隨著生豬集約化養(yǎng)殖技術(shù)的提高和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，傳統(tǒng)的家庭作坊式圈養(yǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)?；⒓s化生產(chǎn)性養(yǎng)殖。規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)廢水排放量大，污染物濃度高，且大多數(shù)都未經(jīng)處理直接排放，對(duì)區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生直接威脅和危害。這些環(huán)境污染問題引起了各級(jí)人民政府的高度重視，國(guó)家環(huán)?？偩趾蛧?guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局頒布了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18596—2001)，對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水、廢渣和惡臭氣體的排放進(jìn)行了規(guī)定;福建省人民政府也積極響應(yīng)國(guó)家政策，進(jìn)一步加大規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的整治力度。
目前，國(guó)內(nèi)外主要采用自然處理、好氧處理、厭氧處理及混合處理等技術(shù)治理規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)污水，但是由于能耗大、投資費(fèi)用高、維護(hù)管理技術(shù)要求多等原因，致使這些方法未能完全被各養(yǎng)殖場(chǎng)或農(nóng)戶接納，推廣也受到限制，因此養(yǎng)殖場(chǎng)糞污經(jīng)濟(jì)有效治理依舊是個(gè)難題。福建省永安市某養(yǎng)豬場(chǎng)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝模式，通過應(yīng)用固液分離-厭氧生物發(fā)酵-生物氧化塘組合工藝處理污水，從糞污減量化到污水深度凈化處理使養(yǎng)豬場(chǎng)出水水質(zhì)達(dá)到畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18596—2001)排放標(biāo)準(zhǔn)，解決養(yǎng)豬場(chǎng)糞便污染問題同時(shí)也可為同類養(yǎng)殖場(chǎng)提供一定參考。
1、材料與方法
1.1 養(yǎng)豬場(chǎng)概況
該養(yǎng)豬場(chǎng)位于福建省三明市永安市某村鎮(zhèn)，年存欄3500~5000頭，出欄商品豬10000頭，采用干清糞工藝。按1頭豬日排糞2.2kg，排尿2.9kg計(jì)算，則該豬場(chǎng)日糞尿產(chǎn)生量17.85t，其中糞7.7t，尿10.15t，包括沖欄用水和職工的生活污水在內(nèi)，每天產(chǎn)生污水60~100t。對(duì)該養(yǎng)豬場(chǎng)排放的污水進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，水質(zhì)情況見表1。
1.2 處理工藝流程及簡(jiǎn)介
1.2.1 處理工藝流程
通過對(duì)該養(yǎng)豬場(chǎng)污水水質(zhì)分析并結(jié)合該豬場(chǎng)的實(shí)際情況，最后采用固液分離-厭氧生物發(fā)酵-生物氧化塘組合工藝，以達(dá)到最佳的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益(具體工藝流程見圖1)。
1.2.2 主要單項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)介
(1)固液分離前處理技術(shù)。
糞便污水含有大量的有機(jī)污染物和懸浮物，需要通過固液分離后再分別處理固形物和污水，從而有效降低污水中的污染物濃度，同時(shí)可確保后續(xù)的厭氧處理工藝穩(wěn)定、有效地運(yùn)行。選用本課題組研制60目的篩網(wǎng)的FZ12固液分離機(jī)，將污水中的大部分懸浮物分離出來，實(shí)現(xiàn)污水濃度減量化。該固液分離機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是集振動(dòng)系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)和自動(dòng)清洗系統(tǒng)于一體，污水處理效果較穩(wěn)定，不會(huì)造成沉渣堵塞，可縮短后續(xù)厭氧發(fā)酵處理水力停留時(shí)間。
(2)厭氧生物發(fā)酵處理技術(shù)。
污水經(jīng)過固液分離前處理后進(jìn)入?yún)捬跎锇l(fā)酵系統(tǒng)。本研究采用福建省農(nóng)科院研制的ZWD型隧道式厭氧發(fā)酵池，是中國(guó)最先設(shè)計(jì)應(yīng)用的水壓式沼氣池型，內(nèi)設(shè)破殼網(wǎng)及布水器，保證池內(nèi)布水均勻，提高厭氧發(fā)酵效果。該沼氣池具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、產(chǎn)氣率高等優(yōu)點(diǎn)，克服了舊式的水壓式沼氣進(jìn)出料難，占用有效建造容積等缺點(diǎn)。該單項(xiàng)技術(shù)是本工藝的核心，一方面可去除污水中大部分有機(jī)物，另一方面厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可作為生產(chǎn)生活用電，產(chǎn)生的沼液可作為液體肥料灌溉農(nóng)田，在去除污染物的同時(shí)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)生物氧化塘處理技術(shù)。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液富含N、P、K和有機(jī)質(zhì)，若直接排放，將會(huì)造成下游河道水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，可造成水體等環(huán)境污染。因此，對(duì)耕作區(qū)利用不完的沼液采用水生物氧化塘處理技術(shù)進(jìn)行深度脫氮除磷，可起到進(jìn)一步的凈化作用。共建設(shè)生物氧化塘3畝，蓄水能力為0.45萬m3，水深約為1m。為了保證耕作區(qū)需要施肥時(shí)有足夠的沼液可以利用和雨季沼液無法利用時(shí)不會(huì)外排，調(diào)節(jié)沼液貯量在0.24~0.45萬m3。
