張心寶

（福瑞萊環(huán)保科技（深圳）股份有限公司，廣東 深圳 518000）

目前，我國生豬存欄量大，再加上管理不善，使得牲畜糞便處理成為一個難題。處理不當不僅會破壞原有的自然生態(tài)環(huán)境，還會影響牲畜和人的身體健康。養(yǎng)殖污廢通常會造成空氣、土壤和水體污染。高氮的養(yǎng)殖廢水未經(jīng)處理進入土壤，會導致燒苗現(xiàn)象。養(yǎng)殖戶通常會在飼料中添加藥劑。這些物質(zhì)會隨著糞便進入土壤，使土壤結(jié)構(gòu)和性狀發(fā)生改變，功能下降。另外，養(yǎng)豬廢水含大量好氧性物質(zhì)，是典型的高化學需氧量（COD）廢水。一旦廢水進入河流，就會使水體的含氧量降低，導致各類生物因缺氧而死亡。此外，飼料中殘余的鉛、鉻等重金屬隨廢水進入地下水，導致水體中重金屬含量增加。

1 養(yǎng)殖廢水的處理方式

1.1 自然處理法

1.1.1 自然堆肥

豬糞尿的傳統(tǒng)利用方式為自然堆肥還田。養(yǎng)殖糞污被收集到一個發(fā)酵池中直接堆積發(fā)酵，用作農(nóng)家肥，這種方法適用于小型或家庭養(yǎng)殖場。其優(yōu)點是操作簡單，成本低廉。但其缺點也很明顯，發(fā)酵時間長，產(chǎn)生惡臭。另外，農(nóng)家肥可能含有大量重金屬，造成土壤污染和農(nóng)作物重金屬含量超標。因此，農(nóng)戶更愿意使用化肥，使得糞便還田的比例降低。

1.1.2 人工濕地

人工濕地是由水生植物、填充基質(zhì)、微生物和水體組成的綜合生態(tài)系統(tǒng)，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)廢水凈化。水生植物根系與微生物能夠吸收、分解養(yǎng)殖廢水中的氮、磷等物質(zhì)，吸收、轉(zhuǎn)移重金屬和其他有害物質(zhì)。該方法運行成本低，工藝簡單，生態(tài)景觀價值高，但占地較大，處理效率低，處理效果難以控制。

1.2 工業(yè)處理法

養(yǎng)殖廢水的工業(yè)處理方法多為各種工藝的組合，能夠有效解決自然處理法存在的處理效率低、占地面積大、氣味難聞等問題。對于養(yǎng)豬廢水，先進行固液分離預處理，實現(xiàn)固體糞污和尿液廢水的分離，再采用厭氧、好氧、厭氧+好氧技術(shù)處理廢水。

1.2.1 沼氣發(fā)酵技術(shù)

沼氣發(fā)酵是以厭氧處理為核心，對污染物質(zhì)進行無害化理，可殺滅病原體，控制疾病傳播，還能降低有機質(zhì)的濃度。處理完成后，沼氣、沼渣和沼液可以進行資源化利用。但是，該技術(shù)在處理氨氮、磷等有機物方面存在局限性，設(shè)備普及率和使用率偏低。

1.2.2 好氧處理技術(shù)

好氧處理技術(shù)在去除氨氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)時有較好的表現(xiàn)。與空氣充分接觸后，廢水中的有機物被污泥中的好氧生物吸收、分解，水質(zhì)得到凈化，但設(shè)備成本和耗能較高。

1.2.3 高溫厭氧技術(shù)

厭氧發(fā)酵適用于養(yǎng)殖廢水的處理，其降解速度快，能耗低，污泥產(chǎn)生量低。但是，常溫厭氧的污水滯留時間長，發(fā)酵容積較大，無法適應逐漸擴大的養(yǎng)殖規(guī)模。高溫厭氧發(fā)酵有更高的產(chǎn)氣率和有機物降解速率。反應器內(nèi)的微生物對溫度變化十分敏感，細菌在55 ℃時的生長速率是30 ℃時的2 ～3 倍，且產(chǎn)氣量會隨著發(fā)酵溫度的升高而升高。甲烷產(chǎn)氣量與有機負荷呈正相關(guān)，隨有機負荷的增加而上升。此外，水力停留時間與發(fā)酵溫度有密切關(guān)系，在溫度較高時，污水的停留時間較短。

