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摘自《中國沼氣》2018第5期 錢蕾 林斌 官雪芳 黃菊青 徐慶賢

近幾年,伴隨著國家農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及市場充分競爭下的優(yōu)勢劣汰,養(yǎng)豬業(yè)集約化發(fā)展趨勢越明顯,養(yǎng)豬規(guī)模也越大。養(yǎng)豬場糞污屬于高濃度有機廢水-2),對環(huán)境影響大。2016年,福建省作為全國首批生態(tài)文明試驗區(qū)的三個省份之一,中央第一個批準了《國家生態(tài)文明試驗區(qū)(福建)實施方案》。福建省委、省政府認真貫徹黨的十九大精神,牢固樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”等綠色發(fā)展理念,對養(yǎng)殖業(yè)進行了規(guī)范化與整治,對養(yǎng)殖業(yè)糞污治理工程達標排放以及廢棄物資源化利用提出了更高要求。針對規(guī)?；B(yǎng)豬場,建立合適的糞污治理工程,促進糞便污水達標排放,避免環(huán)境污染,同時還可以通過廢棄物資源化利用,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟  筆者項目組根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的理念,以實

現(xiàn)糞污達標排放為目標,輔以資源化利用最大化為  原則,進行技術(shù)集成,建立規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污治理工藝技術(shù)模式。本文通過工程實例進行關(guān)鍵技術(shù)分析總結(jié),以便為規(guī)?；i場建立實用達標排放生態(tài)型技術(shù)模式提供參考。

1規(guī)模化養(yǎng)豬場概況

福建省某有限公司位于福州市閩侯荊溪鎮(zhèn),是一家存欄數(shù)5000頭的規(guī)?；B(yǎng)豬場。養(yǎng)豬場污水屬于高濃度有機污水,主要成分為大量的豬糞尿以及部分散落的殘余飼料,其主要污染物是有機質(zhì)、氮、磷等,并且含有較多的糞大腸桿菌群和蟈蟲卵等寄生蟲卵。豬場糞污前處理采用干清糞工藝,結(jié)合養(yǎng)豬場內(nèi)母豬、育肥豬和保育豬的比例,確定全場產(chǎn)

生污水量約75m3·d1,其污水指標如下:COD為  9751.3~13412.5mgL,平均為12574.1mgL;  BOD3為3472.4-5780.8mg·L,平均為4589.3  ngL;Ss為3256.2~4515.7mg·L,平均為  4148.4mg·L;NH3-N為972.5-1275.6mgL-1,平均為11567mgL;TP為72.7-96.9mgL-1,平均為86.7mgL;pH值為7.23~7.38,平均為7.31。本研究以該公司作為研究對象構(gòu)建豬糞污處理和資源化利用模式,解決規(guī)?；i場糞污治理與廢棄物綜合利用問題。

2糞污治理及資源化利用模式工藝流程

2.1技術(shù)工藝流程

本技術(shù)工藝最大特點是多項污水治理技術(shù)以及資源化利用技術(shù)的集成與創(chuàng)新,主要包括以下4個方面:1)實施干清糞,應用福建省農(nóng)科院自主研發(fā)FZ-12固液分離機作為前處理固液分離;2)采用推流式大型沼氣池厭氧發(fā)酵和微曝氣生物濾池技術(shù)相結(jié)合處理糞污水;3)大型沼氣池厭氧發(fā)酵池產(chǎn)生沼氣、沼液經(jīng)過凈化處理后進入溫室大棚應用;4)干清糞豬糞和固液分離后產(chǎn)生糞渣進行大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置中堆肥發(fā)酵處理。  綜上所述,根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟原理,依據(jù)規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污特性,本工藝技術(shù)采用沉砂池固液分離酸  化池-大型沼氣池厭氧發(fā)酵池-好氧池-沉淀池-氧化塘技術(shù)相結(jié)  合以及沼氣、沼渣、沼液的綜合循環(huán)利用。其主要工藝流程見圖1。

2.2取樣和測試  2013年1月1日至2013年12月31日期間,每月上中、下旬分別對測試點進行多點取樣、檢測污水中pH值,CODa,BOD3,Ss,NH2-N和TP。COD測定采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第三版)中重鉻酸鉀法;pH值測定采用電子pH計;NH3N測定采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第三版)中納氏試劑光度法;BOD5采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第三版)五日生化需氧量測定方法;TP采用《水和廢  水監(jiān)測分析方法》(第三版)鉬銻抗分光光度法;Ss