1.3 各階段污水測(cè)試項(xiàng)目及分析方法
pH值用便攜式pH計(jì)(雷茲pHs-3E)測(cè)量;SS的測(cè)定采用GB11901—1989重量法，CODcr的測(cè)定采用GB11914—1989重鉻酸鉀法;BOD5的測(cè)定采用HJ505—2009稀釋與接種法;NH3-N的測(cè)定采用HJ535—2009納氏試劑分光光度法。
2、結(jié)果與分析
2.1 處理效果
分別對(duì)固液分離后沉淀出水、厭氧消化池、氧化塘最終出水水質(zhì)進(jìn)行取樣分析，每個(gè)采樣點(diǎn)每日上午9點(diǎn)取樣，取樣3次，最終以平均值作圖討論。具體測(cè)定結(jié)果見圖2。
養(yǎng)豬場(chǎng)污水含有大量的有機(jī)污染物和懸浮物，先通過固液分離處理可確保后續(xù)厭氧處理工藝穩(wěn)定、有效地運(yùn)行，同時(shí)可節(jié)約污水處理費(fèi)用。本項(xiàng)目應(yīng)用本課題組研制的固液分離機(jī)FZ12對(duì)福建永安某養(yǎng)豬場(chǎng)廢水進(jìn)行固液分離前處理，再經(jīng)初沉池處理后，pH值為6.50，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP濃度分別為4436.2、5666.2、3434.9、322.4、38.4mg/L，對(duì)SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除效果分別達(dá)到75.7%、65.7%、51.7%、17.9%和12%，污水中的污染物得到了快速的去除。然后，應(yīng)用厭氧微生物發(fā)酵技術(shù)(本項(xiàng)目采用的反應(yīng)器為UASB反應(yīng)器)對(duì)沉淀池出水進(jìn)行進(jìn)一步的處理。厭氧消化池出水pH值為6.68，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP濃度分別為381.5、730.9、218.8、311、35mg/L。SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP這4種污染物都得到了一定程度的去除(去除率分別為97.9%、95.5%、96.9%、20.87%和19.9%)，氨氮和總磷的去除率不高，可能是因?yàn)閰捬跸瘜?duì)氨氮去除效果不佳，主要是依靠部分硝化及反硝化作用;總磷的去除需要通過好氧處理去除，在缺氧條件下對(duì)總磷的去除難度較大。另外，通過計(jì)算BOD5和CODcr的比值還可以看出，經(jīng)過厭氧發(fā)酵處理后的養(yǎng)豬場(chǎng)污水BOD5與CODcr的比值較小(30%)，說明該工藝的生物發(fā)酵已經(jīng)比較徹底，厭氧發(fā)酵難以繼續(xù)進(jìn)行，但各項(xiàng)污染物濃度仍然達(dá)不到GB18596—2001排放標(biāo)準(zhǔn)，因此需進(jìn)行后續(xù)的氧化塘生化處理。生物氧化塘具有基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、能有效去除污水中的氮磷以及可美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。養(yǎng)豬場(chǎng)污水經(jīng)過厭氧處理后氨氮含量高，將生物氧化塘作為生豬養(yǎng)殖廢水的后續(xù)處理工藝，可對(duì)污水起到進(jìn)一步的脫氮效果。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)過后續(xù)的氧化塘處理，出水pH值為7.48，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP濃度分別為48.0、138.0、37.3、41.6、2.02mg/L，對(duì)SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率可分別達(dá)到99.7%、99.1%、99.5%、89.4%和95.4%，完全可達(dá)到GB18596—2001的排放標(biāo)準(zhǔn)(表2)。
2.2 去除單位COD的投資與運(yùn)行費(fèi)用分析
2.2.1 前處理階段投資與運(yùn)行費(fèi)用分析
(1)設(shè)備、設(shè)施投資費(fèi)用。
本項(xiàng)目的前處理采用固液分離機(jī)和初沉池，該階段的設(shè)備、設(shè)施總投資為7.3萬元，其中固液分離機(jī)4.8萬元，初沉池2.5萬元。日污水處理量為100m3。根據(jù)表2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過固液分離處理后沉淀，每天可去除COD總量為1061.6kg，則前處理階段每去除1kgCOD的設(shè)備、設(shè)施投資費(fèi)用為68.8元/天。
(2)運(yùn)行費(fèi)用。
該階段每天耗電30度，按1元/度計(jì)，則所需電費(fèi)為30元;另外，運(yùn)行過程還需1個(gè)人看管，工人工資以50元/天計(jì)，則總運(yùn)行費(fèi)為80元/天，去除1kgCOD需0.075元/天運(yùn)行費(fèi)。
2.2.2 厭氧發(fā)酵階段投資與運(yùn)行費(fèi)用分析
