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1、水污染治理技术 之畜禽粪便废水处理表六各主要处理构筑物对COD的处理效果名称进水COD(mg/L)出 水COD(mg/L)COD去除率(%)固液分离器180001260030调节池12600UASB12600126090SBR126025280氧化塘2526080处理前（单位：kg/t）项目CODBOD5NH3-NTPTN牛 粪 尿31.06.024.534.01.713.471.180.404.378.0猪 粪 尿52.09.057.035.03.081.433.410.525.883.3羊 粪 尿4.634.100.802.601.967.514.0鸡 粪4547.874.785.379.
2、84鸭 粪46.330.00.806.2011.00处理后畜禽粪便废水随着人民生活水平的提高和饮食结构的巨大变化，畜禽产品在饮食结构中所占比重逐渐增大，因此，养殖业也得到了迅猛发展。近20年来，我国禽畜养殖业规模养殖业的迅速发展，在解决人类肉、蛋、奶需求的同时，也带来严重的环境污染问题。据测，一个万头生猪养殖场日排泄物约150t。国家环保总局2002年对规模化畜禽养殖污染情况调查结果显示:畜禽粪便产量和COD排放量都远远超过工业废水和生活用水排放量之和， 2010年达到45亿t。大量畜禽粪便污染物不但不能被充分利用，有些还被随意排放到自然环境中，从而对我国生态环境形成了巨大的压力，使得水体、土
3、壤以及大气等环境受到了严重的污染，因此，对畜禽粪便进行减量化、无害化和资源化，防止和消除畜禽粪便污染，对于保护城乡生态环境，推动现代农业产业和循环经济发展具有十分积极的意义。一、农业畜禽粪便的特性畜禽养殖类型，其粪便排放量有较大差异。不同畜禽生长周期也有一定差异。表一是综合多种资料得出的农村散养条件下不同畜禽的粪便排放量。表二是规模化养猪条件下粪便排放量。表一 畜禽的粪便排放量种类体重/kg日产粪便/kg日排尿量/kg年产粪便/kg猪504152190牛500343412410马50015155475羊151.52548鸡1.50.1 036.5畜禽粪便中含有大量的对环境造成严重影响的污染物质
4、。国家环境保护总局南京环境科学研究所研究了太湖地区的畜禽粪便污染，测定了各种类型畜禽粪便中COD、BOD5、NH3-N、总氮及总磷的含量（表三），这一结果与其他有关研究基本一致。表二 规模化猪场粪尿及其干物质排放量项目日龄/d粪便排放量/(kg/头)尿排放量/(kg/头)粪尿排放总量/(kg/头)TS排放量/(kg/头)TS平均数/(kg/头)母猪 生产母 后备母365180502255351055710604950919公猪 公猪 后备公365180302269359957072804950670仔猪 哺乳仔 断奶仔35357005100813513235011302190166育肥猪901
5、8013217203533567029104890390 表三 畜禽粪便中污染物含量 单位：kg/t项目CODBOD5NH3-NTPTN牛 粪 尿31.06.024.534.01.713.471.180.404.378.0猪 粪 尿52.09.057.035.03.081.433.410.525.883.3羊 粪 尿4.634.100.802.601.967.514.0鸡 粪4547.874.785.379.84鸭 粪46.330.00.806.2011.00二、畜禽粪便污染状况及防治存在的问题畜禽粪便存在大量的氮、磷、有机悬浮物、重金属、致病菌及寄生虫。具体污染主要有以下几个方便：1污染土壤
