（环境工程专业论文）高浓度有机废水（养猪场废水）处理技术的研究.pdf

a b s t r a c t t h em o d e m b r e e d i n gt e c h n o l o g yo nal a r g es c a l ep r o m o t e dt h ed e v e l o p m e n t o ft h ep o u l t r yb r e e d i n gt oh i g hq u a l i t ya n de f f i c i e n c y h o w e v e lo nt h eo t h e rs i d e ， i tm a d et h e b r e e d i n g b r e a k a w a y f r o mt h e p l a n t a t i o n a n db e c a m ea h i g h l y s p e c i a l i z e dp r o d u c t i o n t h el a r g ea m o u n t o fw a s t e w a t e rl e tf r o mt h ef a r mi sm o s t l y e m i t t e dd i r e c t l yw i t h o u ta p p r o p r i a t er e c y c l ea n dt r e a t m e n t w h i c hb r o u g h ta b o u ta s e r i o u sp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t w i t ht h er e s e a r c h i n gm a t e r i a l so np i g g e r y w a s t e w a t e r d i s p o s a l b o t hh o m ea n da b r o a da n d t h r o u g h ac o n t r a s ta n da c o n s i d e r a t i o no ft h et r e a t m e n tr e s u l t sa n de c o n o m i cr a t i o n a l i z a t i o na n db a s eo nt h e c h a r a c t e r i s t i co fp i g g e r yw a s t e w a t e r , am o t h e dt ot r e a tp i g g e r yw a s t e w a t e rw a s p r o p o s e d ，t h a t i sd e p o s i t _ u a s b d e n i t r o g e n s b r n l er e s u l t sf r o me x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a t 2 5 - 3 0 c o d 。c o n t a i n t e d i nt h e p i g g e r yw a s t e w a t e r c a l lb ee l i m i n a t e dw i t ht h eh e l po f d e p o s i t ，7 5 8 5 c o d 。，c a nb e e l i m i n a t e db yt h eu a s b ，1 5 - 2 0 n h 3 nc a nb ee l i m i n a t e db yt h ed e n i t r o g e n ，8 5 9 0 c o d 。a n d9 5 9 8 n h 3 - nc a l l b ee l i m i n a t e db yt h es b r f i n a l l y , t h ei n d e xo f n h 3 - n ，c o d 。，b o d 5 i ne f f l u e n ta r eu pt ot h es t a n d a r d s n l er e s u l t sf r o mo b s e r v a t i o na n dm p ni n d i c a t e dt h a tt h em i c r o b i a lc o m p o s i t i o n s i na c t i v a t e ds l u d g eo fs b ra r ea b u n d a n t ，t h ep r o p a g a t i o n a lr a t e so fd i f f e r e n tm e t a b o l i c g r o u p s a r ed i f f e r e n ti n e v e r y t r e a t m e n t p h a s eo fs b r ；t h eo p e r a t i o n s t