【文章內容簡介】 為普遍，效果最好。種植業(yè)—養(yǎng)殖業(yè)—沼氣工程三結合的物質循環(huán)利用型生態(tài)工程的基本內容：規(guī)?；i場排出的糞便污水進入沼氣池，經厭氧發(fā)酵產生沼氣，供民用炊事、照明、采暖( 如溫室大棚等) 乃至發(fā)電 。沼液不僅作為優(yōu)質餌料，用以喂雞、喂豬、養(yǎng) 魚、養(yǎng)蝦等，還 可以用來浸種、浸根、 澆花，并 對作物、果蔬葉面、根部施肥；沼氣渣可用作培養(yǎng)食用菌、蚯蚓，解決飼養(yǎng)畜禽蛋白質飼料不足的 問題，剩余的 廢渣還可以返田增加肥力，改良土壤，防止土地板結。此系統(tǒng)實際 上是一個以生豬養(yǎng)殖為中心，沼氣工程為紐帶，集種、養(yǎng)、 魚、副、加工 業(yè)為一體的生態(tài)系統(tǒng)，它具有與傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)不同的經營模式。在這個系 統(tǒng)中，生豬得到科學的飼養(yǎng)，物 質和能量獲得充分的利用，環(huán) 境得到良好的保護 ，因此生 產成本低， 產品 質量優(yōu)，資源利用率高，收到了經濟效益與生態(tài)效益同步增長的效果。 存在問題及發(fā)展趨勢分析一是排水量大，沖擊負荷很大。二是固液混雜，有機質濃度較高。三是生豬養(yǎng)殖業(yè)系微利產業(yè)，受到自然和市場的雙重壓力，因此對于豬場廢水的處理只能采用投資少、運行和管理成本低且效果好的工藝。12 / 42第三章 方案論證 項目概況 項目名稱農村規(guī)模化養(yǎng)豬場廢棄物綜合利用及污水治理建設項目 建設單位華南理工大學環(huán)境科學與工程學院13 / 42 建設地點廣東省某山里的農村。 建設期限項目建設期為 2 年 建設目標在廣東省省級環(huán)境保護專項資金支持下，重點提高污染源的污水排放達標率和糞污資源化利用率，在回收 資源和能源的同時， 實現(xiàn)對污水的凈化處理。 對于無法回收的低濃度部分，則采用深度凈化工藝實現(xiàn)污水達標回用。其有效地保護生態(tài)環(huán)境，采用固液分離、綜合治理、 糞污處理等工程措施控制 規(guī)?；B(yǎng)豬污染，為其它規(guī)?；B(yǎng)殖場提供示范作用。 項目建設方案選擇與論證本項目污染物處理工程所處理的污染源為養(yǎng)豬廢水，在此廢水中包含豬糞壓縮水、豬尿液、 糞便沖洗水及地面沖洗水，其水質特點 為水量排放不均勻、沖擊負荷大，有機物濃度高、含有大量的固體懸浮物且還含有一定量的對人體有害的病原菌。因此，項 目建設以 “種養(yǎng)結合、雨污分流、清潔生產、干濕分離 ”十六字方針和《畜禽養(yǎng)殖污染排放標準》(GB 185962022)為指導依據(jù)，結合目前該養(yǎng)殖場生豬污染物排放的實際情況，綜 合考慮各方面因素，遵循“ 資源化、無害化、減量化、綜合利用”的原 則逐步削減污 染物，慎重 選擇適宜的處 理工藝技術路線及設備，采取經濟有效、方便可行的工藝 流程，使豬 場周圍的土壤、水體及大氣自然生 態(tài)系統(tǒng)免受污染，以達到最佳的處理效果和經濟、社會、生態(tài) 效益。鑒于養(yǎng)豬所排出的污水中含有大量的有機物和 N、P 等營養(yǎng)源，在污水處理14 / 42工藝選擇方面，一改傳統(tǒng)的污染物凈化思路，盡可能地從資源回收利用的角度出發(fā)，利用污水中的資源。再根據(jù)需要針對性地對污水中剩余的污染物質進行凈化處理，實現(xiàn)水質達標。因此污水處理的工藝路線有兩步構成：回收資源，包括回收碳源、 N、P 等。深度凈化，去除污水中的污染物質，實現(xiàn)水質達 標。第一步：回收資源N、P 回收針對養(yǎng)豬糞尿的高濃度含 N、P 污水，傳統(tǒng)的處理方式是采用吹脫或生物脫氮除磷工藝進行處理。吹脫工 藝是將溶解在水中的氨氮吹脫到空氣中，這樣會造成二次污染。而高濃度的氨氮直接采用生物處理，會對微生物構成一定的危害，影響生化效率和效果。而且，這兩種方式均沒有將原本是 優(yōu)質營養(yǎng)源的 N 進行妥善的回收，不僅污染環(huán)境，且造成了資源的嚴重浪費。針對主場排污的現(xiàn)狀，我們采用全面回收資源的方式對污水中的 N、P 進行了處理。