2 基于高溫厭氧技術(shù)的養(yǎng)豬廢棄物處理及綜合利用方法

高溫厭氧發(fā)酵在甲烷產(chǎn)氣量提升、原料資源化利用、病原體消除以及污泥處理等方面具有顯著優(yōu)勢。本文設(shè)計一種基于高溫厭氧技術(shù)的養(yǎng)豬廢棄物處理及綜合利用方法，主要包含高溫發(fā)酵、好氧芽孢桿菌生物反應器（OBBR）接種生化和資源化利用三個過程，整體工藝流程如圖1 所示。豬糞尿直接進入高溫厭氧罐發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱用于保持高溫厭氧罐的溫度。發(fā)酵后的產(chǎn)物進入沉淀池，經(jīng)排泥后進入OBBR 接種池，使微生物吸收并降解有機物、磷和氮。生化后的污水流經(jīng)膜生物反應器（MBR），泥水分離，出水可達標排放或添加營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)配成液肥。分離出的污泥與厭氧污泥一并進入污泥濃縮池，經(jīng)營養(yǎng)調(diào)配后制成有機肥。

圖1 工藝流程

2.1 高溫發(fā)酵過程

豬糞成分比較復雜，含蛋白質(zhì)、脂肪類、有機酸、纖維素、半纖維素以及無機鹽等，含水81.5%、有機質(zhì)15.0%、氮0.5%～0.6%、磷0.45%～0.50%、鉀0.35%～0.45%、其他2.05%；尿液成分相對簡單，含尿素、尿酸、馬尿酸及磷、鉀、鈉、鎂等元素，含水97%、尿素1.8%、尿酸0.05%、無機鹽1.1%、其他0.05%。由此可見，廢棄物中碳源主要來自糞便，糞便的C ∶N ∶P 比例較為均衡，易于進行生化反應，尿液的C ∶N ∶P 比例嚴重失衡，無法進行生化反應。因此，只有糞便與尿液混合才能保障生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

養(yǎng)豬廢棄物（糞、尿、污水）完全混合后進入高溫厭氧反應器，利用糞便中的有機物質(zhì)，平衡生化反應的碳氮比，提高混合物的可生化性?；旌衔锏墓腆w物含量高，污染物濃度高，產(chǎn)氣量大，該工藝可以大幅降低有機物含量，有效殺滅廢水中的致病菌和蟲卵。為防止反應器內(nèi)固體物結(jié)塊、沉淀，反應器外循環(huán)量需要增加至進水量的5 ～10 倍，在厭氧反應器中利用厭氧微生物使水中有機物轉(zhuǎn)化為CH，反應器COD負荷可保持較高水平，介于30 ～50 kg COD/（m·d），COD 去除率可超過90%。蔡連比較了中高溫豬糞發(fā)酵產(chǎn)氣情況，高溫發(fā)酵的產(chǎn)氣效率明顯高于中溫發(fā)酵，在高有機負荷率方面更有優(yōu)勢。經(jīng)過高溫厭氧發(fā)酵，沼液中的糞大腸桿菌群去除率大于99%。高溫厭氧發(fā)酵可以有效殺死病原體，出水達到安全排放和使用的標準。發(fā)酵產(chǎn)生的大量沼氣可用于生物發(fā)電，發(fā)電余熱可用于厭氧反應器升溫，約30%的熱量轉(zhuǎn)化為電能，70%的余熱用于厭氧罐加熱，能有效降低運營成本，減少溫室氣體排放，實現(xiàn)節(jié)能減排，經(jīng)濟效益十分 可觀。