a t eo ft h e t r e a t m e n ts y s t e mc a nb ek n o w n b yo b s e r v i n gt h ec h a n g e si nk i n d s a n d q u a n t i t yo f m i c r o 7 0 0 k e y w o r d s ：p i g g e r y w a s t e w a t e rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t u p f l o w a n a e r o b i c s l u d g eb l a n k e t ( u a s b )s t r i p p i n gs e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ( s b r ) 第一章绪论 1 1 养猪场废水的产生与危害 1 1 1 养猪场废水的产生 随着我国改革开放政策与城市“菜篮子工程”的实施，近二十年，尤其是自 九十年代以来，我国的畜牧业发展迅速。目前，我国的肉类和禽蛋产量均跃居世 界第一位。肉和蛋的人均占有量分别达到4 3 1 和1 6 公斤，均超过世界平均水平。 1 9 9 8 年我国肉类总产量达5 3 6 0 万吨，禽蛋2 1 9 0 万吨，创造了连续二十年持续增 长的奇迹，年均增幅接近1 0 ，产值增加近5 倍。极大地丰富了我国城乡居民的 畜产品及副产品的供应。全国畜牧业产值达到4 0 0 0 亿元，占农业总产值的比例超 过三分之一。畜牧业已成为中国农村经济中最活跃的增长点和主要的支柱产业。 近年来北京、上海、沈阳以及广东、四川、吉林、湖南等省市的规模化、集约化 畜禽养殖业如雨后春笋蓬勃发展，取得了举世瞩目的成就。规模化畜禽养业向城 市居民提供了丰富的蛋、肉、奶及其制品，繁荣了市场，满足了广大人民的生活 需要，使人们的营养水平和健康水平有了显著提高i ：1 。 据资料统计，北京、上海的猪肉自给率已接近6 0 ，广东省于1 9 9 5 年建立了 几座年产1 0 万头肥猪的特大规模化养猪场。广州市兴建了1 8 座年产万头猪的大 型养猪场。1 9 9 8 年上海市郊共有大中型畜禽养殖场1 0 0 0 多家。安徽省合肥市规模 化养猪也达到了1 5 万头。吉林省公主岭市拟建总数在6 0 万头的几座养猪场，四 川省成都市1 9 9 4 年于头以上的养猪场达1 2 0 家，万头以上的养猪场达2 0 多家， 还有饲养规模在1 0 万头以上的特大型规模化养猪场【3 1 t 4 1 。 现代化封闭型的规模化养殖技术促进了我国城市的畜禽养殖业向优质高效发 展，但另一方面，也使畜禽养殖业脱离了种殖业，成为高度专业化生产。这些规 模化养殖场往往建在大中城市的近郊和城乡的结合部，由于环境法规不健全和资 金短缺，绝大多数养殖场在建场初期未考虑畜禽粪便处理。畜禽排放的大量粪尿 与养皴场的大量废水，大多未经妥善回收利用与处理、处置即直接排放，对环境 造成严重戆浮凝，产生极其不莛瓣影睫。不少莽瞳场粪便夔蟪难积，污窳锤意接 放，严重的污染了周围的环境，也直接影响潜养殖场本身的卫生防痰，降低了畜 产鑫熬度量t 城枣畜鑫蓁殪鼓基经黢为或正在戏隽与王业废农葶羹生瀵污度摆造葚 至更丈的污染源，有魑城市( 如北京、上海等) 畜禽养殖业污染负荷量已超过了 工业泼拳与曳灌污本戆污染受荧的总黟f ，h 6 。 1 1 2 养猪场废水的危燕 1 头猪的日排泄粪尿按6 k g 计，则是人排粪尿量的5 倍，年产粪尿约达2 5 t 。 熟栗采焉农、铎式清粪，l 头猿毽污承撵敖量终为3 0 k g 。1 个子头猿场毽撵泄粪最达 6 t ，年排泄粪尿达2 5 0 0 t ；采用水冲清粪则日产污水达3 0 t ，年排污水1 万多t 。据 测定成年猪键霾粪尿审艴b o d ( 生健霉气塞 是犬粪泵戆1 3 镶f l l1 3 l 鞭。若发生污 染即可达到严重污染程度。我国1 9 9 8 年产的5 3 6 0 万吨肉中主骚来自肉猪，年豢尿 总量楚全国入粪尿b o d 鲍l l 倍。曼夔羞我嚣葵猪数蛇发展，其馕凌还会更严重。 由此可见畜禽排泄物已构成了巨大的污染源，若处理不当就会给环境保护带来很 大威胁1 2 1 1 4 1 。飘两，这一闯题弓l 起了墨今世：务蠢牧赛移环保组织的极大关注，弓 起 了各图畜牧业生产部门的高殿重视，许多畜牧业发达国家将废弃物的利用作为一 门”粪便科学”( c o p r o o l o g y ) 开展深入研究，如日本予6 0 年代就提如了“畜产公 害”闯题。欧溯的荷兰南部、比利嚣寸、德国颟部的下萨克森州、丹麦、法国的布 列塔熙亚等帮禽养殖业发达的地区也都为畜禽粪尿与废水造成的严重环境危密丽 困扰，因此纷纷通过法律及环境管理措施加强对畜禽养殖场粪尿及废水的处理、 处置岛综合刹用 2 1 。1 9 7 9 年在日本首次召开了关于家帮排泄物的国际讨论会。人们 力求嶷废为塞或废物资源翻麓，以充分发挥繁牧监生产优势魄 服然我豳城市畜禽养殖业的发展起步晚，但其发展势头十分迅猛，在短缀l o 年阐舀达妥稳当大静麓模，势缝续量勰速发展趋势，发震翡范盈也愈益普遍。