别佑财：养猪废水达标排放如何做到“三低一好”

　　养殖废水达标处理和资源化利用有很多种方法，猪场应该根据自己的实际情况来处理环保问题。在废水处理方面，尽可能优先进行资源化回收，然后再深度处理，以达到“变废为宝”的终极目标。将废水中的COD（化学需氧量）转化为沼气，发电或直接利用。废水中90%的氨氮可以转化为离子液体化合物或初级氨水、硫酸铵，用于工业原料或者农业生产。猪粪、固液分离渣和污泥可转化为生物有机肥料用于农业。

　　养殖废水中大部分有机物存在于憎水酸（HoA）、憎水碱（HoB）和亲水中性组分（HiN）中，含有较高浓度的蛋白质和氨基酸，以链状烷烃、芳香族类、邻苯二甲酸酯等为主要成分，恶臭类有机物主要是4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、吲哚、粪臭素等。我从2009年开始监测水体中抗生素的组成，主要以四环素、磺胺、喹诺酮、氯霉素这四类为主体。一般来说，我们研究养殖废水，从微观个体讲，要针对上述物质进行单独剖析，从宏观污水达标来讲，我们主要控制COD、BOD（生物需氧量）、氨氮、总氮、总磷、SS（悬浮物总颗粒）等指标。目前，总氮没有强制要求。

　　养猪废水达标治理各模块技术探讨

　　目前国内比较典型的5代工艺：

　　第一代工艺（如图1）：简单生化，废水→生物池→厌氧池→生物接触氧化池→二沉池→曝气、氧化塘→出水。是2003-2004年猪场常用的工艺。

　　第二代工艺：气浮+一级生化，废水→调节池→气浮池→厌氧池→生物接触氧化池→二沉池→曝气氧化塘→出水。

　　第三代工艺：固液分离+两级生化，废水→物理隔渣→调节池→生物选择池→A/O生化一段→A2/O生化→沉淀池→砂滤池→氧化塘→出水。

　　第四代工艺（如图2）：固液分离+UASB+两级生化+物化，废水→隔渣池→集水池-固液分离机→初沉→水解酸化调节池→UASB厌氧污泥池→一级（A/O）系统→中间沉淀→二级（A/O）系统→除磷反应-混凝池→终沉→pH回调池→消毒→出水。能满足目前国家排放标准COD400ppm和氨氮80ppm。

　　四种工艺的比较：

　　第一代工艺缺点在于：无法确保COD、氨氮达标处理而很快被淘汰。

　　第二代工艺优劣势为：能够使COD有时达标，但是氨氮降解效果很差，出水氨氮在350ppm左右。目前，我在广东三四十家猪场使用总结的经验是改造起来比较容易。

　　第三代工艺加强了除磷脱氮工艺，出水效果大幅改善，但污水处理成本提高，达到3元/m3水以上，运行管理难度加大，不能保障出水氨氮稳定达标，除非精确计算氨态氮/硝态氮摩尔比，在猪场实际运营过程中，氨氮经常会在130-200ppm之间，猪场自行运营管理难度很大。

　　第四代工艺在第三代工艺的基础上增加了资源利用工艺，使污水在达标处理过程中，同时获得了可利用的沼气能源，但是增加了后端的物化处理工艺，使得污水处理投资成本上升的同时（投资成本超过9000元/m3，甚至1万元/m3），污水处理成本继续上升。

　　养猪废水排放“三低一好”原则

　　养殖业污水中高浓度的COD、氨氮，使得它的达标治理难度比较高：采用常规后置脱氮，由于好氧和缺氧段的C/N过低，必须要有9倍以上的回流比或外加大量的碳源；采用前置脱氮，又使缺氧段、好氧段COD负荷过高，导致能耗过高；若单纯采用物化工艺脱氮除磷，如MAP工艺，其处理成本更加昂贵。针对养殖废水处理的研究，我们以生化工艺为主，物化为辅，采用的原则为“三低一好”：

