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猪场沼液处理工艺方案

猪场废水具有有机物、悬浮物浓度高,富含氮磷且冲击负荷大等特点,一般先采用厌氧进行处理,降解废水中大部分有机物,但其出水(沼液)中的有机物、氮磷浓度仍然很高,需进一步处理,且碳氮比较低,处理难度大〔1, 2, 3, 4, 5〕。有必要探索一套技术及经济均可行的新型猪场沼液处理工艺并进行工程示范,为猪场沼液治理奠定基础。 
1 工程概况

江西省某规模化养猪场的废水排放量为150 m3/d,之前已建有厌氧设施:升流式固体厌氧反应器(USR)及沼气池,为进一步保护周边环境,启动废水深度处理工程,使出水满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)。 

                  

1.1 废水的水质水量
该养猪场废水主要来源于冲栏水、猪粪尿等,具体水质水量及相应排放标准见表 1。
1.2 工艺流程
依据实验室中试结果,总结另一猪场废水治理示范经验〔6〕并结合该猪场实际情况,笔者确定采用以下工艺流程,见图 1。

图 1 猪场废水处理工艺流程 

Study area and Sampling sites of Liuduzhai Reservoir
注:固液分离、匀浆池、USR、沼气池为原有处理设施。


猪场沼液首先进入调节池,调节水质水量,经泵提升后,由穿孔管喷洒到接触氧化池未曝气区(反硝化区),进行水解酸化及反硝化,随后进入曝气区(硝化区)进一步去除有机物并进行硝化反应,再经溢流堰自流入SBBR池,经过缺氧—好氧—沉淀等过程,出水流入中间水池,经恒液位给水设备匀速自流入BAF池,进一步去除污水中的有机物、氮、磷和悬浮物,最后流入人工湿地进行深度处理并最终达标排放。USR及SBBR池产生的污泥定期排入污泥干化床进行干化处理,并与固液分离产生的粪渣共同出售。 


2 主要构筑物及设备


2.1 调节池
半地下式砖混结构,尺寸20 m×9.5 m×4.0 m,有效水深1.8 m,有效容积342 m3,水力停留时间54.72 h,用于收集厌氧出水,调节水质水量,同时进行水解酸化,降低好氧处理部分的负荷,内设2台(1用1备)污水提升泵,型号为50WQ15-12-1.1。 


2.2 生物接触氧化池
1座,地上式钢混结构,尺寸8.3 m×4.0 m×5.5 m,内设4道隔墙将池体区分为硝化区、反硝化区,其尺寸分别为4.5 m×4.0 m×5.5 m、2.8 m×4.0 m×5.5 m,停留时间分别为16.32、9.79 h,有效水深5.1 m,气水比为1∶25。池底安装72套D 215 mm膜式微孔曝气器,空气流量1.5~3 m3/h,服务面积0.3~0.7 m2,氧转移效率20.4%~33.7%,阻力损失18~280 mmH2O,池内添设组合生物填料,高度为3.5 m,填料体积120 m3。 


2.3 SBBR池
2座,地上式钢混结构,单池尺寸8.0 m×4.0 m×5.0 m,在传统池型上增设2道隔墙,分为硝化区、反硝化区,其尺寸分别为8.0 m×1.9 m×5.0 m、8.0 m×1.6 m×5.0 m,排水比为1∶4,滗水深度1.2 m,滗水器型号为PS-50。池底安装60套D 215 mm膜式微孔曝气器,其余参数同生物接触氧化池,有效水深4.5 m,池内添设组合生物填料,高度为3.0 m,填料体积96 m3。周期为12 h,具体为曝气4 h、缺氧2 h、曝气4 h、沉淀1 h、排水1 h。 


2.4 中间水池
1座,地上式钢混结构,用于贮存SBBR池出水,以保证后续处理工段连续运行,尺寸为8.3 m×2.0 m×4.0 m,有效水深3.3 m,水力停留时间为8.77 h。 


2.5 BAF池
2座,半地下式钢混结构,单池尺寸3.0 m×2.0 m×5.0 m,有效水深4.5 m,内设直径为3~5 mm陶粒,滤料高度为2.5 m,底下设240个单孔膜曝气器,空气流量0.24~0.43 m3/h,服务面积0.20~0.28 m2,氧转移效率22.6%,阻力损失<2 500 Pa,反冲洗采用气水联合冲洗,反冲洗废水排至调节池,反冲洗水水泵型号100WQ100-10-7.5。 