翔 前所述，畜禽养殖场排放的大量而集中的粪尿与废水已成为许多城市的新兴大污 染源，它是遗成蟊嚣一些簸帮严重环境污染鹃主要舔嚣之一。我藿1 9 9 2 年8 月在 贵阳市召开了”大中城市粪屎处理及综合利用”研讨会。我国深圳市于1 9 9 1 年7 月 召著了畜禽澎承楚瑾辑谤会，台湾省粼麸1 9 8 7 年蔫嚣就麸事这方面法矮的懿定溺。 由于裔禽业汾染的防治和管壤大大落后于产业的迅遵发展，井缺乏对畜禽业污染 豹系统熬基鬟l l 资辩每数据。溺踅，嚣翦还滏滩对我嚣城毒整褰葬蓬簸对繇壤蠹孽危 2 害影响作出全黼而客观的评价，现仅根据零羼的资料岛数据对它作初步的分析和 译绘。 1 对地袭水和地下水源殿农田的污染 豢禽养整瓣粪最、疲本与粪渌瑶麓殇建灏径流楚遮藏遂袭痰、懿下求及农困 污染的大污染源。试验表明，畜禽粪尿的溶淋性极强，粪尿中所含氮、磷及b o d 等戆滚瀑量缀大，如不妥善鲶璎，藏会逶过逡表径滤_ 秘壤渗滤进入缝表承钵、 地下水层，或在土壤中积累，致使水体严重污染，土地丧失生产能力、树木枯死、 绿摹誉生。撂在l 哀熬谖壹，一个镯舞母猪1 0 0 头、繁殖惩猪1 5 0 0 头麓模鲍游猪 场，为堆粪侵占的土地为0 3 1 0 h a ，这些土地一般难以恢复使用。上海市环保局 认戈：上海郊医9 鼢整禽葵戆场的粪藤寒经处理滚入河道，平均单佼农夏畜禽粪 尿负衡量达1 8 t h a ，最高达3 6 0 0 t h a ，以成为上海的饮用水源的主要污染源删。另 一项调查表明，每年搀入环境的畜禽粪屎是太湖流域皴大的氮、磷及露枧污染源， 也是太湖富营养化的罪魁祸静9 1 。北寐香山一个养鸡场将大量鸡粪堆积香山脚下， 污水捌# 入旱溅，破坏了旅游环境。很多畜禽养殖场均位于城奄主要河道、饮耀水 水库或地下水源地附j 厦，是造成这些水体的奎要污染源。有的养猪场的猪粪淤积 于小弼，在水蕊上形成厚厚一层烘粪渣层。存的畜禽养殖场的粪屎及废水通过粪 坑渗滤入地下，使地下水严重污染，水并报滚。特剐是粪屎巾所含大誊的含氮化 舍物教土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等生物化学反应过程而形成了n h ， n 、n o ，- n 和n o ，- n 并渗入魏下永，造成堍下承中硝酸盐含爨增高，使承瑷不宣 于饮用，严重影响人体健康f 1 1 。如有的奶牛场的粪便长期在场内堆存，致使该地土 壤硝酸盐嚣澎积蓄，静致滋结捣酸坏，遗表植被消失，橱本穗死，壤丧失还 原能力，并为有害微生物及致病菌、寄生虫卵提供了繁衍有潜伏的环境，最终导 致毪帮发病率靛主舞。豫粪藤及污求靛度外，当逢稳永文蘧袋条待、缝形、懿貌、 气候、场圈位露、土壤结构与性质等，都是影响畜禽粪尿与废水污染地下水的重 要弱豢。舞蠢熬怒模健畜禽莽殪场位于潺寐孥壤襄懿中部，怒逡下承鹣蛰绘嚣， 其粪屎及废水污染造成该地承压地下水中的n o ，- n 含照逐年升高，且随饲养场规 模懿扩大呈发震趋势。 为了弄清杭州湾污染的主蒙污染源，有关部门曾作了大量调查，其中来自长江、 黄瀵滚、钱塘江等承域爱终溅入蔽媸湾麓畜禽密秘鲎瓣资辩瓤子表l l 。 流域b d 0 。c o d e r无辊氮葸磷 长江4 1 2 9 0 1 0 2 7 7 09 1 7 62 9 6 5 黄渍莲6 5 71 6 3 5 1 4 64 6 钱塘江8 4 82 1 2 01 8 15 8 4 繁娥汪2 2 05 5 l4 7 5 1 甬江2 2 35 5 84 81 5 4 舟出6 51 6 3 4 5 含计4 3 3 0 31 0 7 7 9 79 6 1 23 1 0 4 9 麸表l l 可见，凌墓畜褰蝗污絷已不仅燕局部戆繇境污繁闽题，薅是一令影 响大流域环境的大问题了，它威胁着河口，谶海海域的富营养化问题，千万不能 等闲戡之。家蛮粪屎、骞产热工业污零魏任意搀鼓极易造成水体数害营莠他。握 统计，年产肥猪1 万头的生产线的猪场( 按6 个月出栏) 缚天排污量，相当于5 万人的 粪尿懿b o d 罐。据中匿农业环境保护协会牧妲生态磷境考察缀报告炎料【9 l ，上海郊 区畜年粪便已突破1 2 0 0 1 0 4 吨，远远超过工业废渣的排放量，超过全市居民生活废 弃物的排放i t , t 。如此大量的霪氧腐败有机物，不经处理捧入水流缓慢的水体，如水 库、湖泊、稻田、内海等水域，水中的水生生物，特别是藻类，获得氮、磷、钾等丰富 的营莽后立即大量繁皴，消耗水中氧，程池塘威胁鱼类生存，在弼田使禾萌徒长、倒 伏、稻谷晚熟成不熟，使水稻绝收：苞内海由予藻类大量繁殖，水变浅，影响捕捞业， 由于水生生物大量发商生长，溶解氧耗尽，植物根系腐烂，鱼虾死亡，在水底层行厌氧 分解产生琏s 、n h ，、硫醇等惩臭耪旗，使求璧黑色。这种现象称水体的”富营养亿 ”，水体富营养化是家鬻粪尿污染水体的一个重臻标志 2 对大气环境静污染 冈4 排出的肖禽粪便即含有n h ，、h 2 s 和胺等有害气体，在朱能及时清除或滴除 螽不能及时处理蠡重，嶷眯将袋整增热，产生攀萋硫酵、二甲二巯醚、泽硫醚及低 级脂肪酸等恶臭气体。