　　投资成本低：对于猪场而言，猪价受市场波动厉害，养猪周期长，只有单位污水的投资成本尽量压低，才可以减轻猪场企业主的压力，猪场才有治污动力，动辄使用大量工业技术不可取。

　　运营费用低：动辄5-6元/m3废水运营费用，一个日排量200m3猪场，年运行费用为40万元左右，在猪价低迷时，对企业主是雪上加霜。

　　操作门槛低：猪场的主要任务是养好猪，普遍缺乏专业环保人员，简单的操作方式可以确保环保设施稳定运行。

　　出水效果好：出水达到国家或地方标准，近期COD400ppm，氨氮80ppm，远期各为50ppm和25ppm，局部地方或区域更严格。

　　养猪废水工艺探讨

　　沼气工程目前猪场都接受了，沼气顾名思义就是沼泽里的气体，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，就是在产生沼气，是各种有机物质在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、PH值下，经过微生物发酵产生的一种可燃烧气体，主要成分（约70%）为甲烷（CH4）。

　　一个完整的大中型沼气工程，无论规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料（废水）的收集、预处理、消化器（沼气池）、出料的后处理和沼气的净化与储存、发电等。

　　规模养猪场采用沼气工程，可以产生能源用于保育供暖、职工热水、饭堂煮饭、发电、沼气灯等。

　　对一个每天消耗300m3水，进水COD为6800ppm中间值的猪场，进行案例分析：

　　在南方地区，按每降解1kgCOD产CH4为0.4m3计算，沼气池COD降解量5.168kgCOD/m3废水，每日处理300m3废水，日产CH4为620.16m3，因为CH4占沼气体积比约70%，日产沼气885.9m3。若安装100KW沼气发电机组，国产沼气发电机组一般以额定功率的80%运行，每天发电16小时，能发电每天100×80%×16=1280KWh，按每立方沼气可发1.6KWh计算，发电消耗沼气量1280/1.6=800m3。

　　剩余沼气量为885.9-800=85.9m3，其中用作焚烧燃料约11.25m3，用作生活燃料用能为：85.9-11.25=74.65m3。由此可见，猪场所有环保问题都是资源化问题，废弃物都是能源，都是宝贝。

　　设备工艺优劣势分析

　　1、UASB——上流式厌氧污泥床UpFlow Anaerobic Sludge

　　Blanketk（UASB）反应器是荷兰Wageningen农业大学的Lettinga等人于1973-1977年间研制成功的。

　　USAB反应器的主体部分主要分为两个区域，即反应区和三相分离区。水气固体三个东西都可以分开，负荷达到10公斤，其中反应区为USAB反应器的工作主体。

　　在UASB反应器的反应区下部，污泥浓度可达到50-100g/L，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的上方形成相对稀薄的污泥悬浮区，悬浮区污泥浓度一般在5-40g/L范围内，悬浮液进入分离区的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反应区，澄清后的处理水溢流排出有机负荷率COD高达10Kg/（m·d），HRT（水力停留时间）一般53h。

　　在实践中，温氏集团前几年大量使用该装置，主要优点为占地少、效率高，但是最好由专业人员维护，特别是污泥膨胀问题要控制。5-6月份，下了一场暴雨，微生物活性最高，一定要专业人员处理，用硫酸亚铁就能压下来。

　　2、IC——Internal Circulation厌氧反应器

　　IC厌氧反应器是在UASB基础上开发研制的高效厌氧生物反应器，具有高容积负荷、耐冲击、运行稳定、投资少、占地面积小、运行费用低等优点。

　　IC为内循环厌氧反应器，相当于两个UASB串联使用，主要由混合区、颗粒污泥膨化去、深处理区、内循环系统、出水去五部分组成，核心部分由布水器、下三相分离器、上三相分离器、提升管、泥水回流管、气液分离器、罐体及溢流系统组成。基本原理为两层三相分离器人为的将整个反应区分为上、下两个区域，下部为高负荷区域，上部为深处理区。