將厭氧反應器溫度控制在50 ～55 ℃，經(jīng)過15 ～30 d 的充分反應，固體物含量可降低90%，容易從混合物中分離。混合物進入沉淀池進行固液分離，分離出的污泥富含氮、磷，經(jīng)壓濾機脫水后成為生產(chǎn)固體有機肥的原材料。

2.2 OBBR 接種生化

OBBR 生化工藝采用芽孢桿菌（）作為系統(tǒng)的優(yōu)勢菌屬，實現(xiàn)其對有機物、氮和磷的高效去除。所分離的液體進入接種池，為激活芽孢桿菌和保持菌活性提供繁殖場所。接種池內(nèi)填充由聚甲基乙撐碳酸酯（PPC）制成的好氧生物載體，它是由聚氨酯和其他高分子材料復合而成的凝膠狀多孔體，具有獨特的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積（大于 4 000 m/m），具有耐磨性強、親水性好、使用壽命長的特點。在好氧條件下，芽孢桿菌附著在生物載體內(nèi)并快速生長、繁殖，全部過程僅需要30 min， 為OBBR 生化池補充孢子。

本工藝利用的芽孢桿菌主要包括枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和納豆芽孢桿菌（一種或多種）。芽孢桿菌具有超強的繁殖能力，在低溫、高鹽度、高有機物濃度、高氨氮濃度等嚴酷的極限環(huán)境中具有較強適應能力，可分解蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、脂肪酸和核酸等物質(zhì)，吸收轉(zhuǎn)化增殖分解后的物質(zhì)，大幅提高處理效率，出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級B 標準。同傳統(tǒng)的硝化、反硝化脫氮原理不同，芽孢桿菌直接吸取胺（有機氮）、氨氮以及銨鹽，為微生物所利用，從而進行脫氮。氮元素部分以有機氮的形式進入污泥中，并通過剩余污泥的排放從系統(tǒng)中去除，部分轉(zhuǎn)化成氮氣排入空氣；磷酸鹽以磷壁酸的形式進入芽孢桿菌的細胞壁中，最后通過剩余污泥的排放從系統(tǒng)中脫磷。由于芽孢桿菌本身具有除臭能力，生化工藝段、污泥處理段不需要進行額外的除臭處理。同時，芽孢桿菌具有自我消毒能力，系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥中大腸桿菌屬等指標可以比較容易地達到污泥消毒要求，為水、固廢的最終處置創(chuàng)造了較好的條件。

在OBBR生化池內(nèi)，通過對溶解氧（0.5～1.0 mg/L）、 停留時間（16～20 h）、曝氣時間（開1停3）、pH（7.0～8.0）等條件的控制，保證芽孢桿菌處于優(yōu)勢地位，發(fā)揮其高效去除有機物、磷和氮的能力。

2.3 后續(xù)處理及資源化利用

養(yǎng)殖廢水經(jīng)過OBBR 生化后進入MBR 池，利用MBR 進行泥水分離。膜組件所分離出的污泥進入污泥濃縮池，與厭氧污泥一起進行脫水、干化，含有芽孢桿菌的剩余污泥脫水性能更好。出水可達標排放或調(diào)配液肥。出水中富含氮、磷、益生菌等，是一種高效有機液肥，在營養(yǎng)調(diào)配池利用空氣攪拌均勻，制成農(nóng)作物所需營養(yǎng)物質(zhì)，回用于農(nóng)業(yè)灌溉。

3 結(jié)論

養(yǎng)殖廢水的處理方法可以分為自然處理法和工業(yè)處理法兩大類，前者主要有自然堆肥和人工濕地，后者主要有沼氣發(fā)酵技術(shù)、好氧處理技術(shù)、組合處理技術(shù)和高溫厭氧技術(shù)。本文重點分析了基于高溫厭氧技術(shù)的養(yǎng)豬廢棄物處理及綜合利用方法。其間，要進行高溫發(fā)酵和OBBR 接種生化，推進后續(xù)處理及資源化利用。