6、畜禽粪便直接排放地表，可导致土壤空隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降，引起土壤板结。饲料中的矿物质、微量元素添加剂所含的铜、锌、砷等重金属经畜禽粪便浓缩后排入土壤，可造成土壤长期的重金属污染。如铜的过量应用将引起植物中铜含量的增加、植物生长减慢、产量降低；长期在牧草地上大量施用含铜高的粪便，致使牧草（干重）含铜量很高，当牧草（干重）含铜量达1520mg/kg时，可使对铜敏感的绵羊发生中毒。2污染水质畜禽粪便中的有机物大量排入农村沟渠、江海湖泊中，在微生物分解过程中会造成水体缺氧，释放的氮磷营养元素，则会引起水体富营养化，影响水生生物的生存。若有害、有毒物质通过土壤进入地表水，还会造成地表水的污染
7、。3污染空气畜禽粪便的堆积，会产生大量含氨、硫化氢、甲烷、吲哚、粪臭素等有毒有害气体成分，这类恶臭气体污染空气不仅对畜禽正常生长造成不利，而且直接给临近居民的生活和健康带来不良影响。4传播疾病畜禽粪便一般含有大量的病原微生物，如黄曲霉素、沙门氏菌、志贺氏菌等；以及寄生虫，如血吸虫、旋毛囊虫等，如没有得到及时有效处理，会导致环境恶化，大量病原微生物、寄生虫虫卵及蚊蝇的滋生，极易造成人畜传染病的发生，影响畜禽养殖效益，而且还会对人类健康甚至生命造成威胁。在大中型畜禽养殖场中，只有少部分进行了粪便处理，主要用作堆肥或生产沼气，大部分都未做任何处理。根据国家环保总局调查显示，我国规模化畜禽场的宏观环境
8、管理水平普遍较低，全国90%的规模化养殖场未经环境影响评价，60%的养殖场缺乏干湿分离这一最为必要的污染防治措施。此外，环境污染治理的投资力度明显不足，80%左右的规模化养殖场缺少必要的污染治理投资。一些地方将规模化畜禽养殖作为产业结构调整、增加农民收入的重要途径加以鼓励，但环境意识相对薄弱，污染治理严重滞后。在农村畜禽粪便的处理上主要存在以下问题：1农民用人畜粪便做肥料，使用上比较随意，没有发挥最大的效益，施用量一般偏高，也不注意N、P、K的比例，各地都按自己的习惯来施肥，结果因施肥过高反而造成作物减产，同时养分大量流失造成江河、湖泊造成面源污染。2畜禽粪便无害化处理率低，全国农村平均小于3
9、%。由于近几年禽粪水量急剧增加，而无害化处理、利用能力却有限，多数未经处理就任其流入水体，恶化环境、影响生产及人畜健康。3农户用沼气池处理畜禽粪便，沼气产率低，受气温变化的影响大。经济效益低，没有政府扶持，沼气人难大规模推广。4禽粪水无害化处理的技术比较落后，总体水平比较低。各地农村因经济水平有限，许多先进设备技术无能力投资，所以都在因地制宜研究经济适用的新技术、新方法，这些技术和方法尚处在试验阶段，还不够成熟，能够推广的不多。三、畜禽粪便废水的处理工艺（一）好氧堆肥技术畜禽粪便通过好氧堆肥处理，使堆肥原料中不稳定的有机物，经过一定时间的氧化和腐熟，形成性质稳定、对农作物无害、可作为土壤改良剂
10、的堆肥产品。堆肥可以分为升温、高温、降温和腐熟四个阶段。而影响堆肥的因素包括：含水量、通气状况、C/N和C/P比、温度、接种剂和酸碱度。因此，在工艺上要对这些因素进行考虑。工艺流程：畜禽粪便贮料池一次发酵商品有机肥或还田二次发酵添加酶制剂调节水分，C/N图1 畜禽粪便好氧堆肥工艺流程特点：不受季节限制，一次性投资小，占地面积小，运行管理费用低。立即转成好氧发酵，没有臭味，是无害化处理。畜禽粪便从被处理到有机肥产生仅需10d左右，生产周期短。操作简单，维护方便。（二）固液分离技术1、固液分离工艺的特点采用固液分离技术可以降低粪污中SS的含量，经固液分离后，污水中的COD可下降40%左右，为高效的
11、厌氧工艺创造了条件，若COD（或SS）过高，则可能堵塞高效过滤器或污泥床。由于COD的降低，减轻了厌氧处理的负荷，减少了污泥的产生量，缩小了厌氧处理装置的容积和占地面积，降低了造价。2、固液分离设备目前养殖业粪污处理主要采用机械物理分离，而研究资料表明，采用XJG-25型斜板挤压分离机是目前比较好的粪污固液分离设备。已在养殖场推广使用，分离后粪渣含水率65%70%。例如：广东省板岭原种猪场首先采用简单的斜板挤压式固液分离机去除较大的粪渣，再利用沉淀去除细小粪泥。这种方式降低污水中的有机物含量十分有效，无需添加任何絮凝剂，又为下一步采用先进、高效的厌氧装置提供了良好的条件。但是设备价格比较昂贵。