畜禽养殖场的粪便与废水长期堆置或排放在附近的低洼地， 往往造藏恶炱熏天，姣蝇孳鸯，严重彩确大气质量和藩琵的藩住环襞。畜狡场臭 气的产生，主螫是两类物质，即碳水化会物和含氮有机物，在有氧的条件下两类物质 分裂分解荛c 晓、永秘最终产扬无裁薤类，不会舂臭气产生。懑这些魏覆在获氧鹣 环境条件下，_ 町分解释放出带酸味、臭骺昧、瓴腥味、烂白菜等带刺激性的特殊气 噱。装炱气浓度不大，璧少，霹鑫大气释繇扩教翻上空，不弓l 起公害滔蘧，若薰大蠢长 4 期简浓度的臭气稃在，会使人有厌恶感，给人们带来精神不愉快，影响人体健康。这些 受气严蓬逢瑟稼了葵熬汤痰乡 繇浚翡大气袋燕，对畜禽效王黪天员产生危害，懿 萼l 熬鞲棒不强、颓爆不安、记能力下海寝。办理状嚣不懿，还会影响套禽鲍生产毪 憝、辫低萁生产力寒平鞫 6 i 。，1 9 9 2 年戮本嚣琵辩畜教激鹣菠嚣案件中，起蠢于黧气 问蹶占6 3 2 ，我国近年也出现此类投诉案件，随着目前城镇建设向郊区农村迅速 延转，爨来远蕊城镶豹镄莠罄与藩爱纛距离将瓣笾，畜牧秘爨气耀逶必将雩；莛教会 的关淀。 3 。导致誊禽建染瘸释毒玺塞痰戆蔓延 安践表明，帮禽粪尿与废水污染了水、饼料和空气，最终会导致黼禽传染瘸 窝鬻生建褒戆菱惩鞍笈震，逛楚影酶整餐受产水平蕊嶷接孤嚣，严重涎将或炎葳 胁裔禽生存的鬣熬要因索。 4 。传援入整装患糖，妻续蔻害入熬穗康 攒瞧器里燃缀织秘联合溺糖农绥缀窍荧炎辩，瑟耱露骞2 0 0 耪“大警共凄蕊 染璃”，瑟指那蹙出共阕痰原体攀| 起鳇入与静撼麓凌之阏螭互传染帮惑凝兹疾痰， 其中严重者至少有8 9 种，可【韵猪传染的约2 5 种，由岛( 含家禽) 传染的约2 4 秘，盘牛售染的约2 6 秘，由葶健染鳃绞2 5 糟。由马传染靛约1 3 种，这些夭畜 ( 禽) 共患传染癃静霞撵载体主要是豢禽粪藤簿渣饕。躲滏井蔟逢枣牧场逶避藏 类将猪、牛钩端螺旋体带入水趱，使水库受到污染，农水库游泳的少j b 及捕惫蠹 此箍戆染了钩端蠓旋体病。砥方一些科学家研究报导，很多新的流感瘸毒都麓缀 青熬入嶷滤感瘸毒籁岛类渡感瘸毒在猪赛上鞠互作爱乏嚣产垒煞。弱裁有些乡镶 专簸声，在池塘滋修建猪舍、猪溺上架设鸡麓，不讲条粹，芹箍摄循鸡粪喂猪，猪粪啜 鱼，誉之谓“良性循环立体游殖”加以推广，以上养藏模式怒容易产生新的流 感瘸毒豹场辑囊嚣t 9 9 7 年3 秀台湾报道，发袭猪盈蘸痰暴发搜流行，主袋原嚣蔻痍 猪靛尸体醚意掰入溺邋弓l 起疾瘸的流褥，因藏，粪便未经无害佬处理簿入零中爱造 成终袋病静奔承流行，簸常觅靛青猪丹瘴、猿癜、戮伤寒、帮氏耔萤、镑赣螺藤体、 炭癜等1 w 州n 。 蕊褥饕整瓣是，麸宏震嚣壤言，氮沉黪( n i t r o g e nd e p o s i t i o n ) 莛穗成姿嚣繇 境危密的重大闵索，它造成酸掰、富营养优越至同温朦嶷氧浓度的变化。各种形 态熬氮逶过秘蘧豹、纯学嚣及玺餮敬爱应遘毽露转纯袋麓类氮纯会耱，造藏) c 重环 境的不同危害。翔今垒敬n h 3 捺救量遮6 3 0 0 k t a 。1 9 9 2 带英国 u k ) n h 3 搀敦囊 这3 9 1 k t a ，其中赛禽莽殖延捺艘蠹占8 5 弼。融霓霹燕，繁禽箨薅整对k 污染懿 露献是十分巨大，它融成为世界环保界注意的焦点之。我国城乡各级领导及广 s 大公众也应对此类污染有清醒的认识，及早采取有效地措施加以防治。 1 2 养猪场废水的水质、水量 1 2 1 养猪场废水的水质、水量 对于畜禽排泄的粪尿量以及养殖业排放的废水量，现有的统计资料尚不充分， 不同统计资料提供的数值也不尽相同，以下为一些参考数据： 我国规模化养殖场目前存在的主要清粪工艺有三种 9 p o l ：水冲式、水泡粪( 自 流式) 和干清粪工艺。水冲式清粪工艺是欧美等发达国家，由于劳动力缺乏，为 了减轻劳动强度，七十年代初发展起来的。该工艺耗水量很大，我国南方地区目 前大多采用这种工艺。水泡粪清粪工艺是在上一种工艺的基础上改造而来的，是 在猪舍内的排粪沟中注入一定量的水，猪粪便落入沟中储存，过一段时间后( 一 般为一到两个月) ，排粪沟装满后，拔开出口闸门，沟中粪水排出。这种工艺虽然 较上一工艺节省了水，但是，由于粪便长时间在猪舍中停留，形成厌氧发酵，产 生大量的有害气体如硫化氢、甲烷等，危及动物和饲养人员的健康。我国北方地 区大多采用该工艺。采用上述两种工艺排出的污水和粪尿混合在一起，给后处理 带来很大困难，而且固液分离后的干物质肥料价值大大降低，粪中的大部分可溶 性有机物进入液体中，使得液体部分的浓度很高，增加了处理难度。干清粪工艺， 粪便一经产生便分流，干粪由机械或人工收集，走清粪道清出，尿及污水从下水 道流出。该工艺可保持猪舍内清洁，无臭味，产生的污水量少，且浓度低，易于 净化处理：干粪直接分离，养分损失小，肥料价值高。这是目前比较理想的清粪 工艺，日本多采用这种工艺，欧美国家也开始倾向于这种工艺。在北京、天津、 上海等的一些养猪场已经应用，并显示它的优越性。 水冲式清粪工艺废水主要包括猪粪尿及冲洗废水。额定冲洗水量为8 0 - - 1 2 0 l 头d ，其水质列入表1 2 。 