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畜禽豬羊牛雞鴨鵝污水處理方案設備選型

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畜禽養(yǎng)殖專業(yè)化與規(guī)?；酗曫B(yǎng)方式,有利于提高飼養(yǎng)技術(shù)、防疫能力和管理水平, 與傳統(tǒng)方式即農(nóng)戶分散飼養(yǎng)相比,規(guī)?；曫B(yǎng)可大大提高生產(chǎn)效率和飼料轉(zhuǎn)換率,降低生產(chǎn)成本,增加經(jīng)濟效益。但畜禽規(guī)?；曫B(yǎng)也造成糞尿過度集中和沖洗水大量增加,給生態(tài)環(huán)境帶來極大壓力。據(jù)國家環(huán)境保護總局對全國 23 個省(區(qū))、 市規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染狀況調(diào)查表明, 畜禽糞便產(chǎn)生量為工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的2 .4 倍,畜禽糞便化學需氧量(COD)遠遠超過我國工業(yè)廢水和生活化學需氧量排放量之和。許多地區(qū)畜禽養(yǎng)殖帶來的污染已經(jīng)或正在成為當?shù)丨h(huán)境主要污染源。目前畜禽養(yǎng)殖所帶來的嚴重污染已引起政府、養(yǎng)殖場業(yè)主、污染治理研究和設計者的重視,相繼開發(fā)了不同處理工藝,并建立了各式養(yǎng)殖廢水處理工程,主要有還田模式、自然處理模式和工業(yè)化處理模式。目前畜禽養(yǎng)殖廢水處理常的用有還田模式、自然處理模式、工業(yè)化處理模式。

1 還田模式

　　還田模式是畜禽養(yǎng)殖廢水處理中zui早期的模式。畜禽糞便污水還田作肥料為傳統(tǒng)而經(jīng)濟有效的處置方法,可使畜禽糞尿不排往外界環(huán)境,達到污染物*。既可有效處置污染物,又能將其中有用的營養(yǎng)成分循環(huán)于土壤 - 植物生態(tài)系統(tǒng)中, 家庭分散戶養(yǎng)畜禽糞便污水處理均采用該法。該模式適用于遠離城市、 土地寬廣且有足夠農(nóng)田消納糞便污水的經(jīng)濟落后地區(qū), 特別是種植常年需施肥作物的地區(qū),要求養(yǎng)殖場規(guī)模較小。還田模式主要優(yōu)點一是污染物*,zui大限度實現(xiàn)資源化,可減少化肥施用量,提高土壤肥力;二是投資省,不耗能,毋需專人管理, 運轉(zhuǎn)費用低等。其存在的主要問題一是需要大量土地利用糞便污水,每萬頭豬場至少需 7hm土地消納糞便污水, 故其受條件所限而適應性弱;二是雨季及非用肥季節(jié)必須考慮糞便污水或沼液的出路;三是存在著傳播畜禽疾病和人畜共患病的危險;四是不合理的施用方式或連續(xù)過量施用會導致 NO-3 、P 及重金屬沉積,成為地表水和地下水污染源之一; 五是惡臭以及降解過程所產(chǎn)生的氨、硫化氫等有害氣體釋放對大氣環(huán)境構(gòu)成污染威脅。經(jīng)濟發(fā)達的美國約 90%的養(yǎng)殖場采用還田方法處理畜禽廢棄物。鑒于畜禽糞尿污染的嚴重性和處理難度, 英國和其他歐洲國家已開始改變飼養(yǎng)工藝,由水沖式清洗糞尿回歸到傳統(tǒng)的稻草或作物秸稈鋪墊吸收糞尿,然后制肥還田。日本曲徑探尋 10 多年后,于 20 世紀 70 年代始又大力推廣糞便污水還田。說明還田模式仍有較強的生命力。我國上海地區(qū)在治理畜禽養(yǎng)殖污染過程中,經(jīng)過近 10 年的達標治理實踐,又回到還田利用的綜合處理模式中。美國糞便污水還田前一般未經(jīng)專門厭氧消化裝置厭氧發(fā)酵,而是貯存一定時間后直接灌田。由于擔心傳播畜禽疾病和人畜共患病,畜禽糞便廢水經(jīng)過生物處理之后再適度應用于農(nóng)田已成為新趨勢。德國等歐洲國家則將畜禽糞便污水經(jīng)過中溫或高溫厭氧消化后再進行還田利用,以達到殺滅寄生蟲卵和病原菌的目的。我國一般采用厭氧消化后再還田利用,可避免有機物濃度過高而引起的作物爛根和燒苗,同時經(jīng)過厭氧發(fā)酵可回收能源CH 4 ,減少溫室氣體排放,且能殺滅部分寄生蟲卵和病原微生物。國外對畜禽糞便污水還田利用的研究主要側(cè)重于安全性評估以及減少風險的措施。我國該方面研究則主要著眼于畜禽糞便污水厭氧消化液(沼液)的正面影響即改良土壤及增產(chǎn)效果 [4 ] ,而對其副作用即長期施用所產(chǎn)生的危害尚未引起足夠重視。

