（农业生物环境与能源工程专业论文）规模化养猪场粪污水处理和利用的研究.pdf

摘要 岁弘0 。 x 、 2 0 砒纪8 0 年代后期，我国畜禽养殖业迅速向集约化和高效化的方向发展。可是，由1 ：集约 化养殖场每天产生的大量的粪污所带来的环境污染问题义成为其发展的制约因素。 j l 京市农业是典型的城郊型，备禽养殖规模人，粪便排放量多。尤其是猪粪量山畜禽年总产 粪繁的5 9 左右，但粪污处理率却不超过1 0 。现有的规模化养猪场多采用水冲粪和水泡粪的清 粪1 ：艺，日益俱增的粪污水给我们带来了资源利用与环境保护的新课题。作为北京市殪堑壅竖丝 理示范【程，本研究的内容是探索一种经济、高效、节能和多层次综合利用粪污水处理一i 艺，斤 使污水排放达到国家三级水标准。为此，我们设计了一种新型三步处理 艺，其包括：同液分离、 厌氧处理和好氧处理。尤其是在好氧处理系统中采_ f j 了高速生物滤池，其滤料为新型半软性滤料， 比表面积达2 2 0m 2 m 3 ，具有很好的耐久性，且不需反冲洗。 本研究的成果提出了一套粪污水处理与利用的新工艺和相关设备，处理后的粪污水通过了北 京r f j 城市排水监测总站检测，达到国家三级水排放标准。 ，、。 关键词：( 粪污i 固液分离，生物滤池，厌氧反应，好氧反应 坝卜学位论史规模化养猪场粪污水处媸! 1 0 利用的酬究 a b s t r a c t a n i m a lh u s b a n d r yh a sd e v e l o p e di n t oa ne f f i c i e n ta n dm o r ei n t e n s i v ei n d u s t r yt h r o u g ht h e l a t t e rn i n e t e e ne i g h t i e s h o w e v e ri th a sm a n y n e g a t i v ea s p e c t s ，i n c r e a s i n gt h en u m b e r o f e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ( e gw a t e ra n da i rp o l l u t i o n ) t h a ts t e mf r o mt h el a r g eq u a n t i t i e so f m a n u r e p r o d u c e dw i t h i ns e v e r a li n t e n s i v e l yf a r m e dr e g i o n s b e i j i n ga g r i c u l t u r ei sak i n do fc i t y - s u b u r bm o d e l ，c h a r a c t e r i z e db y l i v e s t o c kf a r m st h a ta r e l a r g e s c a l ea n dp r o d u c e a g r e a td e a lo f m a n u r e i np a r t i c u l a r ，s w i n em a n u r ea c c o u n t sf o r a p p r o x i m a t e l y5 9 o f a l ll i v e s t o c km a n u r ep e ry e a r t h er a t i oo ft r e a t m e n ti sn om o r e t h a nl o a sam o d e l p r o j e c to ns w i n em a n n r et r e a t m e n ti nb e i j i n g t h em a i np u r p o s ei st oe x p l o r e a ne f f e c t i v e ，e c o n o m i c a l ，e n e r g y s a v i n ga n dm u l t i t i e r e da p p r o a c ht ot r e a ts w i n em a n u r e s t r i c t l ya c c o r d i n gt ot h en a t i o n a lw a t e rs t a n d a r di i i t om a k ew a s t ew a t e re f f i u e n t w e a t t e m p t an e wt h r e e s t e pt r e a t m e n t s y s t e m w h i c hi n e l u d e ss o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n a n a e r o b i ct r e a t m e n ta n da e r o