6 废水 项目 粪尿 ( 粪便加冲洗水) b o d 。6 3 0 0 05 0 0 03 0 0 0 1 3 0 0 0 t s s2 1 7 0 09 2 0 0 一1 6 5 0 0 t n4 6 6 07 7 8 0 p 2 q ( ) 1 6 30 1 54 io 石8 0 k 2 0 ( ) o 1 40 3 33 1 0 4 0 0 t k n 6 8 0 一l 1 0 0 c o d c r 11 0 0 0 一2 6 0 0 0 t s1 0 0 0 0 一2 0 0 0 0 v s 8 0 0 0 1 6 0 0 0 p h 值 7 0 注：此表系综合多种资料而成 根据中国农科院畜牧研究所张子仪的试验资料m ，猪排泄粪尿量随公母长幼及 体重大小而不同，如表1 3 所示。 表l - 3 不同体重猪的粪尿排放量 猪体重粪尿排放量相当体重的百分率( )粪尿排放量k g ( 头由 4 m 缶o2 4 4 - _ 3 1 0 - - t 4 6 0 , - 8 0 2 3 21 6 - - 1 8 8 0 一1 0 0 2 14 - 21 8 2 0 1 0 0 1 2 0 1 9 4 - 12 0 2 2 1 2 肛1 4 0 1 6 l2 1 2 2 1 4 0 - - 1 6 01 4 1 2 1 2 3 1 6 0 - 1 8 0 1 3 l2 2 2 4 表1 - 4 至表1 - 8 给出了英国典型的畜禽排泄废物量和相关的比较资料【2 】【l j l 【”】。 l 畜禽种类 猪乳牛蛋鸡肉鸡 鸭 芷 大牲畜 l 排泄物粪 尿粪尿粪粪粪 粪粪 l 排泄量3 5 3 22 550 1 10 0 80 0 6 21 0 表1 5 畜禽养殖业废水b o d 5 与生活污水b o d 5 之比较( 英国资料) 废水种类 b o d ，( m g l ) 一般生活污水2 0 0 - , 4 0 0 牛粪水1 0 0 0 0 一3 0 0 0 0 猪粪水1 6 0 ( h o 一3 0 0 0 0 饲料场排水 1 2 0 0 0 8 5 0 0 0 奶牛场 9 0 0 0 0 - - 1 4 0 0 0 0 表1 - 6 典型的畜禽废物产生量( 英国资料) 畜禽类别体重( k g )粪尿产生量( l d ) 哺乳期小猪 1 5l 断乳后幼猪 3 02 生长期成年猪 7 04 4 0 生长期及成年猪( 干饲料) 9 0 5 8 0 生长期及成年猪( 湿饲料) 9 0 2 4 o o 大母猪 1 2 54 5 0 大母猪加垫圈草 1 7 01 5 0 0 公猪 1 6 05 0 0 蛋鸡 20 1 2 肉鸡 20 0 5 1 - - 6 月小牛 1 4 07 0 0 1 2 月小母牛 2 7 01 4 瑚 1 8 月小母牛 3 8 02 1 0 0 1 2 月小肉牛 4 0 02 7 o o 奶牛 5 0 0 4 5 0 0 i旨 出 项目 鸡粪 粪 尿粪尿 b o d ，( m g l ) 6 3 0 0 05 0 0 0 2 4 5 0 04 0 0 06 5 0 0 0 t s s ( m g ，l ) 2 1 6 7 0 0 q 1 2 0 0 0 05 0 0 0 t - i 4 ( m g ，l ) 4 6 6 07 7 8 0 9 4 3 08 3 4 0 1 6 3 0 0 p 2 0 5 ( ) 1 6 8o 1 6 o “0 0 0 4 0 5 4 k 2 0 ( ) 0 1 4 0 - 3 30 1 5 1 8 90 8 5 1 家禽粪便 6 3 o n ) 2 羊粪 3 8 r n l 3 猪粪 3 8 o n ) 4 马粪 2 3 f n )c ：n = 2 5 5 牛粪 i 7 ( n )c ：n = 1 8 6 人粪尿 5 5 - 6 5 n 帅c ：n = 以1 0 从这些数值可以看出：养殖业废水的污染物浓度高，是一种污染十分严重的废水。 根据北京市畜禽年排泄总量按表1 8 比例进行测算，其年排放的n 量超过4 0 万吨，是最大的氮污染源，其对环境的潜在危险令人担扰。 根据我国台湾资料，1 9 9 0 年台湾饲养猪总数达8 4 7 万头，其尿粪排泄物的人口 当量达5 0 8 2 万，而当时台湾的人口约2 0 0 0 2 1 0 0 万。可见，猪的排泄量约为人的 排泄量2 5 倍。表1 - 9 与表1 1 0 表明北京及上海的畜禽业排出的b o d ，量( 即使尚 不完全) 已达3 0 x 1 0 4 t a ，此值已为两地工业废水和生活污水b o d ；总和的3 倍。上 海年排放畜禽粪尿和废水量已超过1 2 0 0 万讹，达到并超过了工业废渣( 6 6 8 万t a ) 及生活垃圾( 6 6 3 万t a ) 的排放总量。实际资料可以证明，我国一些大城市畜禽 养殖业粪尿排污量的人口当量均已超过3 0 0 0 - 4 0 0 0 万人口当量。因此，可以说它已 是城市中占第一位的超级排污产业f 1 1 【6 l 。 