规模化猪场粪污处理工程模式与技术定位

1、规模化猪场粪污处理工程模式和技术定位2010-9-16 20:38:20 文章来源:转载 作者:邓良伟 邓良伟1，陈子爱1，袁心飞2，周文龙3（1.农业部沼气科学探讨所，四川成都610041；2.四川省旺昌县农业局，四川广元628200；3.重庆市潼南县环境爱护局，重庆402660）对于规模化猪场粪污，除资源化利用外，还可采纳物理法、化学法、物化法以及生物法进行处理；要达到排放标准，国内外公认的最经济的手段是生物法。 生物法又分： 厌氧处理； 好氧处理； 自然生态处理三大类。 厌氧处理有：完全混合式厌氧反应器（CSTR）、厌氧滤池（AF）、厌氧序批式反应器（ASBR）、厌氧挡板反应器（ABR）

2、、厌氧复合反应器（UBF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）等工艺技术。 好氧处理包括： 活性污泥法、接触氧化法、生物转盘、氧化沟、序批式反应器（SBR）、膜生物法（MBR）等工艺方法。 自然生态处理：可采纳土地处理系统、氧化塘以及人工湿地等。 面对种类繁多的处理工艺，养殖场业主以及政府管理者等非废水处理专业人士往往无所适从。因此，很有必要对这些处理工艺技术在大的方向进行归纳分类，为养殖场业主选择粪污处理方法以及决策管理部门对畜禽养殖粪污处理政策定位供应参考。 透过不同工艺技术的表象，从本质上看，规模化猪场粪污处理可总结为3种模式： 沼气（厌氧）-还田模式； 沼气（厌氧）

3、-自然处理模式； 和沼气（厌氧）-好氧处理模式（工业化处理模式）。 以这3种模式为基础，依据规模化猪场所处的自然环境、社会经济条件以及饲养规模，可以对粪污处理模式做出适当选择和精确定位。 1沼气（厌氧）-还田模式1.1沼气（厌氧）-还田模式的适用范围 畜禽粪污或沼液还田作肥料是一种传统、经济的处置方法，可以在不外排污染的状况下，充分循环利用粪污中有用的养分物质，改善土壤中养分元素含量，提高土壤的肥力，增加农作物的产量。分散户养殖方式的畜禽粪污处理均是采纳这种方法。 这种模式适用于远离城市、经济比较落后、土地宽广的规模化猪场。养猪场四周必须要有足够的农田消纳沼液。要求猪场养殖规模不大，一般出栏规

4、模在2万头以下，当地劳动力价格低，冲洗水量少。 1.2沼气（厌氧）-还田模式的工艺流程 沼气（厌氧）-还田模式工艺流程如图1。1.3沼气（厌氧）-还田模式的关键 要真正达到养分物质还田利用、污染物零排放，必需解决好4个关键问题。 第1个关键：猪场四周要有足够的土地 也就是要考虑四周土地的承载力。一些欧美国家就土地对厌氧消化残余物（沼渣沼液）的承载力有明确的规定（表1）。我国上海、北京以及江苏等地也对畜禽粪污土地承载实力进行了探讨，提出土地承载实力，见表2。表1一些国家有关土地对厌氧消化残余物养分物质承载力的规定国家氮每公顷年最大负荷/kg须要的储存时间/月强制的施用季节 奥地利丹麦 意大利瑞典

5、英国法国美国1002003年前：牛210230、猪140170；2003年后：牛170、猪140170500基于畜禽数量250500150第1年450，以后28069 366104 2月28日10月25日2月1日收获 2月1日12月1日2月1日12月1日 12 表2我国部分地区畜禽粪污土地承载实力地区土地承载实力上海 江苏 北京粮食作物：每年每公顷11.25 t猪粪当量；蔬菜作物：每年每公顷22.5 t猪粪当量；经济林：每年每公顷15 t猪粪当量。大田：氮40 kg/亩，五氧化二磷18 kg/亩；大棚：氮80 kg/亩，五氧化二磷32 kg/亩。粪肥23 t/亩 第2个关键：沼渣沼液的经济运输

