养猪场废水处理工艺的研究及应用

养猪场废水处理工艺的研究及应用王建彬１，王风勤２，张会萍２，王琳３１．新野县环保局，河南新野４７３５００；２．新野县畜牧局；３．北京信息科技大学工商管理系１猪场废水处理现状养猪业为城乡居民提供了丰富的肉类产品，满足了广大人民群众的生活需要，但另一方面也产生了污水和粪便。随着养猪业发展速度迅猛，猪场废水给生态环境造成了一定的压力。据有关部门测算：１头猪日排泄粪尿按６ｋｇ计，年产粪尿达２．５吨。一个千头猪场日排泄粪尿达６吨，年排量达２５００吨。如果用水冲式清粪，１头猪日排污量约为３０ｋｇ，年排污水达１万多吨。其中五日生化需氧量ＢＯＤ５高达６００～７０００ｍｇ／Ｌ，化学需氧量ＣＯＤ浓度达１３０００～１７０００ｍｇ／Ｌ。并且大多数养猪场没有配套的粪尿废水处理设备，产生的粪尿废水露天存放不但占地，而且产生ＮＨ３、Ｈ２Ｓ等有害气体污染空气，同时还孳生蚊蝇、传播疾病、污染环境。养猪场固体粪便处理和综合利用技术比较成熟，设备简单，操作管理方便，对环境的污染较小。而养猪场废水（其组成包括猪尿，部分猪粪和猪舍冲洗水）有机物浓度高、悬浮物多、氨氮含量高、臭味大，处理难度较大，所以猪场废水对环境的污染相对较大。因此，对养猪场废水进行科学处理已经成为规模化养猪亟待解决的问题。２养猪场废水处理工艺的试验研究２．１试验方法２．１．１废水分离流程如图１所示：粪便和污水（猪排泄物和猪场清洗液混合物）经过栅栏除去粪便等大颗粒悬浮物，固体物质生产有机复合肥料（或颗粒肥），液体进入上流处理流程。２．１．２废水处理流程如图２所示：污水经静置沉淀ｌｄ后取其上清液由潜水泵提升至第一接触氧化池（简称好氧池Ⅰ）。好氧池Ⅰ处理出水自流入沉淀池Ⅰ，沉淀后出水进入水解池，水解池出水流入好氧池Ⅱ，经好氧处理后出水进沉淀池Ⅱ，沉淀处理出水流入好氧池Ⅲ，最后经混凝、沉淀处理后出水排放。以上各处理单元均为上流式。２．２试验结果与分析２．２．１运行装置的启动将人工选育的高效优势菌进行扩群培养后，选用干燥的粒径为２～３ｃｍ的新型多孔水泥填料放入菌液中，使细菌吸附固定于填料上。将固定好氧菌的填料分别放入３个好氧池，固定兼性厌氧菌的填料放入水解池。然后在４个池内加少量初沉后的上清液及少量磷钾等营养物质和水，闷曝气１ｄ，第２ｄ、第３ｄ开始慢慢进水，以后每天连续进水８ｈ，第６ｄ全天连续进水运行。一周后，好氧池的填料上形成较稳定的生物膜。试验表明这种挂膜启动方法比传统的挂膜启动方法快、微生物生长好。水解池刚启动时采用重铬酸钾作为氧化剂测定出来的化学耗氧量（ＣＯＤｃｒ）的去除率只有６．９％，到第５ｄ，就迅速升高到２４．７％，之后稳定在２４％～３１％，一个月后ＣＯＤｃｒ去除率逐渐提高，到４５ｄ后达到６１％～６６％。这表明水解池的启动时间比好氧池的长，５ｄ后填料上的细菌生长到一定量时，其处理效果才表现出来，经过一个多月的运行，其降解有机物的能力逐渐提高，４５ｄ以后达到最高且稳定。试验表明在水解（酸化）池内填充填料能有效截留微生物，大大增加生物附着量，提高处理效果，并能耐受有机负荷的冲击。２．２．２好氧池Ⅰ停留时间对处理效果的影响稳定气水比１５１，通过控制水流量来改变好氧池Ⅰ废水停留时间。试验结果表明该池能大幅度降低废水的ＣＯＤｃｒ，随着在该池停留时间的增加，废水ＣＯＤｃｒ的去除率逐渐增高。停留时间从８ｈ增加到９ｈ以及从９ｈ增加到１０ｈ的去除率增加的幅度分别为９．５％和７．７％，而延长至１１ｈ的去除率增加的幅度较小。综合分析认为，在好氧池Ⅰ停留时间以１０ｈ为宜。２．２．３水解池容积负荷对处理效果的影响水解—接触氧化工艺对废水水力负荷和容积负荷的变化有较强的耐受能力，而浓度过高超过微生物的耐受能力时，微生物会受到不良影响，导致处理效果降低。在水力负荷不变的情况下，容积负荷小于７．２ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ３、ｄ时，废水ＣＯＤｃｒ的去除率直线上升；容积负荷在７．２１～１０．２２ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ３、ｄ时，ＣＯＤｃｒ去除率保持较高水平。在大于１０．２２ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ３、ｄ时，ＣＯＤｃｒ去除率呈下降趋势。