表1 - 9 北京畜禽粪尿排放量及主要污染物排放量 项目猪奶牛蛋鸡肉鸡鸭 芏 大牲畜合计 粪尿年排放量( x 1 0 4t a ) 7 0 87 2 31 2 3 11 1 64 85 0 37 7 71 0 4 7 8 b o d 5 排放量( x 1 0 4 t a ) 2 1 21 58 o3 0 7 + n 年排放量( x 1 0 4 t a ) 4 3 5o 6 72 o7 0 2 * e 2 0 5 年排放量( 1 0 4 t a ； 6 70 2 61 98 8 6 * k 2 0 5 排放量( x 1 0 t a ) 1 6 50 3 21 0 53 0 2 * 注：系不完全统计数，未计肉鸡、鸭、羊及大牲畜的排放量 表1 1 0 上海郊区1 0 县畜禽业排泄物排放量 畜禽种类排泄物量( x 1 0 a )所占比例( ) 猪( 肉猪+ 母猪) 5 1 8 77 3 1 禽( 鸡+ 鸭) 9 6 61 3 5 羊与兔 9 41 3 止 8 6 21 2 1 总计7 1 0 9 万t a 1 0 0 注：系9 0 年代初( 不完全) 调查资料。 9 对北京若干县区的污染调查结果列于表1 - ! l t s j ，由表可以看出，畜牧业的b o d 负荷是这些区县的主要污染负荷，普遍为总污染负荷的6 1 7 4 。 调查的区、县、乡畜牧工业生活 1 朝阳区6 1 54 93 3 6 2 朝阳区金盏乡6 1 30 63 8 1 3 顺义县6 2 11 2 32 5 6 4 平谷县7 4 00 62 5 4 1 2 2 我国城市畜禽养殖业排放废水量预测 根据我国北京、上海、沈阳等城市来畜禽养殖业的发展及其排放粪尿量和废 水量的数据资料，可以初步得出结论，即一个达到或接近小康水平的城市，为了 满足城市居民对畜禽肉类及其产品的需要，必须会发展规模化养殖业。 按每个城市居民计，畜禽每年排泄的粪尿平均将达1 t ，废水量将达3 m 3 ，b o d ， 为3 0 k g ，这就是说，对于人口数为1 0 0 万的城市，畜禽养殖业排放出的粪尿量将 达1 0 0 万妇，废水3 0 0 万m 3 a ，b o d ，3 万妇；对于人口为1 0 0 0 万的城市，则为 粪尿量1 0 0 0 万“a ，废水3 0 0 0 万m 3 a 及b o d 。3 0 万“a 。一般为城市工业废水与生 活污水b o d 。负荷量的3 倍左右。 如果按照我国当前经济建设与城市建设的发展速度，我国城市居民在2 1 世纪 初期2 0 年内将达到小康水平，城市居民为消费畜禽及其产品而养殖这些畜禽所排 出的粪尿及废水量可初步估算于表1 1 2 。 由表1 1 2 的预测数据可看出，在新的世纪里，我国畜禽养殖业的污染负荷将 成为第一位的污染源。除b o d ，外，畜禽养殖业也是n 污染的重要来源。 表1 1 2 城镇畜禽养殖业粪尿及废水排放量的预测 城镇人口预测畜禽粪尿量预测畜禽废水预测b o d 5 量预测 年份 ( 亿人)( 亿妇)( 亿m 3 a )( 万蚀) 2 0 0 23 6 8 - - - 4 0 03 6 7 4 0 01 1 o - 1 2 o1 1 0 0 1 2 0 0 2 0 1 04 7 1 5 0 04 7 l 一5 0 01 4 o 1 5 o1 4 0 0 一1 5 0 0 2 0 2 05 7 2 6 0 05 7 2 缶o o1 7 0 - 1 8 01 7 0 0 - 1 8 0 0 1 0 1 3 养猪场废水处理方法及其分析 由于养猪场废水的悬浮物、c o d c r 、b o d 及氨氮的含量较高，所以处理难度 较大，目前国内外运作的规模化养猪厂废水的处理工艺有以下几种处理方法。 1 3 1 混凝沉淀脱氨好氧生化工艺1 2 】 废水经石灰乳混凝沉淀，可去除废水中的大部分胶体物质和悬浮物，同时可去 除一部分难解物质，经脱氨使废水中氨氮低于2 0 0 m g l ，有利于后续生化的顺利进 行。当生化池活性污泥浓度在3 5 0 0 - - 4 5 0 0 m g l 之间。c o d c r 容积负荷 3 0 k g m 3 d ， n h n 容积负荷 o 2 2 k g m 3 d 时，处理后出水能够达到畜牧业排放标准( c o d c r - - 4 0 0 m g l ，n h 3 - - n _ 1 0 0 m g l ) 。流程如图l 一1 所示： 匪j 囤巨卜 l 好氧生化l - + l 出水l 图1 - 1混凝沉淀脱氨好氧生化工艺 各工序的操作参数： 混凝工序混凝沉淀工序的主要操作参数为c a ( o h ) ：的投加量，如果只是从混 凝效果考虑，其投加量在2 0 0 0 m g l 以上即可，但如果水温较低，则必须加大 c a ( o 田：的投加量，提高p h 值以利于提高后续的脱氨效率。可根据水温的不同确 定c a ( o h ) 2 的投加量，一般控制在3 0 0 0 - - 6 0 0 0 m g l 之间。 脱氨工序影响脱氨效率的主要因素为p h 值、水温、曝气强度和曝气时间。 该废水的水温随气温的变化而变化，在工程上调节水温不太经济，一般不加控制， 而是通过调节水样的p h 值来弥补因水温低而造成的脱氨效率低的不足。脱氨池进 水水样的p h 值一般控制为1 0 肛1 0 ，5 之间，曝气强度适中，气水比一般为1 0 ：1 ， 曝气时间为2 3 h 。 