采用過濾烘干法。

3糞污處理及資源化利用系統(tǒng)構(gòu)筑物及參數(shù)

3.1預處理系統(tǒng)構(gòu)筑物、設(shè)備及參數(shù)設(shè)定

預處理技術(shù)主要包括豬舍中人工清理豬糞、糞  污分離技術(shù)以及污水酸化。其主要設(shè)施和設(shè)備有格  柵池、沉砂池、固液分離機以及酸化調(diào)節(jié)池。格珊主  要是分離去除豬場糞污中豬毛、雜草等雜物,防止阻  塞污水泵以及影響后續(xù)處理單元的正常運行。格柵  結(jié)構(gòu)為磚混凝結(jié)構(gòu),設(shè)置有格柵2道,格網(wǎng)尺寸20

mm,格柵傾角65°。沉砂池為磚混凝結(jié)構(gòu),設(shè)置有2  個,尺寸為1、5mx1.5m×0.6m,主要作用是去  除污水中的砂石和豬糞污水中較大顆粒。

固液分離機能夠去除污水中大量的粗纖維等  機物質(zhì),用在規(guī)模化豬場黃污處理工藝前處理,可以  有效降低排放污水有機物濃度,有效降低了大型沼氣池厭氧發(fā)  酵池沉渣堆積,延長了使用壽命,避免大型沼氣池厭氧發(fā)醇池的  階段性清池的麻煩,提高了整個工藝系統(tǒng)運行的可  靠性和穩(wěn)定性“,同時減輕后續(xù)處理工程壓力和減  少投資。固液分離機分離出的糞渣等固形物質(zhì)可以  通過堆肥發(fā)酵或者干發(fā)酵生產(chǎn)有機肥料。本系統(tǒng)中  采用福建省農(nóng)科院自主研發(fā)EZ12型固液分離  機8,并配套建設(shè)了一個攪拌池。攪拌池結(jié)構(gòu)為  柱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸為φ2.5mxH3.0m  該固液分離機設(shè)備可根據(jù)整體工藝和處理模式的要  求,調(diào)節(jié)分離流量與振動篩網(wǎng)目數(shù),濾取污水中的固  態(tài)物,減少固態(tài)物的入池量,實現(xiàn)污水處理的減量  化。其長x寬×高為1.1mx1.2mx1.8m,電機  功率為0.75kW,處理污水能力為15th-。在設(shè)

計上,內(nèi)置振動篩系統(tǒng)、螺旋送料系統(tǒng)和自動沖洗系

統(tǒng);在性能上,集污水的輸送、固態(tài)懸浮物的振動篩選與擠壓、篩網(wǎng)的自動沖洗為一體

酸化調(diào)節(jié)池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),體積為100m3,尺寸為10.0m×5.0mx2.0m,水力停留時HRT為0.67d。其主要作用是對經(jīng)格柵、沉砂池和固液分離池預處理后的污水進行混合、儲存和調(diào)節(jié)起到初步酸化水解作用,以滿足后續(xù)大型沼氣池厭氧發(fā)酵工藝的技術(shù)要求。

3.2大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統(tǒng)構(gòu)筑物及參數(shù)設(shè)定

大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統(tǒng)是規(guī)模化豬場污水有機物質(zhì)去除的主要設(shè)施,本工藝主要包括推流式大型沼氣池厭氧池、推流式天氧濾池、沉淀貯液池。

大型沼氣池厭氧反應池是沼氣工程中關(guān)鍵的工藝裝置之

在大型沼氣池厭氧發(fā)酵過程中,規(guī)模化豬場高濃度糞污中80%以上的COD和BOD3被消化去除。本項目工程選用地埋推流式大型沼氣池厭氧池,大型沼氣池厭氧池結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土方形結(jié)構(gòu),并在池內(nèi)設(shè)置破殼裝置和排渣裝置。采用覆土作為保溫層,設(shè)計大型沼氣池厭氧反應池有效容積1000m3、水力停留時間HRT為13.3d,基本上可以做到常年產(chǎn)氣,年平均產(chǎn)氣率≥0.40m3m-3d經(jīng)地埋推流式大型沼氣池厭氧反應池后,污水進入推流式大型沼氣池厭氧濾池。推流式大型沼氣池厭氧濾池采用鋼筋混凝土方形結(jié)構(gòu)并采用聚乙烯填料,填料間隔0.5m。設(shè)計大型沼氣池厭氧反