6、距离。 厦门高校曾悦等以福建为例，探讨了粪肥的经济运输距离，认为猪粪的经济运输距离为13.3 km、鸡粪43.9 km、牛粪5.2 km。而丹麦沼气工程的沼渣沼液运输距离一般在10 km以内。 规模化猪场冲洗水量大约是猪粪的10倍。因此，可以推想，规模化猪场粪污厌氧处理后沼渣沼液的经济运输距离在2 km以内。 第3个关键：沼渣沼液的储存。 必须要有足够容积的储存池来贮存短暂没有施用的沼渣沼液，不能向水体排放废水。一些欧美国家要求的粪肥或沼渣沼液储存时间见表1。 第4个关键：沼渣沼液还田利用的标准。 目前，我国还没有制定沼渣沼液作肥料还田利用的标准。环保部门往往套用农田浇灌水质标准（GB5084

7、-1992）要求：对于水作，化学耗氧量（COD）<200 mg/L，生化需氧量（BOD5）<80 mg/L，凯氏氮<12 mg/L，总磷（以磷计）<5.0 mg/L；对于旱作，COD<300 mg/L，BOD5<150 mg/L，凯氏氮<30 mg/L，总磷（以磷计）<10.0 mg/L。畜禽粪污处理后沼液基本上达不到这个要求。假如经过处理后达到此要求，估计农户也不会利用了，因为氮、磷等养分物质都被去除了。 尽管新的农田浇灌水质标准（GB5084-2005）取消了氮、磷指标的要求，但是将有机物指标提高了：对于水作，COD<150 mg/L，

8、BOD5<60 mg/L；对于旱作，COD<200 mg/L，BOD5<100 mg/L，这两个标准比畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）的要求还要严格，沼液也很难达到这些要求，假如能达到这些标准，也就能达标排放了。因此沼液还田利用仍旧存在法律障碍。 1.4沼气（厌氧）-还田模式的优缺点 沼气（厌氧）-还田模式的主要优势在于： 1）污染物零排放，最大限度实现资源化； 2）可以削减化肥施用，增加土壤肥力； 3）耗能低，无需专人管理;运转费用低。 但是，沼气（厌氧）-还田模式也存在以下问题： 1）须要有大量土地利用沼渣沼液，出栏万头猪场至少须要1 000亩土地消纳

9、沼渣沼液，因此受条件限制，适应性不强； 2）雨季以及非用肥季节还必需考虑沼渣沼液的出路； 3）存在着传播畜禽疾病和人畜共患病的危急； 4）不合理的施用方式或连续过量施用会导致硝酸盐、磷及重金属的沉积，从而对地表水和地下水造成污染； 5）恶臭以及降解过程产生的氨、硫化氢等有害气体会对大气构成威逼。 2沼气（厌氧）-自然处理模式2.1沼气（厌氧）-自然处理模式的适用范围 猪场粪污经过厌氧消化（沼气发酵）处理后，再采纳氧化塘、土地处理系统或人工湿地等自然处理系统对厌氧消化液进行后处理。 这种模式适用于离城市较远，经济欠发达，气温较高，土地宽广，地价较低、有滩涂、荒地、林地或低凹地可作粪污自然处理系统

10、的地区。养殖场饲养规模不能太大，对于猪场而言，一般年出栏在5万头以下为宜，以人工清粪为主，水冲为辅，冲洗水量中等。 2.2沼气（厌氧）-自然处理模式的工艺流程 沼气（厌氧）-自然处理模式工艺流程如图2。2.3沼气（厌氧）-自然处理模式的关键 沼气（厌氧）-自然处理模式主要利用氧化塘的藻菌共生体系以及土地处理系统或人工湿地的植物、微生物净化粪污中的污染物。由于生物生长代谢受温度影响很大，其处理实力在冬季或寒冷地区较差，不能保证处理效果。因此，沼气（厌氧）-自然处理模式的关键问题是越冬。表3显示了某规模化猪场采纳厌氧-自然处理模式处理猪场粪污在不同季节的出水水质。表3厌氧-自然处理模式处理某规模化

