固液分離-氣浮系統-UASB-二級A/O工藝處理生豬養殖廢水工程實例

姜剛村,趙正丹

(1.山東萬晟工程設計有限公司,山東 濟南 250102;2.山東凱泰科技股份有限公司,山東 青島 266034)

畜禽養殖業是農業的重要組成部分,其發展水平是一個國家農業發達程度的重要標志。隨著經濟的發展和人民生活水平的提高,畜產品特別是作為我國主要肉類食品的豬肉需求進一步擴大,根據2020年《中國統計年鑒》數據表明,截至2019年底,中國牛的數量為9.138×107頭,羊的數量為3.007×108只,肉豬年出欄5.442×108頭,年底存欄3.103×108頭[1]。

畜禽養殖業不斷發展的同時,也導致畜禽糞便排放增加,畜禽糞污排放是造成農業面源污染的首要原因,同時也是造成水體富營養化的主要原因[2]。目前畜禽養殖的主要形式是規模標準化養殖,這種養殖模式便于建立集約式的污水處理系統,不僅可以提高處理效率,而且可以降低成本,減少占地,統籌處理后的污水回用于農業生產[3]。

1 工程概況

本項目位于山東省東營市,生產規模存欄750頭祖代母豬、6 000頭父母代母豬、48 000頭育肥豬,年出欄18萬頭商品豬。采用重力干清糞:豬舍地面采用水泥糞漏地板,漏縫板將豬舍分為兩部分,漏縫板以上為豬生活區域,漏縫板以下設置糞污儲存池。豬生活在漏糞板上面,下面為懸空部分,豬產生的糞尿通過漏糞板直接漏糞進入到地下部分。采用重力流的方式通過虹吸管道將豬糞水輸送至污水處理系統。

項目產生的廢水全部進入廠區污水處理系統,主要處理工藝:固液分離機+氣浮裝置+UASB反應器+兩級A/O反應池,出水達到《農田灌溉水質標準》(GB 5084—2005),最后進入氧化塘暫存,用于農田灌溉及廠區綠化。綜上,本項目實現糞污廢水零排放、保護生態環境。

2 設計規模及水質

本項目屬于新建項目,根據環評資料及業主的其他類似項目,并參考《畜禽養殖場(戶)糞污處理設施建設技術指南》附件一:單位畜禽糞污日產生量參考值,確定廢水處理規模為510 m3/d,處理后的水質達到《農田灌溉水質標準》(GB 5084—2005)中旱作(作物種類)排放標準,具體的設計進水和出水水質指標見表1。

表1 設計進、出水水質

3 工藝流程設計

3.1 廢水特征分析

生豬養殖廢水中含有高濃度的有機物、氮及懸浮物和大量的致病菌、殘余獸藥等污染物質,組成十分復雜[4];廢水可生化性較好,均采用厭氧-好氧工藝處理[5-6],可較低成本的實現高有機物質的去除;集約化養殖場一般沖洗時間較為固定,造成廢水排放較為集中,污水的沖擊負荷較大。

3.2 工藝確定

畜禽養殖廢水通常采用組合處理工藝,采用物化預處理、厭氧處理、好氧生物處理及深度處理技術等[7-9],處理出水達標的同時,通過厭氧產沼氣而回收能源,污泥堆肥資源化等[10-12]。考慮本項目實際情況, 結合同類廢水的工程經驗,確定其污水處理以生化為主,主要工藝為:固液分離+氣浮系統+UASB+二級A/O,具體工藝流程見圖1。此工藝不僅可以將處理后的廢水用于農田灌溉,而且可以回收部分固體糞污作為肥料,同時厭氧產生沼氣,又可以回收部分能源。

圖1 工藝流程圖

豬場廢水首先經過預處理后進入后續的生化主體處理單元進行處理。預處理系統主要包括機械格柵、固液分離、混凝沉淀池1、氣浮池、調節池。機械格柵和固液分離系統主要通過物理篩分和密度差去除較大的懸浮物,絮凝沉淀和氣浮主要通過投加藥劑,使小的懸浮物絮凝為絮狀懸浮物,通過重力和氣體的浮力去除懸浮物,調節池用以調節水量。經過預處理的廢水可以保證生化系統進水水質和水量的穩定,保證生化系統的正常運行。

廢水在調節池末端泵送入UASB系統,UASB內設置進水布水系統、反應區、三相分離器和氣室,外設保溫層以保證厭氧所需的溫度。厭氧微生物通過新陳代謝去除70%～80%的有機物,同時產生沼氣[13],沼氣經過收集、脫水、凈化后進入氣柜暫存,通過鍋爐焚燒,蒸汽可供冬季UASB加熱或者豬場供熱使用,多余的沼氣通過火炬放空燃燒。

UASB出水進入兩級AO池、二沉池系統、絮凝沉淀2及消毒池。AO組合生化池中,有機物被大量降解,同時廢水中的氨氮在微生物硝化作用下轉化為硝態氮,并進一步轉化為氮氣得以去除。后續泥水分離系統通過二沉池和絮凝沉淀池2,進一步去除懸浮物、總磷等,保證出水達標。最終出水經消毒、暫存后,用于農田灌溉。