應池有效容積50m水力停留時間HRT為6.7d

經(jīng)大型沼氣池厭氧發(fā)酵后的沼液直接排人沉淀池。沉淀

采用鋼筋混凝土澆筑,有效容積150m3,水力停留

時間HRT為2.0d。經(jīng)大型沼氣池厭氧發(fā)酵后的污水如果有機  物濃度過高,可以在此池中投加絮凝劑,進一步去除

污水中懸浮物和顆粒物。

3.3好氧發(fā)酵系統(tǒng)構(gòu)筑物及參數(shù)設(shè)定

好氧發(fā)酵系統(tǒng)是對大型沼氣池厭氧發(fā)酵后的沼液進一步進行生化處理的設(shè)施設(shè)備。糞污中有機污染物在有氧

條件下大部分被好氧微生物降解,最終出水接近或達到達標排放。本工藝設(shè)施主要包括微曝氣生物濾池、混凝沉淀池、生物穩(wěn)定塘

微曝氣生物濾池采用混凝土澆筑,長方體結(jié)構(gòu)設(shè)計容積100m3,長x寬x高為20.0mx2.5mx2.0m。采用聚丙烯ZH901彈性立體填料,安裝間隔150mm,填料成膜后重量60~80mg,規(guī)格為直徑150mm×片距60mm。曝氣方式采用底部微孔曝氣,動能采用三相異步電動機(型號Y100124,電壓380V,功率8kWh)。曝氣設(shè)備采用Z管式微孔曝氣器,微孔為“V”字型,梅花形打孔可變性好、不易破裂。該曝氣器采用日本進口的EPDM( EthylenePropylene Diene Monomer)三元乙丙橡膠、改良塑料增強化纖生產(chǎn)而成,規(guī)格c65mmx650mm,安裝間隔500mm。經(jīng)特殊加工軟管周徑都有氣孔,應用國外抗浮力先進技術(shù),兩頭四點同時進氣,進氣量2.5m3mh-1,風壓控制在2.5kPa,曝氣時在水中產(chǎn)生微小氣泡,每天可處理水量50t。該曝氣器的優(yōu)點是能耗低、動力效率高、服務(wù)面積大和氧利用率。

經(jīng)好氧處理后的污水直接排入混凝沉淀池。沉淀池采用鋼筋混凝土澆筑,有效容積50m3,水力停留時間HRT為0.67d?？梢栽诖顺刂型都有跄齽┻M一步去除污水中懸浮物和顆粒物

經(jīng)過微曝氣生物濾池和混凝沉淀池后,污水水質(zhì)基本能達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》  (GB18596-2001)規(guī)定的排放要求。但如果規(guī)模化豬場離居民區(qū)比較近的話,需要達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的二級  以上污水排放標準,部分指標可能無法達標。因而后續(xù)處理中設(shè)置生物穩(wěn)定塘,合計467m3,在水體  頂部設(shè)置有6臺葉輪增氧機,促進好氧微生物進步消耗污水中的有機物質(zhì)

3.4資源化利用系統(tǒng)

3.4.1沼氣利用系統(tǒng)

沼氣利用系統(tǒng)包括貯氣設(shè)備、脫硫器、阻火器、  輸配管道以及用能設(shè)施、設(shè)備。豬場糞污經(jīng)大型沼氣池厭氧發(fā)  酵后產(chǎn)生的沼氣,通過氣水分離器脫水后進入脫硫

裝置進行脫硫,脫硫后的沼氣計量后進入貯氣設(shè)備貯存,經(jīng)輸配系統(tǒng),用于豬場內(nèi)溫室大棚示范生產(chǎn)以及職工生活用能。具體工藝如圖2所示。