b i ct r e a t m e n t t h em a i nf e a t u r ei st om a k eu s eo f b i o l o g i c a l f i l t e rt e c h n o l o g yt ot r e a ts w i n em a n u r e i nt h eb i o f i l t e rs y s t e m an e wk i n do ff i l t e rm a t e r i a l w i t ha ni n t e r a c t i v es u r f a c ea r e ao fu pt o2 2 0 m 2 ，m ，d u r a b l e ，a n dw i t hn on e e df o rr e v e r s e w a s h i n g ，w a sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e d a t p r e s e n t ，r e s e a r c h i n ga n dp o p u l a r i z i n gs o m en e wp r a c t i c a lt e c h n o l o g yo ns w i n em a n u r e i sav e r yu r g e n tt a s k t h eo u t c o m eo ft h i sp r o j e c ti sw i t hg o o du s ef o rr e f e r e n c ea n d v a l u eo f p o p u l a r i z a t i o n k e y w o r d s ：s w i n em a n u r e ，s o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n ，b i o f i l t e r , a n a e r o b i c ，a e r o b i c 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：诣名嘻 时间：1 鲫工年石月，一日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在 不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫接 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：协q 时间：渺? 年石月，。日 导师签名： 群仫 时间： 如莎年月，五日 蝴j 学位论文 第一章绪论 i m 第一章绪论 第一节引言 环境保护和资源的合理利用是当今世界经济发展的两大主题。我国水资源总量仅 为世界人均水资源的1 4 ，水资源严重匮乏，所以防止水污染是环境保护的一一个重 要的方面。 随着人们物质生活水平( 二j 益改善和外向型农业的发展，我国畜禽养殖集约化生产 近卜年发展迅猛，逐步由个体分散饲养改变成集体集约化生产，采用了现代化的高密 度、大数量的商品化生产方式，这一生产方式的改变，极大地促进了生产力水平的提 高，为缓解肉蛋供需紧张状况做出了很大贡献。但集约化养殖场排出的粪污水未加处 理而直接排放，严重地污染了养殖场周边的地表水、地下水和空气，全国七大水系近 一半的河段污染严重，8 6 的城市河段水质超标“。 随着政府对集约化养殖场所造成的污染问题逐步重视、人民生活水平不断的提高 和环境意识的逐渐增强，对畜禽粪污水进行无害化处理、资源化利用，防止和消除集 约化养殖场畜禽粪污水的污染，向农业生产提供优质高效的有机肥源，促进我国绿色 食品、有机食品生产和使农业保持可持续发展的良好势头已成为十分紧迫的任务。 第二节国内外畜牧业发展背景及其对环境的污染 自5 0 年代起，发达国家畜禽养殖业开始进行大规模的集约化养殖，规模、形式 是向大型化、专业化和高效化方向发展。 进入9 0 年代，畜禽集约化养殖场呈现更加集中化和大型化的发展趋势。如在美 国北卡罗纳州”，养猪场的数量急剧降低，而单个养猪场猪的数量却成倍的增长， 图l 一1 表示的是在美国从7 0 年代初到9 0 年代末，猪的数量从2 0 0 万头增加到约9 8 0 力_ 头，丽猪场的数量却从约6 4 万个减少为约4 千个。在欧洲情况也是如此，1 9 8 0 年欧洲各国有3 4 0 万个猪场，但到9 0 年代未仅有1 7 0 万，下降了一倍“ 坝i 学位论艾 鹅一书绪论 鼍鼍曹曼苎曼!甍鼍皇曼曼!曼鼍鼍曼ii一一i i i 曼量皇皇璺曼曼蔓鼍皇蔓曼曼 7 0 6 0 5 0 3 54 0 2 0 一2 5 i 0 一1 5 s s ( m g i ) 1 3 , t 0 4 02 】0 01 0 3 0 0 1 1 7 0 01 6 4 0 0 2 0 5 0 03 7 9 0 5 6 8 0 c o d c l ( m g l )2 0 9 1 5 21 7 8 2 4l 7 0 0 0 1 9 5 0 02 7 2 0 03 4 0 0 08 7 9 0 一1 3 2 0 0 b o d ( m g l ) 9 4 1 1 848 0 2 087 7 0 0 8 8 0 01 2 3 0 0 1 5 3 0 03 9 6 0 5 9 4 0 帧l 。