污水處理系統產生的剩余污泥經疊螺機脫水,泥餅含水率達到80%后與豬場其他固廢一同處理。

4 主要單體設計

1)格柵渠、集水池及固液分離。集水池與格柵渠合建,設計尺寸:11.0 m×6.9 m×5.5 m,有效水深1.7 m,格柵規格:B=600 mm,柵距5 mm,安裝角度72°。集水池停留時間6.0 h,安裝攪拌機2臺,功率8 W/m3,提升泵2臺(1用1備),離心式固液分離機2臺。

為了確保基層農村河道清淤施工的質量，在確定清淤施工所用施工技術的基礎上，需要做好必要的施工準備工作，為后續的施工奠定良好條件。具體準備工作要點如下，一是做好施工布置。要本著因地制宜、經濟合理和可靠安全等原則，立足于基層農村河道清淤的實際情況，嚴格依據施工招標文件等來做好施工布置工作。二是組織設計單位、建設單位及監理單位等做好水準點和控制點等的施工測量與放樣工作，確保相關淤泥清除表面標高等控制的準確性。三是要做好河道清淤施工中所用設備的良好運行和維護管理，確保設備運行狀態良好，為后續的河道清淤奠定良好的施工基礎。

2)絮凝沉淀池1、氣浮池。設計尺寸:7.05 m×7.00 m×5.35 m, 沉淀區負荷0.43 m3/(m2·h)。泥斗60°,污泥泵2臺,溶氣氣浮機1臺,處理量50 m3/h。

3)調節池。設計尺寸:16.0 m×7.0 m×5.35 m,有效水深4.1 m,停留時間21.6 h,安裝攪拌機2臺,功率6 W/m3,提升泵2臺(1用1備),離心式固液分離機2臺。

4)UASB 厭氧系統。厭氧罐1臺,Φ16.0 m×13.0 m,有效容積2 470 m3,停留時間4.8 d,負荷4.8 kg/(m3·d),配套UASB加熱盤管、三相分離器、布水器、UASB循環泵2臺及罐體保溫。

5)A/O反應池。設計總尺寸為:40.8 m×20.0 m×6.0 m,有效水深5.25 m,總停留時間201.6 h,其中一級A池停留時間32.6 h,一級O池停留時間111.9 h,二級A池停留時間12.2 h,二級O池停留時間44.9 h。有機負荷為0.14 kg/(m3·d),設計混合液回流比為300%～400%, 污泥回流比為100%,氣水比為90∶1。采用提升懸掛鏈曝氣器,工作通氣量20～40 m3/(h·套),服務面積5～10 m2/套,潛水攪拌機4臺, 混合液回流泵2 臺(1 用1 備),鼓風機2臺。

6)二沉池。設計尺寸為:8.62 m×8.62 m×6.0 m,有效水深4.8 m,表面負荷為0.29 m3/(m2·h)。配套污泥泵2 臺,中心傳動刮泥機1臺。

7)絮凝沉淀2。設計尺寸為:9.5 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.8 m,其中沉淀區7.1 m×7.5 m×6.0 m,表面負荷為0.40 m3/(m2·h)。配套污泥泵2臺,加藥系統2套,曝氣混合。

8)消毒池及氧化塘。消毒池設計尺寸為:1.0 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.5 m,消毒接觸時間1.59 h,配套次氯酸鈉投加裝置,投加量100 mg/L。氧化塘2座,單座容積23 046 m3。

10)沼氣系統。包括沼氣凈化系統1套(脫水、脫硫),600 m3氣柜1套,鍋爐系統1套(沼氣、天然氣、油三用),火炬系統1套。

5 運行情況

豬場運行正常后,污水系統經過半年的調試,目前運行穩定:進水量450～500 m3/d,出水達到設計指標,具體見表2。

表2 運行結果(平均值)

6 經濟分析

工程直接投資1 016萬元,其中土建工程589萬元,安裝工程95萬元,設備費用292萬元,設計、調試及其他費用40萬元,噸水投資1.99萬元。直接運行成本2.89元/m3,其中電費1.39元/m3、人工費1.30元/m3、藥劑費0.2元/m3。

7 結論

(1)根據養殖污水的特點,預處理是生化長期、穩定運行的保障,本項目采用“格柵+固液分離+混凝反應+氣浮池+調節池”工藝作為預處理,可以有效地去除大量懸浮物和調節水質水量,保證了生化系統進水的穩定性,沼氣產生的連續性,同時產生的固體糞污可以用于堆肥。

(2)“UASB+二級AO”工藝能夠有效地處理養殖廢水,出水穩定達到了水質達到《農田灌溉水質標準》(GB 5084—2005)中旱作(作物種類)排放標準。

(3)本項目運行后,每年可削減CODCr約2 764.3 t,BOD5約1 107.6 t,SS約1 297.5 t,氨氮約137.8 t。