隨著生豬集約化養(yǎng)殖技術(shù)的提高和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，傳統(tǒng)的家庭作坊式圈養(yǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)模化、集約化生產(chǎn)性養(yǎng)殖。規(guī)模化養(yǎng)豬場廢水排放量大，污染物濃度高，且大多數(shù)都未經(jīng)處理直接排放，對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生直接威脅和危害。這些環(huán)境污染問題引起了各級人民政府的高度重視，國家環(huán)保總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局頒布了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》(GB18596—2001)，對畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水、廢渣和惡臭氣體的排放進行了規(guī)定;福建省人民政府也積極響應國家政策，進一步加大規(guī)模化養(yǎng)豬場的整治力度。
目前，國內(nèi)外主要采用自然處理、好氧處理、厭氧處理及混合處理等技術(shù)治理規(guī)模化養(yǎng)豬場污水，但是由于能耗大、投資費用高、維護管理技術(shù)要求多等原因，致使這些方法未能完全被各養(yǎng)殖場或農(nóng)戶接納，推廣也受到限制，因此養(yǎng)殖場糞污經(jīng)濟有效治理依舊是個難題。福建省永安市某養(yǎng)豬場改進傳統(tǒng)工藝模式，通過應用固液分離-厭氧生物發(fā)酵-生物氧化塘組合工藝處理污水，從糞污減量化到污水深度凈化處理使養(yǎng)豬場出水水質(zhì)達到畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準(GB18596—2001)排放標準，解決養(yǎng)豬場糞便污染問題同時也可為同類養(yǎng)殖場提供一定參考。
1、材料與方法
1.1 養(yǎng)豬場概況
該養(yǎng)豬場位于福建省三明市永安市某村鎮(zhèn)，年存欄3500~5000頭，出欄商品豬10000頭，采用干清糞工藝。按1頭豬日排糞2.2kg，排尿2.9kg計算，則該豬場日糞尿產(chǎn)生量17.85t，其中糞7.7t，尿10.15t，包括沖欄用水和職工的生活污水在內(nèi)，每天產(chǎn)生污水60~100t。對該養(yǎng)豬場排放的污水進行實地監(jiān)測，水質(zhì)情況見表1。
1.2 處理工藝流程及簡介
1.2.1 處理工藝流程
通過對該養(yǎng)豬場污水水質(zhì)分析并結(jié)合該豬場的實際情況，最后采用固液分離-厭氧生物發(fā)酵-生物氧化塘組合工藝，以達到最佳的處理效果和經(jīng)濟效益(具體工藝流程見圖1)。
1.2.2 主要單項技術(shù)簡介
(1)固液分離前處理技術(shù)。
糞便污水含有大量的有機污染物和懸浮物，需要通過固液分離后再分別處理固形物和污水，從而有效降低污水中的污染物濃度，同時可確保后續(xù)的厭氧處理工藝穩(wěn)定、有效地運行。選用本課題組研制60目的篩網(wǎng)的FZ12固液分離機，將污水中的大部分懸浮物分離出來，實現(xiàn)污水濃度減量化。該固液分離機的設(shè)計特點是集振動系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)和自動清洗系統(tǒng)于一體，污水處理效果較穩(wěn)定，不會造成沉渣堵塞，可縮短后續(xù)厭氧發(fā)酵處理水力停留時間。
(2)厭氧生物發(fā)酵處理技術(shù)。
污水經(jīng)過固液分離前處理后進入?yún)捬跎锇l(fā)酵系統(tǒng)。本研究采用福建省農(nóng)科院研制的ZWD型隧道式厭氧發(fā)酵池，是中國最先設(shè)計應用的水壓式沼氣池型，內(nèi)設(shè)破殼網(wǎng)及布水器，保證池內(nèi)布水均勻，提高厭氧發(fā)酵效果。該沼氣池具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、產(chǎn)氣率高等優(yōu)點，克服了舊式的水壓式沼氣進出料難，占用有效建造容積等缺點。該單項技術(shù)是本工藝的核心，一方面可去除污水中大部分有機物，另一方面厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可作為生產(chǎn)生活用電，產(chǎn)生的沼液可作為液體肥料灌溉農(nóng)田，在去除污染物的同時產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。
