猪场废水处理现存技术

-1-国内养猪场废水处理技术现状目前，国内学者对养猪场废水的处理做了大量的研究，并取得了一定的成果，对养猪废水的处理通常选择物化、生化甚至生态结合的工艺，以下为目前收集资料中对养猪废水有较好处理效果的工艺。1.1酸化+高速滤池+生物氧化塘北京市大兴区某猪场饲养生猪5000头,采用水冲清粪工艺,每日排污量为100～120t,设计通过自然沉淀法对猪粪污水先进行固液分离,沉淀固体经过调整水分,添加肥料成分,进行堆肥处理,液体部分通过一个调节酸化池和两个串联的高速生物滤池进行厌氧好氧生物处理,处理后的污水进入生物氧化塘进一步降解蓄存,进行农田灌溉。污水通过处理COD总降解率可达到93.0%～97.0%,CODcr浓度最低达127mg/L,最终出水水质均达到国家规定的畜禽养殖业污染物排放标准。1.2组合式氧化塘工艺广东省规模化养猪场日产污水量500m3/L，采用新型厌氧－兼氧组合式氧化塘工艺，该工艺主体的组合式稳定塘设计成倒置截头圆锥型，由下向上设置3个微生物反应区。污水由下向底部均匀向上流动，污水在塘内的停留时间为12d。整个厌氧-兼氧-组合稳定塘出水CODcr的质量浓度保持在3000mg/L,CODcr去除率一般为70%左右,后续辅助好氧池采用活性污泥法,使CODcr等进一步降解,再利用高负荷氧化塘进行污水的硝化脱氮,最后通过藻类沉降塘及生物塘以达到出水水质要求。该工艺实际运行中CODcr平均去除率达99.43%,BOD5平均去除率达99.8%,SS平均去除率为97.7%,NH3－N平均去除率为93.45%。整个污水处理系统投资运行成本较低,其缺点是占地面积大。1.3多级酸化－人工湿地处理工艺-2-华南农业大学研究的畜禽舍粪便污水多级酸化与人工湿地串联处理工艺,粪便污水经固液分离后进入酸化池,进行酸化调节,然后进入四个串联人工湿地进行处理,最后通过净化池后,即可达标排放,通过该工艺的运行可使COD由1500mg/L降至98.4mg/L,BOD5由9000mg/L降至49.4mg/L,SS由18600mg/L降至51.5mg/L,硫化物由480mg/L降至1.3mg/L。整个工艺系统实现流化,不需要动力,节省能源,减少了60%的运转费,且能有效的去除污水中的重金属。1.4厌氧-加原水-SBR(Anarwia工艺)邓良伟等提出厌氧-加原水-间歇曝气（Anarwia）工艺，即大部分猪场废水先进行厌氧消化，厌氧出水再与小部分未经厌氧消化的猪场废水混合，再采用间歇曝气的序批式反应器（SBR）处理混合水。同时进行了厌氧-加原水-间隙曝气(Anarwia)工艺与厌氧-SBR工艺以及SBR工艺净化猪场废水的技术经济研究。实验室试验和生产性试验一致证明,厌氧-SBR工艺去除效率低,处理出水污染物浓度高,不适于猪场废水处理;Anarwia工艺的处理效果与SBR工艺相当,污染物去除率高,出水COD和NH4+-N浓度低,达到了国家《畜禽养殖业污染物排放标准》。与SBR工艺直接处理猪场废水相比，Anarwia工艺需增加厌氧处理单元、沉淀配水单元和沼气净化与贮存单元,但其HRT、工程投资、剩余污泥量、需氧量同比分别降低38.6%、11.8%、16.4%和95.9%,并能回收沼气2784m3/d。若不计沼气收益，Anarwia工艺的处理费用比SBR工艺低47.5%;若计沼气收益,则Anarwia工艺的处理费只有SBR工艺的9.1%。技术经济分析结果说明，Anarwia是一种高效、稳定、经济的猪场废水处理新工艺,完全能够取代并优于SBR工艺。1.5UASB-SBR-生物塘工艺北京顺义良山畜牧场以销售种猪、育肥猪为主,该猪场按现存栏12000头计算,产鲜猪粪为49.5t/d,产尿为47.4m3/d,采用高架漏缝地板结构,其废-3-水集中排放。现采用人工清理猪场70%的粪便,粪浆产量为120m3/d。根据测算,废水中COD含量约为18000mg/L,固体含量约为4%～6%。