　　在实践中，正邦的赣州凤凰猪场采用了该套装置，效果很好，但是在现场观察还是发现污泥曝溢问题，需要有专业人员在现场维护。我建议华南温度不是很低的地区可以上IC。

　　3、UASB/IC的优劣势分析

　　优点：内部自动循环，反应器高效稳定；处理能力高，沼气利用价值高，CH4为70％-80％；运行费用低，占地面积少。

　　缺点：内部结构复杂，设计施工要求高；相对较短的HRT对不溶性有机物的去除效果有点影响；维护需要专业人士，维修清理比较复杂；猪场废水夏冬季水质、水量变化大，冲击负荷大，不利于稳定运行。

　　4、CSTR——Continuous Stirred Tank Reactor连续搅拌反应器主流装置

　　CSTR是指带有搅拌浆的槽式反应器。搅拌的目的在于使物料体系达到均匀状态，有利于反应的均匀和传热，投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行。新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。

　　CSTR工艺可以处理高悬浮固体含量的原料。消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，适用于屠宰废水，牛、猪、鸡等养殖场中畜禽粪便的处理和沼气生产、发电工程。

　　在实践中，梅州蕉岭北寨猪场采用了该设施，通过了解，产沼气效率很高，污水运营中加后段处理以后，COD可以达标。水解酸化过程中会升温。

　　评价：该套装置特别适合于北方寒冷地区使用。

　　5、地埋式沼气池

　　个人建议不用了，产气效率会递减，产气效率比较低。

　　地埋式沼气池是一种砖砌或者玻璃钢成型制作的全地下式沼气池，目前好多猪场仍然在使用。

　　在北方，对于小型污水处理比较适合，可以充分利用地热进行保温，不建议用在规模养猪企业；产气效率低，需要经常清理。

　　建议目前使用地埋沼气企业，更改沼气模式，否则会影响后段沼液的深度处理。

　　6、覆膜沼气池

　　学名“全封闭厌氧塘”，是养殖场沼气制取装置中的一个重要部分，顶部有四五米高，厌氧塘包顶总高度10多米，水深六米左右，水上面“浮”着的全是沼气。厚仅1.5毫米的覆膜像一个锅盖，罩住里面的沼气不外泄。

　　优点：1、建设成本低，施工方便鱼塘就行；2、停留时间长30-35天，出水效果好；3、在南方，HDPE，膜（高密度聚乙烯膜）吸热性能好，产气量高；4、超大贮气容积，实现一体化贮气；5、能很好的实现排渣功能。加了一个自动排渣功能，内部推流功能。

　　缺点：1、占地面积大，最好需要鱼塘配合；2、对顶膜要求高，要求抗UV（紫外线）能力强，选用材料必须保证全新料，添加适度HBT，不加HBT很容易老化；3、在沿海地区抗台风能力相对弱。

　　总体评价：在南方气温较高地区，对于有鱼塘、地域面积较大的猪场，建议使用覆膜沼气，这样可以大幅减低建造成本，处理同等容量的污水，前期投资只有IC的三分之一，而且运营管理方便。

　　别佑财：广东省粤科标准化研究院

　　副院长，华南农业大学资源环境学院博士。主要研究养殖场废水达标和固废“三化”处理以及河涌生态治理、土壤重金属修复。主持适合单个猪场使用的低投资成本的猪粪与分离渣粗堆肥课题并建立示范基地，已经申请专利；和广东省环境监控中心、广东省质监局标准化研究院合作，起草了养殖废水达标排放工程技术规范（针对2015新标）；主持调研、起草广东省农业厅面源污染项目的污水达标治理、固废“三化”治理、病死猪“无害化”治理的技术标准；发表了养殖废水达标处理技术、养殖固废资源化处理对策研究等多篇论文；为两广、闽赣等华南、华中、华东地区多个养殖企业因地制宜设计了50多个环保综合治理方案。

　　《农财宝典》-新牧网记者 孟轩