设计案例 | 多工艺组合对奶牛养殖废水的处理实例

近年来，随着农业产业结构的推进，规模化、集约化畜禽养殖业迅速发展，由此所带来环境污染问题也日益严重。污染源普查动态更新调查数据表明，2010年，全国畜禽养殖业的化学需氧量和氨氮排放量分别达到1184万t和65万t，占全国排放总量的45%和25%，占农业源的95%和79%。同时，据国家环保总局在对全国23个省市调查发现，90%的规模化畜禽养殖场未进行环境评价，60%的养殖场缺乏必要的污染防治措施。畜禽养殖污染已经成为继生活污水和工业废水后更大的污染源。

养殖废水主要包括尿液、残余粪便、圈舍冲洗水及饲料残渣等，其处理模式可分为: 还田、自然处理以及工业化三种处理模式。其中工业化处理模式是目前最受关注的一种处理技术。现阶段国内外工业化治理畜禽养殖废水的工艺大致相同，各工艺组合方式较多，但市场上投入生产运行的治理设施鲜少有总氮、氨氮排放达标的。本文以广东省某奶牛养殖场为研究对象，介绍一种出水能稳定达标排放的“UASB—两级AO—化学除磷—稳定塘—人工湿地”氧化塘组合工艺，有效减少养殖废水对周边生态环境的污染。

1 工程概述

广东省某奶牛养殖场存栏奶牛规模为3000头，严格实行清洁生产，采用干清粪工艺，即清污分离，将粪便与牛尿、冲洗水分开处理。粪便直接外运作为农用肥料，牛尿、冲洗水及挤奶洗乳废水和少量生活污水等统一收集后进入废水处理系统，系统进水水质如表1所示。

该养殖场污水处理站设计处理规模为400 m³/d，每天运行24 h，约17 m³/h。出水水质参照广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准和《畜禽养殖业污染物排放标准》（DB 44/613—2009）两者中较严格的标准来执行。具体设计进、出水水质值如表1所示。

2 处理工艺选择

2.1 水质分析

养殖废水污染物浓度高，含有大量的病原微生物并有恶臭，属于难处理废水，分析该养殖场废水组成，其具有以下特征：

• 水量水质变化较大，冲击负荷大；

• 废水固液混杂，悬浮物多，有机物浓度高，可生化性强；

• 废水氨氮浓度高，碳氮比易失调，气味重，属难处理废水；

• 废水中粪大肠菌群数高，出水段需进行消毒处理；

• 废水处理过程中产生的污泥、废气可综合利用。

2.2 处理工艺选择

国内外对于畜禽养殖业废水所用的处理工艺大致相同，即固液分离+厌氧技术+好氧技术，其中固液分离技术一般包括：离心、过滤、气浮、絮凝、沉淀等工艺；常用的厌氧工艺主要有：上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧折流板反应器（ABR）、升流式污泥床反应器（USR）、厌氧生物滤池以及两段厌氧消化法等；而好氧处理工艺主要有：氧化沟、序批式活性污泥法（SBR）、生物转盘、生物接触氧化法、厌氧/好氧（AO）以及两级AO等。

根据本工程的特点，兼顾耐冲击负荷强、处理效果好、运行稳定等要求，最终定为“沉降固液分离+UASB+两级AO+化学除磷+稳定塘+人工湿地”+氧化塘联合治理工艺。

UASB反应器耐冲击性能强；无需混合搅拌设备，靠水流和发酵过程中产生沼气的上升运动，不仅使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，而且利于有机物的降解；采用改良后的气、固、液三相分离器，能强化颗粒污泥的回流。UASB进水中SS需要适当控制，以防止对处理效果的影响。由于养殖废水SS浓度较高，故在进入厌氧系统之前需采取一定的预处理措施，本工程采用机械粗格栅和专用的牛粪废水固液分离机去除悬浮固体和粪渣，本工程采用粗格栅和斜筛拦截废水中粗大的漂浮、悬浮固体和粪渣，而后采用沉淀法将重于水的悬浮物从水中分离出来，滤出的粪渣干化后可作为肥料回收利用。

两级AO，即Bardenpho工艺（前置AO和后置AO），是一种硝化/反硝化工艺。前置缺氧池利用回流混合液中的硝酸盐氮和原污水中的有机质进行反硝化，出水进入前置好氧池后，有机质被氧化、含氮有机物氨化、氨氮发生硝化作用，同时前置反硝化产生N2在此好氧池经曝气吹脱释放。前置好氧池出水进入后置缺氧池进行内源反硝化脱氮，产生的N2在后置好氧池经曝气吹脱，同时内源代谢产生的氨氮在后置好氧池得到硝化。如此经过多次的碳氧化-硝化-反硝化过程，废水中的有机物和氨氮大部分被转化为无机物从水中去除，小部分则转化为细胞物质，通过定期排泥排出系统。由于废水中碳氮比较低，在运行过程中定期添加乙醇以补充碳源，保证工艺的脱氮该工艺脱氮率能高达90% ~ 95%。