该工艺的特点是将固液分离技术、厌氧工艺、好氧工艺及生物稳定塘工艺等有机地组合在一起,实现了养殖场粪污的高效处置和废物的综合利用。通过将上述工艺组合应用,使COD为(2～3)×104mg/L、SS为1×104mg/L的养猪场粪污经处理后,其出水达标排放(或部分回用),节约了猪场的自来水用量(1.5×104m3/a)。养猪场粪污经处理后产生沼气(CH4含量达62%)为20×104m3/a,可供居民或猪场作燃料使用。1.6CSTR-SBR工艺杭州田园养殖场位于杭州市北广济桥,紧邻京杭大运河支流。该场生猪存栏为6万头,出栏商品肉猪为10万头/a,猪场产生猪粪等固体废弃物100t/d,猪尿和猪舍冲洗污水1200t/d。废水经过固液分离后进行厌氧消化，厌氧消化采用20℃全混接触式厌氧工艺，容积负荷为2.6kgCOD/(m3·d),HRT=60h,容积产气率为1.0m3/(m3·d),可产沼气3000m3/d。厌氧出水的COD在1500mg/L左右。厌氧出水经沉淀池后，上清液与一部分猪粪水混合后流入SBR好氧生化池以进一步去除COD，并脱氮除磷。鉴于我国养猪业目前的现状，首先要控制规模化养猪场的发展规模和速度，废水处理一定要采用新的厌氧发酵工艺技术，并对厌氧消化液进行好氧处理后，才能排入水生植物塘或养鱼塘,以减轻对地表水和地下水环境的污染，同时要开展资源的多层次利用,以期获得较好的环境、能源和经济效益。ABR-厌氧氨氧化工艺处理猪场废水试验研究目前国内猪场排放的大量废水都没有经过有效的回收利用或处理即直接排放,对-4-环境产生了严重的污染。针对猪场废水具高有机物浓度、高悬浮物、高氨氮等特点,目前控制猪场废水污染方法主要以厌氧+好氧生物处理为主,辅助物化法、自然处理方法。厌氧氨氧化是一项具有广阔应用前景的新型生物脱氮技术,具有很高开发价值。本研究拟提出ABR-厌氧氨氧化工艺,分别采用ABR、厌氧氨氧化工艺对猪场废水进行试验研究,探索其处理猪场废水可能性和运行效果。主要结论如下:(1)常温条件下,经过两个月的时间,成功启动了ABR厌氧反应器,容积负荷可达到10kgCOD/(m~3·d),COD去除率稳定在65%左右。(2)不同HRT条件下,HRT与COD去除率呈正比关系,HRT越长COD去除率越高。但从经济的角度考虑ABR处理猪场废水适宜停留时间为24h,上流速度宜控制在0.15m/h。(3)不同HRT条件下,各隔室呈现出不同的降解规律:从各隔室变化情况看,具有明显相分离的特点。随着HRT减小,pH升高后移;随着HRT减小,氨化作用也后移,后面隔室所占总的递增率比例增加;随着HRT减小,后面隔室COD去除率呈增加趋势。(4)采用ABR处理预酸化猪场废水进行对比试验,COD去除率提高了将近10%,达到75%左右。表明对于猪场废水这类高悬浮物,含有大量蛋白质、胶体物质的废水而言,应进行必要的预处理,先去除大量悬浮物。(5)采用厌氧氨氧化工艺处理实际猪场消化液,接种好氧活性污泥和厌氧颗粒污泥,2个多月成功启动厌氧氨氧化反应器,氨氮去除率可以达到60%,验证了利用厌氧氨氧化工艺处理类似猪场废水这类高氨氮废水的可能性。(6)厌氧氨氧化影响因素试验研究表明:氨氮去除负荷随氨氮容积负荷的增加而增加,但当容积负荷大于309.5mg/L·d后,氨氮去除率有所下降;微生物絮凝与改性沸石吸附联合处理猪场废水的研究我国规模化养殖业的高速发展，带来了巨大的环境压力，其中猪场废水是主要的污染来源，猪场废水含有高浓度有机物和氨氮，是较难处理的一类有机废水。国内外主要采用厌氧—好氧技术方法进行处理，虽然厌氧处理能够很大程度上降解废水中的有机污染物，但是，厌氧出水污染物浓度仍然很高，尤其是氨氮基本没有被去除。对于猪场废水厌氧消化液的处理，应用最多的是生物硝化反硝化，虽然利用硝化菌和反硝化菌可以将废水中的含氮有机物和氨转化为氮气去除，但高浓度的有机物和氨氮通常会加大微生物的处理负荷和冲击负荷，导致废水处理效果不佳。