12、因此可以选用一般的固液分离技术，如：筛滤、离心、过滤、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序。（三）微生物处理技术由于经过固液分离后，粪污中的有机物含量高，在畜禽养殖场中多用厌氧-好氧的处理工艺，先通过厌氧的处理工艺除去大部分的有机物，去除率为60%80%。再通过好氧处理工艺，可使有机物含量进一步降低，在经过生物塘的降解，可使处理过的废水达到畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）。1、 厌氧处理工艺（1）上流式厌氧污泥床反应器（UASB）UASB反应器由三个功能区组成，即底部的布水区、中部的污泥反应区、顶部的气液固三相分离区（包括沉淀区）。废水从厌氧污泥床底部流入与污泥进行混合接触，污泥中
13、的微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中不断并合，逐渐形成较大的气泡，在这种气泡的碰撞、结合、上升的搅动作用下，使得污泥床区以上的污泥呈松散状态，并与废水充分混合接触。废水中的大部分有机物在这个区域被分解转化。在反应器的上部设有固、液、气三相分离器，含有大量气泡的混合液不断上升，达到三相分离下部，首先将气体进行分离，被分离出来的气体进入气室，并用导管导出。固液混合液进入三相分离区，失去搅动作用的污泥发生絮凝沉淀，上清液溢流排出。如下图：（2）升流式污泥床反应器（USR）采用上流式污泥床原理，无内部机械搅拌，具有效率高、工艺简单等优点。其特点在于消化器内滞留了大量的厌氧流活性污泥，这些污泥具
14、有极好的沉降性能和很好的生物活性，提高了消化器内的负荷和产气率。目前升流式污泥床反应器已常被用于猪粪废水和鸡粪粪水的处置，其装置产气率可达4m3/ (m3d),COD去除率达80%以上。如下图： （3）厌氧折流板反应器（ABR）ABR反应器是一种由多个隔室组成的结构，被处理的废水一次流经每个隔室且水流的流动在反应器中呈上、下交替运行，在每个隔室中进行着有不同菌群生物参与的对有机质的生物降解过程。其工艺结构构造比UASB更为简单，不需要复杂的三相分离器。是氧一体化的反应器。ABR污水生物处理技术更为灵活、方便，投资费用更低。以下是ABR反应器图：统一集气室 分离集气室三种工艺比较工艺产气率m3/
15、m3dCOD去除率占地面积成本投资UASBUSRABR0.81.544.85680%90%80%85%80%91%1015m21015m23040m23540万元3040万元4045万元（4）沼气利用技术利用厌氧生物技术通过配套相应的设施，将养殖废水制成以甲烷为主要成分的沼气，通过沼气池收集到的沼气应用于职工生活、圈舍保温等。沼液可以进入到生物氧化池或者直接用于农田的灌溉、养鱼等。沼渣可以生产有机肥、培育食用菌后者进行养鱼。2好氧技术在畜禽养殖废水处理中，由于所处理的废水有机物浓度较高，厌氧处理的出水中COD的浓度和氨氮浓度仍比较高，很难达到排放或再利用的标准，因此，通常以好氧方法对厌氧出水做
16、进一步的处理。好氧生物处理法可分为天然好氧生物法和人工好氧生物法两类。天然好氧生物处理法有氧化塘和土地处理等，对地形和自然条件要求比较高，去除效果不佳。人工的好氧生物处理法包括：序批式活性污泥（SBR）、ICEAS工艺、CASS工艺、生物膜法等。（1） SBR工艺典型的SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水、闲置共五个阶段。反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇方式运行，处理后的混合夜经过一段时间的沉淀后，从池中排出上清液，沉淀的生物污泥则留于池内，用于再次与污水混合进行处理，这样依次反复进行，便构成了序批式处理工艺；优点：工艺简单，占地面积小，工程造价低；运行方式灵活，处理效果好，具有良好的脱