豬場內(nèi)溫室大棚為智能控制系統(tǒng)溫室,面積  160m2,棚內(nèi)設(shè)置有10盞沼氣燈。該溫室以大型沼氣池厭氧發(fā)  醇池所產(chǎn)沼氣為能源,為溫室點沼氣燈增加作物光

照時數(shù),并提供CO2氣肥,結(jié)合應用微機“單片機”來實現(xiàn)對溫室的光、溫、濕、CO2濃度的調(diào)控。溫室大棚夜間調(diào)控進行對比試驗結(jié)果見表

3.4.2沼液利用系統(tǒng)  沼液是一種速效有機肥,富含17種氨基酸、活  性酶、微量元素以及N,P,K等營養(yǎng)物質(zhì)。本文示  范規(guī)?；i場沼液利用主要有兩個方面:1)用于豬  場160m2溫室大棚內(nèi)無土栽培滴管用水。建設(shè)了1  個容積12.5m3長方體結(jié)構(gòu)沼液過濾池,長x寬x  高為2.5m×2.5mx2m。沼液滴灌管道材質(zhì)為  EPDM橡膠,設(shè)置水壓1500mm水柱,滴灌管道定時  沖洗,每隔7d用清水緩沖沖洗,滴灌管道間隔0.7  m,管徑2cm,滴灌孔間隔30cm。2)作為豬場周邊千畝橄欖樹茶樹等經(jīng)濟林施肥灌溉用水。根據(jù)豬場地形自然坡度和種植結(jié)構(gòu)特點,建設(shè)了1個容積為150m3的鋼筋混凝土儲液池,利用泵將沼液從沉淀池處直接抽至儲液池。通過沼液集水井緩沖系統(tǒng),可以實現(xiàn)雨污分流,還可以通過控制沼液的流量、流速和流向,實現(xiàn)遠程灌溉,節(jié)省大量的勞動力成本,同時保證所有的沼液通過沼液輸送管道,輸送到經(jīng)濟林和大田中,替代化肥節(jié)約大量的種植成本,效益十分顯著。

4.3糞渣、沼渣利用系統(tǒng)

糞渣、沼渣利用系統(tǒng)主要是應用大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝  置,對干清糞掃出的豬糞、固液分離機分離出糞渣以  及大型沼氣池厭氧發(fā)酵池和沉淀池排出沼渣進行大型沼氣池厭氧堆肥熟  化,形成有機肥料。  根據(jù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化  設(shè)計要求,除必須保證發(fā)酵工藝基本條件要求外,更  要考慮到裝置制作的難易程度、成本的高低以及力  學性能、運行管理等綜合因素。大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置設(shè)  計要點:1)大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置采取上半部分球筒冠體  和下半部分筒體鑲嵌粘合,容積10m3,上池高  1.765m,下池高0.3m,筒直徑2.48m,設(shè)計壓力600mm水柱。2)上半部分球筒冠體和下半部分筒體鑲嵌粘合采用橡膠圈和鐵件密閉,橡膠圈寬10cm,安裝于凹凸槽內(nèi),鐵件通過工廠定制,密閉采用活動螺絲件旋緊。3)大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置底層設(shè)置固液過濾層和沼液儲存層,過濾板采用玻璃鋼木板結(jié)構(gòu),  厚20mm,孔隙采用倒梯形結(jié)構(gòu),上孔隙Φ5mm,下  孔隙Φ8mm。沼液儲存層高30mm。4)大型沼氣池厭氧干發(fā)酵  裝置外部設(shè)置沼液回流池,沼液回流池采用正方體  結(jié)構(gòu),長×寬x高為1m×1mx2m。沼液通過污

水泵和淋浴頭噴灌回流,實物見圖3。

圖3大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置

本文示范規(guī)?；i場應用大型沼氣池厭氧干發(fā)酵裝置,次性投資較少,運行費用低,并且循環(huán)利用了沼氣,有效杜絕了甲烷氣體對大氣臭氧層的破壞。同時,有助于解決集約化養(yǎng)豬場豬糞便帶來的環(huán)境污染問題,促進農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡,杜絕病原微生物和寄生蟲的傳播,有利于養(yǎng)豬場的可持續(xù)發(fā)展,并且生產(chǎn)出的有機肥有利于改善土地結(jié)構(gòu),減少化肥施用量。干發(fā)

