豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張峰

摘 要：該文從設(shè)計(jì)水量、進(jìn)出水水質(zhì)、處理工藝流程選擇、關(guān)鍵處理單元設(shè)計(jì)等方面分析了豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。養(yǎng)殖規(guī)模、清糞方式、出水去向、能源利用是影響豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝選擇的關(guān)鍵因素，針對不同類型的兩大類養(yǎng)豬場分別給出了推薦的廢水處理工藝流程。

關(guān)鍵詞：豬場養(yǎng)殖廢水；處理工藝；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號 X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）09-87-04

Key Points of Process Design for Hoggery Wastewater Treatment

Zhang Feng

（Shanghai Greenment Environmental Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200001，China）

Abstract：Key points of process design for hoggery wastewater treatment are analyzed in the aspects of designed water quantity，influent and effluent water quality，treatment process selection and key treatment unit design. The major factors influencing wastewater treatment process selection include breeding scale，dung cleaning manner，effluent destination，and energy utilization. Optimized wastewater treatment processes are recommended for two broad categories of hoggery.

Key words：Hoggery wastewater；Treatment process；Key design point

近年來，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，集約化、規(guī)模化的養(yǎng)豬業(yè)也迅速崛起，由此產(chǎn)生了大量的豬場養(yǎng)殖廢水。養(yǎng)豬廢水主要由豬舍沖洗水構(gòu)成，含豬尿液、糞便、飼料殘?jiān)任廴疚锞哂泄滔嘟M分含量高、有機(jī)質(zhì)含量高、含氮量高等突出特點(diǎn)，如果得不到妥善處理，將會(huì)對周邊地表水環(huán)境、農(nóng)業(yè)生態(tài)甚至飲用水源產(chǎn)生嚴(yán)重危害[1-2]。豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施的建設(shè)以廢水處理工藝的設(shè)計(jì)為龍頭，為了有效解決養(yǎng)豬廢水的環(huán)境污染問題，在廢水處理工藝設(shè)計(jì)中必須抓住處理水量、進(jìn)出水水質(zhì)、處理工藝流程、關(guān)鍵處理單元等若干設(shè)計(jì)要點(diǎn)，確保處理出水達(dá)標(biāo)排放或回用。

1 設(shè)計(jì)水量及進(jìn)出水水質(zhì)

設(shè)計(jì)水量及進(jìn)出水水質(zhì)的確定是整個(gè)廢水處理工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接決定了廢水處理設(shè)施的規(guī)模以及處理工藝的復(fù)雜程度。在豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝設(shè)計(jì)的初始階段，必須根據(jù)實(shí)際情況合理、準(zhǔn)確的確定好廢水處理裝置的設(shè)計(jì)水量及進(jìn)出水水質(zhì)參數(shù)。

1.1 設(shè)計(jì)水量 豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)水量主要由養(yǎng)殖規(guī)模及其清糞工藝決定，在設(shè)計(jì)中一般應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖場實(shí)際產(chǎn)生的廢水水量或者參考用水水量確定。在沒有實(shí)測水量的情況下可根據(jù)豬的存欄量情況選用表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到[3]。由表1可知，豬場養(yǎng)殖廢水的水量隨季節(jié)變化波動(dòng)較大，由于夏天天氣炎熱，豬舍沖水量增加，廢水量在這個(gè)季節(jié)一般最大，為保證廢水處理設(shè)施在全年均能有效運(yùn)行，在設(shè)計(jì)中首先需要以夏季的廢水產(chǎn)生量作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水量，同時(shí)在設(shè)計(jì)中也需要考慮廢水處理設(shè)施的操作彈性，使得各處理單元的水力負(fù)荷可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，確保廢水處理設(shè)施能適應(yīng)水量的季節(jié)性變化。此外，由于豬舍沖水操作的間歇性，使得豬場養(yǎng)殖廢水流量的日變化情況也較為顯著，這點(diǎn)在設(shè)計(jì)中也必須得到充分重視，通常可作為廢水調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)依據(jù)考慮。

表1 豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施設(shè)計(jì)水量

[季節(jié)＼&設(shè)計(jì)水量（m3/100頭·d）＼&干清糞工藝＼&水沖糞工藝＼&冬季＼&1.2＼&2.5＼&夏季＼&1.8＼&3.5＼&春、秋季＼&1.5＼&3.0＼&]

