糞便和尿液，有機污染物、氮、磷濃度高；③畜禽糞便與飼料殘余造成懸浮物濃度高；④富含細菌群和蛔蟲卵。根據《國家畜牧養殖業污染物排放標準》和集約化養殖場的檢測數據資料，排放污水的水質主要指標見表1。

表1 集約化養殖場排放污水的水質指標

3 USR處理工藝

USR是Fannion等在UASB基礎上于1982年開發的，起初應用在城市污水廠初沉污泥和剩余污泥的消化處理，后來也被應用在含高濃度有機固體廢液的厭氧消化處理。它可以認為是UASB的一種變形，適合處理固體含量很高的（含固率可達5%）有機廢水。

從表1可得，養殖污水中懸浮物濃度很高，這對不同類型厭氧反應器的影響不同。諸如UASB等應用懸浮污泥層的工藝，懸浮物將不斷地頂托懸浮污泥層，造成顆粒化厭氧污泥的流失，降低了UASB等工藝的處理效率；對AF等采用填料的工藝，懸浮物及浮渣易使反應器堵塞；而ABR等塞流式工藝，過高的懸浮物使大部分污染物集中在反應器第1級而出現厭氧酸化加劇，造成pH值過低而形成酸敗，并遞延到下一級，直至系統失效。因此在采用這些厭氧工藝時，需進行有效的固液分離和初沉等預處理，確保進入反應器的懸浮物濃度盡可能低。同時，養殖場一般未配備專業環保工程師，這些工藝構造、運行管理較復雜的設施就不適合養殖場技術落后的狀況。

USR的構造如圖1，它不設三相分離器，一般不安裝填料和設置攪拌系統。考慮到養殖場人員的技術素質，在福建省一般采用最容易控制與管理的常溫發酵，并以埋地覆土方式保證冬季時反應器內水溫不低于20℃。反應器通常采用雙截頭圓錐形筒罐，有效水深不小于4m，并強化布水和排渣系統。雖然USR容積負荷可達5kgCOD/m3.d，考慮到養殖場采取干清糞，污水有機物平均濃度6～8g/L，設計時結合后續好氧工藝，采用有機物容積負荷設計值為0.5～1.5kgCOD/ m3.d。而HRT設計取值針對牛與豬排泄物中有機物特點，建議養豬污水HRT取7～15d，養牛污水可延長到20d。強化布水系統可使進水均勻、充分混合，以達到更好發酵效果；動力排渣解決了傳統沼氣池因未設置排渣系統而帶來沼渣沉積的問題。

圖1 USR構造圖

4 USR工藝應用實例

自1998年起，首次將USR應用在福建某果牧農場的養豬污水處理后，至今已有10多個工程實例，以下簡單介紹其中的3個。

4.１福建永泰某果牧農場

該果牧農場養豬場為300頭母豬、近2000頭的仔豬，日污水量約20m3。

設計HRT為15d，采用兩座內徑Φ7m的雙截頭圓錐形USR發酵罐，總高7.6m,有效容積共300m3。進水為泵入穿孔管布水，排渣采用吸渣泵，3～5d排渣10min。

多年運行統計，COD容積負荷0.4～0.6kg/m3.d，去除率達88%左右，產氣量約60m3/d，作為腐竹生產和日常生活能源。到2004年該場關閉前，全場污水經USR和后續4級（約8畝）氧化塘處理后出水COD基本穩定在300mg/L以下。

4.2 福建南平某畜牧養殖有限公司

該公司是一家存欄3600多頭中型養豬場，日污水量80m3。

設計HRT為10d，采用兩座內徑Φ13m的雙截頭圓錐形USR發酵罐，總高10.8m,有效容積共800m3。進水為泵入穿孔管布水，排渣采用高差重力排渣，頻次為5min/d。

該工程采用“USR－多級氧化塘”組合工藝，系統建成后經3個月調試及兩個月穩定運行后，由當地環境監測站連續三天取樣監測，其結果表明處理后出水水質達到GB18596- 2001《國家畜禽養殖業污染物排放標準》中一級排放標準。監測結果見表2。

表2 水質監測數據

4.3 福建某集團公司某牧場

牧場存欄奶牛1700頭，屬于I級規模養殖場。采用干清糞+水沖洗的方式進行牛舍衛生清潔，糞便約30m3/d，污水量200m3/d。

工程采用“固液分離→厭氧消化→田間噴灌”的處理流程，其中固液分離主要撇除圈舍鋪底的稻草和木屑，田間噴灌是利用200畝的青飼料田消納沼液，厭氧消化則采用USR反應罐。

設計HRT為20d，采用四座內徑Φ16m的雙截頭圓錐形USR發酵罐，總高12.8m,有效容積共1600m3。進水為泵入環形穿孔管布水，排渣采用高差重力排渣，頻次為8min/d。容積負荷設計值為1.0kgCOD/m3.d，COD去除率80%，產氣率為0.4m3/kgCODCr產氣量約512m3/d，沼氣作為職工日常生活能源和牛舍的暖水泡料等。該工程自實施以來運行效果一直很穩定。

5 結論

5.1 USR非常適合處理畜禽養殖這類高SS的高濃度有機污水，可獲得較好效果。

5.2 有效水深≥4m，上下錐體傾角20～25°。

5.3 容積負荷0.5～1.5kgCOD/m3.d；HRT建議：養豬污水7～15d，養牛污水可延長為20d。

6 體會

6.1 通過合理設計配備USR進水布水系統和排渣系統，可以確保USR效果的穩定，并克服沼渣的淤積。

6.2 受養殖場專業技術人員不足的限制，目前采用的USR構造較簡單，故效率相對不高。若有條件可在三個方面優化：增設沼氣攪拌；提高有效水深，并在中上部懸掛厭氧填料；增設加溫系統，改常溫發酵為中溫甚至高溫發酵。

[1] 王凱軍，金冬霞等.畜禽養殖污污染防治技術與政策[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2] 胡紀萃，周孟津等.污水厭氧生物處理理論與技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[3] 鄭育毅，USR+一體化氧化溝處理養豬場畜禽污水[J]. 中國給水排水，2006,（2）：68-70.