(3)生物氧化塘處理技術(shù)。厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液富含N、P、K和有機質(zhì)，若直接排放，將會造成下游河道水質(zhì)富營養(yǎng)化，可造成水體等環(huán)境污染。因此，對耕作區(qū)利用不完的沼液采用水生物氧化塘處理技術(shù)進行深度脫氮除磷，可起到進一步的凈化作用。共建設(shè)生物氧化塘3畝，蓄水能力為0.45萬m3，水深約為1m。為了保證耕作區(qū)需要施肥時有足夠的沼液可以利用和雨季沼液無法利用時不會外排，調(diào)節(jié)沼液貯量在0.24~0.45萬m3。
1.3 各階段污水測試項目及分析方法
pH值用便攜式pH計(雷茲pHs-3E)測量;SS的測定采用GB11901—1989重量法，CODcr的測定采用GB11914—1989重鉻酸鉀法;BOD5的測定采用HJ505—2009稀釋與接種法;NH3-N的測定采用HJ535—2009納氏試劑分光光度法。
2、結(jié)果與分析
2.1 處理效果
分別對固液分離后沉淀出水、厭氧消化池、氧化塘最終出水水質(zhì)進行取樣分析，每個采樣點每日上午9點取樣，取樣3次，最終以平均值作圖討論。具體測定結(jié)果見圖2。
養(yǎng)豬場污水含有大量的有機污染物和懸浮物，先通過固液分離處理可確保后續(xù)厭氧處理工藝穩(wěn)定、有效地運行，同時可節(jié)約污水處理費用。本項目應用本課題組研制的固液分離機FZ12對福建永安某養(yǎng)豬場廢水進行固液分離前處理，再經(jīng)初沉池處理后，pH值為6.50，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP濃度分別為4436.2、5666.2、3434.9、322.4、38.4mg/L，對SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除效果分別達到75.7%、65.7%、51.7%、17.9%和12%，污水中的污染物得到了快速的去除。然后，應用厭氧微生物發(fā)酵技術(shù)(本項目采用的反應器為UASB反應器)對沉淀池出水進行進一步的處理。厭氧消化池出水pH值為6.68，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP濃度分別為381.5、730.9、218.8、311、35mg/L。SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP這4種污染物都得到了一定程度的去除(去除率分別為97.9%、95.5%、96.9%、20.87%和19.9%)，氨氮和總磷的去除率不高，可能是因為厭氧消化對氨氮去除效果不佳，主要是依靠部分硝化及反硝化作用;總磷的去除需要通過好氧處理去除，在缺氧條件下對總磷的去除難度較大。另外，通過計算BOD5和CODcr的比值還可以看出，經(jīng)過厭氧發(fā)酵處理后的養(yǎng)豬場污水BOD5與CODcr的比值較小(30%)，說明該工藝的生物發(fā)酵已經(jīng)比較徹底，厭氧發(fā)酵難以繼續(xù)進行，但各項污染物濃度仍然達不到GB18596—2001排放標準，因此需進行后續(xù)的氧化塘生化處理。生物氧化塘具有基建投資和運轉(zhuǎn)費用低、耐沖擊負荷能力強、能有效去除污水中的氮磷以及可美化環(huán)境等優(yōu)點。養(yǎng)豬場污水經(jīng)過厭氧處理后氨氮含量高，將生物氧化塘作為生豬養(yǎng)殖廢水的后續(xù)處理工藝，可對污水起到進一步的脫氮效果。監(jiān)測結(jié)果表明，經(jīng)過后續(xù)的氧化塘處理，出水pH值為7.48，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP濃度分別為48.0、138.0、37.3、41.6、2.02mg/L，對SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率可分別達到99.7%、99.1%、99.5%、89.4%和95.4%，完全可達到GB18596—2001的排放標準(表2)。
2.2 去除單位COD的投資與運行費用分析
2.2.1 前處理階段投資與運行費用分析
(1)設(shè)備、設(shè)施投資費用。
本項目的前處理采用固液分離機和初沉池，該階段的設(shè)備、設(shè)施總投資為7.3萬元，其中固液分離機4.8萬元，初沉池2.5萬元。日污水處理量為100m3。根據(jù)表2的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過固液分離處理后沉淀，每天可去除COD總量為1061.6kg，則前處理階段每去除1kgCOD的設(shè)備、設(shè)施投資費用為68.8元/天。
(2)運行費用。
