畜禽养殖沼液深度处理技术的应用

畜禽养殖沼液深度处理技术的应用近年来，通过加大政策和资金的扶持力度，我国大力发展厌氧发酵处理技术（沼气工程），对于降低污染有机负荷及解决农村能源短缺问题具有重要作用。然而通过厌氧发酵处理的畜禽养殖污水产生量大，若直接排放会对土壤、地表以及地下水造成污染，现行的沼液还田模式往往受到养殖场周边土地的限制，并且很容易产生二次污染，无法彻底解决沼液的污染问题。因此，加强沼液深度处理技术的研究和应用就显得非常重要。本文通过介绍国内外养殖场沼液处理技术，以期为沼液高效深度处理、资源化利用及防止环境二次污染等问题提供解决思路。沼液深度处理技术是指沼液通过物理、生物、化学或者植物吸收利用等方式处理后达标排放或安全回用的技术。以下主要介绍了序批式活性污泥法（SBR）、膜生物反应器（MBR）、人工湿地（FW）、沼液浓缩及氨气提技术在沼液深度处理的应用。1、序批式活性污泥法（SBR）序批式活性污泥法（SBR）是在同一反应器中创造好氧/厌氧交替进行的环境，可实现有机物降解、脱氮、除磷等多种功能，同时具有工艺简单、操作灵活、耐冲击负荷等特点，非常适合处理以水质水量变化大为特征的养猪废水。优化SBR行工况一个重要的研究方向，研究表明：（1）采用SBR处理猪场废水厌氧发酵消化液，在达到脱氮目标的情况下，确定最优运行工况条件为在运行参数C/N为10.4，DO为2.0mg/L，MLSS为5000mg/L条件下，瞬时进水后厌氧搅拌40min+6h前段曝气+60min后段厌氧搅拌+40min后段曝气+1h沉淀+40min排水，处理效果最佳。（2）SBR处理猪场沼液的最优的运行工况为：瞬时进水后厌氧1h+曝气4h+兼氧搅拌80min+沉淀lh+排水40min，整个运行周期为8h，进水C/N控制在10左右，DO值控制在2mg/L时，SBR处理猪场沼液脱氮效果最好，经处理后出水水质能基本达到国家排放标准的要求。2、膜生物反应器（MBR）膜生物反应器(MBR)是指把生物反应与膜分离相结合，以膜为分离介质替代常规重力固液分离获得出水，并能改变反应进程和提高反应效率的污水处理方法。作为一种新型的水处理技术，近年来在国内外已在多种水处理领域进行了研究与应用，长期实践运行结果表明其具有出水水质好、结构紧凑等特点。应用膜生物反应器处理畜禽养殖沼液，不仅可以提高出水水质，还具有浓缩原水的功能。采用MBR工艺处理规模化畜禽养殖沼液对COD、氨氮等具有较好的去除效果，运行稳定，运行费用较低；在进水COD平均浓度为1389mg/L时，平均出水浓度可达到118mg/L，COD平均去除率为91.5%；平均进水氨氮浓度为276mg/L时，出水氨氮浓度可保持在50mg/L以下，平均浓度为31mg/L；MBR的平均有机负荷为2.7kgCOD/(m³/d)，工程运行费用为1.3元/t水，MBR出水水质达到相应的设计标准，并远优于浙江省的行业标准(DB33/593-2005)。3、人工湿地人工湿地是一种由人工建造和监督控制的、与沼泽类似的地面，它是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。湿地系统主要由各种具有透水性的基质、水生植物、水体、湿地中低等动物和好氧或厌氧微生物种群五部分组成。人工湿地水生植物有多种选择。如了茭白、莲藕和水稻等，不同水生作物全生育期对沼液进行消解净化处理效果不同，不同水生作物净化沼液试验表明，按495t/hm2的灌溉量，茭白和莲藕只需7d时间消解净化就可符合国家GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》要求，水稻需要14d，而无作物的空白处理则需21d。4、沼液浓缩技术沼渣、沼液中含有大量的有机质、腐殖酸等营养物质，回用于农田可有效提高农产品产量,但往往存在附近农田消纳能力不足、冬季利用量小、远距离运输成本高等利用时空分布不均和经济性问题。针对沼液量大、储存运输困难、营养元素偏低的问题，国内外采用真空浓缩和脱水等手段来浓缩沼液以减少其体积和提高营养元素含量。采用反渗透系统对沼液进行浓缩，与原始沼液比较，所产透过液中氨氮、COD和电导率的去除率高达90%以上，同时浓缩沼液体积约为原液的20%~25%，沼液中营养物质浓度提高4~5倍,可回用于农业种植，实现了沼液的高值利用，过滤液可满足沼气工程工艺前端调浆要求。将超滤膜和纳滤膜用于畜禽养殖废弃物沼液的分离浓缩，处理过程不破坏沼液中有效物质的活性，浓缩液可作为无公害生物肥料的原料。沼液的pH值影响其体积浓缩倍数，当pH值为5时，体积浓缩倍数为最大值23倍，与沼液原液相比，浓缩液中的常规营养成分、微量元素和部分活性物质含量均得到显著提高，其中TP浓度可提高约309倍，微量元素Fe、Mn和Zn浓度分别可提高约104、335和84倍，其他成分含量多数可提高10~20倍。如果沼气工程发电余热还有剩余，可以用来蒸发沼液。蒸发1t水，大约需要300kWh的热量。蒸发之前需要去除大量的固体物质，通常螺旋挤压分离机与振动筛组合使用去除纤维，减少热交换器堵塞，但是，仍然需要大量清洗。通过蒸发，形成富含养分浓液，浓度较低的冷凝液。蒸发的目标是产生低氮含量的冷凝液和高氮含量的浓缩物。在蒸发过程中，需要添加大量硫酸，以减少氨的蒸发，因此，费用比较高。除了这个问题，冷凝液还不能达到排放标准。如果需要排入水体，还需要反渗透进一步处理。总之，蒸发需要添加大量化学药剂和有可能利用的余热，并且冷凝液还不能达到排放标准。5、氨气提在减少沼液中氨浓度的技术中，氨气提似乎是最可行的办法。气提是一个物理过程，采用气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态，是溶液中的某一组分由与分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。将气体（空气、水蒸气和废气等）通入液体，液相中某些物质被转化成气态，在温度和pH较高时，更有利于过程进行。在气提过程中，铵被转化为氨气；在下一级吸收阶段，氨气被吸收转化为可回收的产物；吸收氨气可采用冷凝、酸洗和石膏液；吸收的产物通常是硫酸铵和铵液。鸟粪石沉淀法需要添加镁和磷酸盐使氨：镁：磷酸根的物质的量之比达到1:1.25:1，在pH9.5条件下，氨的去除率可达到88%。氨气提不需要添加昂贵的化学药剂，最大优势是可以回收符合标准的氮肥，另外液态氮肥可以用来提高其他沼渣沼液氮的浓度，达到含氮标准，提高沼渣沼液商品性。综上所述，应对沼液的深度处理有多种方式，各具特点。随着科学技术的不断发展，将出现很多新的技术，现有处理技术也在不断完善，将不断优化畜禽养殖沼液深度处理手段。在沼液深度处理实践中，应该根据畜禽养殖场的实际规模和清粪方式等合理选择废水深度处理方式，不断提高畜禽养殖的清洁生产水平。