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广东堆机1998年第4期工厂化猪场的粪水处理广东省农机研究所覃环刘冬梅鱿州剔砂俗厂丹伊扛涤鞠近年来,农村农户养猪逐渐减少,工厂化猪场迅猛发展起来,由此而产生的大量粪便和污水导致环境严重污染,在一定程度上制约了工厂化猪场的发展。一、工厂化猪场粪便污水的特点(1)水量大。一条万头生产线如采用全冲洗的粪便清洁方式,每天因清洁地面、冲洗粪沟、猪只排泄及猪饮水时浪费而产生的污水约150时,以捡粪为主的半冲洗清洁方式产生的污水量约100耐,夏天比冬天多。粪水一般在冲洗粪沟时排出。(2)浓度高。污水中的有机物主要来源于猪粪和猪尿,在清洗猪栏和冲洗粪沟时,猪粪被冲散,溶人水中,直接影响污水的浓度。由全冲洗清洁方式产生的污水其COD平均浓度约巧仪幻mg/L,而以捡粪为主的半自动清洁方式产生的污水COD平均浓度约12侧ljmgI/,均属高浓度有机废水。(3)可生化性强。粪水中主要含未被猪消化吸收的鼓皮、玉米颗粒和猪的代谢产物等,其中有大量可供微生物生长繁殖所需的营养,新鲜的污水pH值为7.0左右,在猪场不进行大规模消毒的情况下,微生物能进行正常生长繁殖,BO几:COD约为0.5,适宜采用生物法特别是厌氧法处理。(4)氮、磷含量高。主要是饲料中未被消化吸收及尿中的氮、磷。厌氧法对氮、磷的去除率极低,处理后的污水虽然COD大幅度降低,但排放后很容易造成水体的富营养化,使湖泊、河流等水体功能发生改变。(5)产生恶臭。新鲜的猪场粪水在排出数小时内可因产生氨、甲基硫醇、硫化氢及挥发性脂肪酸等物质而发出恶臭,造成大气污染。二、工厂化猪场粪便污水处理的主要工艺及处理效果传统养猪的饲养规模小,较少冲洗猪栏,产生的废水量很少,以厌氧发酵获得沼气为目的,沼液做肥料施用于农田。这种工艺发酵时间长达15~20d,冬季甚至长达一个月,不能满足工厂化猪场污水处理的需要。近年来,工厂化猪场在污水治理方面采用高效厌氧工艺和其它新工艺,提高了污水处理系统的稳定性,较彻底地解决了环境污染问题,其主要工艺路线为:固液分离~厌氧处理一好氧处理~生物氧化塘~排放。由于猪场所处的地理位置、占地面积、气候、经济条件和当地环保部门对污水排放的要求不同,可在好氧处理后直接采用混凝气浮或人工湿地等。现将目前采用的主要工艺方法分叙如下:1.格栅猪场粪水除溶解的粪便尿水外,还含有大量的杂物,如饲料袋的封口绳、胎衣、药盒、塑料袋等,若进入集粪池,容易使泵产生故障,影响整个系统的正常运转,因此在集粪池前设有格栅。一般格栅条间距25一O4~,间距过大不能有效地隔除杂物,过小则容易堵塞格栅。2.集粪池(调节池)根据工厂化养猪生产的工艺流程,猪场污水主要在冲洗粪沟时排出,时间为上午的8时至10时,下午的3时至4时。为了防止污水量突然增大而从粪沟溢出或积存在粪沟里,影响舍内环境卫生和猪只的健康,因此需设集粪池。集粪池的容积按污水停留8一12h设计。1998年第4期广东东机3.固液分离粪水中含有大量的颗粒,主要是鼓皮、玉米粒等未被消化的饲料,这些以含木质素、纤维素为主的颗粒分解时间长,进人下道工序中影响处理效率。由于兼性菌的作用,污水在调节池内易形成浮渣,产生恶臭,污染空气,并增加固液分离难度,因此,粪水必须尽早分离,在Zh内分离效果最好。万头猪场污水固液分离宜采用结构简单、管理方便的斜板式分离机,处理量为25一30耐儿,每天工作sh,COD去除率可达20%一30%。污水固液分离得越彻底,可溶性有机物占有机物的比例越高,下一环节的处理效果就越好。4高效厌氧处理一个日排污水量150m3的万头工厂化猪场的污水处理系统如果采用传统的发酵工艺,所需的沼气池池容为3以叉)耐,建池费用约75万元,并且出水含有大量的污泥,浓度很高,不能解决环境污染问题。根据工厂化猪场污水有机物浓度高、可生化性强的特性,要求选择一种处理能力强,有机负荷高,耐冲击的厌氧新工艺。我们采用两相厌氧工艺处理相同浓度和水量的污水,其投资仅为传统工艺的1/6。两相厌氧工艺主要从以下几个方面设计:(l)产酸相和产甲烷相分离。分别为产酸菌和产甲烷菌提供最适宜的生长环境,防止大规模消毒时有毒物质抑制产甲烷反应。(2)产酸阶段的水力停留时间为8一10h,并设有污泥浮渣分离装置,以防止悬浮物干扰厌氧反应器的操作和启动时影响厌氧颗粒污泥的形成。(3)产甲烷阶段采用上流式厌氧污泥床滤器,南方常温发酵,设计水力停留时间2一3d,容积负荷2一4kgCoD/(m3·d),CoD去除率在75%左右,设计的布水系统能防止进水形成沟流和死角,填料可吸附大量的游离细菌发展成生物膜,并加速了污泥颗粒的形成和使气水分离。上流式厌氧污泥床滤器的启动时间为1个月,管理方便。5.