学位论史第叫章猪场污水的处理 沌：荨卉场污水的水质( 污染物浓度) 是按猜群、r 均每头日产粪尿量各3 k g 算h 污水的污染物浓度。扎中，水冲取】 水泡均将粪尿争部“入污水干清粪只计入1 8 的粪和全部尿。 图4 - 2 污水处理系统 第一节生物滤池的基本流程与分类 型二物滤池的基本流程一般由初次沉淀一生物滤池一二次沉淀三部分组成。在生物 滤池中，为了防止滤层堵塞，需设罱初次沉淀池，预先去除废水中的悬浮物。二次沉 淀池用以分离脱落的生物膜。 生物滤池根据设备形式不同分为普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池 及活性生物滤池。而根据承受废水负荷大小分为低负荷生物滤池和高负荷生物滤池。 一般生物滤池常采用出水回流，回流方式如图“”： 一级生物滤池 回流 坝 。学位论史第删帝猪场污水的处理 吲流 回流 一级生物滤池 回流回流 回流回流 进水 _ i 旧沉回流 水 图4 - 3 一级、二级高速生物滤池常用回流形式图 由于该猪场的污水负荷大，处理标准要求较高，所以本研究采用二级高速生物滤 池串联流程形式。 二级生物滤池串联时，出水浓度较低，处理效率可达到9 0 以上。但是，考虑到 圳j 学位论文第心苹猪场行水的处理 二级生物滤池串联时，第一级生物滤池接触的污水浓度高，生物膜生长较快，净化能 力强：而第二级生物滤池情况刚好相反，因此往往第一级生物滤池生物膜过剩时，第 二级生物滤池还未充分发挥作用。为了克服这种现象，我们通过阀门和管路的控制， 构成两种相同的流程，可将二个生物滤池定期交替运行，较好地解决了两高速生物滤 池生物膜生成不均的问题。 回流方式如下： 叫流 图4 - 4 二级高速生物滤池回流运行方式图 第二节影响生物滤池性能的主要因素 一、负荷 生物滤池的负荷是反映生物滤池工作性能以及设计的主要参数，分为有机负荷和 水力负荷两种。 有机负荷指每天供给单位体积滤料的有机物量，从本质上反映了生物滤池的处理 能力，常以b o d ；计量，单位是k g ( m 3 d ) 。本项目设计取值b o d ；= ? o o m g l 。 水力负荷是指单位面积生物滤池或单位体积滤料每天流过的污水量( 包括回流 量) ，单位是m 3 m 2 d 。根据设计手册，本项目设计取值为1 3 m 3 m 2d 。 有机负荷高的生物滤池，生物膜的增长快，就需要较高的水力负荷。但对浓度一 定的有机污水，当有机负荷确定以后，水力负荷即也确定。 二、处理水回流 在高负荷生物滤池的运行中，采用处理水回流的优点是： 增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止生物滤池堵塞； 稀释进水，降低有机负荷，防止浓度冲击； 可向生物滤池连续接种，促进生物膜生长： 增加进水的溶解氧，减少臭味； 除去失去活性的生物膜，可降低膜的厚度并防止滤池孳生蚊蝇； 均衡生物滤池负荷，提高生物滤池效率； 坝 学位论文第凹章猪场巧水的处理 缺点是： 延长废水在生物滤池中的停留时间； 降低进水浓度，减慢生化反应速度； 回流水中难降解的物质会产生积累，且冬天使池中水温降低。 三、供氧 生物滤池中微生物所需的氧通常是依靠自然通风提供。为保证型：物滤池内氧 的浓度及均匀分布，增强微生物的活性，本研究采取强制通风方式。影响生物滤 池通风的主要因素有：池内温度与气温之差，生物滤池高度、滤料孔隙率及风力 等。影响生物滤池自然通风的主要因素是生物滤池内外的气温差( a t ) ，温差愈 大，生物滤池内的气流阻力愈小、通风量也就愈大。 根据h a l v e r s o n 的研究结果，7 1 与生物滤池内空气流动速度v 具有以下经验 关系： v = o 0 7 5 a t 一0 1 5 ( m m i n ) 生物滤池内的气温一般比较稳定，因污水温度比较稳定，故池内气温的变化 幅度不大。但生物滤池外气温不单在一年内随季节的转换有很大的变化，而且在 一同内也有较大变化。为提高生物滤池的好氧通风状况，特在生物滤池旁边增加 了一个直径5 0c r l l 的水泥管道送风管，并在其顶部装有一台风机，在夏季，生物 滤池内温度低于池外温度，通过风管向池内送风，让空气在生物滤池的底部迅速 扩散，使整个生物滤池过滤面送风均匀；在冬季，生物滤池内温度高于池外温度， 这时靠自然对流，生物滤池内气流由下向上流动，但由于滤料的阻力作用，致使 通风不够，不能达到微生物好氧的需要，故在冬季采用一个小型加热装置，仍然 采用向内强制鼓风的方式增加生物滤池内氧的浓度。 四、生物滤床的比表面积和孔隙率 滤料的表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜量就愈多，净化功能就 愈强。