鄭育毅 董國濱

USR處理集約化畜禽養(yǎng)殖場污水的研究與應(yīng)用

鄭育毅1董國濱2

1.福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所；2.福建省環(huán)境保護設(shè)計院

通過對畜禽污水特點和USR工藝特點的分析，突出了USR工藝在處理畜禽養(yǎng)殖污水的實用性，并結(jié)合實施的工程案例，介紹了工藝設(shè)計參數(shù)與運行效果。

USR 集約化 畜禽污水

1 前言

近年來，畜禽集約化養(yǎng)殖場迅速發(fā)展，產(chǎn)生了高度集中的高濃度污水，特別是氨氮和磷會造成水體富營養(yǎng)化，給環(huán)境造成極大污染。隨著公眾環(huán)保意識增強，各級政府部門環(huán)境保護力度加大，集約化養(yǎng)殖污水綜合治理已作為為民辦實事的工作重點。

為保護水源及生態(tài)環(huán)境，促進集約化養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，USR、UASB、EGSB、IC、ABR、AF、UBF等多種沼氣環(huán)保治理措施被應(yīng)用。其中，結(jié)構(gòu)簡單的USR（升流式厭氧固體反應(yīng)器Upflow Anaerobic Solid Reactor）具有處理高懸浮物畜禽污水的優(yōu)越性而被廣泛應(yīng)用并獲得好評。

2 畜禽污水的特征

集約化養(yǎng)殖場一般采用干清糞+水沖洗的方式清潔圈舍。沖洗污水有以下特征：①沖洗時間集中，瞬時流量大；②含大量糞便和尿液，有機污染物、氮、磷濃度高；③畜禽糞便與飼料殘余造成懸浮物濃度高；④富含細(xì)菌群和蛔蟲卵。根據(jù)《國家畜牧養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和集約化養(yǎng)殖場的檢測數(shù)據(jù)資料，排放污水的水質(zhì)主要指標(biāo)見表1。

表1 集約化養(yǎng)殖場排放污水的水質(zhì)指標(biāo)

3 USR處理工藝

USR是Fannion等在UASB基礎(chǔ)上于1982年開發(fā)的，起初應(yīng)用在城市污水廠初沉污泥和剩余污泥的消化處理，后來也被應(yīng)用在含高濃度有機固體廢液的厭氧消化處理。它可以認(rèn)為是UASB的一種變形，適合處理固體含量很高的（含固率可達5%）有機廢水。

從表1可得，養(yǎng)殖污水中懸浮物濃度很高，這對不同類型厭氧反應(yīng)器的影響不同。諸如UASB等應(yīng)用懸浮污泥層的工藝，懸浮物將不斷地頂托懸浮污泥層，造成顆粒化厭氧污泥的流失，降低了UASB等工藝的處理效率；對AF等采用填料的工藝，懸浮物及浮渣易使反應(yīng)器堵塞；而ABR等塞流式工藝，過高的懸浮物使大部分污染物集中在反應(yīng)器第1級而出現(xiàn)厭氧酸化加劇，造成pH值過低而形成酸敗，并遞延到下一級，直至系統(tǒng)失效。因此在采用這些厭氧工藝時，需進行有效的固液分離和初沉等預(yù)處理，確保進入反應(yīng)器的懸浮物濃度盡可能低。同時，養(yǎng)殖場一般未配備專業(yè)環(huán)保工程師，這些工藝構(gòu)造、運行管理較復(fù)雜的設(shè)施就不適合養(yǎng)殖場技術(shù)落后的狀況。

USR的構(gòu)造如圖1，它不設(shè)三相分離器，一般不安裝填料和設(shè)置攪拌系統(tǒng)?？紤]到養(yǎng)殖場人員的技術(shù)素質(zhì)，在福建省一般采用最容易控制與管理的常溫發(fā)酵，并以埋地覆土方式保證冬季時反應(yīng)器內(nèi)水溫不低于20℃。反應(yīng)器通常采用雙截頭圓錐形筒罐，有效水深不小于4m，并強化布水和排渣系統(tǒng)。雖然USR容積負(fù)荷可達5kgCOD/m3.d，考慮到養(yǎng)殖場采取干清糞，污水有機物平均濃度6～8g/L，設(shè)計時結(jié)合后續(xù)好氧工藝，采用有機物容積負(fù)荷設(shè)計值為0.5～1.5kgCOD/ m3.d。而HRT設(shè)計取值針對牛與豬排泄物中有機物特點，建議養(yǎng)豬污水HRT取7～15d，養(yǎng)牛污水可延長到20d。強化布水系統(tǒng)可使進水均勻、充分混合，以達到更好發(fā)酵效果；動力排渣解決了傳統(tǒng)沼氣池因未設(shè)置排渣系統(tǒng)而帶來沼渣沉積的問題。