好氧生化工序主要参数控制值：活性污泥浓度：3 5 0 0 - - 4 5 0 0 m g l ，进水n h 3 - n 浓度2 0 0 m g l 以下，容积负荷2 - 3 k g c o d c r ( m 3 l a ) ，污泥负荷：0 5 o 7 k g c o d c r ( k g m l s s d 、。 1 3 2 凤眼莲水生生物系统1 们 采用凤眼莲水生生物系统处理养猪场废水，不但耗资少，而且能有效去除有机 物，风眼莲还可作为辅助饲料喂猪，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。 其处理工艺流程如图1 2 ： 厌氧发酵后的废水经兼性氧化塘自然氧化后，进入水生生物处理系统，先经增 氧氧化塘氧化，然后进入一级风眼莲吸收塘，出水经自然氧化塘氧化后进z - - 级 凤眼莲吸收塘，再经过沙滤床流入氧化塘，达到净化废水的目的。该系统对c o d c ， 的去除率约为7 0 左右，t n 的去除率约为7 5 ，悬浮物及t p 的去除率则可达 8 0 。 匹j j 亟e 巫亘圈一 臣巫卜 垂至困一困 叶臣困一园 图1 - 2风眼莲水生生物系统处理工艺 1 3 3 固液分离一好氧工艺1 2 根据该类废水中固型物、纤维性物质含量比较高的特点，进行固液分离处理。 工艺流程如图1 3 ： 广再司1 司1 百 l 一l _ j l _ j i _ j 图i - 3固液分离好氧工艺 处理方法：利用地形将猪粪尿废水引入，以不锈钢网挡住粪渣颗粒之去路， 使废水流速减低而逐渐沉淀淤积，后来进入沉淀池之粪尿废水以前面淤积的粪渣 为过滤体，使废水中更细的颗粒也能沉淀淤积下来。直到粪渣填满沉淀池的八成 时，即可换池，重新开始过滤沉淀，如此周而复始即能将猪粪尿废水中的固形物 与液体废水分离出来。 处理效果：应用上项设施及处理方法，起初只能过滤1 2 , - - 1 5 的固形物，半天 后若有粪渣淤积，其过滤效果可以逐渐增加至7 5 8 1 。如果废水s s 为8 8 8 m g l ， 其s s 去除效率达7 5 8 3 ，原水的b o d ，去除效率为2 7 1 6 。当然经过此种方法 过滤后的废水尚不能达到规定的排放标准，必须再做二级好氧处理后才能排放。 1 3 4 固液分离一甲烷发酵一淹没式生物滤池工艺伽 废水通过筛网过滤，滤液再经过固体分离，液体部分与渣滓和豆饼混合，然后 在3 4 条件下中温消化2 3 d ，消化排出液稀释4 倍，然后再通过淹没式生物滤池处 理。所产生的气体被用来加热猪饲料，进入消化器前的b o d 浓度为2 6 0 0 0 m l ，消 化后排出液中b o d 的浓度为1 6 8 0 m g r l ，其b o d 、c o d 、n - i ，- n 的去除率分别为 9 4 7 、9 0 o 和9 5 9 。在有机负荷为1 2k g ( m 3 d ) 范围内，气体产生量是足够的， 并且消化排出液中b o d 浓度低，当负荷率大于2k g ( m 3 d ) 时，消化排出液p h 趋于 下降。在负荷率为2 0 k g ( m 3 d ) 时，产气率为o 8 4 m 3 ( k g m 3 d ) ，年平均产气率为0 7 m 3 ( k g m 3 d ) 。每天产气量为1 9 6 m 3 。污水处理费用通过甲烷气的产生大大降低。 工艺流程如图1 - 4 ： 臣丑1 圊1 玉困一 图1 - 4 固液分离一甲烷发酵一淹没式生物滤池工艺 1 3 5 a 1 - - 0 1 a 2 0 2 处理工艺1 3 1 【1 4 】 该工艺是以a a o 工艺为基础开发出来的，通过厌* t - - 好氧缺氧一自然好 氧处理工艺，既能去除有机物，同时还具有脱氮除磷等功能，处理出水水质c o d 。， 小于1 0 m g l ，n h 。- n 小于1 0 m g l ，并能达到国家一级排放标准；处理能耗和处理 成本低，仅只需一段人工曝气处理，且接触氧化时间不超过8 h ，后段采用人工快 滤池自然好氧处理。其简单工艺流程如图1 - 5 ： 固( 亟 ( 玉亟互卜 匦巫互 _ 习( d 1 人工快滤池卜一 出水 l 图1 - 5a 1 0 1 a 2 0 2 处理工艺 1 3 6 接触氧化一水解一两段接触氧化一混凝工艺m 废水经静置沉淀后取其上清液，由潜水泵提升至第一接触氧化池( 简称好氧 池) ，一好氧池出水自流入沉淀池( i ) ，沉淀后出水进入水解池，水解池出水流入 二好氧池，经好氧处理出水进入沉淀池( i i ) ，沉淀处理出水流入三好氧池，最后经 混凝、沉淀处理后排放，各处理单元均为上流式。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，处理后出水c o d 。平均去处率为9 7 左右， b o d 5 的去除率大于9 8 ，n h 3 - n 的去除率为9 6 以l z 。出水c o d c ，、p h 、n h 3 一 n 、色度、悬浮物均可达污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 8 8 ) 一级标准。