規模化豬場廢水處理研究論文
規模化豬場廢水處理研究論文
摘要：採用“預處理-UASB-兩級A/O-MBR-高階氧化”組合工藝對規模化豬場廢水進行處理，處理規模為150m3/d，總投資為220萬元，執行費用為4.7元/(m3d)。執行結果表明，該組合工藝處理後的出水CODCr、NH4+-N和TP指標能夠滿足《農田灌溉水質標準》(GB5084-2005)中的旱作作物灌溉用水限值要求及《畜禽養殖業汙染物排放標準》（二次徵求意見稿）要求。
關鍵詞：豬場廢水；UASB；兩級A/O；MBR；臭氧氧化
近年來，隨著養豬業規模化生產及養殖水平的提高，生豬養殖得到快速發展，產生的生豬養殖糞便、汙水汙染也日益嚴重。同時生豬養殖廢水濃度高、產生量大，規模化養殖場周邊土地承載能力有限，可供消納的土地不足，直接灌溉等資源化利用日益造成土地汙染。據測算，一個萬頭豬場日排汙水量80-100ｔ，日排糞量約8ｔ[1]，畜禽養殖每天產生大量的糞汙，成為農業面源汙染的主要來源。因此，建立執行穩定、出水達標的養殖廢水處理工藝對於實現養殖場汙染減排及確保流域水體水質優良具有十分重要的現實意義。
1工程概況
工程所在地為福州市某規模化養豬場，生豬存欄為6000頭，主要採取水衝糞生產工藝，日廢水排放量約為150m3，該豬場原有汙水處理設施為固液分離和沼氣池，且原有的沼氣池設計不合理、管理維護情況較差，效率較低，出水濃度較高。因此急需新建汙水處理設施，以滿足《農田灌溉水質標準》(GB5084-2005)中的旱作作物灌溉用水限值要求，同時參照《畜禽養殖業汙染物排放標準》（二次徵求意見稿）要求進行工藝設計，對豬場養殖廢水進行深度處理實現達標排放。
1.1廢水水質該規模化養豬場主要採用水衝糞的清糞工藝，設計進、出水水質。
1.2工藝流程根據該規模化豬場的實際情況，採用“預處理-UASB-兩級A/O-MBR-高階氧化”組合工藝進行處理。
該組合工藝流程主要可分為預處理系統、厭氧處理系統、兩級A/O生化處理系統和化學處理系統四部分。預處理系統：主要包括集水池、固液分離、調節池工藝，固液分離能夠有效將糞汙廢水中的糞渣和廢水分離，糞渣外運進行發酵生產有機肥，廢水進入調節池均量後進入厭氧處理系統；厭氧處理系統：主要包括UASB池、厭氧沉澱池等。調節池出水經提升泵提升至UASB池，透過厭氧反應，去除廢水中的大分子有機汙染物，並將一些好氧不能降解的有機汙染物轉化降解，出水進入厭氧沉澱池，汙泥排至汙泥池，廢水進入兩級A/O生化處理系統；兩級A/O生化處理系統：主要包括一級A/O池、二級A/O池及MBR池。厭氧沉澱池上清液自流至一級A/O池，去除部分有機物、氨氮和總磷，出水流入二級A/O池，利用微生物的硝化和反硝化反應進一步去除剩餘的硝酸鹽，進而達到提高總氮去除率的目的[2]，出水流至MBR池，再次去除部分的有機物、氨氮、總磷和SS；化學處理系統：主要包括除磷反應沉澱池和氧化池。透過投加除磷劑，去除廢水中含磷物質，降低出水總磷；透過臭氧接觸氧化，降低出水色度，保障出水穩定達標。UASB池、厭氧沉澱池、一級O池、MBR池、二沉池排出的汙泥脫水後外運。
2主要構築物及裝置
2.1集水調節池
集水調節池數量1座，地下式鋼砼結構，尺寸6.5m×4.2m×4.0m，有效水深3.0m，有效容積82m3，水力停留時間8.2h，主要用於收集豬場糞汙廢水，調節水質、水量，內設2臺(1用1備)汙水提升泵，流量18m3/h，揚程14m，功率1.5kW。