生物滤床的孔隙率大，则生物滤床不易堵塞，通风效果良好，可以为生物 膜的好氧代谢提供足够的氧。生物滤床的比表面积和孑l 隙愈大，扩大了传质的界 面，促进了水流的紊流流动，有利于提高净化功能。为此，采用课题组研制的新 型滤料，大大提高丁生物滤池的效率，经观察，起动3 0 天后，已明显可见到生物 膜形成，当室外温度较高时，挂膜快，生物滤池处理效果好。但膜也易脱落，但 脱落后很快又形成生物膜，脱落后再形成的膜比第一次挂膜要容易的多，而且在 脱落过程中并不影响污水处理效果。 坝i 学位论文第四章猪场行水的处理 五、生物滤床的高度 在生物滤床的上层，废水中的有机物浓度高，微生物的营养好，繁殖速度快，生 物膜量多且以好氧菌为主，有机污染物去除率高。随着生物滤床深度的增加，污水中 的有机物量减少，有机物去除率降低，因此，生物滤池中有机物的去除效果随生物滤 床深度的增加而提高，但去除率却随深度的增加而降低。 第三节生物滤池的数学模型的建立 生物滤池的数学模型一般建立在m o n o d 的微生物增长和底物利用模型基础上 的。并且生物滤池数学模式也可以建立在反应器动力特性基础上，这时生物滤池看作 是一种推流式反应器，有机物降解可用一级反应来描述，即： d s ：= k s 一p ( - k t ) ( 4 - 1 ) 式中一实际进入；虑池的污水浓度 一二次沉淀池出水浓度 k 一常数 t 一反应时间，即污水在反应器内的停留时间。由试验数据归纳得经验公式： ，：丝( 4 2 ) q ； 式中h 一为滤池高度 q 。一水力负荷 c 、月经验常数。 将式( 4 - 2 ) 代入式( 4 一1 ) 得： = e x s p ( 一勋剽lg ； p 卜昙 汁。， k = k c 对某一指定的污水和一定的滤料，可以通过试验，整理试验数据求得k 和i q 。 图解法如图4 - 2 所示，先将式( 43 ) 转化为 l n 旦：一月堡 s 。g ； 采用不同的水力负荷试验求出l n 詈与h 的关系( 图4 4 ( a ) ) ，每一个吼可 得出等的数值( 斜率，) ，由 g 墅：， 鲜 l g l = l g k n l g q ， 在双对数坐标中( 1 9 ，l g q ，) 设斜率为( 一仃) ，如图44 ( b ) ，并由式( 43 ) 得： l 。曼：一k + 旦l n 生：一+ 旦 s ，q ； 在l n s i e 习万a t 的坐标中，得斜率。，如图4 4 ( c ) 。 ( a ) h g ( k 图4 - 5 求解足和“ 采用出水回流的高负荷生物滤池，进入滤池的底物浓度为 s ：s o + r s ( 4 4 ) i ) f 一一 k q q 1 + 尺 式中 岛一原污水经初次沉淀后的浓度 斤一嘣= 丽蒜黼蒜丽， 由式( 4 - 4 ) 代入式( 43 ) 得出水浓度 硕 ：学位论文 第叫章猪场污水的处理 s ，= s e x p ( kh q f ) “1 + r r e x p ( - kh q ；i , ) 通过确定滤池的参数k 、门及已知的污水浓度 水力负荷。 无回流时 r k h 、咖 q r - 。l 丽j 有回流时： 一kh 1 n ! ! 墨坚曼! i + r ( s 。s o ) ( 4 5 ) 可求出不同情况下设计的 ( 46 ) ( 4 7 ) 由设计值g ，= 1 3 m a ( m 2 d ) ，r = 8 ，h = 5 ，n = 0 5 根据本研究处理的污水欲按国家三级水标准达标排放的要求，取只s ，的值。 设：1 s 。= 7 0 0 一s = 5 0 时，代入( 4 7 ) 得：k = 0 6 4 4 2 s 。= 6 0 0 ，s ，= 3 0 时，代入( 47 ) 得：k = o 8 1 9 3 s 。= 6 0 0 ，s ，= 5 0 时，代入( 4 - 7 ) 得：k = o 5 7 7 4 s o = 7 0 0 ，s 。= 3 0 时，k = o 8 9 8 则彭：0577+0819+0644+0898：o735 4 通过数学模型验证，当s 。，瓯取不同值时，k 均在其有效范围之内。 根据数学模型求得水力负荷穿，与月之间的关系为： 开始时，随着r 的增大，q ，也增大，并随着r 的增大，g ，增大的幅度越来 越小，并趋于平缓。 第四节生物滤池的设计计算 一，调节池的作用 由于从一沉池中排出的污水中杂质很不均匀，且猪场污水的流量和浓度昼夜有较 大差别，为保证各处理单元的正常工作，尤其是高速生物滤池能正常工作，不受污水 高峰流量或浓度变化的影响，特设调节池来调节水质和水量，并起到酸化池的作用。 调节池采用园形半地下钢筋混凝土结构，一方面缓解由于固液分离间歇工作时所 造成的水量不均匀，保证夜间连续污水处理量；另一方面，使整个处理系统增加了一 硕i 学位论文第四苹猪场行水的处理 个厌氧处理环境，通过增加调节池的深度，以增旨调节池的蓄水能力，保证调节池有 足够的厌氧环境，同时，还应考虑工程的建设投资。以保证有机物的更快降解，在调 节池内，有机物降解率达7 5 以上。 