11、猪场粪污的处理效果指标夏季秋季冬季标准允许排放浓度*pH悬浮物（/mg·L-1）化学耗氧量（/mg·L-1）生化需氧量（/mg·L-1）氨态氮（/mg·L-1）亚硝态氮（/mg·L-1）硝态氮（/mg·L-1）总氮（/mg·L-1）总磷（/mg·L-1）6.84221004.41.321.121.504.792.087.628026711.017.20.0575.3088.57.167.629033031.01490.471.6018811.56920040015080 8.0注：*畜禽养殖业污染物排放标准（GB1

12、8596-2001）。 从表3可以看出，夏季、秋季的处理出水均能达到畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）。但是在冬天，化学耗氧量、生化需氧量等有机污染物指标能达到排放标准，而氨态氮、总磷离达标还有肯定距离，说明冬季的处理效果不稳定。 2.4沼气（厌氧）-自然处理模式的优缺点 沼气（厌氧）-自然处理模式的主要优势在于： 1）运行管理费用低，能耗少； 2）污泥量少,不须要困难的污泥处理系统； 3）没有困难的设备，管理便利，对四周环境影响小，无噪音。 沼气（厌氧）-自然处理模式主要存在以下缺点： 1）土地占用量较大； 2）处理效果易受季节温度改变的影响； 3）有污染地下水的可能。 3

13、沼气（厌氧）-好氧处理模式（工业化处理模式）3.1沼气（厌氧）-好氧处理模式的适用范围 沼气（厌氧）-好氧处理模式的畜禽养殖粪污处理系统由预处理、厌氧处理（沼气发酵）、好氧处理、后处理、污泥处理及沼气净化、贮存和利用等部分组成。须要较为困难的机械设备和要求较高的构筑物，其设计、运转均须要具有较高学问水平的技术人员来执行。沼气（厌氧）-好氧处理模式适用于地处大城市近郊、经济发达、土地惊慌、没有足够的农田消纳粪污的地区。采纳这种模式的猪场规模较大，养猪场一般出栏在5万头以上，当地劳动力价格昂贵，主要运用水冲清粪，冲洗水量大。 3.2沼气（厌氧）-好氧处理模式的工艺流程 沼气（厌氧）-好氧处理模式工

14、艺流程如图3。3.3沼气（厌氧）-好氧处理模式的关键 沼气（厌氧）-好氧处理模式的关键问题在于：猪场废水经过厌氧处理后，采纳好氧生物处理工艺干脆处理厌氧消化液的去除效果很差。笔者曾采纳序批式活性污泥法（SBR）干脆处理猪场废水厌氧消化液，污染物的去除效果很差。从表4可知，COD仅去除率8.31%，NH3-N去除率78.67%；出水COD、NH3-N均很高，分别为1 169 mg/L、158 mg/L。表4序批式活性污泥法（SBR）干脆处理厌氧消化液的去除效果项目进水（/mg·L-1）出水（/mg·L-1）去除率/%化学耗氧量（COD）氨态氮（NH3-N）1 275±

15、;180741±35.21 169±135158±46.28.3178.67 为了证明试验的牢靠性，也和其他探讨者采纳SBR干脆处理猪场废水厌氧消化液的结果进行比较。其他探讨者采纳厌氧-SBR工艺处理猪场废水的小试结果见表5。试验发觉，猪场废水经过厌氧消化后，再利用SBR工艺进行厌氧消化液好氧后处理，硝化作用易导致处理系统酸化，致使SBR出水pH降至6.0左右，有时甚至低于5.0，造成反应器工作不稳定。随着试验的推动，后期处理效果持续恶化。NH3-N去除率为70%90%，出水NH3-N浓度高于100 mg/L；COD最高去除率为50.0%左右，出水COD浓度一般在

16、1 000 mg/L以上。出水水质不能满意畜禽养殖业污染物排放标准（GB 18596-2001）。表5探讨者采纳SBR处理猪场废水厌氧消化液的小试结果项目化学耗氧量（/mg·L-1）氨态氮（/mg·L-1）pH去除率/%资料来源化学耗氧量氨态氮进水 出水1429.11 440.9389.3407.31393.71 422.0594.9634.88.008.14 5.465.68 71.573.0 55.057.3 杨虹等（2000） 进水出水5921 5605401 3494499111002327.207.504.606.50-59.035.6 67.488.9 Edge

