畜禽养殖场粪水及粪便治理工艺设计及方案

畜禽养殖场粪污的治理技术综述介绍

1 污染状况

近年来畜禽养殖业迅猛发展，并逐步形成系列化、专业化生产，与此同时也带来了一系列的环境问题，如2000年北京市规模化养殖场产生的畜禽粪便为600×104t，加上集约化生产的冲洗水，废水排放量达3000×104t/a。据监测，养殖场废水的COD超标50～60倍，BOD超标70～80倍，SS超标12～20倍，若未经处理就地排放，则将在城市周围形成严重的面源污染。

在这种形势下，国内养殖业污染控制迫切需要经济实用的技术支持以使畜禽养殖场粪污向无害化、减量化、资源化方向发展。

2 污染控制

2.1 堆肥

堆肥技术是在自然环境条件下将作物秸秆与养殖场粪便一起堆沤发酵以供作物生长时利用。堆肥作为传统的生物处理技术经过多年的改良，现正朝着机械化、商品化方向发展，设备效率也日益提高。

2.2 好氧处理

①曝气

20世纪70年代日本采用好氧间歇曝气技术对养猪废水进行了有效治理，并开发出一系列相关设备。近年来澳大利亚在传统鼓风曝气装置上又开发出简单实用的多种浅层射流曝气装置。总体而言，养殖业污染控制领域中的好氧技术正朝着高效、实用、经济、操作简便的方向发展。

②接触氧化

接触氧化技术早已被用来处理各种不同浓度的有机污水，其本质是利用填料上的微生物对有机物进行氧化分解，从而实现对污水的净化。英国近年采用接触氧化技术对猪粪浆进行了处理，并开发出结构和性能很好的新型填料，其对COD的去除率达90%以上，对BOD也有较高的去除效果。

③SBR

序批式活性污泥法是基于传统的Fill—Draw系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺，近年来引起许多学者的高度重视，现已被广泛用于城市污水、食品加工废水等的处理。试验结果表明，猪粪水经过固液分离、厌氧消化两级处理后进入SBR好氧系统，其对COD的去除率可达70%，对BOD的去除率可达80%以上，出水可达标排放。

2.3 厌氧处理

目前用于处理养殖业粪污的厌氧工艺很多，其中较为常用的有以下几种：

①厌氧滤器(AF)

1969年由Young和McCarty首先提出，1972年国外开始在生产上应用。我国于20世纪70年代末期开始引进并进行了改进，其沼气产率可达3.4m3/(m3·d)，甲烷含量可达65%。

②上流式厌氧污泥床(UASB)

1974年由荷兰著名学者Lettinga等提出，1977年在国外投入使用。1983年北京市环境保护科学研究所与国内其他单位进行了合作研究，并对有关技术指标进行了改进，其对有机污水COD的去除率可达90%以上。

③污泥床滤器(UBF)

是UASB和AF的结合，具有水力停留时间短、产气率高、对COD去除率高等优点。

④两段厌氧消化

1971年由Ghosh 提出，把沼气发酵过程分为酸化和甲烷化两个阶段，并分别在两个消化器内进行。其特点在于消化器内可滞留大量厌氧活性污泥(具有极好的沉降性能和生物活性)，提高了消化器内的负荷和产气率。

⑤升流式污泥床反应器(USR)

是厌氧消化器的一种，具有效率高、工艺简单等优点，目前已常被用于猪、鸡粪废水的处置，其装置产气率可达4m3/(m3·d)，COD去除率达80%以上。

2.4 厌氧—好氧组合

欲实现养殖业粪污的彻底处置，单凭厌氧工艺尚不能达到对废物的达标排放和利用要求，必须进行深度处理或后续处置，这就需要将好氧与厌氧工艺结合在一起使用，国内一些养殖场已开始注意到这两种工艺结合的优越性。

