組合式穩定塘工藝處理養豬廢水設計

　隨著(zhù)畜牧業(yè)的發(fā)展，畜產(chǎn)廢水排放量日益增加，對農業(yè)生態(tài)環(huán)境和水體環(huán)境產(chǎn)生的負面影響也日益嚴重。據統計，一條3.5萬(wàn)頭規模化養豬生產(chǎn)線(xiàn)，其污染負荷相當于一座10萬(wàn)人的城鎮，隨著(zhù)養殖規模的越來(lái)越大，對環(huán)境質(zhì)量的威脅也在加大。養豬場(chǎng)污水污染負荷高，而養豬行業(yè)的利潤水平又低，因而要求污水處理工程投資低、運行費用低、處理效率高，導致目前養豬場(chǎng)污染治理措施難以推進(jìn)，養豬場(chǎng)廢水治理設施運行不正常，甚至廢水不做處理直接排放的現象十分普遍，給社會(huì )環(huán)境造成極大的污染和損害^[1]。 

　　因此，在選擇處理工藝時(shí)，充分考慮養豬場(chǎng)污水污染負荷高，而養豬行業(yè)的利潤水平又低的特點(diǎn)，顯得非常重要。

　　養豬場(chǎng)污水處理常用的工藝為厭氧-好氧-氧化塘，均采用鋼筋混凝土結構，投資大，運行費用高。我們在設計時(shí)進(jìn)行了各種工藝的篩選比較， 用投藥混凝、厭氧接觸工藝、厭氧過(guò)濾器、上流式厭氧污泥床、復合式厭氧污泥床和厭氧塘雖然有好的處理效果，但建設費用和運行成本高而無(wú)法承受，因而必須尋求新的既簡(jiǎn)易又穩定可靠的方法。 

　　因此，我們選擇新型厭氧一兼氧組合式穩定塘處理工藝，充分利用規模化豬場(chǎng)的地形地勢，妥善地解決了規模化豬場(chǎng)污水污染負荷高和養豬行業(yè)的利潤低的兩大難題。此工藝有效地把上流式厭氧污泥床移植到兼性塘來(lái)，它具有投資省、運行費低、操作管理方便、能源可回收（目前未回收）的特點(diǎn)。

 

　　①固液分離 

　　從豬舍出來(lái)的水經(jīng)集水井提升泵送到設于鼓風(fēng)機房頂部的水力分離篩網(wǎng)，經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)濾，使糞渣分離。污水進(jìn)處理單元，回收糞渣外售。 

　　②組合式穩定塘 

　　組合式穩定塘共設2個(gè)自然塘（每個(gè)自然塘面積約2000m²），平時(shí)并列運行，清塘時(shí)（幾年后清一次塘），一塘運行，另一塘清泥。在塘的中央設置一個(gè)厭氧反應區，深5.0 m。污水從配水井用管道重力引入至厭氧反應區底部，并均勻在厭氧反應區底布水，污水經(jīng)厭氧反應區底部均勻向上流動(dòng)，從污水的流態(tài)來(lái)看，其結構類(lèi)似上流式厭氧污泥床（UASB），污水和甲烷氣都向上流動(dòng)，經(jīng)過(guò)厭氧污泥床。所不同的是UASB上下流速相同，同時(shí)內有三相分離器，而組合式穩定塘上下流速不同，厭氧反應區底部流速大（約0.21 m³／（m²·h）），厭氧反應區上部流速小。最后，污水流向塘的四周進(jìn)行沉淀（類(lèi)似UASB的三相分離器）。 

　　組合式穩定塘的工作原理是：從微生物類(lèi)屬來(lái)看，塘分為3種微生物反應區。即厭氧反應區、兼氧反應區、好氧和藻類(lèi)生長(cháng)區。詳見(jiàn)圖2組合式穩定塘斷面示意。 
　

 