　2 自然處理模式

　　自然處理模式主要采用氧化塘、土地處理系統(tǒng)或人工濕地等自然處理系統(tǒng)對養(yǎng)殖場糞便污水進行處理, 適用于距城市較遠、氣溫較高且土地寬廣有灘涂、荒地、林地或低洼地可作污水自然處理系統(tǒng)、經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū),要求養(yǎng)殖場規(guī)模中等。自然處理模式主要優(yōu)點一是投資較省, 能耗少, 運行管理費用低; 二是污泥量少, 不需要復雜的污泥處理系統(tǒng);三是地下式厭氧處理系統(tǒng)厭氧部分建于地下,基本無臭味; 四是便于管理,對周圍環(huán)境影響小且無噪音;五是可回收能源 CH 4 。其主要缺點一是土地占用量較大;二是處理效果易受季節(jié)溫度變化的影響;三是建于地下的厭氧系統(tǒng)出泥困難,且維修不便;四是有污染地下水的可能。該模式在美國、澳大利亞和東南亞一些國家應用較多,且國外一般未經(jīng)厭氧處理而直接進入氧化塘處理畜禽糞便污水,往往采用多級厭氧塘、兼性塘、好氧塘與水生植物塘,污水停留時間長(水力停留時間長達 600d) , 占地面積大, 多數(shù)情況下氧化塘只作為人工濕地的預處理單元。歐洲及美國較多采用人工濕地處理畜禽養(yǎng)殖廢水, 美國自然資源保護服務組織(NRCS)編制了養(yǎng)殖廢水處理指南,建議人工濕地生化需氧量(BOD 5 )負荷為 73kg / hm2 ·d,水力停留時間至少 12d。墨西哥灣項目(GMP)調(diào)查收集了 68 處共 135 個中試和生產(chǎn)規(guī)模的濕地處理系統(tǒng)約 1300 個運行數(shù)據(jù),并建立了養(yǎng)殖廢水濕地處理數(shù)據(jù)庫,發(fā)現(xiàn)污染物平均去除效率生化需氧量(BOD 5 )為 65%, 總懸浮物 53%,NH+4- N 48%,總 N 42% ,總 P 42%。人工濕地存在的主要問題是堵塞, 而引起堵塞的主要原因是懸浮物,微生物生長的影響卻很小。避免堵塞的方法主要有加強預處理、交替進水和濕地床輪替休息, 近年還發(fā)展了“潮汐流”以及反粒級(上大下小)等避免堵塞。我國南方地區(qū)如江西、福建和廣東等省也多應用自然處理模式,但大多采用厭氧預處理后再進入氧化塘進行處理, 厭氧處理系統(tǒng)分地上式和地下式, 氧化塘為多級塘串聯(lián)。我國在人工濕地處理養(yǎng)殖廢水方面進行的一些實驗研究和工程應用, 主要著眼于植物篩選和處理效果的考察,而在氧化塘以及人工濕地處理養(yǎng)殖廢水設計中,一般參照氧化塘或人工濕地處理其他污水的資料作為設計依據(jù)或者隨意設計, 但針對畜禽養(yǎng)殖廢水, 其氧化塘、人工濕地究竟需要多大面積, 出水才能達到標準,季節(jié)溫度變化對自然處理系統(tǒng)效果的影響等方面尚缺乏深入研究和規(guī)范可依。