3 存在的问题

然国内已有部分养殖场开展了畜禽粪污的治理工作，但目前在技术上存在如下问题：

①治理技术单一、落后或组合不合理；②粪便利用率低，只注重单一的能源回收、不能兼顾资源和环境的综合效益；③管理模式落后。

由此可见，单一的环保技术已不能有效解决养殖业的环境污染问题，需要综合考虑能源与资源最大程度的利用。

4 猪场粪污治理成套工艺

针对当前猪场粪污处理领域存在的问题，北京市环科院经优化、组合自行开发出一套养殖业污染的控制技术。该技术已在北京市的几个养猪场得到应用，并取得了较好的环境、经济与社会效益。

4.1 技术构成

①猪粪堆肥发酵

以猪粪为主要原料，采用好氧堆肥方式，用有机物分解率高、堆肥周期短的高效滚筒卧式发酵装置进行发酵(周期为5～7d)。经过高温好氧发酵，猪粪成为性状良好的腐殖颗粒有机肥。根据不同农肥的N、P、K等含量标准添加原料，通过粉碎、搅拌后进入造粒装置，成型后经干燥、筛分成为有机复合肥，包装后可入库或出售。

②污水处理

将UASB和SBR组合工艺作为猪粪废液处理的关键技术。首先采用干扫工序对猪粪进行预处置，干粪进入发酵处理单元进行发酵制肥，液体部分则进入UASB反应器，产出沼气后再进行SBR好氧处理，使出水达标。

③一体化反应器

装置的罐体材料采用柔性搪瓷或其他防腐形式预制钢板，以栓接方式拼装，栓接处加特制密封材料防漏，此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗强酸、强碱的功能。一体化装置具有如下优点：建造周期短、耐腐蚀性强、已建成的设备可进行容积放大，从而提高处理量，使其投资少、投产快，可以拆卸并重新安装在其他地方。

4.2 工艺流程

猪场废水处理流程见图1。

4.3 应用实例

北京顺义良山畜牧场以销售种猪、育肥猪为主，猪场大量高浓度废水的排放对周围水环境造成严重的污染，尤其是夏季废水产生恶臭且到处飘散，废水中的病原菌通过食物、饮用水危害居民的健康，亟需采取有力措施进行治理。

该猪场按现存栏12000头计算，产鲜猪粪为49.5t/d，产尿为47.4m3/d，采用高架漏缝地板结构，其废水集中排放。现采用人工清理猪场70%的粪便，粪浆产量为120m3/d。根据测算，废水中COD含量约为18000mg/L，固体含量约为4%～6%。

根据该猪场的规模及排污情况，采用如图2所示的工艺流程。

猪场废水、废渣中含有大量的有机物，易生物降解，可采用生物处理工艺。先用固液分离技术将固体与液体物质分开，用厌氧工艺可去除分离后液体中80%以上的有机物，且可回收沼气作为可利用的能源，同时沼液经好氧稳定后可施用于蔬菜地、果园和农田，固液分离后的固体则经堆肥处置后制成有机肥出售。各主要处理构筑物对COD的处理效果见表1。

表1各主要处理构筑物对COD的处理效果

名称进水COD(mg/L) 出水COD(mg/L) COD去除率(%)

固液分离器18000 12600 30

调节池12600

UASB 12600 1260 90

SBR 1260 252 80

氧化塘252 ＜60 80

该工艺的特点是将固液分离技术、厌氧工艺、好氧工艺及生物稳定塘工艺、好氧发酵制肥技术等有机地组合在一起，实现了养殖场粪污的高效处置和废物的综合利用。

①废物处置：通过将上述工艺组合应用，使COD为(2～3)×104mg/L、SS为1×104mg/L的养猪场粪污经处理后，其出水达标排放(或部分回用)，节约了猪场的自来水用量(1.5×104m3/a)。

②能源回收：养猪场粪污经处理后产生沼气(CH4含量达62%)为20×104m3/a，可供居民或猪场作燃料使用。

③综合利用：经综合处理后比直接用作肥料时的养分利用率提高40%，生物能利用率提高30%。

5 结语

在养殖业废物处置方面，国内主要是采用以沼气工程为纽带的多种处置与利用并行的方式，在技术水平上也有了很大提高。由实例分析表明，通过借鉴和应用现有的治理技术，在一定程度上进行科学组合可以取得良好的环境效益、经济效益和社会效益。