二、高速生物滤池的设计 整个高速生物滤池由滤料、管路循环系统和布水系统组成。 在集粪池中经测定粪水中b o d 含量为5 2 1 0 m g 1 ，经固液分离、一级沉淀池和调 节池的处理后，取b o d 设计值为7 0 0 m g 1 。 确定滤料体积 进水b 0 1 ) 浓度s = 7 0 0m g l = 0 7 k g m 。 根据设计手册，b o d 的容积负荷( n ，) 一般不大于1 2 k g ( m 。d ) 。 滤料总体积为： y ：堕1 0 一， r 式中：v 一滤料总体积m 3 9 一污水量m 3 d ， 取容积负荷为o 5k g ( m 3 d ) ，己知系统日处理粪污水1 1 0 t d = 1 1 0 1 0 m 3 d 上二述 代入公式得； y ：! ：! 型! ：塑! 。1 0 ：】5 4 。， o5 滤池总面积 取滤料高度为3 m f ：旦：坐：7 7 搬z 日2 选用两座圆形高负荷生物滤池， = 2 每池直径肚j 等- j 怒疏 回流比尺 r ：竺一1 q 式中：q 一表面水力负荷，通常在1 0 3 0 m 3 ( m 2 d ) 范围内取值 取表面水力负荷q - 二1 3 m 3 ( i l l 2 d ) ，则 回龇r = 筹七等七s ， 坝卜学位沦义第四章猪场行水的处理 三、滤料的选用 在生物膜处理工艺中，反应器填充的滤料是其核心部分，滤料的性能决定了生物 膜法工艺的处理效果。作为生物膜的载体，对生物滤池的工作影响较大。滤料的表面 积越大，生物膜的数量就越多。但是，单位体积滤料所具有的表面积越大。滤料的粒 径必然越小，空隙也越小，从而增大了通风阻力。相反，为了减小通风阻力，孔隙就 要增大，滤料比表面积将要减小。 最初的生物滤池采用的滤料一般为鹅卵石、碎石和焦炭等无机材料。随着塑料j ： 业的发展，出现了多种塑料滤料如：聚丙稀、聚苯乙烯、聚酰胺聚氯乙烯等j | j 工成波 板、蜂窝管、环状和空圆柱等复合式滤料塑料直( 斜) 管以及玻璃钢蜂窝直( 斜) 管 等。这些滤料具有强度高、壁薄、重量轻、几何尺寸稳定，刚性好、耐腐蚀，过水断 面大，提高了对水质、水量的冲击负荷的忍耐力等优点。但在季节更换、出现大量生 物膜脱落时仍易出现堵塞现象。为了克服堵塞现象，人们又开发了半软性塑料滤料。 对于目前采用的各种滤料的充氧性能，通过表4 2 做下比较。 表4 - 2 各种滤料k 。( 氧转移系数) 值的比较” 填料名称 k l , ( t ) lh 。1k 【 ( 2 0 ) lh “影响字 49 7 f 2 24 ) 卒白( 无滤料)4 4 7 l 45 5 ( 2 27 ) 4 3 3 ( 2 n 9 ) 软件纤维滤利42 709 6 45 8 ( 2 26 ) 97 7 ( 2 2 9 ) 半软性滤料 & 1 4l8 2 89 1 ( 2 37 ) 5 1 3 1 1 7 2 ) 盾式组合滤料5 4 7 i2 2 5 。l7 ( 】7 7 ) 8 0 4 ( 1 8 2 ) l弹性立体滤料8 2 9 l8 5 77 2 ( 1 7 6 f c ) 从表4 2 中，我们可以看到各种滤料的氧转移情况，其中半软性滤料和弹性立体 滤料的总传递系数分别提高8 2 和8 5 ，盾式组合滤料提高2 2 ，而软性纤维滤料提 高4 。可以看出，这些差异是由滤料本身的性能，主要是材质和结构方面的差异所 造成的。从充氧效果考虑，具有一定硬性的细条状结构的滤料比较理想，它能提高充 氧效率，从而降低能耗。另外，滤料之间的挂膜的速度和数量也是污水处理效果的一 个重要因素。滤料的挂膜情况取决于接种时附着的微生物数量和微生物附着后的生长 速度，以及提供微生物生长繁殖的场所大小。在相同的装置和相同的环境条件下进行 试验，微生物生长的速度可以认为是一致的。因此影响滤料挂膜性能的主要因素为接 种时附着的微生物数量和微生物生长繁殖的场所大小，前者决定了挂膜的速度，后者 硕l 学位论文 第四章猪场行水的处理 决定了挂膜的生物膜数量。 本研究的生物滤池滤料选用了北京市规模化猪场粪污处理示范工程研究课题 组有关专家研制的比表面积达到了2 2 0m 2 m 的半软性滤料，既提高了滤料的容积负 荷，解决了堵塞问题，又不抑制微生物的生长。污水处理工程实际运行结果表明，当 进水的c o d = 1 4 2 7 5 m g 1 、b o o = 5 2 l o m g 1 时，最终出水的c o d = 9 3 3 、b o o = 3 jd ，( 由北 京市城市排水监测总站检测，样品编号：w t s1 6 1 3 ) ，达到了国家三级水排放标准， 整个处理运行过程水质都很稳定。 四、滤料的布置 在混凝土浇筑的旖： 过程中，预埋固定件在滤池内壁上，并分上下两层。在滤料 布置时，首先用钢丝连结固定件，形成网状。把已穿在尼龙绳上的滤料固定在每一个 网状结点上。首先布置底层，然后再布置上层，两层间留一定的空气层。并在生物滤 池的左侧设计了一个中5 0 0 水泥管和进气通道，在上面安装风机，以保证氧气的充足 供应，提高微生物菌的活性，促进污水的处理速度。