　　第一區為厭氧反應區：污水首先進(jìn)人厭氧反應區底部，并均勻分配在整個(gè)橫斷面上，污水流向為上流式，整個(gè)坑的容積均為絮狀的厭氧微生物（污泥床）。污水上向流經(jīng)這些厭氧微生物污泥床時(shí)，污水中有機物被厭氧微生物進(jìn)行降解，轉化為CH₄，CO₂ 和H₂O。生成的CH₄，CO₂ 和污水不斷上升，使整個(gè)污泥床得到充分的攪拌，同時(shí)污水和厭氧微生物充分接觸，提高了有機物的去除效率^[2]。 

　　第二區為兼氧反應區：除塘面和塘底的積泥層外，其余均為兼氧反應區，污水從坑頂部流出后，向四周流動(dòng)，流速突然降低，可沉的懸浮物固體便沉于塘低。污水經(jīng)厭氧分解后剩余的有機物繼續被兼氧微生物所利用，進(jìn)一步去除污水中有機物。 

　　第三區是塘的表面層區：為好氧微生物和藻類(lèi)生長(cháng)區。該區內，空氣的復氧和藻類(lèi)的光合作用提供氧氣，污水中的有機物進(jìn)一步被好氧微生物所利用，把它氧化為CO² 和H₂O。另外，污水中的氨氮又為藻類(lèi)提供營(yíng)養物質(zhì)，產(chǎn)生了良性循環(huán)。 

　　新型厭氧-兼氧組合式穩定塘技術(shù)的設計運行參數：坑的COD_cr容積負荷（以COD_cr計）為5.1kg／（m³·d）。污水在坑內停留時(shí)間為2.6 d；在塘內停留時(shí)間（含坑的停留時(shí)間）為12 d，本設計的坑負荷傳統13～19 倍（傳統式氧化培COD_cr負荷（以COD_cr計）為 0.13－0.4 kg／（m³·d）^[2]。 

　　由于特殊的設計（坑頂設計圍墻包圍），避免了傳統的厭氧塘在刮風(fēng)時(shí)豎向混流而影響底部厭氧（因為表層好氧區水中含有很高的溶解氧會(huì )入侵到厭氧區，破壞厭氧環(huán)境），并有效地抑制和防止季節性翻塘，使厭氧總保持最佳狀態(tài)。另外，坑的設計成倒置截頭圓錐型，使坑內從下至上流速漸漸由大變小。避免了厭氧污泥被水流和CH₄ 等帶出坑外，最大限度地保持了厭氧污泥濃度，從而在高的COD_cr容積負荷（以 COD_cr計）下（Fv=5.1 kg／（m³·d））還具有較高的COD_cr去除效率。 

　　從投產(chǎn)以來(lái)，處理系統運行情況較為穩定，新型厭氧-兼氧-組合式穩定塘出水COD_cr的質(zhì)量濃度一般在 3 000 mg／L左右，COD_cr去除率一般為 70％左右，而傳統厭氧塘COD_cr去除效率50％左右。　 

　　③好氧池、高負荷氧化塘 

　　好氧池、高負荷氧化塘組成二級好氧生化處理系統，前者采用了活性污泥法，使COD_cr等進(jìn)一步降解，并為后續氧化塘處理提供條件；后者采用循環(huán)溝式氧化塘，污水在此硝化脫氮。在高負荷氧化塘中，在JET推流混合器的作用下，水在廊道中循環(huán)，由于具有一定的流速（10 ～15 cm／s），大氣復氧速率增加，同時(shí)藻類(lèi)迅速生長(cháng)。藻類(lèi)光合作用提供溶解氧供給好氧微生物進(jìn)行代謝活動(dòng)。高負荷氧化塘出水中的微型藻類(lèi)很容易沉淀，約50％～80％的藻類(lèi)可在水力停留時(shí)間為l～2d的沉淀塘中自然去除。沉淀的藻類(lèi)呼吸速率很低，且可濃縮在塘底數月甚至數年而不明顯釋放營(yíng)養物。高負荷氧化塘中藻類(lèi)的另一顯著(zhù)作用是提高了塘中廢水的PH值，給滅菌和促使氨氣向空氣中擴散提供了條件。在 pH 值為9.2 時(shí)在24 h內可100％殺滅大腸桿菌和絕大部分病原體，在白天高負荷氧化塘中廢水的pH值達到9.5的并不鮮見(jiàn)。整個(gè)系統穩定、高效。 