其流程如图 l - 6 ： 臣至 _ 至习迈 图1 6a l o l a 2 0 2 处理t 艺 1 3 7 多级酸化一人工湿地处理工艺1 6 】 1 7 】 经该工艺处理后的养猪场废水c o d c r 由1 5 0 0 0 m g l 降至9 8 4 m g l ；b o d 5 由 9 0 0 0 m g l 降至4 9 4 m g l s s 由1 8 6 0 0 0 m g l 降至5 1 5 m g l ；硫化物由4 8 0 m g l 降 至1 _ 3 m g l 。该项净化工艺系统具有以下特点： 自流化，不需任何电力，节省能源，减少6 0 的运转费。 投资少，易维修，管理方便。 对猪场废水中重金属清除有效。 该工艺处理流程如图1 7 ： r 1r 广 i 废水卜叫固液分离卜叫酸化池 + 1 _ ji - - - - - - - - - - - - - - - _ j lj 厂 厂 i四个人工串联湿地卜叫 出水 i 图1 7多级酸化一人工湿地处理工艺 1 4 本研究的目的与意义 目前国内外虽然对养猪场废水的处理有许多研究，从已有的报导资料综合分 析，至今尚无能较好适合这种有机物浓度高，氨氮浓度高、恶臭严重的废水的工 艺流程。本研究拟对养猪场废水采用沉淀一厌氧一脱氨s b r 的工艺流程进行 处理，希望为养猪场废水确立一套简单、稳妥、高效、经济合理的处理工艺，它 的成功将带来较大的环境效益、社会效益和经济效益。 2 1 工艺流程 第二章试验条件及方法 综合国内外已建养猪场废水处理场运行资料，结合过去的研究成果，通过比较 和权衡处理的效果及经济的合理性，对养猪场废水处理拟选择如图2 1 所示工艺路 线进行研究。 眄司r 习_ 而：；瓦习斗 r 赢习下s b r 习旧 l脱氨处理li处理il出水 l - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ jl j l - j 图2 】养猪场磨水处理t 劳路线 2 2 研究的内容 l 、确定养猪场废水厌氧消化处理过程的工程条件； 2 、研究养猪场废水中高氨氮含量对生化处理的影响及脱氮工艺的工程条件 3 、研究养猪场废水s b r 生化处理过程中的最优工艺参数。 2 3 试验监测分析方法 试验监测分析方法采用国家环保总局编制的水和废水监测分析方法【l l 】【1 9 】。 监测项目及分析方法见表： 表2 - 1 监测项目及分析方法 序号项目名称分析方法 lc o d c r 重铬酸钾法 2 b o d ，稀释培养法 3n h ，_ n 滴定法 4d o 膜电极法 5几s s 重量法 6 p h 电极法 6 2 4 试验用水水质 本试验用水取自浏阳某牲猪养殖场，该养猪场规模为年产牲猪4 5 万头，常年 有存栏牲猪约2 万头，清粪工艺采用水冲式工艺，其废水水质见表2 2 。 表2 - 2 试验用养猪场废水水质 水质指标废水水质排放标准 c o d c r f m f l )1 2 0 0 0 1 8 0 0 0 m g l4 0 0 m g l b o d 。( m n l )5 0 0 肛1 0 0 0 0 m g l1 6 0 m g l s s ( m g l ) 8 0 0 0 1 3 0 0 0 m g _ l2 2 0 m f l n i t ，- - n ( m g l ) 7 0 0 11 0 0m g l6 0 m g l p h 值 8 o6 - 9 3 1 引言 第三章u a s b 处理 上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ，简称u a s b ) 反应器是 荷兰( w a g e n i n g e n ) 农业大学的l e t i n g a 等人于1 9 7 2 年开始研制，并于1 9 7 7 年工 业化生产应用。其构造如图3 - i 所示，废水自下而上地通过厌氧污泥床，床体底 部是一层絮凝和沉淀性能良好的污泥层，中部是一层悬浮层，上部是澄清区。澄 清区设有三相分离器，用以完成气、液、固三相分离；被分离出的消化气由上部 导出，被分离的污泥则自动落到下部反应区，出水入后续构筑物。其分离原理与 好氧的完全混合活性泥法类似。厌氧消化过程所产生的微小沼气气泡，对污泥床 进行缓和的搅拌作用【1 6 1 【川。 我国于1 9 8 i 开始了u a s b 反应器的研究工 作。在处理高浓度有机废水方面，已在我国得到 了实际的推广作用。 3 2 u a s b 反应器的作用原理 3 2 1 三相分离器 图3 - 1 上流式厌氧污泥床 u a s b 反应器由于不设填料，在投资和运作成本上更节省、更节能，同时操作 相对简单，易于控制，因此是目前应用最为广泛的厌氧反应器。u a s b 反应器运行 的三个重要前提是：反应器内形成沉淀性能良好的颗粒污泥；以产气和进水 为动力形成良好的菌( 污泥) 料( 废水中的有机物) 接触搅拌，使颗粒污泥均匀 地懋浮分布在发艨器内；设计合理的气( 溜气) 、水( 出水) 、泥( 颥粒污泥) 三鞠势器，缱沉淀毪夔嶷