作為豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)大國，我國養(yǎng)殖廢棄物的數(shù)量日益增長，特別是養(yǎng)豬廢水已成為部分地區(qū)的主要污染源。2020年發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報(bào)》顯示，規(guī)�；B(yǎng)殖場各類水污染物排放量占畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放量的60.45%~67.17%。同時(shí)，生豬養(yǎng)殖廢棄物處理費(fèi)用高，常規(guī)生化效果不理想，可能增加周邊水體的硝酸鹽含量。
中糧家佳康（赤峰）有限公司四期55.2萬頭生豬養(yǎng)殖廢棄物資源化利用項(xiàng)目將濃液進(jìn)行厭氧產(chǎn)沼氣、資源化利用，降低了后端生化處理的負(fù)荷，對稀液進(jìn)行生化處理，主要降解廢水中的COD、氨氮、總磷等污染物，最終出水水質(zhì)執(zhí)行《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084—2021）的旱作標(biāo)準(zhǔn)和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596—2001）。
1、項(xiàng)目概況
該養(yǎng)殖廢棄物資源化利用項(xiàng)目坐落于翁牛特旗梧桐花鎮(zhèn)元寶洼村，養(yǎng)殖廢水處理規(guī)模為900m3/d，養(yǎng)殖場清糞工藝為水（尿）泡糞，泡糞時(shí)間約7d。根據(jù)現(xiàn)場水樣檢測結(jié)果，主要進(jìn)水水質(zhì)和處理后排放標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)如表1所示。
2、工藝流程及主要構(gòu)筑物
2.1 工藝流程
工藝流程如圖1所示。
該項(xiàng)目以“減負(fù)還田”為宗旨設(shè)計(jì)生豬養(yǎng)殖場糞污處理工藝路線，原水經(jīng)預(yù)處理濃稀分離后，處理難度較低的清液遵循“預(yù)處理+UASB+兩級A/O大循環(huán)+深度處理”的工藝路線，資源化價(jià)值高的濃液及部分污水處理產(chǎn)生的污泥采用“CSTR厭氧發(fā)酵”工藝路線，厭氧出料經(jīng)固液分離后，液相進(jìn)入沼液池進(jìn)一步穩(wěn)定化處理，待用肥季節(jié)還田使用；固相沼渣作為固態(tài)有機(jī)肥原料外運(yùn)處置。
①濃稀分離單元。場區(qū)產(chǎn)生的養(yǎng)殖污水經(jīng)細(xì)格柵過濾去除大塊雜物后進(jìn)入集污池，池內(nèi)設(shè)攪拌裝置與污水提升泵，污水經(jīng)泵提升至資源利用單元（用于配水）及固液分離機(jī)，將大顆粒懸浮物、飼料殘?jiān)�、糞渣、豬糞漿等分離至資源利用單元；固液分離后的污水自流至初沉池，未分離出的糞渣、殘?jiān)拓i糞漿等沉淀后泵送至資源利用單元；初沉池出水泵入污水處理單元。
②資源利用單元。濃稀分離單元中分離出的高濃度物料、部分集污池配水及后續(xù)污水處理單元產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入資源利用單元的勻漿池進(jìn)行混合、攪拌，經(jīng)由進(jìn)料泵送入CSTR進(jìn)行厭氧發(fā)酵，厭氧后物料由出料泵送入沉渣池，經(jīng)螺旋擠壓后，沼渣進(jìn)入堆場待出售或利用。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過脫硫凈化后暫存于雙膜儲氣柜，通過鍋爐進(jìn)行沼氣利用，熱能回用為系統(tǒng)增溫保溫。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液可作為周邊農(nóng)田沼肥綜合利用。