圖1 USR構(gòu)造圖

4 USR工藝應(yīng)用實例

自1998年起，首次將USR應(yīng)用在福建某果牧農(nóng)場的養(yǎng)豬污水處理后，至今已有10多個工程實例，以下簡單介紹其中的3個。

4.１福建永泰某果牧農(nóng)場

該果牧農(nóng)場養(yǎng)豬場為300頭母豬、近2000頭的仔豬，日污水量約20m3。

設(shè)計HRT為15d，采用兩座內(nèi)徑Φ7m的雙截頭圓錐形USR發(fā)酵罐，總高7.6m,有效容積共300m3。進水為泵入穿孔管布水，排渣采用吸渣泵，3～5d排渣10min。

多年運行統(tǒng)計，COD容積負(fù)荷0.4～0.6kg/m3.d，去除率達88%左右，產(chǎn)氣量約60m3/d，作為腐竹生產(chǎn)和日常生活能源。到2004年該場關(guān)閉前，全場污水經(jīng)USR和后續(xù)4級（約8畝）氧化塘處理后出水COD基本穩(wěn)定在300mg/L以下。

4.2 福建南平某畜牧養(yǎng)殖有限公司

該公司是一家存欄3600多頭中型養(yǎng)豬場，日污水量80m3。

設(shè)計HRT為10d，采用兩座內(nèi)徑Φ13m的雙截頭圓錐形USR發(fā)酵罐，總高10.8m,有效容積共800m3。進水為泵入穿孔管布水，排渣采用高差重力排渣，頻次為5min/d。

該工程采用“USR－多級氧化塘”組合工藝，系統(tǒng)建成后經(jīng)3個月調(diào)試及兩個月穩(wěn)定運行后，由當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測站連續(xù)三天取樣監(jiān)測，其結(jié)果表明處理后出水水質(zhì)達到GB18596- 2001《國家畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級排放標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.3 福建某集團公司某牧場

牧場存欄奶牛1700頭，屬于I級規(guī)模養(yǎng)殖場。采用干清糞+水沖洗的方式進行牛舍衛(wèi)生清潔，糞便約30m3/d，污水量200m3/d。

工程采用“固液分離→厭氧消化→田間噴灌”的處理流程，其中固液分離主要撇除圈舍鋪底的稻草和木屑，田間噴灌是利用200畝的青飼料田消納沼液，厭氧消化則采用USR反應(yīng)罐。

設(shè)計HRT為20d，采用四座內(nèi)徑Φ16m的雙截頭圓錐形USR發(fā)酵罐，總高12.8m,有效容積共1600m3。進水為泵入環(huán)形穿孔管布水，排渣采用高差重力排渣，頻次為8min/d。容積負(fù)荷設(shè)計值為1.0kgCOD/m3.d，COD去除率80%，產(chǎn)氣率為0.4m3/kgCODCr產(chǎn)氣量約512m3/d，沼氣作為職工日常生活能源和牛舍的暖水泡料等。該工程自實施以來運行效果一直很穩(wěn)定。

5 結(jié)論

5.1 USR非常適合處理畜禽養(yǎng)殖這類高SS的高濃度有機污水，可獲得較好效果。

5.2 有效水深≥4m，上下錐體傾角20～25°。

5.3 容積負(fù)荷0.5～1.5kgCOD/m3.d；HRT建議：養(yǎng)豬污水7～15d，養(yǎng)牛污水可延長為20d。

6 體會

6.1 通過合理設(shè)計配備USR進水布水系統(tǒng)和排渣系統(tǒng)，可以確保USR效果的穩(wěn)定，并克服沼渣的淤積。

6.2 受養(yǎng)殖場專業(yè)技術(shù)人員不足的限制，目前采用的USR構(gòu)造較簡單，故效率相對不高。若有條件可在三個方面優(yōu)化：增設(shè)沼氣攪拌；提高有效水深，并在中上部懸掛厭氧填料；增設(shè)加溫系統(tǒng)，改常溫發(fā)酵為中溫甚至高溫發(fā)酵。

[1] 王凱軍，金冬霞等.畜禽養(yǎng)殖污污染防治技術(shù)與政策[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 胡紀(jì)萃，周孟津等.污水厭氧生物處理理論與技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 鄭育毅，USR+一體化氧化溝處理養(yǎng)豬場畜禽污水[J]. 中國給水排水，2006,（2）：68-70.