由于高濃度氨氮對厭 氧微生物具有一定的毒性，為確保厭氧效率，同 時回收 N、P，對于混合后的豬糞尿，采用 MAP 工藝進 行氮磷脫除處理，脫氮、磷形成的 MAP 結晶富集在糞尿中的纖維上，和 SS 一起從污水中脫出，不僅確保了進入厭氧生化池污水中的氨氮濃度，且以高效緩釋性有機肥方式回收了 N、P。碳源回收傳統(tǒng)的污水處理針對碳源的處理，一般的處理方法是采用好氧微生物，利用好氧微生物的呼吸作用，將碳源氧化成為二氧化碳（CO 2），實現(xiàn)將碳源從水中取出的目的。這樣對于低濃度 污水處理來說是切實可行的，但對于高濃度含碳污水而言，若采用此法處理，不僅需要消耗大量的能源來 給水體提供溶解氧，且浪 費了污水中的碳源。但采用厭氧工 藝處理不僅運行成本低，且能夠回收高價值的甲烷15 / 42（CH4），因此，結合實際情況，在本污水的碳源處理方面，我們設計了最大化的碳源回收系統(tǒng)，采用改進型的 ABR 工藝，將碳源回收為甲烷，作為能源發(fā)電原材料和燃料。利用厭氧微生物，將污水中有機物分解成有機酸， 實現(xiàn)酸化降解，并進一步降解，產生甲烷。厭氧生化作用實現(xiàn)兩個目的，第一，分解污水中的有機物；第二，產生甲烷，回收能源。由于 厭氧微生物的生命能力 強，適于高濃度的污水處理，加上運行過程中不耗能，運行成本低，而成為高濃度污水回收碳源的關鍵工藝段。改進型 ABR 反應器的特征如下：良好的水力條件反應器的水力條件是影響處理效果的重要因素，反應器的水力流態(tài)及其優(yōu)劣可用容積利用率或反應器的死區(qū)容積分數(shù)(V d/V)及 擴散和混合程度來描述。與其他的反應器相比，厭氧折流板反應器的容積利用率有了很大的提高。厭氧濾池和傳統(tǒng)消化池的 Vd/V 值分別為 50%～93%和 82%，而 ABR 反應器的 Vd/V 值為7%～20%，平均僅為 %，因而 ABR 反應器的容積利用率要高于其他形式的反應器 [1]。此外，隨著 ABR 反應器中進水量的增加，即 HRT 的縮短，各反應室內的返混程度將提高，而 Vd/V 值的變化幅度卻不大，從整體上看，反應器內的折流板阻擋了各反應室間的返混作用強化了各反應室的混合作用，增強了污泥與被處理污水的接觸和混合程度。因而，在單個反應室內，反應器內的水力流態(tài)為完全混合型流態(tài)，而整個反應器的流 態(tài)則趨于推流式這種完全混合與推流相結合的復合型流態(tài)，不 僅提高了反應器的容 積利用率，而且增 強了反 應器的處理效果并保證了反應器的穩(wěn)定運行。結構簡單、效果穩(wěn)定與其他第三代厭氧反應器相比，厭氧折流板反應器沒有復雜的三相分離器，16 / 42只有簡單的折板結構，不存在管道堵塞等問題，沒有復雜的內部結構設計，而且從眾多試驗研究發(fā)現(xiàn)，厭氧折流板反應器處理效果穩(wěn)定，有較大的市場推廣的空間。良好的生物分布在反應器內擋板結構構成幾個獨立的反應室，所以，在每個反應室內，能 馴化培養(yǎng)與該反應室環(huán)境條件相適應的微生物群落，形成良好的種群配合和良好的沿程分布。有研究表明，在位于反應器前端的格室中，主要以水解和 產酸菌為主，而在較后的格室中，則以甲烷 菌為主。隨著格室的推移，由甲 烷八疊球菌為優(yōu)勢種群向甲烷絲狀菌屬、異養(yǎng)甲烷 菌和脫硫弧菌屬等轉變。當?shù)孜餄舛容^高時，甲 烷八疊球菌的生長速度比甲烷絲狀菌屬快 1 倍，而底物濃度較低時，剛好相反。從 顆粒污泥切片的電鏡照片可以判斷，在以葡萄糖為基質時，發(fā)酵產酸菌多在顆粒污泥表層，產甲 烷菌則在內部，形成良好的有機質分解鏈， 這種結構與基質降解途徑的要求是一致的。這種微生物種群的逐級遞變，使 優(yōu)勢種群得以良好地生長， 這與有機物的逐步降解和轉化過程相一致，同時，也表明了基質的濃度和種類是反應室中微生物相組成與分布的重要影響因素。固液分離效果好，出水水質好厭氧生物團絮凝同好氧活性污泥法的模式類似，是由細菌對基質的有限濃度引起，F(xiàn)/M 值對 其有重要影響。低 F/M 值有利于生物絮凝，沉降加快，出水懸浮固體濃度低。 ABR 的分格構造和水流的推流狀態(tài)，使得 F/M 隨水流逐漸降低，在最后一格室內 F/M 最低，且產氣量最小，最有利于固液分離，所以能 夠保證有良好的出水水質。