其布置如图4 5 所示： 通气孔 滤料( 分匕 调强) 处理过舯懈 图4 - 6 滤料布置图 掣 鳎 j州川h 硕 j 学位论史 第p u 章猪场污水的处理 五、不同菌种适应性培养实验 本粪污处理系统在实施过程中，采用了方案对比和不同菌种的适应性筛选实验， 结果如下： 表4 - 3 不同菌种适应性培养实验( b o b 读数)1 9 9 9 年0 5 月1 8 日 泌 h 1 2s 2f 1 6sjh 8s 4f is 7 5 j1 8f 100000o00 5f j1 9i l2 156 07 96 58 05 7 555 76 75 5 门2 0h3 658 89 89 051 0 759 958 759 5 5 月2 j f ：5 31 0 51 2 059 91 1 4l 】851 0 551 0 8 5 月2 2 日 7 351 1 651 3 21 2 351 3 4 1 4 451 2 151 3 55 5 月2 4l i8 051 2 61 3 71 3 41 4 0 51 4 51 3 21 4 55 5 月2 5 日9 01 2 81 4 21 3 451 4 61 4 4 51 3 21 4 5 5 月2 6 日9 41 2 71 4 51 3 51 4 71 4 51 3 21 4 3 5 月2 7 f 9 651 3 01 4 71 3 7i 4 71 4 51 3 21 4 3 5 月2 8 日9 81 3 41 4 85 1 3 91 4 8 1 4 51 3 21 4 4 5 月2 9 臼 9 951 3 51 4 91 3 91 4 91 4 51 3 21 4 5 5 _ 目3 0f 1 0 21 3 51 4 91 3 91 4 91 4 51 3 21 4 5 1 6 0 1 4 0 1 9 9 9 年5 月1 8 日至3 0 试验结果 1 81 92 02 l2 22 42 52 62 72 82 93 0 时间 图4 7 菌种培养线状走势图1 3 2 _ h 1 2 + s 2 f 1 6 一 s 1 * 卜h 8 + s 4 + f 1 一s 7 加 加 0 培撩。o 硕学位论史第四章猪场污水的处理 表4 - 4 不同菌种适应性培养实验( b o d 读数)1 9 9 9 年0 6 月1 3 日 泌 h 1 2s 2f 1 6s lh 8s 4f ls 7 6 月1 3h00o0oo0o 6 月1 4f 16 36 85 97 356 97 l58 36 0 6 ，j1 5 j8 5 58 07 49 08 l8 151 0 】7 2 6 门1 7 | |9 48 6 59 059 251 0 09 551 0 458 3 6 月1 8 日9 79 29 6 59 3 5 10 39 651 1 08 9 6 门1 9 | 1t 0 09 29 79 351 0 89 6 5l l o9 3 6 门z o | 11 0 39 31 0 59 451 1 29 71 l o9 9 6 _ r 2 1l j1 0 69 31 0 59 51 1 29 751 1 09 9 6 月2 2 【1 0 69 21 0 49 51 1 29 71 1 09 9 1 2 0 l o o 8 0 辐 訾1 6 0 o 4 0 2 0 0 1 3 日1 ，1 月1 5 日1 7 日1 8 日1 9 日2 0 同2 1 日2 2 只 1 9 9 9 年6 月1 3 同至2 2 日测试结果 一h 1 2 一s 2f 1 6 一一s l 一h 8 - 一s 4 卜一f l s 7f 图4 - 8 菌种培养线状走势图2 从以上数据可知，不同菌种对猪粪污水的适应性尽管在接种初期差异较大，但经 过一段时间( 大约1 0 天左右) 其作用与影响是一致的，这说明猪粪中已存在大量各 种各样的菌种，所以不需要另外接入其他菌种。 坝。l 学位论文第四章猪场行水的处理 第五节系统运行 本粪污水处理系统基本上实现了自动运行与控制，图4 ，7 反映了生物滤池工作运 行情况，1 人管理即可。整个系统调试完成后，我们对系统各处理单元处理后的污水 水质情况进行了了跟踪监测，其监测情况如下表： 图4 - 9 高速生物滤池工作运行情况 表4 - 5 系统运行水质监测( g o d 。，)单位：m g l 临测同液分离 一级沉淀池调节池 二级高速生物滤池 二级沉淀 去除率去除率去除率 时间c o dc o dc o d 池 ( )( )( ) 2 0 0 00 4 1 51 3 8 5 2：1 5 2 17 468 5 7 8 132 3 2 6 4 7 2 0 0 00 4 2 21 4 6 9 71 2 3 47 122 0 7 35 12 6 978 7i 2 0 0 00 5 0 31 1 6 0|1 9 8 35 231 7 89 11 0 3 2 0 0 00 5 0 7fj 8 9 5|1 5 6 25 991 5 29 01 3 8 2 0 0 0f ) 52 0 i 2 8 7 31 3 8 95 l ，71 2 79 18 63 2 0 0 0 ( ) 81 61 4 2 7 59 3 6 9 343 5 46 29 7l7 267 7 2 0 0 00 8 1 9 9 7 42 8 l7 l8 2 37 07l 2 0 0 0 0 82 3j9 7 0j2 5 3 7 49 。