酵裝置對于糞便處理,特別是中小型豬場的糞便資  源化、無害化和肥料化有很好的應用前景。本裝置  創(chuàng)新性在于:1)材料上:應用由玻璃加強纖維、不飽  和樹脂、固化劑、促進劑和添加劑等原料經(jīng)過特殊配  方制作而成的玻璃鋼材料。2)結(jié)構(gòu)上:干發(fā)酵裝置  采用組裝式設(shè)計,可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn),并且在進出  料口進行了特殊的橡膠凹凸槽密封及加強設(shè)計,同  時,增加沼液自循環(huán)裝置,緩解酸化。3)工藝上利用  大型沼氣池厭氧干發(fā)酵替代好氧翻堆堆肥,節(jié)省能源,在對糞污  進行處理的同時實了現(xiàn)豬場糞便的資源化、肥料化4運行效果與分析

該規(guī)?；i場糞污處理采用達標排放與廢棄物資源化利用相結(jié)合的治理模式,根據(jù)2013年1月2013年12月跟蹤測試結(jié)果來看,運行效果較穩(wěn)定,出水水質(zhì)良好。通過對固液分離預處理系統(tǒng)、大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統(tǒng)以及好氧發(fā)酵系統(tǒng)等出口多次監(jiān)測,污水處理基本達到了預設(shè)目標(見表2)。

表3顯示各主要單元處理效果。從污水水質(zhì)主  要指標參數(shù)COD,BOD3,S,NH1N和TP來看,在預處理系統(tǒng)中,豬場糞污通過格柵、固液分離等技術(shù)  處理后,去除率分別達到60.9%,54.8%,60.3%,  27.4%和32.8%,說明固液分離大大降低了后處理單元的負荷,起到系統(tǒng)減負的關(guān)鍵作用;在大型沼氣池厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中,CODc和BOD3的去除率分別達到86.0%,67.5%,而對于NH3-N和TP的處理效率都很低,說明該系統(tǒng)主要是去除糞污中的有機物質(zhì),同時也表明該系統(tǒng)是污水處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)好氧處理系統(tǒng)對各種主要指標參數(shù)的降解情況來看,整個好氧階段對于有機物質(zhì),NH3N和TP的去除率都很高,說明了該工藝系統(tǒng)中,好氧階段是污水后續(xù)處理的重要組成部分,也是污水達標排放的關(guān)鍵技術(shù)。

從污水處理的整體效果上來看,最終出水水質(zhì)的各項指標均符合GB185962001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》排放標準,除TP達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的三級污水排放標準外,其余污水指標均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB189182002)中的二級污水排放標準,說明該工藝在技術(shù)上是可行的。

5小結(jié)

本文構(gòu)建的規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污治理與資源化利用模式,是以達標排放為主的集成工藝技術(shù),輔以沼氣、沼渣、沼液以及豬糞渣的資源化利用工藝技術(shù),主要通過物質(zhì)流和能源流的循環(huán)利用進行規(guī)劃設(shè)計。通過福建省優(yōu)康種豬有限公司規(guī)?；B(yǎng)豬場的

實踐應用,結(jié)果表明:通過優(yōu)化工藝流程、集成技術(shù)  創(chuàng)新以及配套廢棄物資源化利用設(shè)施和途徑,可以  實現(xiàn)規(guī)?；i場糞污達標排放以及廢棄物資源有效  利用,解決豬場糞污治理可持續(xù)化發(fā)展,有望為規(guī)模  化養(yǎng)豬場建立一種實用達標排放生態(tài)型技術(shù)模式。  該模式主要有以下幾種特點:1)預處理中采用干清糞清潔生產(chǎn)與固液分離相結(jié)合的方法,有效減輕后續(xù)處理工程處理壓力;2)主反應系統(tǒng)采取二級大型沼氣池厭氧處理與二級好氧處理相結(jié)合,處理后的污水中NH3-N,COD,BOD等的去除率均達到90%以上;3)資源化利用系統(tǒng)因地制宜地對沼肥、沼液和沼氣資源化利用進行試驗示范探索,整個污水治理系統(tǒng)工程不僅能實現(xiàn)達標排放,而且實現(xiàn)了資源與生態(tài)化。