(1)設(shè)備投資費(fèi)用。
厭氧發(fā)酵系統(tǒng)總投資為44.0萬元，日處理污水量為100m3。根據(jù)表2的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，厭氧生化階段的COD去除量為493.5kg，則其厭氧發(fā)酵階段的COD容積負(fù)荷為0.45kg/(m3•d)，則該階段去除1kgCOD設(shè)備投資為891.6元/天。
(2)運(yùn)行費(fèi)用。
厭氧發(fā)酵階段除了清池，平時(shí)沒有運(yùn)行費(fèi)，因此其運(yùn)行費(fèi)可忽略不計(jì)。
2.2.3 生物氧化塘基建投資與運(yùn)行費(fèi)用分析
(1)基建投資費(fèi)用。
該項(xiàng)目設(shè)立三級(jí)跌水式生物氧化塘(共0.20hm2)，按30元/m2計(jì)算，則該階段需要9.0萬元基建投資費(fèi)用。利用生物氧化塘每天可去除COD總量為59.3kg，則該階段去除1kgCOD基建投資為1517.8元/天。
(2)運(yùn)行費(fèi)用。
生物氧化塘在處理污水的過程中平時(shí)無運(yùn)行費(fèi)用。該豬場(chǎng)利用氧化塘出水灌溉周圍農(nóng)田(46.9hm2)，需要1個(gè)人看管，所需人工費(fèi)為50元/天，沼液灌溉平均每天耗電20度，需要電費(fèi)20元/天，則利用氧化塘出水灌溉農(nóng)田需要總運(yùn)行費(fèi)用70元/天。
從固液分離機(jī)、厭氧發(fā)酵以及生物氧化塘去除單位COD的投資分析結(jié)果可以看出：
?、賾?yīng)用固液分離機(jī)對(duì)規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)污水進(jìn)行前處理，可以快速、有效地降低污水中的COD濃度，還可顯著減少投資費(fèi)用;
?、诶迷摻M合工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)污水具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
2.3 污水治理經(jīng)濟(jì)效益分析
2.3.1 固液分離階段經(jīng)濟(jì)效益分析
對(duì)固液分離機(jī)的去渣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示其每個(gè)生產(chǎn)周期糞渣平均產(chǎn)量為2275kg/天(含水率55%~66%)，將產(chǎn)生的糞渣賣給有機(jī)肥料廠，價(jià)格為100元/t，該豬場(chǎng)回收糞渣的產(chǎn)值為227.5元/天，扣除運(yùn)行費(fèi)用80元/天，則在固液分離機(jī)處理階段其凈回收為147.5元/天，投資回收期為495天。
2.3.2 厭氧發(fā)酵階段經(jīng)濟(jì)效益分析
對(duì)厭氧發(fā)酵池的日沼氣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示其平均產(chǎn)氣量為699.8m3/天，則該階段每去除1kgCOD可產(chǎn)生約0.45m3沼氣，產(chǎn)氣率為0.64m3/(m3•d)。這些沼氣可用于發(fā)電，提供豬場(chǎng)的生產(chǎn)生活用電，如果能全部得到有效利用，可發(fā)電1050度/天，節(jié)約電費(fèi)1050元/天，其投資回收期為419天。
2.3.3 生物氧化塘階段經(jīng)濟(jì)效益分析
利用氧化塘出水灌溉農(nóng)田46.67hm2，每公頃年節(jié)約肥料成本6000元，則該階段可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為28萬元/年，扣除灌溉農(nóng)田運(yùn)行費(fèi)用70元/天，凈回收為697元/天，其投資回收期為129天。
通過分析3個(gè)處理階段產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果表明利用該組合工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，且投資回收期較短。
3、結(jié)論
應(yīng)用固液分離-厭氧消化-生物氧化塘組合工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)污水，對(duì)SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除效果顯著，最終出水可達(dá)到GB18596—2001排放標(biāo)準(zhǔn)。其中，利用固液分離機(jī)對(duì)污水進(jìn)行前處理，是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，可大大縮短污水的處理周期并節(jié)約處理費(fèi)用。該組合工藝能充分利用豬場(chǎng)環(huán)境條件對(duì)糞污處理各階段產(chǎn)生的錯(cuò)位資源進(jìn)行有效利用，在消納污染物的同時(shí)還可節(jié)約生產(chǎn)成本產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益：固液分離的豬糞渣可銷售給有機(jī)肥廠，經(jīng)過495天可回收投資資金；厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可滿足豬場(chǎng)日常的生產(chǎn)生活用電，經(jīng)過419天可回收投資資金；生物氧化塘出水可作為液體肥料灌溉豬場(chǎng)周邊的農(nóng)田，經(jīng)過129天可回收投資資金。該組合工藝對(duì)處理養(yǎng)豬場(chǎng)污水經(jīng)濟(jì)、有效，具有較好適應(yīng)性和針對(duì)性，對(duì)其他養(yǎng)豬場(chǎng)的污水處理工程具有一定的參考價(jià)值。( >
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