养猪场废水处理设备

随着我国农业改革进程的加快,养猪业的经营模式趋于规模化,在带动了经济发展的同时,规模化猪场带来了巨大的环境风险。养猪废水主要是饲养过程中生猪排放的尿液和清洗猪圈产生的高浓度有机废水,含有高浓度的 COD,TN(主要以氨氮形式存在) 和 TP,如果不加处理直接排入环境中,会造成水体的富营养化,地下水污染,空气中的氨氮和硫化物污染以及土壤板结等诸多环境问题。2015年,52家规模化畜禽养殖场成为zui严环保法的*监控对象;同时,近几年生猪养殖业利润较低,在巨大的环保压力和市场压力下,如何经济有效的处理养猪废水,由原来的负效益向正效益转变,成为我国养猪业可持续发展需要解决的重要问题。下面针对养殖业的问题作一番简述

1 规模化养猪废水处理现状

规模化养猪废水处理主要有还田,自然处理和生物处理三种模式。

1.1还田模式

还田模式是一种传统的农业处理方法,在土壤微生物的作用下将养殖废水中的有机物质和氮磷营养盐分解转化为供植物生长利用的有机小分子和营养盐。该模式在一定程度上*地减少了猪场粪便废水的排放,减免了处理过程中的费用,实现了植物营养盐的废物利用;但这种处理模式需要有足够宽广的消纳土地;未经过处理的猪场粪便废水的有机物浓度较高,容易导致植物烧苗和土壤板结;且猪粪废水中的致病微生物直接进入环境,污染土壤和水体。

1.2自然处理模式

自然处理模式一般是利用滩涂,荒地及低洼地带作为稳定塘和人工湿地等的自然处理系统。zui初由江西,福建和广东等地规模化猪场采用,主要是进行废水厌氧消化后的处理。该模式总体投资省,运行费用低,但占地面积大,处理效果受季节,温度变化的影响,同时也容易导致地下水的污染。

1.3生物处理模式

由于厌氧发酵处理能够耐受较高的有机物负荷,并可产生清洁可再生的气体能源——甲烷,其成为了目前规模化猪场主要的废水处理方法。猪场粪便污水厌氧发酵生产沼气的工艺已经比较成熟,上常用的工艺有：厌氧挡板反应器 (ABR),持续搅拌厌氧反应器(CSTR),厌氧序批式反应器(ASBR),上流式厌氧污泥床反应器(UASB)等。厌氧反应器运行的温度范围在25～60℃之间,处理效率能达到 2.9 kg COD/m3·天,在*被广泛应用。在我国,除上述反应器外,半地埋式推流折返反应器也有一定范围的应用。

好氧处理猪场废水是早期规模化猪场采用的一种处理方法,主要包括：活性污泥法,氧化沟活性污泥法和序批式活性污泥法(SBR)等。但因简单的好氧处理无法解决猪场废水中*的有机物浓度,对高浓度的氮磷去除效果也不理想,应用并不广泛。研究者采用间歇曝气和高温好氧生物处理来提高好氧法的处理效果,尤其是猪场污水中TN的去除,如 Beline等采用间接曝气的方法去除了 53%的 TN。目前,好氧处理主要用于对厌氧发酵之后的出水进行进一步处理,使污水能够达标排放。

2 规模化养猪废水处理存在的突出问题

从猪场废水处理的三种基本模式可以看出,还田模式和自然处理模式是靠自然生态循环和大量的土地来消纳污染物,不适用于大规模养殖场,特别是随着经济的发展,土地资源日益紧张,养猪场更趋于规模化,生物处理模式受到大家的关注。目前国内外所用的生物处理工艺流程大致相同,都是固液分离 厌氧消化 好氧处理。有些治污企业不切实际地追求处理设施的机械化和现代化,导致处理工程投资大,运行费用高,致使微利运营的养殖企业难以承受,即使建有处理设施,也可能只是作摆设。因此,有必要对养猪废水生物处理方法及过程进行调查研究和技术经济评价,找出废水处理存在的问题,探寻设施投资少,运行费用低和处理稳定的养殖业污水处理方法,进行污染物的减量化,无害化,资源化处理与合理利用,才是治理养殖业污染的*途径。以下是两个对生物处理模式有突出影响的因素。