　　④藻類(lèi)沉降塘 

　　專(zhuān)門(mén)設計的藻類(lèi)沉降塘利用自然重力分離作用使藻類(lèi)從污水中分離出來(lái)，同時(shí)由藻類(lèi)自身產(chǎn)生的生物絮凝過(guò)程促進(jìn)了自然沉淀，廢水在藻類(lèi)沉降塘停留時(shí)間24 h 以上，沉淀的藻類(lèi)處于休眠狀態(tài)，不會(huì )被立刻分解或腐爛。兩個(gè)藻類(lèi)沉降塘同時(shí)使用，其中之一可3～4a 放空一次，以去除濃縮的含藻污泥。 

　　⑤生態(tài)塘 

　　利用生態(tài)塘中放養的魚(yú)類(lèi)和水生植物自然降解水中的污染物（N，P），以達到出水水質(zhì)要求。

　　①去除效率 

　　在某規模化養豬場(chǎng)的污水處理工程2a的實(shí)際運行中：COD_cr 平均去除率為99.43％；BOD₅ 平均去除率為99.8％；SS平均去除率為97.7％；NH₃^－N平均去除率為93.45％。 

　　②節省能源 

　　在組合式穩定塘的處理工藝中需氧量小，耗能少，整個(gè)處理系統總運行功率為 9.9 kw，即0.475 kw·h／m³。深坑型消化器大大減少了污泥處理所需的能量。同時(shí)藻類(lèi)光合作用產(chǎn)生的氧也使需氧量進(jìn)一步降低。 

　　③基建成本 

　　本處理工藝的基建成本為87.4萬(wàn)元，比氧化溝降低了67％、比滴濾池降低了70％、比活性污泥法降低了74％、比傳統穩定塘降低了17％。 

　　④節省運行成本 

　　本處理工藝的運行成本為 0.986元／m³，0.07元／kg[COD_cr]，比氧化溝降低了64％、比滴濾池降低了67％、比活性污泥法降低了70％、比傳統穩定塘降低了17％。 

　　⑤沖擊負荷 

　　在實(shí)際運行中對污染物有機負荷和水力負荷的大范圍波動(dòng)（10％～200％），處理效果均能滿(mǎn)足處理要求，整個(gè)系統運行穩定。 

　　⑥減少與健康相關(guān)的風(fēng)險 

　　由于高負荷氧化塘中高pH值殺菌和出流固液分離作用，使出流液中的腸道寄生蟲(chóng)、致病菌和病毒的傳播機會(huì )大大減少。 

　　⑦操作管理簡(jiǎn)單、方便 

　　整個(gè)污水處理系統設一名運行管理人員，負責污水處理系統的日常工作，如工藝控制、設備管理、糞渣清理和水生植物的管理等。

　　廢水主要經(jīng)濟技術(shù)指標如下： 

　　①工程總投資 198萬(wàn)元，單位廢水處理投資3 960 n／m³。 

　　②占地面積近 20 000m²。 

　　③運行費用：18萬(wàn)元/a（含電費、人工費），即0.986元／m³，0.07元／kg[COD_cr]。若將回收的糞渣計算在內，運行費用更低。

　　組合式穩定塘工藝處理規模化養豬廢水具有因地制宜、投資少、運行費用低、操作簡(jiǎn)單、管理方便的特點(diǎn)，妥善地解決了規模化豬場(chǎng)（熱帶地區）污水污染物濃度高和養豬行業(yè)的利潤低的兩大難題，處理效果穩定，各項指標均達到行業(yè)排放標準