36 3 ， 结果分析： 从系统运行水质监测结果得知：粪污水通过一级沉淀池的c o d 去除率为7 j 9 3 4 ：调节池中c o d 去除率为5 1 8 1 3 ；二线高速滤池中的去除率为6 3 4 9 l ： 在监测过程中，发现蚶沉淀池中水质变化幅度较大，这与清粪时所用的水量有 坝卜学位论义弟心节猪场污水的处埋 关，冲水量大则水中c o d 含量低，夏季清粪时用水量大，则处理水时难度减小； 通过固液分离机后的粪污水中有机质含量很大，粪污水的处理难度大，这与固液 分离机的工作性能有关： 在运行实验中采用经过粪水的自然沉淀分离后，用污水泵将粪水中的上清液不通 过吲液分离机而直接抽到一级沉淀池中，不仅减少了固液分离机工作的时间，更 重要的是大大减少了一级沉淀池中的c o d 的含量，所以一级沉淀池中有机质的 含量与上清液抽取的量有很大的关系。在监测水质采样时，一级沉淀池中c o d 含量低的情况都是在固液分离机尚未工作，依靠污水泵直接抽取上清液的结果： 二级高速生物滤池的有机质去除率与生物膜的生成量和温度有关，当生物膜尚未 大面积形成时，污水处理效果不显著，但是连续运行了一个月后，处理效果越来 越明显。另外，夏季气温较高，对生物膜脱落后的再生很有利。 第六节效益分析 1 本研究的污水处理过程中，长期工作运行的设备是三台水泵，二台风机和一台污 水泵，其总能耗见表4 - 6 表4 - 6 粪污水处理系统能耗表 名称水泵水泵污水泵固液分离机搅拌机风机污泥泉剐板机 台数2lll l22 l 功率k w i2 505 50 5 54 0 0o 3 71 o o 12 503 7 t _ 作时间h d 2 42 43 42 31 n3 42 3 年2 周 能耗k w h6 0 o o1 32 0 19 31 00 007 570 0 ol o 合汁 9 2 ，9 8 1 ( w h 由表中得知，动力设备每日耗电量总计9 2 9 8 k w h ，按单位电价1 元计算，每同 电费9 2 9 8 元。本系统日处理污水量为11 0 吨天，则单位处理成本= 9 2 9 8 1 1 0 - 0 8 5 元吨，说明本系统在用电方面是很经济实用的：本系统每日可分离出含水量为 l3 的固体肥料5 6 吨，水处理系统基本上实现了自动运行与控制，仅需管理人员 1 2 人，加上固体有机肥的生产，本系统生产用人按2 人计算。 坝上学位论文 第四覃猪场巧水的处理 ( ) 成本分析( 按同产量为5 吨) 1h 耗电：9 2 9 8 元 2 1 耗工资：2 人2 0 元人= 4 0 元 3 门折旧、机器维修及保养费用：l o o 元 7 l 产一吨的成本= 9 29 8 + 4 0 + 10 0 5 = 4 6 6 0 元 ( ：二) 利润分析 1 月总产值：每月按3 0 天生产量5 1 0 0 元n 屯= 1 5 0 0 0 元 2 月成本：4 6 6 0 元5 3 0 = 6 9 9 0 元 3 月总利润：1 5 0 0 0 6 9 9 0 = 8 0 1 0 元 4 年总利润：每年按1 2 个月计，8 0 1 0 1 2 = 9 6 1 2 0 元 ( 三) 投资回收年限 本研究总投资为4 0 万元，则： n = 总投资年纯希j = 4 0 9 6 = 4 1 7 ( 年) 以上计算为直接效益是按固体肥计算，如果考虑生产复合有机肥，提高肥料的附 加值，还可降低回收年限。再考虑到污水的达标排放、粮食增产以及其他社会效益， 综合效益将十分可观； 2 该系统的实施，解决了规模养猪场污水排放的环境污染问题，同肘给养殖场提供 了更大更广阔的发展空间，以肥料利用和粪水处理为纽带，形成生态农业的良性循环， 对提高我国畜产品质量和有机农业的发展打下了良好的开端，是我国养殖业发展的必 由之路。 倾j 一学位论文 第五章结论j 建汉 第五章结论与建议 第一节结论 目前，我国有关畜禽养殖业粪便处理利用方面的法规不完善，畜禽粪污不加处理 地排放，严重地污染地表水、地下水和水源地，造成极大的环境污染，这应该引起足 够的重视。同时，应看到畜禽粪弃之为害，用之为宝。转变观念，将养殖场的粪污作 为一种有用资源，进行综合利用。 我国的规模化养猪场中绝大多数没有粪污处理工程设施，在采用工程设施处理粪 污的猪场中，多数是以能源与综合利用为主要目的，即兴建相应的沼气工程，只有极 少数是以环保为主要目的。 本研究涉及到螺旋挤压式固液分离机、厌氧调节池、二级高速生物滤池和有机肥 利用等多方面的技术，结合和利用北京市规模化猪场粪污处理示范工程研究课题， 将各种行之有效的污水处理技术优化组合为一个系统工程，实现了一套理论上先进、 生产上实用，全面多层次畜禽粪水综合处理利用技术。探索了条适合我国养殖业特 点和现状的粪水处理工艺系统。利用肥料和污水回用把种植业和养殖业有机地结合在 起，形成农业生态良性循环系统。 