2.2固液分離平臺
固液分離平臺數量1座，地上式磚混結構，固液分離機型號LK-60TS，功率2.78kW，材質SUS316，規格為分離顆粒當量直徑=3um，每小時處理汙水7~20t（現場糞的濃度水量有所變動），擠壓機最大處理量（固體）2.5m3/h。
2.3調節池
調節池數量1座，地下式鋼砼結構，尺寸4.2m×4.2m×4.0m，有效水深3.5m，有效容積62m3，水力停留時間6.2h，調節廢水的酸鹼度，內設2臺(1用1備)汙水提升泵，流量18m3/h，揚程14m，功率1.5kW，1臺潛水攪拌機。
2.4UASB池
UASB池數量1座，地上式鋼砼結構，8.4×10.8m，有效水深9m，厭氧反應容積500m3，水力停留時間4d，用於去除廢水中的大分子有機汙染物，並將一些好氧不能降解的有機汙染物轉化降解，內設2臺(1用1備)厭氧迴圈泵，流量75m3/h，揚程10m，功率3.7kW，布水系統、迴流汙泥均布系統、三相分離器、水封系統各1套。
2.5厭氧沉澱
池厭氧沉澱池數量1座，地上式鋼砼結構，尺寸9.6m×1.8m×4.5m，有效水深4m，有效容積69m3，水力停留時間6.9h，用於去除UASB反應池處理廢水中的'部分懸浮物質及迴流部分厭氧汙泥，內設2臺(1用1備)汙泥泵，流量10m3/h，揚程10m，功率0.75kW，1套中心進水筒。
2.6一級缺氧池
一級缺氧池數量1座，半地上式鋼砼結構，尺寸11.7m×5.1m×4.5m，有效水深4m，有效容積234m3，水力停留時間6d。
2.7一級好氧池
一級好氧池數量1座，半地上式鋼砼結構，尺寸11.7m×6.6m×4.5m，有效水深4m，有效容積308m3，水力停留時間6d，池底安裝膜片式微孔曝氣盤，空氣流量1.5~3m3/h，服務面積0.3~0.7m2，氧轉移效率18.4~27.7%。
2.8二級缺氧池
二級缺氧池數量1座，半地上式鋼砼結構，尺寸7.8m×4.5m×4.5m，有效水深4m，有效容積140m3，水力停留時間4d。
2.9二級好氧池
二級好氧池數量1座，半地上式鋼砼結構，尺寸7.8m×4.5m×4.5m，有效水深4m，有效容積140m3，水力停留時間4d，池底安裝膜片式微孔曝氣盤，空氣流量1.5~3m3/h，服務面積0.3~0.7m2，氧轉移效率18.4~27.7%。內設2臺混合液迴流泵，流量25m3/h，揚程9m，功率1.5kW。
2.10MBR池
MBR池數量1座，半地上式鋼砼結構，尺寸4.5m×4.2m×4.5m，有效水深4m，水力停留時間12h，採用中空纖維膜，過濾通量為80L/(m2h)，用於進一步去除有機汙染物、NH3-N和SS等，內設2臺(1用1備)產水泵，流量15m3/h，揚程9m，功率0.75kW，1套反衝洗裝置。
2.11除磷反應
池除磷反應池1座，半地上式鋼砼結構，尺寸1.2m×0.9m×4.5m，有效水深4m，用於去除廢水中的磷，使出水水質達標。3套一體化加藥裝置，流量60~200L/h，出水壓力0.3~2.5MPa。
2.12二沉池
二沉池數量1座，半地上式鋼砼結構，尺寸7.8m×1.8m×4.5m，有效水深4m，用於進一步沉澱除磷反應器出水中的懸浮物質，內設2臺(1用1備)汙泥泵，流量24m3/h，揚程11m，功率1.5kW。