運行穩(wěn)定，操作靈活由于 ABR 反 應器特有的擋 板構造，大大減小了堵塞和污泥床膨脹等現(xiàn)象發(fā)17 / 42生的可能性，可長時間穩(wěn)定運行，且 ABR 可根據(jù)水質、水量的不同，通過改變擋板間距，調節(jié) HRT，甚至還可以進行間歇操作，來 滿 足出水水質的要求。ABR 還可在適當?shù)母袷疫M行好氧操作，以達到在同一反應器內除氮的目的。耐沖擊負荷對有毒物質適應性強由于反應器具有良好的截留微生物的能力以及反應器中的生物分布特點，使得反應器對沖擊負荷的適應性大大增強。不論是對水力沖擊負荷還對有機沖擊負荷，厭氧折流板反應器均有良好的適應性。 對有毒廢 水的處理過程中，因 為有毒物質對反應器的影響主要集中在反應器的前部，對后部的危害較小。整個反應器只有少數(shù)微生物暴露在有毒物質的影響下，有利于整個反應器系統(tǒng)的馴化和在受到沖擊后能在較短的時間內恢復。易形成顆粒污泥目前，為提高污水生物處理工藝的處理效果及處理能力，正在不斷深入研究和開發(fā)微生物固定技術。顆 粒污泥的形成與廢水水質、運行條件及 ABR 的構造等因素有關。Boopathy 的研究 發(fā)現(xiàn)，在初始 負荷為 (kgd)，上升流速小于 ，一個月后，每一個反應器都出現(xiàn)了粒徑為 的顆粒污泥，三個月后顆粒 污泥長大至 左右。陳洪斌等以 ABR 處理豆制品廢水試驗，采用低負荷高去除率啟動方式， 馴化和培養(yǎng)顆?；钚晕勰?， COD負荷范圍在 ～(Ld)。經過五十多天，反應器內形成大量密實、亮黑色的顆粒污泥，COD 去除率和 廢水產氣率都很高。由于資源回收后的污水中仍含有一定量的 N、P，為兼顧后面的深度凈化中C/N 比和 C/P 比的需要，回收碳源過程中，根據(jù)需要適當留有一定的碳源用于深度脫氮、除磷。18 / 42第二步：深度凈化深度凈化為主題凈化工藝，用于去除厭氧出水中的絕大部分有機物、N、P 以及其它污染物質，保障性深度 凈化工藝， 實現(xiàn)污水處 理后滿足回用水水質指標。在主體凈化工藝中，所選擇的工藝應能夠同時實現(xiàn)對污水中的有機物和N、P 去除的需要，所選擇的工藝要有一定的適應性， 滿足水質、水量波動的處理需要。針對這一需求，設計采用改進型氧化塘來處理，即在氧化塘的前一部分安裝曝氣裝置，實現(xiàn)降解有機物的同時脫氮、除磷。 工藝流程根據(jù)以上生豬養(yǎng)殖場廢棄污染物特性及污染物治理、綜合利用工藝技術分析，本項目確定的工藝流程如下圖所示。主要工藝說明如下：廢水預處理：養(yǎng)豬場污水通過管道自流到沼氣站，糞污等污染物先經過格柵，以清除污水中稻草等較 大的雜物，同 時進行沉砂，去除糞污中的砂石，這樣有利于以后工序的處理，減少管道等的堵塞，保證廢污 自流通暢， 進入集水池。固液分離：進入集水池的糞污等污染物泵入固液分離裝置，經固液分離后去除其中混雜的懸浮物（如未消化的飼料和豬毛等），防止較大的固體物進入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，防止設備的堵塞 損壞等。通 過固液分離技 術處理后的污水進入下一環(huán)節(jié)進行處理，含水 45％50 ％的豬糞糞渣進入集糞池，進行無害化處理，用作有機肥源出售。沼氣貯藏(貯氣柜 ))發(fā)電民用燃氣19 / 42圖 1 工藝流程圖化學除 N、P：采用 Mg 鹽和 PO4，通過化學反應形成MgNH4PO4?6H2O（MAP/鳥糞石），吸附到污水中的 SS 上。與 SS 一起從污水中分離出來。該工藝能夠實現(xiàn)對污水中氨氮的 90%以上的去除率。脫氮的機理為：Mg2++ NH4++HPO42‐ + 6H2O→MgNH 4PO4?6H2O↓+ H+Mg2++ NH4++PO43‐ + 6H2O → MgNH 4PO4?6H2O↓Mg2++ NH4++H2PO42‐ + 6H2O → MgNH 4PO4?6H2O↓+ 2H+酸化過程：經固液分離后的污水進入酸化池。由于養(yǎng)豬廢水的特殊性，其 廢水中纖維含量較高，并含有大量的懸浮顆粒。在酸化池中， 污水中的蛋白質、脂肪和糖類等高分子有機物水解為氨基酸、脂肪酸等小分子有機物，進而在酸化菌的作用下生成乙酸、丙酸等易被甲烷菌消化的小分子有機酸，以減輕厭氧消化的有機負荷，提高消化速率。酸發(fā)酵池中的微生物為兼性 厭氧菌，最佳 ～，發(fā)生豬糞尿污水等