姜刚村,赵正丹

(1.山东万晟工程设计有限公司,山东 济南 250102;2.山东凯泰科技股份有限公司,山东 青岛 266034)

畜禽养殖业是农业的重要组成部分,其发展水平是一个国家农业发达程度的重要标志。随着经济的发展和人民生活水平的提高,畜产品特别是作为我国主要肉类食品的猪肉需求进一步扩大,根据2020年《中国统计年鉴》数据表明,截至2019年底,中国牛的数量为9.138×107头,羊的数量为3.007×108只,肉猪年出栏5.442×108头,年底存栏3.103×108头[1]。

畜禽养殖业不断发展的同时,也导致畜禽粪便排放增加,畜禽粪污排放是造成农业面源污染的首要原因,同时也是造成水体富营养化的主要原因[2]。目前畜禽养殖的主要形式是规模标准化养殖,这种养殖模式便于建立集约式的污水处理系统,不仅可以提高处理效率,而且可以降低成本,减少占地,统筹处理后的污水回用于农业生产[3]。

1 工程概况

本项目位于山东省东营市,生产规模存栏750头祖代母猪、6 000头父母代母猪、48 000头育肥猪,年出栏18万头商品猪。采用重力干清粪:猪舍地面采用水泥粪漏地板,漏缝板将猪舍分为两部分,漏缝板以上为猪生活区域,漏缝板以下设置粪污储存池。猪生活在漏粪板上面,下面为悬空部分,猪产生的粪尿通过漏粪板直接漏粪进入到地下部分。采用重力流的方式通过虹吸管道将猪粪水输送至污水处理系统。

项目产生的废水全部进入厂区污水处理系统,主要处理工艺:固液分离机+气浮装置+UASB反应器+两级A/O反应池,出水达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005),最后进入氧化塘暂存,用于农田灌溉及厂区绿化。综上,本项目实现粪污废水零排放、保护生态环境。

2 设计规模及水质

本项目属于新建项目,根据环评资料及业主的其他类似项目,并参考《畜禽养殖场(户)粪污处理设施建设技术指南》附件一:单位畜禽粪污日产生量参考值,确定废水处理规模为510 m3/d,处理后的水质达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)中旱作(作物种类)排放标准,具体的设计进水和出水水质指标见表1。

表1 设计进、出水水质

3 工艺流程设计

3.1 废水特征分析

生猪养殖废水中含有高浓度的有机物、氮及悬浮物和大量的致病菌、残余兽药等污染物质,组成十分复杂[4];废水可生化性较好,均采用厌氧-好氧工艺处理[5-6],可较低成本的实现高有机物质的去除;集约化养殖场一般冲洗时间较为固定,造成废水排放较为集中,污水的冲击负荷较大。

3.2 工艺确定

畜禽养殖废水通常采用组合处理工艺,采用物化预处理、厌氧处理、好氧生物处理及深度处理技术等[7-9],处理出水达标的同时,通过厌氧产沼气而回收能源,污泥堆肥资源化等[10-12]。考虑本项目实际情况, 结合同类废水的工程经验,确定其污水处理以生化为主,主要工艺为:固液分离+气浮系统+UASB+二级A/O,具体工艺流程见图1。此工艺不仅可以将处理后的废水用于农田灌溉,而且可以回收部分固体粪污作为肥料,同时厌氧产生沼气,又可以回收部分能源。

图1 工艺流程图

猪场废水首先经过预处理后进入后续的生化主体处理单元进行处理。预处理系统主要包括机械格栅、固液分离、混凝沉淀池1、气浮池、调节池。机械格栅和固液分离系统主要通过物理筛分和密度差去除较大的悬浮物,絮凝沉淀和气浮主要通过投加药剂,使小的悬浮物絮凝为絮状悬浮物,通过重力和气体的浮力去除悬浮物,调节池用以调节水量。经过预处理的废水可以保证生化系统进水水质和水量的稳定,保证生化系统的正常运行。

废水在调节池末端泵送入UASB系统,UASB内设置进水布水系统、反应区、三相分离器和气室,外设保温层以保证厌氧所需的温度。厌氧微生物通过新陈代谢去除70%～80%的有机物,同时产生沼气[13],沼气经过收集、脱水、净化后进入气柜暂存,通过锅炉焚烧,蒸汽可供冬季UASB加热或者猪场供热使用,多余的沼气通过火炬放空燃烧。

UASB出水进入两级AO池、二沉池系统、絮凝沉淀2及消毒池。AO组合生化池中,有机物被大量降解,同时废水中的氨氮在微生物硝化作用下转化为硝态氮,并进一步转化为氮气得以去除。后续泥水分离系统通过二沉池和絮凝沉淀池2,进一步去除悬浮物、总磷等,保证出水达标。最终出水经消毒、暂存后,用于农田灌溉。