2.1高氨氮导致碳氮比失衡,抑制微生物生长

氨氮主要来源于猪场废水中尿素和蛋白质的分解作用。尽管氨氮是微生物生长所必需的营养物质,但当其浓度超过了一定范围时,会对微生物产生抑制作用。大部分猪场废水中所含的氨氮在 500～1 000 mg/L 之间,当氨氮浓度超过一定数值时就会减少甲烷产量。氨氮会改变xi胞内的 pH值,抑制相关酶的活性,从而对厌氧产甲烷的菌群产生影响。

2.2抗生素的影响

为了达到治疗疾病或是促进生猪生长发育的目的,养殖场每年会使用大量抗生素,仅用于养猪业的抗生素就多达数十种。在中国,抗生素每年有 21万吨的生产总量,其中 48%被用于农业和养殖业。一旦这些抗生素被猪摄入体内,其代谢途径虽有不同,但zui终会以原始结构或同分异构体的形式排出体外。按照抗生素的种类,占摄入量17%～67%的抗生素*没有改变就被排出体外,并随着粪便尿液进入厌氧反应器,依旧保持原本的抗菌活性,甚至有一部分抗生素的代谢产物比其本身的生物毒性更强。

3 优化废水生物处理模式的对策

从以上论述可以看出,养猪废水生物处理模式存在的突出问题是高氨氮和抗生素,因此,针对这两个问题,在减量化,资源化,无害化及生态化的原则下,提出如下对策。

3.1引入脱氮菌

脱氮菌强化技术是将带有特定脱氮功能的一类菌或菌群重新引入受污染环境中,促进目标污染物的降解和转化,该类具有脱氮功能的菌或菌群应分离筛选自相同或相似的生长环境。将脱氮菌强化技术应用到养猪废水厌氧-好氧处理系统中,可以通过提高处理系统整体微生物的活性来实现受污染水环境的污染物降解,是一种成本相对较低而环境生态效益显著的技术手段。

3.2抗生素的预处理

抗生素主要在养猪废水厌氧处理中引起相关变化,因此,针对具体养猪企业使用抗生素的不同,以及对微生物厌氧发酵过程产生沼气和好氧过程的抑制状况,研究抗生素的衰减规律及其物理化学预处理方法,降低其对水处理微生物的影响,为猪场废水生物处理模式的安全性提供参考。

3.3生物自动化控制技术的应用

从环保角度来看,养猪废水处理主要使用生物处理模式,而在实际运行中,影响生物活性的因素很多,因此,针对以上培养的脱氮菌,可以通过生物自动化控制系统强化污水处理系统,根据实际水质的变化,实时在线培养高活性的厌氧和好氧微生物(包括脱氮菌)投加到反应系统,其目的在于：抵御污水水质变化及抗生素废水的冲击;增强反应系统的微生物浓度及活性,增强去除效果;同时,投加特定的微生物菌群,可在提高甲烷产量的同时,有效去除氨氮,确保zui终出水达标。

4 结论

规模化养猪废水是一种高浓度有机废水,含氮量高,碳氮比失调,处理难度大。本文结合目前规模化猪场废水处理现状,对不同处理模式进行总结和分析;针对目前生物处理模式所存在的问题,结合国内外研究现状,找出适合规模化养猪废水处理设备的模式和对策。在生物处理模式下,笔者认为通过引入脱氮菌和抗生素的预处理,解决高氨氮和抗生素对微生物毒害的影响,研发针对生物处理系统中厌氧阶段,好氧阶段与生物自动化控制系统的组合,根据实时水质情况培养高活性微生物投加到生物处理系统中,提高甲烷产量,增强系统处理效率,将有望解决规模化养猪废水处理存在的问题。