好氧处理厌氧处理能够去除污水中80%左右的COD,但残留的CoD一般还在I《x刃mg/L以上,对氮磷的去除率也很低,即使延长厌氧处理时间也无法达到国家排放标准,因此厌氧出水必须进行后处理。好氧法在处理低浓度污水方面具有反应速度快、去除率高、占地面积小的优点,在众多的好氧处理工艺中我们采用了生物接触氧化法,设计关键如下:(l)主要的设计参数。容积负荷1.2一2.0k邪OD/(m3·d),水力停留时间7一IOh,COD去除率70%左右。(2)生物膜载体。选用适当的填料,使气、水、生物膜能充分接触交换,保持良好的活性和空隙可变性,强化传质效果。(3)曝气设备。选用自吸式射流曝气器,搅拌效果强,氧利用率和动力效率高,运转管理和安装一十分方便。6.人工湿地采用好氧方法处理厌氧发酵出水而达到国家排放标准的处理工艺,其运行费用占整个系统运行费用的23/以上,对猪场来说是个沉重的负担。为了减少运行费用,在总投资增加不大的前提下,利用好氧方法将厌氧处理出水的COD降到一定程度,采用潜流型人工湿地再对污水进行处理。人工湿地的进水浓度由所选择的植物对污水的耐受程度来决定,一般COD控制在soomg/L左右。实际运行的人工湿地设计参数:填料深o.4m,底坡降1%,长宽比小于3:1。COD去除率在50%以上,并有较好的除氮效果。7.生物氧化塘利用生物氧化塘处理污水历史悠久,效果稳定,耗能少,管理方便,为提高整个系统的稳定性,我们一般选择的水生植物塘表面负荷为150~Zook郊OD(/耐·d),在南方水生植物选择生长速度快、吸收有机物能力强的水浮广东东机1998年第4期莲,在北方的冬季建议考虑选择浮萍解决越冬问题。三、工厂化猪场粪便处理的可行性分析1.投资以年产1万头生猪的工厂化猪场为例,采用全自动冲洗清洁方式,平均每天产生的污水量约为150耐,把污水的COD从巧以x〕gtn/L降低到150mg/L以下,在资金方面有一定的难度。目前国内处理猪场污水主要采用固液分离~厌氧处理~好氧处理~生物氧化塘的工艺,排放水要达到国家二级排放标准,需要一次性投人60万元左右,达到国家三级排放标准需投资45万一50万元。2.运行维护费猪场的运行维护费包括系统的运转费用、工人工资和维修费用3项,后2项每年需1万一2万元,运转费用因工艺的不同差异很大。普通的污水处理系统主要的运转费用包括以下几项:(1)污水的提升。如果猪场建在坡地上,与污水处理场地有一定的高度差,整个过程可自流完成。对于地势平坦的场地,根据工艺要求,污水一般须提升1一2次,需将粪水用泵抽到分离机中进行分离;建在地面上的厌氧反应器需要通过泵将污水压人厌氧池底部。若日处理150耐污水,每次提升耗电量为7.5一9kw·h。采用其他工艺有可能进行再次提升。(2)好氧处理。好氧工艺对溶解氧有较高的要求,好氧处理的运转费用占整个系统运转费用的2/3以上,鼓风机曝气装机容量大多在10kw以上,射流曝气机的装机容量可根据需要小些。一般来说,该环节日耗电达60一80kw·h,有的甚至高达look叨·h以上。(3)生物氧化塘。采用水生植物塘、厌氧塘、兼性塘,避免消耗动力。万头猪场采用好氧生物处理方式的污水处理系统,排放水达到国家二级排放标准,年运转费用在4万元左右,加上工人工资和维修费,支出在5万元左右,这对于低利润的养猪行业来说,是一个很大的负担。而采用人工湿地处理,加大氧化塘的面积代替好氧处理,可把运行费用降至2万元内,但占地面积相应扩大。若达到国家二级或三级排放标准,用人工湿地和生物氧化塘代替好氧处理的系统年运转费用为5(XX)元左右。3.运行收益污水处理系统收益主要有以下2项:(l)粪渣。固液分离机分离出的粪渣,包括捡粪清洁方式产生的粪渣可直接施用于鱼塘,为鱼塘内形成良好的食物链提供物质基础,代替部分鱼饲料。一个万头工厂化猪场每天产生的粪便量约5耐,在珠江三角洲一带出售,每天可获得2(X)元左右的收益,年收益达6万元左右。有的猪场甚至可以出售经过固液分离后的污水。粪渣可加工成复合有机肥,年收入可达10万元。(2)沼气。沼气是厌氧处理的副产品,由于采用的厌氧工艺不同,产气率差异也非常大。对分离后的污水采用的常温发酵上流式厌氧污泥床滤器,其单位池容日产气为0.3-0.4耐,以每立方米1元计,沼气年收益3万一6万元。实践证明,我们设计的猪场污水处理系统具有投资相对少、处理效果好、管理简便、运行费用低、资源化程度较高等优点。一次性投入60万元左右达到国家二级排放标准的万头工厂化污水处理系统,若能加强管理,投资有望在5一6年内收回。环境保护是我国基本国策之一,应以环境效益和社会效益为主要目标,在环境问题日益突出的今天,猪场污水处理系统已成为猪场建设不可缺少的一部分。如何进一步提高污水的资源化程度、降低总投资、减少运行费用从而提高整个系统的经济效益,是该项目的发展方向。