实际工程中，为改善氨氮的去除效果，通常在反硝化脱氮过程中补充碱度或碳源，使得处理成本和运行费用增加。这种情况下，高效去除有机污染物的絮凝技术和以天然沸石为吸附剂的离子交换脱氨氮技术逐渐引起人们的重视。本论文在充分研究微生物絮凝剂去除高浓度有机污染物的作用机制和氧化镁改性沸石吸附回收高浓度氨氮的作用机理的基础上，提出了微生物絮凝与氧化镁改性沸石吸附联合处理猪场废水厌氧消化液的技术，运用中心复合设计建立废水中污染物去除的二次模型，通过絮凝和离子交换技术提高有机污染物的去除效率，实现废水中高浓度氨氮的吸附回收。一方面，从养猪场废水处理厂污泥中分离耐高浓度有机物和氨氮-5-的絮凝微生物，充分研究其利用猪场废水和污泥生产微生物絮凝剂及去除猪场废水厌氧消化液中高浓度有机物的性能和机理。另一方面，采用焙烧的方法将氧化镁分散在天然沸石上，使其获得强碱性活性位并保留微孔结构，充分研究其吸附猪场废水厌氧消化液中高浓度氨氮的性能和动力学过程。以此为基础，运用响应面分析法设计实验，在氧化镁改性沸石处理猪场废水厌氧消化液的混凝过程中加入微生物絮凝剂，对于废水中高浓度有机物和氨氮的去除和吸附回收具有巩固作用，实现氧化镁改性沸石和微生物絮凝剂在处理猪场废水厌氧消化液中的优势互补，最大限度地去除废水中的COD、氨氮和浊度。从湖南省富华养猪场废水处理厂沉淀池污泥中分离出一株高效絮凝微生物菌株R3，通过生理生化实验和16SrDNA鉴定为红球菌属微生物。实验通过优化菌株R3培养基，得出生产絮凝剂的基质组成为(g/L)：蔗糖20、酵母粉4.0、脲1.0、NaCl10、MgSO_42.0、K_2HPO_45.0、KH_2PO_42.0。菌株R3可以有效利用猪场废水和碱热处理的污泥生产微生物絮凝剂，无需添加其他可溶性有机物和氮化合物。实验建立了描述菌株R3生长、絮凝剂MBFR3生产和底物蔗糖消耗的数学模型，三种模型的平均相对误差均小于10%，可以认为建立的菌株发酵动力学模型是可行的。菌株R3生产的微生物絮凝剂MBFR3其有效成分为蛋白质，蛋白质含量达99.7%，平均相对分子量为3.99×10~5Da。MBFR3具有良好的絮凝性能，当投加量在10-30mg/L范围内变化时，对4.0g/L高岭土悬液的絮凝率始终保持在90%以上；MBFR3其絮凝性能相对稳定的适用pH值呈弱碱性，当pH=8.0时，絮凝率达到96.8%。MBFR3对猪场废水中的COD、氨氮、浊度有着明显的去除效果，废水pH为7.0-9.0时，随着投加量从5.0mg/L逐渐增加至20mg/L，废水中COD、氨氮、浊度的去除率也随之快速增加至47.2%、41.9%和72.9%。絮凝机理研究表明，胶体颗粒是通过电中和作用和离子架桥作用被MBFR3絮凝沉降的，助凝剂Ca~(2+)通过库伦引力将带负电荷的胶体颗粒拉近，并与之形成Ca~(2+)—胶体颗粒结合物，MBFR3像一种桥接剂，通过离子键将两个或两个以上的Ca~(2+)—胶体颗粒结合物吸附到分子链上，从而完成了胶体颗粒的絮凝。400oC焙烧条件下，将氧化镁按质量比1:4分散负载于浙江缙云天然斜发沸石，制得氧化镁改性沸石。改性沸石对氨氮吸附量可达到24.7mg/g，是天然沸石吸附氨氮量(12.6mg/g)的196.1%。改性沸石投加量在5.0-30g/L范围内变化时，氨氮去除率随着投加量的增加而迅速增加到58.6%。改性沸石吸附氨氮有一个最适pH范围(7.0-9.0)，当pH=8.0时，氨氮去除率达到58.9%。改性沸石对氨氮的去除具有快速吸附、缓慢平衡的特点，在反应最初30min内，氨氮去除率迅速增加到49.1%，当反应时间达到80min时，吸附达到平衡。内扩散动力学研究表明NH4+从改性沸石表面扩散到颗粒内部是整个吸附过程的速率控制步骤。吸附等温线研究过程中，随实验温度条件的升高，改性沸石对氨氮的理论吸附量从29.1mg/g下降到27.4mg/g，说明温度对改性沸石的吸附性能有一定影响。相比Freundlich等温线和Tempkin等温线而言，Langmuir等