　　3 工業(yè)化處理模式

　　工業(yè)化處理模式是目前畜禽養(yǎng)殖廢水處理中zui常見的一種模式。包括厭氧處理、好氧處理以及厭氧- 好氧處理等不同處理組合系統(tǒng)。對那些地處經(jīng)濟發(fā)達的大城市近郊、土地緊張且無足夠農(nóng)田消納糞便污水或進行自然處理的規(guī)模較大養(yǎng)殖場, 采用工業(yè)化處理模式凈化處理畜禽糞便污水為宜。工業(yè)化處理模式主要優(yōu)點一是占地少;二是適應性廣, 不受地理位置限制; 三是季節(jié)溫度變化的影響較小。其主要缺點一是投資大, 每萬頭豬場糞便污水處理投資約 120 萬～150 萬元; 二是能耗高, 每處理 1m3污水約耗電 2～4kW ·h;三是運轉(zhuǎn)費用高, 每處理 1m3污水需運轉(zhuǎn)費 2 .0 元左右; 四是機械設備,維護管理量大;五是需專門技術(shù)人員管理。韓國、意大利和西班牙等國少部分養(yǎng)殖場應用該模式處理糞便污水,而日本則大量應用該模式, 美國亦開始該模式的研究與應用; 我國目前已有相當多的養(yǎng)殖場采用該模式處理糞便污水。畜禽養(yǎng)殖糞便污水厭氧處理工藝通常有*混合式厭氧反應器、厭氧濾池、厭氧擋板反應器、厭氧復合反應器、上流式厭氧污泥床和內(nèi)循環(huán)厭氧反應器等。畜禽養(yǎng)殖糞便污水含有高濃度的懸浮物和NH+4- N,影響了高效厭氧反應器的效率。徐潔泉等對厭氧復合反應器、上流式厭氧污泥床和厭氧擋板反應器處理豬糞過篩液運行性能試驗結(jié)果表明,幾種反應器的運行指標基本*,綜合比較厭氧復合反應器略優(yōu)于上流式厭氧污泥床, 上流式厭氧污泥床略優(yōu)于厭氧擋板反應器。且溫度對反應器性能的影響更大,發(fā)酵溫度 10℃段時化學需氧量負荷 1 .9～2 .3g / L ·d,裝置平均產(chǎn)氣率 0 .32～0 .51L / L ·d, 化學需氧量平均去除率 82 .2% ～91 .0% ; 發(fā)酵溫度 15℃段時負荷化學需氧量 2 .5～2 .6g / L·d, 裝置平均產(chǎn) 氣率 0 .57～0 .59L/ L ·d;發(fā)酵溫度 25℃段時化學需氧量負荷 5 .5～5 .7g/ L ·d, 裝置平均產(chǎn)氣率 1 .93～2 .01L/ L ·d。好氧工藝早期主要采用活性污泥法、接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤、氧化溝和缺氧 - 好氧法等工藝, 這些工藝處理養(yǎng)殖場廢水脫 N 效果均差, 其中缺氧 - 好氧法雖能取得較好脫 N 效果,但需要污泥回流和高比例混合液回流,一般還需加堿。而采用間歇曝氣處理豬場廢水其有機物與 N、P 去除效果較好, 此后以間隙曝氣為特點的序批式反應器廣泛應用于豬場廢水處理中, 且絕大多數(shù)獲得較好有機物與 N、P 去除效果, 并建立了規(guī)模生產(chǎn)試驗裝置。由于養(yǎng)殖場廢水系高濃度有機廢水, 采用好氧處理工藝直接進行處理則需對廢水進行稀釋,或采用很長的水力停留時間(一般 6d 以上, 有的甚至長達16d, 這都需建大型處理裝置, 投資大,能耗高, 運行費用昂貴,如意大利某生產(chǎn)性序批式反應器處理豬場廢水試驗運行費用高達3 歐元/ m3 [ 29 ]。