因此，在处理装置运行过程中，容积负荷控制在７．２１～１０．２２ｋｇＣＯＤｃｒ／ｍ３、ｄ范围内，即进入水解池的废水ＣＯＤｃｒ控制在２０００～３０００ｍｇ／Ｌ较理想。如浓度不在其范围内，可采取加水稀释或加废水浓化进行调整。２．２．４水解—两段接触氧化池水力停留时间的确定稳定进水浓度和气水化，在调节池出口通过调节水流量来控制在水解池、好氧池Ⅱ和好氧池Ⅲ等３个单元的水力停留时间。结果表明，不同停留时间对水解（两段接触氧化池）的处理效果影响较大，随着停留时间的延长，各单元的处理效率趋于增加。各单元停留时间小于６ｈ，处理的效果较低，总去除率仅为７０．３％。停留时间延长至８ｈ，各单位的处理效果明显提高，特别是水解池的去除率提高较大，达６０．３％左右，好氧池Ⅲ的去除率增加了１４．４％。延长停留时间至１０～１２ｈ，水解池、好氧池Ⅲ的去除率仍有所提高，但增加幅度不大，且单位时间内处理水量减少，使处理装置占地面积增大，投资增加。因此，该试验所确定的水解时间为８ｈ。２．２．５接触氧化池的气水比对处理效果的影响稳定进水浓度和停留时间，通过调节气体流量计的气流量来改变接触氧化池的气水比，试验气水比为８∶１，１０∶１，１２∶１，１５∶１，１７∶１时对废水处理的结果表明，对于三个好氧池气水比为８∶１时，池内溶解氧为１．０ｍｇ／Ｌ左右，由于微生物所需要的氧量得不到满足，大量好氧菌死亡脱落，兼性菌生长，细菌膜变黑，水质浑浊发黑；气水比大于１７∶１时，发生生物膜吹脱现象。好氧池Ⅰ气水比小于１５∶１时，ＣＯＤｃｒ去除率较低，当增大气水比至１５∶１时，去除率提高到６０％以上，这是由于废水中的有机物浓度高达４０００～５０００ｍｇ／Ｌ，其氧化分解时所需要的溶解氧量较高。而对于好氧池Ⅱ、Ⅲ，由于废水中的有机物浓度大大降低，微生物分解有机物所需的溶解氧量也降低，当气水比为１２∶１时，ＣＯＤｃｒ去除率达到最高。因此好氧池Ⅰ的气水比选择１５∶１，好氧池Ⅱ、Ⅲ的气水比选择１２∶１。２．２．６混凝试验结果经过以上处理后，出水氨氮为１４～１６ｍｇ／Ｌ，悬浮物３０～４０ｍｇ／Ｌ，色度小于３０倍，ｐＨ值为６～８，但ＣＯＤｃｒ还有２００～２５０ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ５３０～６００ｍｇ／Ｌ因此还需要作进一步的混凝处理，才能达标排放。该试验用聚合氯化铝对废水进行混凝处理，结果表明在最佳ＰＨ值６．５以及最佳投药量２００ｍｇ／Ｌ时，废水经聚合氧化铝处理后ＣＯＤｃｒ降到１００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ５降至５０ｍｇ／Ｌ以下，出水各项指标均能达到畜禽养殖业污染物排放标准ＧＢｌ８５９６－２００１。２．２．７工艺流程的稳定运行试验结果控制进入好氧池Ⅰ废水的ＣＯＤｃｒ在５０００ｍｇ／Ｌ以内，试验工艺参数为：好氧池Ⅰ停留时间１０ｈ，气水比１５∶１，水解—两段接触好氧各单元停留时间８ｈ，处理水量０．８５Ｌ／ｈ，气水比１２∶１，每个沉淀池停留时间各１ｈ，整个处理系统稳定运行３个月。在进水ＣＯＤｃｒ低于５０００ｍｇ／Ｌ时，经过运行系统的处理，好氧池Ⅰ去除率在４７％～６３％，水解池去除率稳定在５９％～７１％，好氧池Ⅱ去除率稳定在３８％以上，好氧池Ⅲ的去除率为３２％以上。好氧池Ⅲ出水再经聚合氯化铝混凝沉淀后，出水ＣＯＤｃｒ稳定在１００ｍｇ／Ｌ以下，总去除率在９７％以上，ＢＯＤ５稳定在３０～５０ｍｇ／Ｌ，总去除率在９８％以上，色度小于３０倍，悬浮物小于３０ｍｇ／Ｌ，均能达到畜禽养殖业污染物排放标准ＧＢｌ８５９６－２００１。２．３结论选用经实验室培养驯化的优势菌进行扩大培养后，用新型的多孔水泥填料浸泡吸附固定，然后放入生物氧化池中，这种挂膜启动方法比传统的挂膜启动方法快，微生物生长好，并且处理效果好，处理时间短，水解池内充填该种多孔填料，能显著增加生物附着量，提高处理效果。采用接触氧化—水解—两段接触氧化—混凝工艺处理高浓度养猪场废水是可行的。试验研究所确定的最佳工艺参数为：好氧池Ⅰ停留时间１０ｈ，气水比１５∶１，水解—两段接触氧化池各单元停留时间８ｈ，气水比１２∶１。在这种试验条件下，氧化池Ⅰ进水ＣＯＤｃｒ小于５０００ｍｇ／Ｌ，经过各单元生物处理及混凝处理后，出水的ＣＯＤｃｒ、ｐＨ值、ＢＯＤ５含量、氨氮含量、色度、悬浮物均可达到畜禽养殖业污染物排放标准ＧＢｌ８５９６－２００１。