該階段每天耗電30度，按1元/度計，則所需電費為30元;另外，運行過程還需1個人看管，工人工資以50元/天計，則總運行費為80元/天，去除1kgCOD需0.075元/天運行費。
2.2.2 厭氧發(fā)酵階段投資與運行費用分析
(1)設(shè)備投資費用。
厭氧發(fā)酵系統(tǒng)總投資為44.0萬元，日處理污水量為100m3。根據(jù)表2的檢測數(shù)據(jù)顯示，厭氧生化階段的COD去除量為493.5kg，則其厭氧發(fā)酵階段的COD容積負荷為0.45kg/(m3•d)，則該階段去除1kgCOD設(shè)備投資為891.6元/天。
(2)運行費用。
厭氧發(fā)酵階段除了清池，平時沒有運行費，因此其運行費可忽略不計。
2.2.3 生物氧化塘基建投資與運行費用分析
(1)基建投資費用。
該項目設(shè)立三級跌水式生物氧化塘(共0.20hm2)，按30元/m2計算，則該階段需要9.0萬元基建投資費用。利用生物氧化塘每天可去除COD總量為59.3kg，則該階段去除1kgCOD基建投資為1517.8元/天。
(2)運行費用。
生物氧化塘在處理污水的過程中平時無運行費用。該豬場利用氧化塘出水灌溉周圍農(nóng)田(46.9hm2)，需要1個人看管，所需人工費為50元/天，沼液灌溉平均每天耗電20度，需要電費20元/天，則利用氧化塘出水灌溉農(nóng)田需要總運行費用70元/天。
從固液分離機、厭氧發(fā)酵以及生物氧化塘去除單位COD的投資分析結(jié)果可以看出：
①應用固液分離機對規(guī)模化養(yǎng)豬場污水進行前處理，可以快速、有效地降低污水中的COD濃度，還可顯著減少投資費用;
②利用該組合工藝處理養(yǎng)豬場污水具有投資省、運行費用低等優(yōu)點。
2.3 污水治理經(jīng)濟效益分析
2.3.1 固液分離階段經(jīng)濟效益分析
對固液分離機的去渣量進行統(tǒng)計，結(jié)果顯示其每個生產(chǎn)周期糞渣平均產(chǎn)量為2275kg/天(含水率55%~66%)，將產(chǎn)生的糞渣賣給有機肥料廠，價格為100元/t，該豬場回收糞渣的產(chǎn)值為227.5元/天，扣除運行費用80元/天，則在固液分離機處理階段其凈回收為147.5元/天，投資回收期為495天。
2.3.2 厭氧發(fā)酵階段經(jīng)濟效益分析
對厭氧發(fā)酵池的日沼氣進行統(tǒng)計，結(jié)果顯示其平均產(chǎn)氣量為699.8m3/天，則該階段每去除1kgCOD可產(chǎn)生約0.45m3沼氣，產(chǎn)氣率為0.64m3/(m3•d)。這些沼氣可用于發(fā)電，提供豬場的生產(chǎn)生活用電，如果能全部得到有效利用，可發(fā)電1050度/天，節(jié)約電費1050元/天，其投資回收期為419天。
2.3.3 生物氧化塘階段經(jīng)濟效益分析
利用氧化塘出水灌溉農(nóng)田46.67hm2，每公頃年節(jié)約肥料成本6000元，則該階段可產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為28萬元/年，扣除灌溉農(nóng)田運行費用70元/天，凈回收為697元/天，其投資回收期為129天。
通過分析3個處理階段產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，結(jié)果表明利用該組合工藝處理養(yǎng)豬場廢水，具有較好的經(jīng)濟效益，且投資回收期較短。
3、結(jié)論
應用固液分離-厭氧消化-生物氧化塘組合工藝處理養(yǎng)豬場污水，對SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除效果顯著，最終出水可達到GB18596—2001排放標準。其中，利用固液分離機對污水進行前處理，是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，可大大縮短污水的處理周期并節(jié)約處理費用。該組合工藝能充分利用豬場環(huán)境條件對糞污處理各階段產(chǎn)生的錯位資源進行有效利用，在消納污染物的同時還可節(jié)約生產(chǎn)成本產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益：固液分離的豬糞渣可銷售給有機肥廠，經(jīng)過495天可回收投資資金；厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可滿足豬場日常的生產(chǎn)生活用電，經(jīng)過419天可回收投資資金；生物氧化塘出水可作為液體肥料灌溉豬場周邊的農(nóng)田，經(jīng)過129天可回收投資資金。該組合工藝對處理養(yǎng)豬場污水經(jīng)濟、有效，具有較好適應性和針對性，對其他養(yǎng)豬場的污水處理工程具有一定的參考價值。(來源：福建省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所)