高濃度有機廢水采用厭氧 - 好氧聯(lián)合處理工藝是*的方法。目前采用厭氧 - 好氧工藝處理養(yǎng)殖場廢水尚少見報道,且已有的厭氧 - 好氧工藝處理養(yǎng)殖場廢水報道, 其處理效果均很差,主要是好氧后處理對厭氧消化液污染物去除效果差。Ng W .G .采用序批式反應器工藝處理豬場廢水厭氧消化液其NH+4- N 去除率僅 68 .7%。徐潔泉等采用接觸氧化法處理豬場廢水厭氧消化液其出水化學需氧量 > 500mg/ L, NH+4-N > 200mg/ L。Jung Jeng Su 等采用序批式反應器工藝處理豬場廢水厭氧消化液得出同樣結(jié)果, 總凱氏N 去除率僅42 .4%～71 .1% ,化學需氧量去除率僅 10%～40%。楊虹等試驗發(fā)現(xiàn)間歇曝氣處理豬場廢水厭氧消化液其NH 3 - N 去除率 < 60% , 出水中NH+4- N 濃度為 600mg/ L 左右, Liao C .M .等 [ 32 ] 采用間歇曝氣處理豬場廢水厭氧消化液其總 N 去除率達 30% , NH+4- N 去除率為 40%。一些研究者針對厭氧消化液處理效果差的問題,研究提出改進方法一是加堿,改善了NH+4- N 去除效果,但對總 N 去除無效果。二是加C 源,主要添加葡萄糖、甲醇 [ 26 ] 和乙酸, 這些方法雖取得較好處理效果, 但需增添裝置投資, 工作強度和運行費用亦大幅增加。厭氧 - 加原水 - 間歇曝氣(簡稱 Anarwia 工藝)是由我國研制開發(fā)的畜禽養(yǎng)殖污水處理新工藝, 即將大部分畜禽養(yǎng)殖廢水進行厭氧消化后,出水再與小部分未經(jīng)厭氧消化的養(yǎng)殖廢水混合, 然后采用間歇曝氣序批式反應器處理混合水,該 Anarwia 工藝處理效果與序批式反應器直接處理工藝相同, 但其水力停留時間、工程投資、剩余污泥量、需氧量同比分別降低 38 .6%、 11 .8%、16 .4%和 95 .9% , 并能回收沼氣。若不計沼氣收益,Anarwia 工藝處理費用比序批式反應器工藝低 47 .5% ; 若計沼氣收益則 Anarwia 工藝處理費用僅有序批式反應器工藝的 9 .1% ,說明 Anarwia 工藝頗具優(yōu)勢,并已成功應用于杭州燈塔養(yǎng)殖總場廢水處理工程,且處理效果良好?，F(xiàn)階段我國規(guī)?；B(yǎng)殖場大多建在距離大城市較遠的地區(qū),飼養(yǎng)規(guī)模不大。因此糞便污水處理應優(yōu)先考慮還田利用模式,剩余的再采用自然處理模式,即采用還田與自然處理相結(jié)合的綜合利用處理模式,在前 2 種模式無條件實施時,再考慮工業(yè)化處理模式。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,用于消納或處理糞便污水土地將越來越少,加之還田與自然處理模式均帶來二次污染,工業(yè)化處理模式必將受到更廣泛關(guān)注,并成為今后的研究重點。無論采用何種處理模式,綜合利用優(yōu)先、減量化、資源化、 無害化和運行費用低廉化應是養(yǎng)殖廢水處理的首要原則。