2.13氧化池
氧化池數量2座，半地下式鋼砼結構，尺寸1.8m×0.9m×4.0m，用於進一步去除出水色度，去除部分有機物，保證出水水質，1套臭氧發生裝置。
2.14汙泥池
汙泥池數量1座，地下式鋼砼結構，尺寸2.0m×2.0m×4.5m，有效水深4m，有效容積14m3，用於貯存厭氧沉澱池、一級O池、MBR池、二沉池內產生的汙泥，上清液迴流至調節池。內設2臺(1用1備)潛汙泵，流量10m3/h，揚程10m，功率0.75kW。
2.15脫水系統疊螺汙泥脫水機1臺，型號為301，DS處理量為30~60kg/h。2.16供氣系統好氧池由3臺(2用1備)羅茨風機供氣，風量：8.12m3/min，風壓：35kPa，轉速1500r/min，功率：11kW。
3除錯執行效果及經濟效益分析
3.1汙泥培養馴化本專案採用自然富集培養的方式向反應器中接種微生物。將稀釋後的調節池廢水引入好氧池，開始悶曝，在這期間每天定時定量加入稀釋後的調節池廢水，讓汙泥更快的生長，每天取汙泥觀察其形狀，幾天之後產生了一些絮凝體，且呈渾濁狀，將汙泥放到顯微鏡下鏡檢觀察能夠發現汙泥中含有大量的菌膠團。繼續增大進水的水力負荷，且每天定時定量排出部分廢水，觀察汙泥的沉降比及汙泥中的微生物，隨著馴化的進行，汙泥的沉降比會越來越高，且汙泥中會出現原生動物，待每個階段COD去除率穩定後，繼續增大進水的水力負荷至設計值，觀察汙泥形狀及監測出水COD值，汙泥形狀較穩定或出現小幅的浮動，COD去除率穩定。
3.2系統執行效果分析本汙水處理系統受季節影響，水量、水質波動大，夏季水量約120~150m3/d，進水CODCr約4000~5000mg/L。冬季水量約60~80m3/d，進水CODCr約12000-14000mg/L。進水NH3-N約600-1000mg/L。進水TP約200-300mg/L。全年各工藝執行穩定，出水CODCr≤150mg/L，總去除率約為96.25%-98.93%；NH3-N≤10mg/L，總去除率約為98.33%-99.00%；TP≤5mg/L，總去除率約為97.50%-98.33%。出水水質穩定，能夠滿足《農田灌溉水質標準》(GB5084-2005)中的旱作作物灌溉用水限值要求及《畜禽養殖業汙染物排放標準》（二次徵求意見稿）要求。
3.3經濟效益分析本工程總投資約為220萬元，其中土建投資為95.54萬元，裝置工程投資為124.46萬元。工程裝機總容量為50kW，採用PLC自動控制，執行管理較為便捷，噸水電費為3.36元；噸水藥劑費為1.34元/m3；噸水電費及藥劑費執行成本為4.7元。
4結論
採用“預處理-UASB-兩級A/O-MBR-高階氧化”組合工藝對豬場廢水進行處理效果良好，出水水質較穩定，能夠達到《農田灌溉水質標準》(GB5084-2005)中的旱作作物灌溉用水限值要求及《畜禽養殖業汙染物排放標準》（二次徵求意見稿）要求，執行管理便捷，具備較好的技術經濟可行性，可為類似工程提供借鑑。
參考文獻
[1]鄔蘭婭,齊振宏,黃煒虹,等.我國養豬業糞便排洩物汙染時空測度及處理技術的選擇[J].江蘇農業科學,2018,46(3):246-251.
[2]杜昱,孫月馳,李瑞化,等.垃圾滲濾液MBR處理系統設計要點[J].中國給水排水,2018(2):63-67.