③水處理單元。濃稀分離單元中分離出的污水泵入氣浮機(jī)，通過投加高分子物質(zhì)去除膠體和溶解性SS，減少對后續(xù)生化工藝的沖擊負(fù)荷，產(chǎn)生的氣浮污泥泵入污泥暫存池；氣浮出水自流至中轉(zhuǎn)池（內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)、污水提升泵、液位開關(guān)等設(shè)備），由提升泵送入UASB或超越配水至兩級A/O大循環(huán)單元。污水經(jīng)由兩級A/O后溢流進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，產(chǎn)生的生化污泥進(jìn)入污泥濃縮池，經(jīng)濃縮后泵入資源利用單元的勻漿池。出水溢流至高級氧化池經(jīng)芬頓處理后，進(jìn)入絮凝沉淀池進(jìn)一步除磷，所產(chǎn)生的污泥泵入污泥暫存池，待疊螺機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水后的污泥進(jìn)行外運(yùn)處置。絮凝沉淀池出水經(jīng)消毒池消毒達(dá)標(biāo)后用于農(nóng)業(yè)灌溉。
2.2 各工段處理目標(biāo)
各工段的污水處理目標(biāo)去除率如表2所示。
2.3 主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)
①集污池。1座，半地上式鋼混結(jié)構(gòu)，用于接收豬場糞污，有效容積918m³，HRT為24.48h。池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺，單臺攪拌機(jī)功率4kW；配置提升泵2臺，單泵Q=45m³/h；配3臺水力篩，篩網(wǎng)間隙0.45mm，單臺處理量20~25m3/h。
②初沉池。1座，半地上式鋼混結(jié)構(gòu)。采用平流式沉淀池，表面負(fù)荷0.8m3（/m2·h），HRT為7.6h。同時(shí)，預(yù)留混凝劑、絮凝劑投加管道。集水區(qū)配置提升泵2臺，單泵Q=45m³/h。
③中轉(zhuǎn)池。1座，半地上式鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積236m³，HRT為7.87h。池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺，攪拌機(jī)功率4kW。配置提升泵2臺（1用1備），單泵Q=45m3/h。
④UASB。1座，焊接鋼罐結(jié)構(gòu)，有效容積1394m³，HRT為3.87d。罐外設(shè)置自循環(huán)泵（Q=40m3/h），罐內(nèi)設(shè)置枝狀布水。罐內(nèi)上升流速0.6m/h。
⑤兩級A/O池。1座，半地上式鋼混結(jié)構(gòu)，總有效容積5619m³，HRT為7.18d。一級A池有效容積957m³，HRT為1.33d；一級O池有效容積2512m³，HRT為3.49d。其中，一級A池配置攪拌機(jī)2臺，功率4kW。AO池的硝化液回流采用氣提方式，可實(shí)現(xiàn)10~20倍的調(diào)節(jié)。O池采用板式曝氣器，氧轉(zhuǎn)移效率≥35%。二級A池有效容積850m³，HRT為1.18d；二級O池有效容積850m³，HRT為1.18d。其中，二級A池配置攪拌機(jī)1臺，功率4kW。二級A池與O池均布置板式曝氣器。生化單元設(shè)計(jì)有機(jī)負(fù)荷為1.3kgCOD/（m3∙d），氨氮負(fù)荷為0.04kgNH3-N/（m3∙d），硝酸鹽氮負(fù)荷為0.24kgNO3--N/（m3∙d），設(shè)計(jì)MLSS為8g/L，MLVSS/MLSS≈0.7。經(jīng)校驗(yàn)后，污泥負(fù)荷為0.16kgCOD/（kgMLSS∙d）、0.04kgNH3-N/（kgMLSS∙d）、0.27kgTN/（kgMLSS∙d）。同時(shí)，針對該高濃度污水，設(shè)計(jì)一級A/O系統(tǒng)溶解氧控制在0.5~1.0mg/L，二級A/O系統(tǒng)溶解氧控制在1.0~3.0mg/L，維持一級生化系統(tǒng)具有一定的短程硝化反硝化效果，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備投資和運(yùn)行電能的節(jié)約。兩級A/O池工藝亮點(diǎn)如下：