污水处理系统产生的剩余污泥经叠螺机脱水,泥饼含水率达到80%后与猪场其他固废一同处理。

4 主要单体设计

1)格栅渠、集水池及固液分离。集水池与格栅渠合建,设计尺寸:11.0 m×6.9 m×5.5 m,有效水深1.7 m,格栅规格:B=600 mm,栅距5 mm,安装角度72°。集水池停留时间6.0 h,安装搅拌机2台,功率8 W/m3,提升泵2台(1用1备),离心式固液分离机2台。

为了确保基层农村河道清淤施工的质量，在确定清淤施工所用施工技术的基础上，需要做好必要的施工准备工作，为后续的施工奠定良好条件。具体准备工作要点如下，一是做好施工布置。要本着因地制宜、经济合理和可靠安全等原则，立足于基层农村河道清淤的实际情况，严格依据施工招标文件等来做好施工布置工作。二是组织设计单位、建设单位及监理单位等做好水准点和控制点等的施工测量与放样工作，确保相关淤泥清除表面标高等控制的准确性。三是要做好河道清淤施工中所用设备的良好运行和维护管理，确保设备运行状态良好，为后续的河道清淤奠定良好的施工基础。

2)絮凝沉淀池1、气浮池。设计尺寸:7.05 m×7.00 m×5.35 m, 沉淀区负荷0.43 m3/(m2·h)。泥斗60°,污泥泵2台,溶气气浮机1台,处理量50 m3/h。

3)调节池。设计尺寸:16.0 m×7.0 m×5.35 m,有效水深4.1 m,停留时间21.6 h,安装搅拌机2台,功率6 W/m3,提升泵2台(1用1备),离心式固液分离机2台。

4)UASB 厌氧系统。厌氧罐1台,Φ16.0 m×13.0 m,有效容积2 470 m3,停留时间4.8 d,负荷4.8 kg/(m3·d),配套UASB加热盘管、三相分离器、布水器、UASB循环泵2台及罐体保温。

5)A/O反应池。设计总尺寸为:40.8 m×20.0 m×6.0 m,有效水深5.25 m,总停留时间201.6 h,其中一级A池停留时间32.6 h,一级O池停留时间111.9 h,二级A池停留时间12.2 h,二级O池停留时间44.9 h。有机负荷为0.14 kg/(m3·d),设计混合液回流比为300%～400%, 污泥回流比为100%,气水比为90∶1。采用提升悬挂链曝气器,工作通气量20～40 m3/(h·套),服务面积5～10 m2/套,潜水搅拌机4台, 混合液回流泵2 台(1 用1 备),鼓风机2台。

6)二沉池。设计尺寸为:8.62 m×8.62 m×6.0 m,有效水深4.8 m,表面负荷为0.29 m3/(m2·h)。配套污泥泵2 台,中心传动刮泥机1台。

7)絮凝沉淀2。设计尺寸为:9.5 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.8 m,其中沉淀区7.1 m×7.5 m×6.0 m,表面负荷为0.40 m3/(m2·h)。配套污泥泵2台,加药系统2套,曝气混合。

8)消毒池及氧化塘。消毒池设计尺寸为:1.0 m×7.5 m×6.0 m,有效水深4.5 m,消毒接触时间1.59 h,配套次氯酸钠投加装置,投加量100 mg/L。氧化塘2座,单座容积23 046 m3。

10)沼气系统。包括沼气净化系统1套(脱水、脱硫),600 m3气柜1套,锅炉系统1套(沼气、天然气、油三用),火炬系统1套。

5 运行情况

猪场运行正常后,污水系统经过半年的调试,目前运行稳定:进水量450～500 m3/d,出水达到设计指标,具体见表2。

表2 运行结果(平均值)

6 经济分析

工程直接投资1 016万元,其中土建工程589万元,安装工程95万元,设备费用292万元,设计、调试及其他费用40万元,吨水投资1.99万元。直接运行成本2.89元/m3,其中电费1.39元/m3、人工费1.30元/m3、药剂费0.2元/m3。

7 结论

(1)根据养殖污水的特点,预处理是生化长期、稳定运行的保障,本项目采用“格栅+固液分离+混凝反应+气浮池+调节池”工艺作为预处理,可以有效地去除大量悬浮物和调节水质水量,保证了生化系统进水的稳定性,沼气产生的连续性,同时产生的固体粪污可以用于堆肥。

(2)“UASB+二级AO”工艺能够有效地处理养殖废水,出水稳定达到了水质达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)中旱作(作物种类)排放标准。

(3)本项目运行后,每年可削减CODCr约2 764.3 t,BOD5约1 107.6 t,SS约1 297.5 t,氨氮约137.8 t。