UASB+活性污泥氧化池技術在豬場污水處理上運行效果分析

姚惠嬌，王紅，溫海霞，常見，張亮，李佳，韋偉

（河北省畜牧總站，河北石家莊050000）

《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》和《河北省2017 年度水污染防治工作實施方案》，明確要求對畜禽糞污資源化利用。由于其污水產生量大、處理困難， 成為畜禽養(yǎng)殖污染治理的關鍵。 河北某豬場采用干清糞工藝，日產污水100 立方米左右，污水處理場采用UASB+活性污泥氧化池處理技術。 本研究對其運行效果進行分析， 主要包括了解豬場污水處理場基本情況、 污水處理效果以及成本的情況等。

1 污水處理廠設計基礎

豬場采用干清糞工藝， 污水主要來源于產房和配種間的沖洗、消毒廢水、生活污水、糞尿污水等，日均排放100 立方米， 污水中含有大量的殘留糞便等， 屬于高濃度有機廢水，具有較強的腥臭味，含有較多的病源微生物， 且污水量日變化較大， 對污水處理設備沖擊負荷較大（見表1）。

表1 設計進出水水質標準

2 污水處理廠基本情況

2.1 污水處理廠工藝流程圖（見圖1）

根據污水特性， 采用預處理+UASB+活性污泥氧化池的處理工藝。

2.2 主要構筑物說明

前處理設備主要包括格柵、格柵池、固液分離機。 通過前處理設備攔截廢水中糞便等大顆粒的物質，通過隔渣池的特殊機構和水中懸浮物的比重不同去除污水中漂浮和比重較大的大顆粒污泥， 人工或者機械清除至糞渣暫存場。 通過固液分離出來的渣清理運走， 廢水進入后續(xù)單元處理。

調節(jié)曝氣池： 因養(yǎng)殖場污水排放很不均勻，可以調節(jié)水質和水量，減少對后續(xù)工段的負荷沖擊，同時，利用污水底泥中所含有的微生物進行酸化水解， 將大分子有機物小分子化，提高污水的COD 去除率。

UASB 厭氧器：污水進入UASB厭氧反應器進行厭氧反應， 大量去除污水中的COD、BOD，將其轉化為水、熱量和沼氣。 產生的沼氣則經過脫硫罐和水封罐直接進入燃煤鍋爐。 設計容積500 立方米，有效容積450 立方米， 水力停留時間72 小時。

兼氧池：池中的厭氧菌和硝化菌在缺氧的條件下，還原硝酸鹽， 釋放出分子態(tài)氮。 對活性污泥氧化池回流污水中的氨氮進行反硝化處理以便去除污水中的氨氮及大分子的有機物。 設計容積170 立方米，有效容積150 立方米， 水力停留時間為HRT=24 小時。

活性污泥氧化池： 活性生物污泥為主凈化污水的工藝， 其特點是活性污泥全部混合在水中， 池中采用鼓風曝氣的方法， 提供微生物氧化有機物所需要的氧量， 并起攪拌混合作用， 池中污水與活性污泥充分混合， 從而實現(xiàn)對有機污水的凈化作用。 設計容積500 立方米，有效容積Q=450 立方米， 停留時間：HRT=72 小時。

2.3 工藝特點

在工藝方面， 本工程采用預處理+UASB+活性污泥氧化池的工藝路線，根據所處地理位置、生產工藝特點， 綜合考慮經濟技術因素確定的，該工藝具有較大的可靠性，同時具有較強的靈活性， 可根據具體的水質情況和季節(jié)變化調整工藝參數和運行方式，以節(jié)省運行成本，保證出水水質。

本工程的核心處理單元厭氧器+兼氧池+活性污泥氧化池在國內食品加工、 畜牧養(yǎng)殖等污水處理中被廣泛應用。

3 運行費用分析

表2 用電負荷表

3.1 電力費用E1 （見表2）

當地每度電費=0.6 元/度每日所需電力費用=351.72 元噸水電耗=2.35 元/噸

3.2 污泥處置費用E2

糞渣可直接作為農肥使用與農田，可外賣。

表3 污水處理工藝進出水水質及去除率

3.3 人工費用E3

污水站定員3 人，按2 班制，每人每月工資2000 元計， 則員工費E3=2000 元/月×3÷（30 天/月×100噸/天）=1.33 元/噸

3.4 費用合計E4

總計E1+E2+E3+E4=2.35+0+1.33=3.68 元/噸

4 污水處理場運行效果分析

在污水處理場設置6 個采樣點分別為：豬舍總出水口、固液分離出水、厭氧反應器、好氧反應器、二次沉淀池以及污水儲存池。 每天早上9:00 采樣，每個樣品重復采2 個樣品，連續(xù)采樣30 天， 經譜尼專業(yè)測試公司按照國標法測試出具報告，經分析主要結果如下：