2.6 人工湿地
人工湿地分三级,第一级人工湿地属表面流人工湿地,尺寸14.0 m×8.0 m×1.0 m,种植植物为酸模、菖蒲;第二、三级人工湿地属潜流人工湿地,尺寸分别为11.7 m×8.0 m×1.0 m,16.0 m×8.0 m×1.0 m,种植菖蒲及黄花鸢尾、水芹菜和水生美人蕉。 


2.7 供气系统
两座SBBR池分别采用两台型号为HC60S的回转式风机供气,风量为1.71 m3/min,风压为49 kPa,转速为450 r/min,功率为2.2 kW。生物接触氧化池及两座BAF池则由两台型号为BK5003的罗茨风机供气,风量为3.4 m3/min,风压为60 kPa,转速为1 350 r/min,功率为7.5 kW。 


2.8 主要特色
(1)在传统生物接触氧化池内增设4道隔墙,隔墙底部悬空,将池体分成硝化区、反硝化区,废水由反硝化区上端喷淋管进入,利用污水中的碳源进行反硝化反应,随后经隔墙底部进入硝化区,由于曝气作用,废水会自流入反硝化区,为反硝化反应提供硝酸盐,如此形成了一个无动力的内循环,提高了脱氮除磷效果。


(2)在SBBR池内增设2道隔墙,形成内循环,同时在时间上将反应段分为缺氧-好氧交替,如此设计,时空上的改进提升了SBBR脱氮除磷功能。 


3 调试运行


3.1 污泥培养驯化
调试初期,以经过稀释的猪场废水为底物,并向生物接触氧化池、SBBR池内分别接种7.5、3 m3某城镇污水处理厂的脱水污泥(含水率约80%)。为了使微生物尽快培养驯化,向污水中投加一定量的营养物以补充碳源,污泥经过3 d闷曝后,每日定时排掉池内部分废水,同时补充新鲜废水,并逐步提升补充新鲜废水量,使污泥逐渐适应废水水质,需注意曝气阶段强度不宜过大以免冲刷掉已挂在填料上的生物膜,但必须具有一定的搅拌作用以保证活性污泥与填料的充分接触。一周后,观察到填料表面附着生长了一层黄褐色的生物膜,手感黏稠且质薄,但生物膜并没有连片生长,SV30在15%左右;继续提高负荷,经过近三个月的调试,生物膜连片生长,SV30在30%左右,镜检发现存在很多形状各异的菌胶团,系统对各污染物的去除率稳定在较高水平,认为系统调试结束。 


3.2 系统运行效果
由于猪场沼液的碳氮比低,可生化性差,不适合微生物生长,故定时向废水中添加一定量的营养物,以提高B/C。系统运行至今,各单元处理效果稳定,经生物接触氧化、SBBR、BAF、人工湿地处理后,出水水质可满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)中的相关要求,监测结果见表2。

3.3 运行效果分析
(1)向猪场沼液添加营养物后,B/C提升至 0.48,碳氮比提高到2,明显改善了猪场沼液的可生化性。


(2)调节池对废水没有明显的处理效果,仅由于水解酸化、沉淀作用去除了少部分有机物及悬浮物。


(3)改进后的SBBR池、生物接触氧化池对猪场沼液这种低碳氮比废水有良好的脱氮除磷效果。


(4)人工湿地适用于猪场沼液的深度处理,在进一步优化出水水质的同时,还具有较好的景观美学效果。 


4 技术经济分析
本工程总投资101.45万元,其中土建工程投资45.05万元,设备工程投资56.40万元。本工程装机容量30.6 kW,使用功率21.25 kW,每日耗电 280.92 kW·h,则每日电费157.31元,系统采用PLC自动控制,只需一名操作工即可,人工费每日60元,定期向废水中投加营养物质约40 kg,费用约99.2元,即运行成本为2.11元/(m3·d)。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。 


5 结论
(1)采用生物接触氧化—SBBR—人工湿地工艺处理猪场沼液具有良好的效果,出水水质稳定,满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)中的相关要求。


(2)改良型的生物接触氧化池与SBBR池及缺氧—好氧交替的运行模式适于处理碳氮比低的猪场沼液,脱氮除磷效果较好。


(3)猪场沼液碳氮比低,调试运行时可定期向废水中投加适量营养物,增加废水中的碳源,使废水碳氮磷比例适宜微生物生长,提高处理效果。






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