经生化处理后的废水中磷和氨氮含量仍然较高，为了达到稳定出水标准，采用化学除磷强氧化和强氧化化学除磷来满足要求，化学除磷药剂采用石灰和絮凝剂PAM，出水通过强氧化剂漂白水将污废水中的NH4+氧化成N2，同时可能杀灭污水中的绝大多数病原微生物，防止有害微生物的污染。由于除磷后出水呈弱碱性，化学除磷药剂采用石灰和絮凝剂PAM，出水需加酸调节pH。由于该出水仍不满足环保局规定的排放标准，还需进一步处理，根据业主单位提供现有场地，将现有的水塘改造成稳定塘和人工湿地，稳定塘和人工湿地均属于污水的土地处理系统，一般由菌藻、各种微生物、水生动植物、鱼类等部分组成，各部分共同作用，构成一个复杂的自然生物处理系统。污水在该生态系统内通过过滤、吸附、沉淀、植物吸收、微生物降解等途径进一步的物化和生物处理净化，有效实现了污水站的节能减排。出水可达标排放或回用来冲洗牛舍等。具体工艺流程见图1。

本工艺固液分离机和初沉池粪渣输送至污泥干化场地进行干化，作为肥料回收利用。后续沉淀池产生的剩余污泥通过浓缩加药调理后，进入污泥脱水机脱水处理，脱水后的泥饼外运处置。具体工艺流程如图1所示。

3 主要构筑物与设计参数

奶牛养殖废水处理工艺流程如图1所示。

• 格栅槽：1座，钢砼结构，钢筋混凝土结构，尺寸为5.0 m×3.0 m×1.0 m，内置2台格栅，栅间隙为5 mm；设有2台不锈钢斜筛。

• 初沉池：1座，钢砼结构，尺寸为5.0 m×6.0 m×4.0 m，表面负荷0.86 m3/(m2·h)；设有1台潜污泵，单台功率0.75 kW。

• 调节池：1座，钢砼结构，尺寸为8.5 m×6.0 m×4.0 m，有效容积180 m3，停留时间为10.8 h；设有1套水下推流器；2台潜污泵（1用1备），功率2.9 kW。

• 改良型UASB：2座，钢砼结构，单池尺寸为10.0 m×10.0 m×6.0 m，有效容积540 m3，设有32套三相分离器；设计容积负荷：5.0 kg COD/(m3·d)，SRT=2.7 d。

• 两级AO池：2座，钢砼结构，尺寸为15 m×10 m×4.0 m，有效容积525 m3；设有4套水下推流器，单台功率0.85 kW；900套微孔曝气器；3台AS16-2CB混合液回流泵，功率1.6 kW；设有2台BR200罗茨鼓风机，单台功率：22 kW，风压：10 kPa，分量：22.66 m3/min。

• 二沉池：1座，钢砼结构，尺寸4.5 m×4.0 m×4.0 m，表面负荷约为1.0 m3/(m2·h)，采用竖流式；设有1台污泥回流泵，功率1.1 kW。

• 除磷反应池：1座，包括反应池和终沉池，其中反应池尺寸2.5 m×4.0 m×4.0 m，设有1套除磷加药装置，1套PAM加药装置和混合搅拌装置；终沉池尺寸6.0 m×4.0 m×4.0 m，设有2台污泥泵，功率0.75 kW。

• 强氧化池：1座，尺寸2.76 m×2.5 m×4.0 m，配消毒装置1台。

• pH回调池：1座，尺寸2.0 m×4.0 m×4.0 m，设有1套混合及加药装置，1套在线pH仪。

• 污泥处理单元：浓缩池，2座，尺寸4.0 m×3.0 m×3.0 m，有效停留时间t≥12 h；污泥脱水机，1台。

• 自然生物处理系统：稳定塘，1座，面积6000 m2；潜流式人工湿地，1座，面积3000 m2。

4 处理效果

本组合工艺24 h运行。出水能满足广东省《水污染排放限值》（DB 44/26—2001）指标要求，并通过相关部门的验收。各单元的平均处理结果如表2所示。

5 运行成本估算

该养殖废水处理工程运行成本估算如表3所示。由表可知，直接运行成本为每吨废水5.32元，在全国典型养殖废水处理设施中处于中等偏下偏低水平。

6 结语

采用“沉降固液分离+UASB+两级A/O+化学除磷+氧化塘稳定塘+人工湿地”联合工艺处理奶牛场养殖废水，具有良好的处理效果，且系统运行稳定，耐冲击负荷能力强，运行成本约为每吨水5.32元，在经济上可行。按正常运行达标排放，每年可减少COD排放量约3640 t，氨氮排放量约100 t，能有效减少了对生态环境和周边水体的污染；解决了厌氧+好氧组合工艺处理过程中，氨氮达不到排放标准的问题，具有较高的经济、环境效益，值得推广。