能源生態型沼氣工程在處理規模化養豬場廢水中的應用

劉姿余

摘要 以龍海市某規模化養豬場為例，闡述沼氣工程在規模化養豬場廢水處理中的應用。結果表明：USR能源生態型沼氣工程處理規模化養豬場養殖廢水，具有設計合理、結構簡單、管理方便、運行穩定、治污效果好等特點，經濟、社會、能源生態效益顯著。

關鍵詞 能源生態型沼氣工程；規模化養豬場；廢水處理

中圖分類號 X713 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）14-0218-01

規模化養豬場養殖廢水中含有大量的CODcr、氨氮和病原體等污染物，對水體、大氣環境、農田及作物等易造成嚴重污染。而發展沼氣工程建設是解決生豬養殖污染，實現畜禽糞便資源化、減量化和無害化的最經濟有效途徑之一[1-2]。

規模化養豬場沼氣工程建設要根據沼氣工程的目的和周邊環境條件的不同，選擇能源生態型模式或能源環保型模式。能源生態型模式是利用沼氣工程周邊的農田、魚塘等消納經沼氣發酵后的沼渣、沼液，使沼氣工程成為生態農業園區的紐帶。與能源環保型模式相比較而言，能源生態型模式具有投資費用較低、運行費用較低、處理標準較低、運行管理簡單、生態經濟效益較高等優點，是一種理想的污水治理工藝模式[3-4]。規模生豬養殖場一般遠離村莊，周圍有花卉苗木基地、果園、農田、魚塘等土地，可供消納沼渣、沼液，因此龍海市主推能源生態型沼氣工程作為規模化生豬養殖場養殖廢水污染治理模式。現以龍海市某規模化養豬場沼氣工程為例，介紹USR（升流式固體厭氧反應器）能源生態型沼氣工程在處理養殖廢水中的應用，以期為規模化養豬場沼氣工程建設提供技術指導。

1 USR能源生態型沼氣工程

1.1 養豬場沼氣工程概況

龍海市某規模化生豬養殖場位于白水鎮，屬亞熱帶氣候，年均氣溫21 ℃。全場占地逾4 hm2，常年商品豬存欄約6 000頭，周圍山地主要有林地、果園和花卉苗木種植基地等。綜合考慮養殖規模、周圍環境和運行成本等因素，采用以USR系統為核心的能源生態型處理工藝，實施“豬—沼—林（果）”模式。沼氣工程于2009年啟動建設，2010年10月投入使用，至今連續運行正常穩定。

1.2 污水水質與工藝流程

養豬場日產豬糞13.2 t，日排糞污水約1 200 t。為減輕系統處理壓力，采用人工清糞，日產日清，清除率達80%。日沖洗豬舍2次，沖欄污水集中排放到集污池，污水水質如下：CODcr 6 000 mg/L、SS 3 098 mg/L、NH3-N 550 mg/L、總P 102 mg/L，pH值6.91。

廢水處理工藝流程：干揀糞便——污水收集——水解酸化——厭氧消化——沉淀過濾——沼液貯存——農田消納（溝灌、管灌、噴灌等）及三級跌落式氧化塘好氧凈化。經厭氧消化處理后沼液大部分作為液體有機肥利用，部分經氧化塘進一步好氧處理后作為魚塘補充水。具體工藝流程如圖1所示。

1.3 USR反應器工藝特點

USR反應器的工作原理是原料從底部進入消化器內，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的有機物固體顆粒和沼氣發酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期（SRT）和微生物滯留期（MRT），從而提高了固體有機物的分解率和消化器的效率。USR反應器具有運行操作簡單、穩定，有機物降解率高等特點。

2 主要工程構筑物設置

2.1 格柵設置

為了防止污水中的雜物進入厭氧池引起管道堵塞，在沉砂池前設置2道格柵，一粗一細，粗格間隙25～40 mm、細（下轉第220頁）

（上接第218頁）

格間隙15 mm，規格60 mm×70 mm，攔截豬糞污水中較長纖維、毛等雜物，人工定時清理格柵表面雜物。污水過柵流速一般為0.5～0.8 m/s，格柵傾角為45～75°。

2.2 酸化池

容積為250 m3。主要功能是水解和酸化作用，并對污水的水質、水量進行有效調節。為了能夠再適當降低污水濃度，池子設計為平流沉淀的形式，下底部沉淀污渣定期排到干化場，而上清液采用穿孔管集水方式導入厭氧消化器。

2.3 厭氧消化器

反應器總有效容積1 800 m3，4座450 m3的USR反應器串聯運行。池體為雙截頭圓錐形密閉筒罐形式、鋼筋混凝土地下結構，池底部設有布水管，保證進水均勻，同時起到攪拌作用；池體上部增設軟纖維填料起到了固著污泥的作用，以提高厭氧發酵效率。USR反應器主要設計參數如下：發酵溫度25 ℃、水力滯留期15 d、TS濃度3.5%、CODcr負荷1.5 kg/m3·d、產氣率0.3～0.4 m3/m3·d。