为此，我们得出如下结论： 1 研究和探索了将各种行之有效的污水处理单项技术，组合为一个新的系统工 程，尤其是将高速生物滤池用于猪场粪污的处理，实现了规模化猪场粪污水 处理的达标排放； 2 探讨固体复合肥的堆肥原理，使用可以促进有机肥的施用，节约化肥，增强 地力，保证农业生产的可持续发展，使农业生产步入良性循环，并有着巨大 的潜在市场，前景良好； 3 将高速生物滤池技术引入到畜禽粪污水的处理系统中，效果良好； 4 在本研究体系的管路系统地下部分，用超强p v c 管代替钢管，十分便于管路 的安装旌工，延长了耐老化年限； 坝l 学位论文第五章结论j 建议 5 必须从农业的可持续发展和整体利益考虑畜禽粪的处理与利用系统，改变畜 禽管理方式，改变猪场的清粪方式，变水冲粪为干清粪，减少粪污排放量； 6 探索了一条适合我国畜禽养殖场特点的粪水处理工艺系统，研究出能耗小、 处理效率高、运行管理简单、具有中水回用的综合处理系统，以粪污处理为 纽带，把种植业和养殖业有机结合起来，做到粪便及时处理和就近利用，建 立了农业生产物质循环利用的良性生态循环系统。 7 处理利用系统的设计应力求综合效益的最大发挥，而且考虑实际情况，因时 因地制宜。 第二节进一步研究的建议 今后猪场研究的建 义为： 1 本研究的粪污处理系统主要解决粪污水的处理及达标排放的问题，建议针对 高浓度有机废水应增加厌氧生物发酵处理工艺； 2 采用干清粪工艺，减少废弃物处理的量，节水节能，减少环境污染； 3 尽快和实施各种不同规模、不同形式、不同处理方式的畜禽粪污处理与综合 利用技术。 致谢 本史是在导师林聪副教授的悉心指导下完成的。从确定课题的研究方向、制订实 验方案，一直到研究工作的展开和论文的完成，整个课题的研究过程包含了导师的- 心 血和殷切期望。两年多来，导师由于身体的原因，曾先后两次入院治疗，期间也不忘 督促我的论文进度。其，谨、求实的治学态度，对科研事业孜孜不倦、锲而不舍的奋 斗精神，深深地激励着我。 值此论文工作完成：之际，谨向共同参加北京市规模化猪场粪污处理示范工程的 研究课题组的老师：孙金世教授、秦加利老师、王平智老师和高茹英老师在项目中 做出的贡献及对我的帮l 功表示感谢。同时，对其他给予本人研究工作指导、关心、帮 助和支持的各位老师、同学及其他工程技术人员一并致以衷心的谢意! 作者：肖冬生 2 0 0 2 年5 月 顾l 学位论文 参考文献 i i i i 参考文献 1 。贺延龄编著，废水的厌氧生物处理，北京：中国轻工业出版社，1 9 9 8 15 8 2 ，f r a m e w o r kf o rt h ec o n v e r s i o no f a n a e r o b i cs w i n ew a s t el a g o o n sa n d s p r a y f i e l d s 3 c h b u n o n ，m a n u r em a n a g e m e n t ( t r e a t m e n ts t r a t e g i e sf o rs u s t a i n a b l ea g r i c u l t r u e ) s i l s o er e s e a r c hi n s t i t u t e19 9 7 ，p 7 4 李庆康，吴雷，刘海琴，蒋永忠，潘玉梅，我国集约化畜禽养殖场粪便处理利用现 状及展望，农业环境保护、2 0 0 0 ，1 9 ( 4 ) ：2 5 1 2 5 4 5 王新谋编著，猪场的环境保护， 6 沈瑾，路旭，孙瑜，规模化猪场污水处理固液分离工艺及设备中国沼气1 9 9 9 ，1 8 1 9 7 林聪主编，北京市规模化猪场粪污处理示范工程研究，2 0 0 0 年1 2 月 8 江立方，上海畜牧兽医通讯，1 9 9 2 ：华南农业大学等，规模化猪场用水与废水 处理技术，中国农业出版社，1 9 9 9 ) 9 1 张景略、徐本生主编，土壤肥料学，1 9 9 0 ：2 刘更令主编，中国有机肥料， 1 9 9 1 ；3 山西农业大学等，养猪学，1 9 8 2 ) l o 张从，夏立江编著污染土壤生物修复技术北京：中国环境科学出版社，2 0 0 01 2 p | 】0 1 1 1 1 原田靖生等，畜产废弃物。处理技术，废弃物处理研究，1 9 8 2 ，v 0 1 8 ，2 6 ： 2 d u n c a nm a r a 等，苏如等译，在农业和水产中安全利用废水及粪便的指导原则， 1 9 9 1 1 2 华南农业大学等主编的规模化猪场用水与废水处理技术，1 9 9 9 ，中国农业出版 社，p p 3 2 ，表3 - 9 。 1 3 唐受印，汪大晕等废水处理工程北京：化学工业出版社，1 9 9 8 42 6 4 2 7 5 1 4 卢保中，炳祺，徐家羚，沈彩琴，王诚信，废水生物处理填料性能的研究 1 5s ys h e e n ，c m t t o n g ，m t k o h ，a n dc c s u ，s w i n ew a s t et r e a t m e