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养猪场污水处理设备作用
畜禽养殖场污水主要包括尿、部分粪便和冲洗水，属高浓度有机污水，而且悬浮物和氨氮含量大。我公司拥有一套完整的处理工艺系统，通过厌氧反应来降低COD、BOD的浓度，再通过有效的脱氮除磷工艺来降低氮磷的浓度，从而达到安全排放。
畜禽养殖污水对环境的危害:
　　随着我国畜牧业的迅速发展，畜禽养殖规模越来越大，规模化养殖场每天排放的废水量大、集中，并且废水中含有大量污染物，属于富含大量病原体的高浓度有机废水，直接排放进入水体或存放地 点不合适，受雨水冲洗进入水体，将可能造成地表水或地下水水质的严重恶化。如重金属、残留的兽药和大量的病原体等，因此如不经过处理就排放于环境或直接农用，将会造成当地生态环境和农田的严重污染。
工艺介绍:
目前国内用于处理畜禽养殖场废水的厌氧工艺很多，其中较为常用的有以下几种：厌氧滤器（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、复合厌氧反应器（UASB＋AF）、两段厌氧消化法和升流式污泥床反应器（USR）等。
污水一级处理为预处理，二级处理为主体，处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理，出水水质较好，甚至能达到饮用水质标准，但处理费用高，除在一些极度缺水的国家和地区外，应用较少。目前我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂，以解决日益严重的水污染问题。
物理处理法：
通过物理作用分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物（包括油膜和油珠）的废水处理法，可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。以热交换原理为基础的处理法也属于物理处理法。
化学处理法：
通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。在化学处理法中，以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是：混凝、中和、氧化还原等；而以传质作用为基础的处理单元则有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又合称为膜分离技术。其中运用传质作用的处理单元既具有化学作用，又有与之相关的物理作用，所以也可从化学处理法中分出来 ，成为另一类处理方法，称为物理化学法。生活污水处理
生物处理法：
通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理法。根据作用微生物的不同，生物处理法又可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。废水生物处理广泛使用的是需氧生物处理法，按传统，需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。属于生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及生物流化床等。生物氧化塘法又称自然生物处理法。厌氧生物处理法，又名生物还原处理法，主要用于处理高浓度有机废水和污泥。使用的处理设备主要为消化池。
生物接触氧化法：
用生物接触氧化法处理废水，即用生物接触氧化工艺在生物反应池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。zui后,处理过的废水排入生物接触氧化处理系统与生活污水混合后进行处理,氯消毒后达标排放。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水同浸没在污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷,这种曝气装置称谓鼓风曝气。
处理方法:
好氧处理是指利用好氧微生物处理养殖废水的一种工艺。好氧生物处理法可分为天然好氧处理和人工好氧处理两大类。
天然好氧生物处理法是利用天然的水体和土壤中的微生物来净化废水的方法，亦称自然生物处理法，主要有水体净化和土壤净化两种。前者主要有氧化塘（好氧塘、兼性塘、厌氧塘）和养殖塘等；后者主要有土地处理（慢速渗滤、快速法滤、地面漫流）和人工湿地等。自然生物处理法不仅基建费用低，动力消耗少，该法对难生化降解的有机物、氮磷等营养物和细菌的去除率也高于常规的二级处理，部分可达到三级处理的效果。此外，在一定条件下，该法配合污水灌溉可实现污水资源化利用。该法的缺点主要是占地面积大和处理效果易受季节影响等。但如果养殖场规模小且附近有废弃的沟塘和滩涂可供利用时，应尽量选择该方法以节约投资和处理费用。
人工好氧生物处理是采取人工强化供氧以提高好氧微生物活力的废水处理方法。该方法主要有活性污泥法、 生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、序批式活性污泥法（SBR）、厌氧/好氧（A/O）及氧化沟法等。就处理效果来讲，接触氧化法和生物转盘的处理效果要好于活性污泥法，虽然生物滤池的处理效果也很好，但易于出现滤池堵塞现象。氧化沟、SBR和A/O工艺均属于改进的活性污泥法。氧化沟出水水质好、产生泥量少，也可对污水进行脱氮处理，但其处理的BOD负荷小、占地面积大、运行费用高。SBR法自动化控制程度高，能够对污水进行深度处理，但其缺点是BOD负荷较小，一次性投资也大。A/O体是一种兼有去除BOD和脱氮双重作用的活性污泥处理工艺，其投资虽然偏大，但经该法处理后的水易于达标排放。因此对于那些养殖规模大、废水产生量多且有较强经济能力的养殖场可选择A/O法，而对于中等规模的养殖场可选择接触氧化和生物转盘等好氧处理工艺。