a.池體一體化結(jié)構(gòu)。A/O大循環(huán)工藝（見圖2）將生物選擇、除碳、脫氮、除磷及沉淀等單元有機(jī)組合在一起，同時(shí)也可與生產(chǎn)輔助設(shè)施合建；結(jié)構(gòu)緊湊，有效節(jié)省了占地面積，簡化了工藝流程，大幅削減了系統(tǒng)水頭損失，能充分利用一次提升勢能完成污水在整個(gè)系統(tǒng)的輸送，有效降低污水提升能耗，減少土建、管道及廠區(qū)占地投資，且大大縮短了巡檢路線，操作效率高，建成后運(yùn)營管理工作量減小。
b.氣提設(shè)計(jì)。氣提裝置如圖3所示。
控制氣提裝置工作液面提升揚(yáng)程小于50mm，在低能耗基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)幾十倍的全液回流。將氣提裝置安裝在一級O池末端，使一級O池出水和一級A池的進(jìn)水充分混合，稀釋倍數(shù)控制在20~40倍，COD、氨氮等高濃度污染物瞬間得到稀釋，避免了對微生物的抑制作用，微生物活性增強(qiáng)，處理效率極高。
c.可提升式曝氣軟管。曝氣軟管由聚氨酯制成，耐酸、耐腐蝕，耐壓強(qiáng)度高。采用雙層布置，可實(shí)現(xiàn)曝氣管的自清洗。在曝氣方式上，通過壓低其通氣量，擴(kuò)大氣泡在水體中的滯留時(shí)間，進(jìn)而擴(kuò)大氧利用率、節(jié)省曝氣費(fèi)用。曝氣原理如圖4所示。
⑥高級氧化池。1座，半地上式鋼混結(jié)構(gòu)。采用芬頓工藝，總HRT為6.93h。加酸池、催化池、延遲反應(yīng)池、加堿池各配有1臺1.1kW攪拌機(jī)。該芬頓工藝主要用作應(yīng)急措施，通過物化方式保障出水水質(zhì)正常。
⑦CSTR。1座，焊接鋼罐結(jié)構(gòu)，總有效容積3600m³，HRT為20d。罐體工藝采用環(huán)套環(huán)模式，外環(huán)Ø23m×9m，內(nèi)環(huán)Ø16m×9m。外環(huán)采用潛水?dāng)嚢�，攪拌�?/span>2臺，功率15kW；內(nèi)環(huán)采用中心頂攪拌，攪拌器1臺，功率7.5kW。物料先進(jìn)入外環(huán)發(fā)酵后，經(jīng)泵送至內(nèi)環(huán)進(jìn)行二次發(fā)酵。
⑧沼液池。3座，單座容積40000m3，總?cè)莘e120000m3，用于沼液存儲及進(jìn)一步穩(wěn)定化處理。
⑨加藥間。PAC加藥系統(tǒng)2套，用于氣浮、混凝沉淀單元PAC添加，規(guī)格為1000L/h；設(shè)脈沖加壓泵3臺（2用1備）。陰離子PAM加藥系統(tǒng)1套，用于氣浮單元PAM添加，規(guī)格為500L/h；設(shè)脈沖加藥泵2臺（1用1備）。陽離子PAM加藥系統(tǒng)1套，用于混凝沉淀單元以及疊螺機(jī)的PAM添加，規(guī)格為300L/h；設(shè)脈沖加藥泵3臺（2用1備）。硫酸亞鐵加藥系統(tǒng)1套，用于高級氧化單元藥劑的添加，規(guī)格為1000L/h；設(shè)脈沖加藥泵1臺（1用1備）。片堿加藥系統(tǒng)1套，用于高級氧化單元藥劑的添加，規(guī)格為500L/h；設(shè)脈沖加藥泵2臺（1用1備）。次氯酸加藥系統(tǒng)1套，用于消毒池藥劑的添加，規(guī)格為300L/h；設(shè)脈沖加藥泵2臺（1用1備）。