17、rton等（2000） 进水出水2 7941 1615751807.755.9158.4 31.3 Ng W G等（1987） 采纳其他新工艺，如膜生物法（MBR）处理猪场废水厌氧消化液，处理结果也差不多。孟海玲等（2007）进行了膜生物反应器用于猪场污水深度处理中试试验，结果发觉，COD去除率在64%85%，出水COD浓度大约250550 mg/L。氨态氮去除率达55.5%92.8%,平均去除率为73.1%，氨态氮出水浓度大约150200 mg/L。 采纳SBR序批式反应器工艺干脆处理厌氧消化液，COD和NH3-N去除效率低，反应器工作性能不稳定，针对这些问题，农业沼气科学探讨所的探讨人员开

18、发了Anarwia工艺畜禽粪污处理专利技术（anaerobic-adding raw wastewater-intermittent aeration，专利授权号ZL200410040855.3）。该工艺已经胜利用于某养殖总场废水处理，该工程日处理存栏120 000头猪（年出栏20万头肥育猪）猪场的废水3 000 t。运行效果见表6。表6 Anarwia工艺处理猪场废水的运行效果项目进水厌氧处理SBR总去除率化学耗氧量（/mg·L-1）生化需氧量（/mg·L-1）氨态氮（/mg·L-1）总氮（/mg·L-1）悬浮物（/mg·L-1）pH5616

19、996539604460278111475414152 31054107.17.5711142316827834810295909175109607.27.521634111.219.92.49.951.851.9701106.67.5>98%>99%>98%>93%>97% 表6结果表明，处理工程对化学耗氧量、氨态氮的去除率达到98%以上、生化需氧量去除率达到99%以上、悬浮物去除率达到97%以上、总氮去除率达到93%以上。出水化学耗氧量、生化需氧量、氨态氮、悬浮物分别低于350 mg/L、20 mg/L、15 mg/L、120 mg/L，达到畜禽养殖业污染物排

20、放标准（GB18596-2001）。 3.4沼气（厌氧）-好氧处理模式的优缺点 沼气（厌氧）-好氧处理模式的主要优势在于： 1）占地少； 2）适应性广，不受地理位置限制； 3）季节温度改变的影响比较小。 沼气（厌氧）-好氧处理模式的缺点主要表现在： 1）投资大，万头猪场的粪污处理，投资约150200万元； 2）能耗高，处理1 m3污水耗电约24 kWh； 3）运转费用高，处理1 m3污水运转费2.0元左右； 4）机械设备多，维护管理量大； 5）须要特地的技术人员进行运行管理。 4 以上3种处理模式的经济分析 以年出栏10 000头猪的规模化猪场为例。3种模式都采纳干清粪工艺，每天污水量大约10

21、0 m3，进水化学耗氧量6 0008 000 mg/L、生化需氧量3 5004 500 mg/L、悬浮物3 0004 000 mg/L、氨态氮500700 mg/L、pH 77.5。沼气（厌氧）-自然处理模式、沼气（厌氧）-好氧处理模式的处理出水达到国家畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001），即化学耗氧量<400 mg/L，生化需氧量<150 mg/L，悬浮物<200 mg/L，氨态氮<80 mg/L，pH 69。3种模式的经济比较见表7。表7：万头出栏猪场粪便污水不同处理模式的投资及运行费用比较费用 沼气（厌氧）-好氧处理模式沼气（厌氧）-自然处理模式沼气（厌氧）-还田模式污水处理投资/万元年耗电量/kWh年污水处理运行费用/万元年节约化肥收入或种植收益/万元年沼气产量/m3沼气收益/万元年总收益（沼气及节约化肥收益）/万元年利润/万元170101 470-11.17 73 0005.845.84 -5.331803 285-3.27 73 0005.845.84 2.571604 745-2.32*/-182.32*1.28*/30.0* 73 0005.847.12*/35.84* 4.80*/-146.48*注：*猪场自有土地足够消纳猪粪水厌氧消化液；*猪场没有自