4.1 工藝進出水水質變化情況（見表3）

由表3 數據可知， 豬舍出水COD、 氨氮和總氮一個月周期內波動相對較小，懸浮物、銅、鋅及糞大腸菌群數波動較大。

由出水水質可知，銅、鋅兩項指標能穩(wěn)定， 二者均達到80%以上去除率，達到灌溉標準，糞大腸菌群有很好的去除效果，去除率為95.61%，但出水中糞大腸菌群數波動較大（350～160000 個/100mL）， 因此需要添加消毒處理設備， 保障出水生物安全性，整套系統(tǒng)中無蛔蟲卵檢出。COD、TP、懸浮物能維持較好較穩(wěn)定的去除效果， 但是出水仍然遠高于灌溉標準。 TN 和氨氮去除率僅64.34%和61.46%，分析水質，可知COD/TN 為4.94±1.11， 缺乏脫氮所需碳源（COD/TN 為8 時污水可生化性較好）， 具有較差的可生化性，是導致污水脫氮效率較低的主要原因。

4.2 各工藝處理段污水去除效果 （見圖2）

理論上固液分離過程去除部分污水中懸浮物， 因此出水濃度應略低于豬舍出水，但COD、TP、懸浮物均有所升高。 在本套系統(tǒng)的主要是貯存池底部污泥未進行定期清理， 潛污泵將底部淤泥同污水一起打入固液分離機， 進水混合液濃度高于豬舍出水， 因此雖然固液分離機有較好的脫泥效果， 而出水懸浮物濃度仍然高于豬舍出水，并且由于COD 和TP 包括溶于懸浮顆粒物的部分， 因此COD 和TP 濃度依然較高，但是TN 及氨氮主要以離子態(tài)存在于污水中， 因此受影響不大。

UASB 理論上各指標均能達到80%左右的去除率，但實際操作過程中各指標厭氧出水均高于其進水。氨氮和TN 去除率較低一是由于后續(xù)好氧工藝氨氧化程度較低， 沒有為厭氧區(qū)反硝化反應提供充足硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮， 二也可能是反應器內酸堿不平衡所致。 由于厭氧過程發(fā)酵產氣使底部淤泥上浮， 取樣過程中懸浮物濃度較高是COD、TP、懸浮物濃度升高的主要原因。 因此，在厭氧處理之后需添加沉淀池， 進一步去除懸浮顆粒物， 降低進入后續(xù)工藝的負荷。

好氧段各指標相對于前兩個工藝均有很高的去除效果， 尤其是COD 和磷。但是脫氮效果較差，僅能達到50%左右的去除率， 而且出水中氨氮濃度占總氮80%左右， 由此可知在污水處理過程中， 尤其是好氧階段，氨氧化不完全，可能原因一是好氧階段曝氣不充分， 二是進水COD/TN 較低， 脫氮過程碳源不足，三是由于厭氧階段過長， 進水碳源不足的條件下額外消耗大量的碳源。 最后沉淀處理，通過重力沉淀作用，使污水中大量懸浮物沉淀，進一步去除污水中污染物。

污水儲存過程相對于系統(tǒng)出水均有不同程度的降低，COD、 氨氮、總氮、總磷、懸浮物、銅、鋅、糞大腸菌群數儲存階段的去除率分別是40.82%、11.88% 、28.53% 、43.25% 、45.38%、73.61%、66.85%、85.07%，因為在儲存過程中微生物會進一步去除內部有機物，并且長時間貯存，通過重力沉降作用使懸浮物進一步沉降， 因此在污水處理過程中設置儲存池是必要的。

污水處理場在實際操作過程中會出現(xiàn)部分問題，比如：貯存池污泥富集， 增加了后續(xù)處理難度；UASB處理效果較差等， 因此污水處理場在長期運行過程中， 需要專業(yè)人員定期維護、馴化等。

綜上所述， 污水處理場采用預處理+UASB+活性污泥氧化池處理技術處理豬場干清糞污水， 設計日處理量150 立方米， 經核算污水處理成本為3.35 元/噸污水。 連續(xù)檢測30 天處理場水樣， 出水能達到較好處理效果，其中COD、氨氮、總氮、總磷、懸浮物、銅、鋅、糞大腸菌群去除率分別為87.55%、61.46%、64.34%、77.65%、90.32% 、81.41% 、89.90% 、95.61%， 但是氨氮和總氮處理效果較差。