⑩風(fēng)機(jī)房。1座，框架結(jié)構(gòu)，房間尺寸8m×7m，配置3臺空氣懸浮風(fēng)機(jī)，單臺風(fēng)量45m3/min，功率70kPa，為生化池曝氣系統(tǒng)、氣體系統(tǒng)供氣。
⑪沼氣凈化儲存系統(tǒng)。設(shè)生物脫硫系統(tǒng)1套，處理量300m³/h。該系統(tǒng)硫化氫去除率可達(dá)99%，且基本無其他污染物產(chǎn)生，排出少量廢液可直接進(jìn)入污水處理系統(tǒng)處置。設(shè)干式雙膜氣柜1套，儲氣量1500m³，儲氣壓力1.2kPa。
2.4 減負(fù)還田
目前，該項(xiàng)目已在污水處理廠周邊配套約200hm2農(nóng)田進(jìn)行處理后的沼液還田試驗(yàn)研究。還田系統(tǒng)主要通過鋪設(shè)在試驗(yàn)田的管道進(jìn)行噴灌，噴灌量計(jì)算根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》中的區(qū)域畜禽糞污土地承載力測算方法。
減負(fù)還田過程還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝娃r(nóng)作物生長條件進(jìn)行相應(yīng)的操作。根據(jù)赤峰的春冬季多風(fēng)干燥少雨，降水集中在夏季的氣候條件，噴灌周期和種植周期在每年的5月—11月進(jìn)行。前期種植抗旱性強(qiáng)的飼料經(jīng)濟(jì)作物（紫花苜蓿）。紫花苜蓿具有固氮和改善土壤結(jié)構(gòu)的作用，經(jīng)過多輪種植后可進(jìn)行玉米等作物的輪種。
減負(fù)還田過程中沼液的氮磷營養(yǎng)物和有機(jī)物（腐殖質(zhì)）等能夠增強(qiáng)土壤的肥力，改善土壤環(huán)境，同時(shí)可避免過量施用化肥導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境污染和食品安全等問題。
3、實(shí)際運(yùn)行效果
該項(xiàng)目于2022年8月完成竣工驗(yàn)收，糞污水處理量為900m3/d，經(jīng)濃稀分離后，約300m3/d濃液進(jìn)入資源化利用單元處理，剩余部分進(jìn)入污水達(dá)標(biāo)處理單元處理。資源利用單元和污水達(dá)標(biāo)處理單元運(yùn)行情況分別見表3、4，實(shí)際運(yùn)行中藥劑消耗情況見表5。
4、結(jié)論
厭氧發(fā)酵+A/O大循環(huán)處理生豬養(yǎng)殖糞污工程運(yùn)行穩(wěn)定高效，驗(yàn)證了“減負(fù)還田”工藝路線的可行性，生豬養(yǎng)殖糞污中甲烷回收用于豬場供熱，同時(shí)降低了出水污染物指標(biāo)，減少了污水處理單元的投資和運(yùn)行成本，也有效減少了生豬養(yǎng)殖糞污對生態(tài)環(huán)境的負(fù)載，并降低了所需的消納土地量。
該項(xiàng)目糞污廢水處理量為900m3/d，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，出水指標(biāo)滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084—2021）和《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596—2001）。該項(xiàng)目總投資約為2200萬元，總工期約180d，處理成本約9.25元/m（3平均30d）。由于項(xiàng)目所在地區(qū)夏季炎熱，需考慮池體散熱，防止好氧池內(nèi)溫度過高；冬季寒冷，地面以上的管道需要全部做保溫措施，組合水池需要加蓋處理。（來源：杭州能源環(huán)境工程有限公司，浙江省生物燃料利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