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) 豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)主要受清糞工藝及沖水量的影響，一般應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖場實(shí)際的排放廢水水質(zhì)或者參考同一地區(qū)類似養(yǎng)殖場的廢水水質(zhì)確定。在沒有實(shí)測或參考數(shù)據(jù)的情況下可選用表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到[4]。在沒有BOD5濃度數(shù)據(jù)的情況下，豬場養(yǎng)殖廢水BOD5/CODCr值可取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0.4～0.6。由表2可知，豬場養(yǎng)殖廢水中各水質(zhì)指標(biāo)濃度均變化較大，夏季由于廢水量大，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)可以取相對較低值，而冬季廢水量較小，進(jìn)水水質(zhì)可以取相對較高值，由于養(yǎng)豬廢水中污染物負(fù)荷量基本不會(huì)隨季節(jié)交替而發(fā)生明顯變化，設(shè)計(jì)中還可考慮將春秋季的廢水量與上表中的污染物平均濃度相乘得到一個(gè)統(tǒng)一的污染物負(fù)荷量作為全年各個(gè)時(shí)段的進(jìn)水指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表2 豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

[水質(zhì)指標(biāo)＼&設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)（mg/L）＼&干清糞工藝＼&水沖糞工藝＼&pH（無量綱）＼&6.3～7.5＼&CODCr＼&2510～2770

平均2640＼&15600～46800

平均21600＼&NH3-N＼&234～288

平均261＼&127～1780

平均590＼&TN＼&317～423

平均370＼&141～1970

平均805＼&TP＼&34.7～52.4

平均43.5＼&32.1～293

平均127＼&]

1.3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì) 豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)出水水質(zhì)主要由廢水排放去向決定。一般排入普通地表水體的排水水質(zhì)應(yīng)滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001）要求，處理后用于農(nóng)田灌溉的出水水質(zhì)應(yīng)滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-1992）要求，具體如表3所示。如果養(yǎng)殖場所在地方有針對豬場養(yǎng)殖廢水的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，則出水水質(zhì)應(yīng)該執(zhí)行地方標(biāo)準(zhǔn)。此外，豬場養(yǎng)殖廢水如果選擇最終通過生態(tài)還田等方式進(jìn)行綜合利用，那么處理設(shè)施的設(shè)計(jì)出水水質(zhì)至少應(yīng)該滿足無害化處理的標(biāo)準(zhǔn)，如出水衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)應(yīng)滿足《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB7959-87）標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施設(shè)計(jì)出水水質(zhì)[3，5]

[指標(biāo)＼&出水水質(zhì)要求 （mg/L）＼&排入普通地表水體＼&農(nóng)田灌溉＼&水作＼&旱作＼&蔬菜＼&pH（無量綱）＼&＼&5.5～8.5＼&CODCr＼&400＼&200＼&300＼&150＼&BOD5＼&150＼&80＼&150＼&80＼&NH3-N＼&80＼&12 （TKN）＼&30（TKN）＼&30（TKN）＼&SS＼&200＼&150＼&200＼&100＼&TP＼&8＼&5＼&10＼&10＼&糞大腸菌群（個(gè)/L）＼&10000＼&10000＼&蛔蟲卵（個(gè)/L）＼&2＼&2＼&]

2 處理工藝流程

2.1 工藝流程選擇依據(jù) 廢水處理工藝流程的選擇是整個(gè)廢水處理設(shè)施處理工藝設(shè)計(jì)的核心。在選擇豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝時(shí)需要考慮如下幾個(gè)關(guān)鍵因素：

2.1.1 養(yǎng)殖規(guī)模 養(yǎng)豬場的規(guī)模直接決定了豬場養(yǎng)殖廢水的水量。一般大規(guī)模的養(yǎng)豬場優(yōu)先考慮以物化處理+生物處理為主的綜合處理工藝路線，而小規(guī)模養(yǎng)豬場的廢水則可以因地制宜的選擇人工濕地、穩(wěn)定塘和土地處理等運(yùn)行管理簡便、經(jīng)濟(jì)可行的自然處理工藝技術(shù)或者沼氣池厭氧發(fā)酵、沉淀池+砂濾池等簡易廢水處理方式。

2.1.2 清糞方式 養(yǎng)豬場的清糞方式對豬場養(yǎng)殖廢水的水質(zhì)有很大的影響，采用干清糞工藝的豬場養(yǎng)殖廢水中污染物的濃度要大大低于采用水沖糞工藝的廢水中污染物的濃度。干清糞工藝廢水在處理時(shí)可以考慮采用以固液分離+好氧處理為主的處理工藝流程，而水沖糞工藝廢水的處理宜優(yōu)先選用固液分離+厭氧生化處理+好氧生化處理為主的處理工藝流程。