17、氮除磷功能；缺点：传统的SBR工艺在工业应用中，若进水流量较大，则需调节反应系统，增大投资；如对脱氮除磷要求高还需对工艺进行改造。（2）生物膜法生物处理池中的关键的膜分离单元以一定间隔放置在池后端，池内的活性污泥对废水中的有机物进行降解，降解后的水通过中空丝状膜排放。生物处理池采用微孔曝气器曝气，部分污泥回流至池前端，回流比最高可达到900。在膜分离装置前，高浓度活性污泥与废水充分混合，有机物在被微生物降解的同时，氨氮也被亚硝酸菌氧化成硝酸根离子，再回流至池前端利用进水的有机物碳源进行反硝化，最终使硝酸根离子还原成为N2，达到脱氮的作用。在正常运转后，处理池中活性污泥浓度可达800012000
18、mg/l。采用生物膜技术的处理工艺与普通活性污泥法相比较，生物膜处理池通过膜分离单元将清水直接抽出，不参加回流的部分污泥可直接被分离，不需要再设置二沉池进行固液分离。这样池内的活性污泥及微生物不会流失，可保持高浓度的微生物菌类，这样保证了稳定的有机物降解率和氨氮去除率，同时由于处理池中的活性污泥浓度是普通活性污泥法污泥浓度的34倍，使其占地面积只有普通活性污泥法处理池的1314。四、认真治理农村畜禽养殖污染一、加强宣传教育，引导养殖户发展生态养殖。充分利用电视、广播、报纸、网络等媒体，分层次、多渠道开展畜禽养殖污染防治知识和政策法规宣传,倡导使用农家肥，提高养殖业主的环保意识。加强培训和指导,
19、采用现场参观、专题讲座等方式,推广先进的治理技术和养殖模式。二、严格市场准入，控制新污染源产生。划定畜禽禁养区、限养区和适养区，将现有养殖场逐步向定点区域转移。严格落实环保审批制度，新建畜禽养殖场要办理环境影响评价手续。畜禽养殖场污染防治设施, 要与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。畜禽养殖场竣工验收时，农业、环保、工商、所在地镇政府及周边群众代表应共同参与。三、严格整改，削减现有污染源。合并散养户，将目前的一家一户松散型养殖模式改为区域化集约型养殖，也可建立集中养殖小区，建设共用的污染治理中心。改造老养殖场，实行生产区、生活区、管理区的隔离。禁止水冲粪式的工艺，实行干湿分离、雨污分流
20、、料水分离。配套建设集粪池，对储存废渣的地面进行水泥硬化。引导养殖户采用环保生态养殖技术，建设沼气工程，对畜禽粪便进行综合利用。四、推广已有的粪便综合利用模式，探寻经济适用的粪污治理新技术。推广沼气生态模式，倡导种养平衡模式，将畜禽粪便作为种植业有机肥料供应源，就地还田。建设有机肥生产基地，将畜禽粪便干湿分离，其中干物质进行堆肥发酵，生产商品有机肥。继续推广生物发酵床零排放养猪法，加强对养殖业主的监管力度，依法查处违法建设、超标排放等环境违法行为。五、加大扶持力度。在治理技术、工程资金、贷款利率等方面给予优惠政策。对规模化畜禽养殖污染治理重点项目给予重点扶持。设立专项治理资金，用于对畜禽污染治
21、理研究、设施工程补助、示范项目建设的指导检查、咨询培训、总结验收和奖励。五、典型案例 案例一：杭州灯塔养殖总场废水处理工程概况：杭州灯塔养殖总场生猪存栏12万头，年出栏商品肉猪20万头，是目前最大的综合性养猪企业。每天排放猪粪185t，排放废水3000t，废水COD浓度17000mg/L，氨氮浓度2200mg/L。该工程1999年例如UNDP/GEF工业化沼气与水处理示范项目。在工艺设计中强化了预处理等技术，实行 “清洁生产、固液分离、水解酸化、UASB、SBR生物脱氮和混凝处理”等工艺流程，工艺流程图如下：处理系统对猪场污水总的去除效果如下。在系统稳定运行期间，处理工程对污染物的总的去除效果