2.4 氧化塘設計

因受生豬存欄數、種植數量、季節等因素影響，系統產生的沼液有時無法全部用于還田，但又不能直接排放，因此本系統又增設10 000 m3的跌落式氧化塘，分成3級，平均水深不超過2.2 m。一方面利用地勢高差形成重力流動，并自然充氧；另一方面水生植物生長過程中需要吸收N、P等營養元素，可提高生物氧化塘去除CODcr和NH3-N的能力。

2.5 沼液灌溉設施

為了方便沼液施肥和灌溉，鋪設一套管道（PVC壓力管），由2套污水泵抽送到各耕地片區地勢最高點，然后回流灌溉。

3 工程運行治理效果

工程穩定運行后，每日產氣量穩定在450 m3左右，USR反應器CODcr 去除率達80%。經檢測，處理后貯液池的水質符合糞便無害化衛生標準（GB7959—87），并富含氨基酸及速效N、P、K作物營養，可直接作為液體肥料進行利用；氧化塘污水排放口污染物指標為：CODcr<400 mg/L、SS<200 mg/L、NH3-N<80 mg/L、總P<8.0 mg/L、pH值7.72、糞大腸菌群數 <10 000個/mL。廢水經本工程處理后，出水的水質可以達到《畜禽養殖業污染物排放標準（GB18596-2001）》。endprint

4 效益分析

4.1 經濟效益

4.1.1 沼氣。年產沼氣16.4萬m3，全部收集用于豬場生產生活用能和沼氣發電，沼氣按1元/m3計，折合人民幣16.4萬元。

4.1.2 沼液。經過USR處理后產生的沼液是農作物優質液體肥料。將沼液施用于綠化苗和果樹，可以促進植物增長，提升水果品質。根據實際運行核算，可利用沼液施肥13.33 hm2，以年均節省化肥農藥費9 000元/hm2算，則節省費用約 12.0萬元。

4.1.3 糞渣。配置一套豬糞速酵設備，用于豬糞、沼渣加工成有機粗肥出售給果園、花卉苗木種植基地等。經核算，年產有機粗肥1 500 t，按市價100元/t計，折合人民幣15萬元。

4.2 生態環境效益

項目實施后，養殖場建成以種植業為基礎，養殖業為主體，沼氣為紐帶，促進能源物流良性循環的生態養殖場，明顯改善農業生態環境，有利促進可持續發展。豬場污水經過厭氧發酵后，大大降低有機質含量，有效消滅污水中的病菌、寄生蟲卵。日產沼氣450 m3，可替代標煤297 kg，有效減排CO2、SO2、煙塵等不良氣體，環境效益十分明顯。提供沼液、沼渣、豬糞等優質有機肥料，可減少化肥、農藥用量，改善土壤理化性狀，有利于農作物增產、增收，促進無公害農產品、綠色食品和有機食品發展。

5 結論

由以上分析可知，規模化養豬場采用USR能源生態型沼氣工程處理豬糞污水，能夠很好地實現污染物“無害化、能源化、減量化、資源化” 利用目的，取得良好的經濟效益、社會效益、能源生態效益。截至目前，我市已建成149處小型沼氣工程和3處大中型沼氣工程，這些已建成的沼氣工程，由于有的建成年份較早、有的未請專家設計等原因，因此存在厭氧消化器落后、“三沼”利用不充分等問題。因此，相比較而言，此場在治理糞污模式具有以下幾個可借鑒的地方：一是采用USR厭氧消化器，具有消化器內污泥濃度高、處理效率高、產氣率高、能耗少、維護費用低、運行穩定、管理方便等優點。二是養殖場購置沼氣發電設備，可以把未用完的沼氣用來發電，既節約養殖場用電費用，又避免沼氣排空造成大氣二次污染。三是龍海市氣候溫和，果樹、花卉苗木等種植業發達，對粗肥需求量大。養殖場配置豬糞速酵設備，對糞渣加工成有機粗肥出售給果園、花卉基地等，比直接把糞渣賣給有機肥料廠加工的收入更高，從而增加養殖場的收入。

6 參考文獻

[1] 鄧良偉，蔡昌達，陳鉻銘，等.豬場廢水厭氧消化液后處理技術研究及工程應用[J].農業工程學報，2002（3）：92-94.

[2] 崔理華，陳智營.國內外規模化豬場廢水處理組合工藝進展[J].農業環境保護，2000（3）：188-191.

[3] 楊朝暉，曾光明，高鋒，等.固液分離—UASB—SBR工藝處理養豬場廢水的試驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2002（6）：95-99.

[4] 楊朝暉，曾光明，陳信常，等.規模化養豬場廢水處理工藝的研究[J].環境工程，2002（6）：19-21.endprint