2.1.3 出水去向 豬場養(yǎng)殖廢水的最終去向則決定了處理出水需要達(dá)到的水質(zhì)指標(biāo)，從而影響到整個(gè)廢水處理工藝流程的設(shè)計(jì)。一般來講，如果處理出水可以進(jìn)行生態(tài)還田等綜合利用，則豬場養(yǎng)殖廢水經(jīng)厭氧生化處理后形成的沼液就能達(dá)到無害化處置標(biāo)準(zhǔn)，可以直接進(jìn)行綜合利用。如果處理出水需要達(dá)標(biāo)排放，單單通過厭氧生化處理是無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求的，一般會(huì)采用好氧生化處理對沼液進(jìn)行進(jìn)一步的處理，使得處理出水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，由于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》對于氨氮以及有機(jī)氮的控制要明顯嚴(yán)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，因此如果豬場養(yǎng)殖廢水處理出水最終將作為農(nóng)田灌溉用水回用，則選用的好氧生化處理要求具有較高的脫氮功能。

2.1.4 能源利用 廢水厭氧處理會(huì)有大量沼氣產(chǎn)生。如果養(yǎng)殖場附近有較大的能源需求，廢水處理過程產(chǎn)生的沼氣可以得到充分利用，那么豬場養(yǎng)殖廢水可以不經(jīng)固液分離直接進(jìn)行厭氧生化處理，從而保證廢水中大量有機(jī)質(zhì)均能進(jìn)行厭氧消化處理，產(chǎn)生最大量的沼氣，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。相反，如果廢水處理設(shè)施產(chǎn)生的沼氣無法或者不能充分利用，那么在對豬場養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理時(shí)宜先通過固液分離去除部分有機(jī)質(zhì)，降低厭氧生化處理的負(fù)荷；對于厭氧處理工段，根據(jù)實(shí)際情況也可以考慮改為水解酸化工段，以控制沼氣的產(chǎn)生。

2.2 推薦工藝流程 在設(shè)計(jì)豬場養(yǎng)殖廢水處理工藝時(shí)，應(yīng)綜合考慮養(yǎng)殖規(guī)模、清糞方式、排水去向以及周邊能源利用特征的具體實(shí)際情況，在實(shí)現(xiàn)綜合利用或達(dá)標(biāo)排放的前提下優(yōu)先選用投資運(yùn)行成本合理的處理工藝。在處理工藝選擇時(shí)同時(shí)還應(yīng)兼顧處理工藝的運(yùn)行靈活性、操作方便性、處理效果穩(wěn)定性、潛在二次污染等問題。對于中小規(guī)模的干清糞養(yǎng)豬場，豬場養(yǎng)殖廢水推薦采用如圖1的處理工藝，其中水解酸化系統(tǒng)可以根據(jù)前道固液分離的效果以及廢水水質(zhì)的可生化性等因素進(jìn)行選用（圖1）。

圖1 推薦廢水處理工藝1

對于較大規(guī)模的干清糞養(yǎng)豬場或者具有一定規(guī)模的水沖糞養(yǎng)殖場，豬場養(yǎng)殖廢水推薦采用如圖2的處理工藝，其中固液分離設(shè)施可以根據(jù)周邊沼氣利用需求情況選用（圖2）。

3.4 厭氧處理 厭氧處理是在無氧條件下借助厭氧微生物的作用對廢水進(jìn)行處理。整個(gè)厭氧處理的全過程包括水解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷4個(gè)階段，每個(gè)階段分別由不同的厭氧微生物作用完成。首先，非溶性高分子有機(jī)物如蛋白質(zhì)、油脂等在胞外水解酶作用下，可分解為可溶性小分子有機(jī)物如氨基酸、糖、長鏈脂肪酸、甘油等；產(chǎn)酸菌分泌水解酶可以將難生物降解的可溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性脂肪酸和乙醇；然后，在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，揮發(fā)性脂肪酸和乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸或H2和CO2；最后，在產(chǎn)甲烷菌的作用下，乙酸或H2和CO2轉(zhuǎn)化為CH4[6]。廢水厭氧處理可以僅利用厭氧過程的前面2個(gè)階段，即所謂的水解酸化處理，也可以利用包括全部4個(gè)階段在內(nèi)的全過程處理，即通常所說的厭氧生化處理。水解酸化處理工藝簡單，操作方便，可以有效提高廢水的可生化性，并去除廢水中部分有機(jī)污染物。厭氧生化處理對有機(jī)污染物物降解的更為徹底，廢水中大部分有機(jī)物可以通過產(chǎn)CH4的形式去除，COD去除率更高，但是厭氧生化處理需要配套沼氣處理設(shè)施，工藝復(fù)雜，操作不變，對pH、水溫、進(jìn)水水質(zhì)等環(huán)境因素也比水解酸化要有更高的要求。