22、见表四，从表8可知，该工程对COD的去除率达98%，BOD、NH3-N的去除率达到99%，SS的去除率达到97%，TN的总去除率达到93%。表四 杭州灯塔养殖总场污水处理工程处理效率项目进水UASBSBR物化处理总去除率COD/(mg/L)BOD/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TN/(mg/L)SS/(mg/L)pH561699653960446063611147541415231054107.17.5879142316827869012105909175109607.27.517932111.219.93.56.351.851.9701106.67.56911360908.58.998
23、%99%99%93%97%二次能源利用：工程平均日产沼气8500m3，经气水分离、脱硫、计量后输入1000m3干式贮气柜，沼气流量采用涡街流量计在线测定，用SKG-334型防爆气泵输送到各用气单位。目前沼气用于一下四个方面：2t/h全自动沼气锅炉；有机肥料场的肥料烘干；食堂炊事；猪舍用能。工程规模及投资分析表五 工程规模及投资分析养猪场规模(年出栏数）日处理污水量（t）厌氧罐规模（m3）SBR反应器规模（m3）日产沼气量（m3）工程投资（万元）1000080100240300250300360120150150001201503604504004505401802202000016020050
24、060055060072025030040000300400900120010001200150030035060000450500120015001400150018004005008000060080018002400220024003000600700100000900100027003000280030003600800900项目技术经济指标：处理能力猪粪185t/d，污水3000t/d；沼气产量8500m3/d，其中用于沼气锅炉5800 m3/d，有机肥烘干2000 m3/d，民用燃气700 m3/d；供应有机肥料142 t/d；工程总投资1497万元。案例二：北京顺义良山畜牧场北京
25、顺义良山畜牧场以销售种猪、育肥猪为主，猪场大量高浓度废水的排放对周围水环境造成严重的污染，尤其是夏季废水产生恶臭且到处飘散，废水中的病原菌通过食物、饮用水危害居民的健康，亟需采取有力措施进行治理。该猪场按现存栏12000头计算，产鲜猪粪为49.5t/d，产尿为47.4m3/d，采用高架漏缝地板结构，其废水集中排放。现采用人工清理猪场70%的粪便，粪浆产量为120m3/d。根据测算，废水中COD含量约为18000mg/L，固体含量约为4%6%。根据该猪场的规模及排污情况，采用如图2所示的工艺流程。猪场废水、废渣中含有大量的有机物，易生物降解，可采用生物处理工艺。先用固液分离技术将固体与液体物质分
26、开，用厌氧工艺可去除分离后液体中80%以上的有机物，且可回收沼气作为可利用的能源，同时沼液经好氧稳定后可施用于蔬菜地、果园和农田，固液分离后的固体则经堆肥处置后制成有机肥出售。各主要处理构筑物对COD的处理效果见表六。表六各主要处理构筑物对COD的处理效果名称进水COD(mg/L)出 水COD(mg/L)COD去除率(%)固液分离器180001260030调节池12600UASB12600126090SBR126025280氧化塘2526080该工艺的特点是将固液分离技术、厌氧工艺、好氧工艺及生物稳定塘工艺、好氧发酵制肥技术等有机地组合在一起，实现了养殖场粪污的高效处置和废物的综合利用。废物处置：通过将上述工艺组合应用，使COD为(23)104mg/L、SS为1104mg/L的养猪场粪污经处理后，其出水达标排放(或部分回用)，节约了猪场的自来水用量(1.5104m3/a)。能源回收：养猪场粪污经处理后产生沼气(CH4含量达62%)为20104m3/a，可供居民或猪场作燃料使用。综合利用：经综合处理后比直接用作肥料时的养分利用率提高40%，生物能利用率提高30%。