豬場養(yǎng)殖廢水屬于高有機(jī)物濃度、高氮磷含量的廢水，通常單獨(dú)采用好氧生化處理方法很難達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效的效果，因此厭氧技術(shù)也就成豬場養(yǎng)殖廢水處理中一種不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。對于采用干清糞工藝中小規(guī)模養(yǎng)豬場，廢水中COD濃度相對較低，在采用了高效的固廢分離設(shè)施的情況下，可以選擇水解酸化處理作為后道好氧生化處理的預(yù)處理手段，以提高廢水的BOD5/CODCr值，提高后續(xù)好氧生化處理的效果。對于大規(guī)模的特別是采用水沖糞的養(yǎng)豬場，則宜選用全過程的厭氧生化處理工藝，在實(shí)現(xiàn)廢水無害化處置的同時(shí)大幅去除廢水中有機(jī)污染物，同時(shí)產(chǎn)生可作能源利用的沼氣，有效降低后續(xù)好氧生化處理的污染負(fù)荷。

水解酸化工藝的水力停留時(shí)間宜在12～24h。對于未經(jīng)固液分離的廢水的厭氧生化處理，可以優(yōu)先考慮全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）、升流式固體反應(yīng)器（USR）及推流式反應(yīng)器（PFR），厭氧消化溫度以35℃左右為宜，水力停留時(shí)間以5～10d為宜。而對于經(jīng)過固液分離后的廢水的厭氧生化處理，可以采用升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、復(fù)合厭氧反應(yīng)器（UBF）、厭氧過濾器（AF）及折流式反應(yīng)器（ABR），厭氧消化溫度以20℃左右為宜，水力停留時(shí)間以4～6d為宜。

3.5 好氧處理 豬場養(yǎng)殖廢水中各類污染物濃度較高，厭氧反應(yīng)出水一般難以直接達(dá)到排放或回用（下轉(zhuǎn)98頁）（上接89頁）標(biāo)準(zhǔn)，因此仍需好氧處理方法對厭氧出水進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)處理。好氧生化處理是在有氧條件下利用好氧微生物的同化作用和異化作用對廢水進(jìn)行處理，以去除廢水中的有機(jī)物、氮磷等污染物。相比厭氧處理，好氧生化處理能夠更為徹底的去除廢水中的污染物，確保處理出水達(dá)標(biāo)排放或回用。由于豬場養(yǎng)殖廢水中氨氮和總磷濃度很高，在選擇好氧生物處理工藝時(shí)宜優(yōu)先選用具有生物脫氮除磷功能的處理工藝，如氧化溝工藝、厭氧/缺氧/好氧工藝（A/A/O）、循環(huán)式活性污泥法（CAST）等。好氧反應(yīng)器的活性污泥負(fù)荷宜為0.03～0.08kg BOD5/kg MLVSS·d，污泥濃度宜為2.5～4g MLSS/L。根據(jù)實(shí)際情況可以將好氧反應(yīng)器設(shè)計(jì)成生物膜法，以提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量，強(qiáng)化處理效果。此外，在條件允許的前提下還可以對好氧生化處理出水進(jìn)行人工濕地、土地處理或穩(wěn)定塘等自然生物處理工，以進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

3.6 消毒 豬場養(yǎng)殖廢水經(jīng)處理后向地表水體排放或者回用的，應(yīng)進(jìn)行紫外線、臭氧、雙氧水等非氯化消毒處理，確保出水衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)論與建議

豬場養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)緊密抓住廢水的處理水量和進(jìn)出水水質(zhì)情況，根據(jù)豬場養(yǎng)殖規(guī)模、清糞方式、出水去向及周邊能源利用情況選擇合理的廢水處理工藝流程，并做好各個(gè)核心處理單元的工藝設(shè)計(jì)，確保處理出水達(dá)標(biāo)排放或回用。對于中小規(guī)模的干清糞養(yǎng)豬場，建議采用沉淀+水解酸化+好氧生化處理為主的廢水處理工藝流程，對于較大規(guī)模的干清糞養(yǎng)豬場或者具有一定規(guī)模的水沖糞養(yǎng)殖場，建議采用機(jī)械固液分離+厭氧生化處理+好氧生化處理為主的廢水處理工藝流程。

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（責(zé)編：張宏民）