摘 要：豬場污水是當今畜牧業造成環境污染的最突出問題，養豬廢水的COD、BOD、SS、氨氮等均較高，屬高濃度有機廢水，如不經治理直接排入環境，將造成水體富營養化，給生態環境造成極大破壞，嚴重影響下游居民生活或農業生產活動。本研究根據企業發展及環保要求，在谷硐豬場建設一套污水處理系統，使污水滿足灌溉要求。根據實際水量波動的需要和業主提供的數據，豬場污水處理系統日處理量為560 m3。
據統計，1頭豬的主要污染物產生量相當于7～10個成年人，故規模化養殖場產生的環境污染不可忽視。來自養豬業的主要污染源是污水、臭氣和糞便，它們對周圍環境的污染可源自養豬過程、廢棄物排放、堆放或貯存過程以及廢棄物處理、運輸和利用過程。豬場污水仍是當今畜牧業造成環境污染的最突出問題，養豬廢水中含有大量的豬糞渣、尿水等污染物，主要體現在化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、懸浮物（SS）、氨氮等污染指標高，屬高濃度有機廢水。這些廢水如不經治理直接排入環境，將造成水體富營養化，給生態環境造成極大破壞，嚴重影響下游居民生活或農業生產活動。本研究根據企業發展及環保要求，在麻江溫氏農牧有限公司谷硐擴繁場建設一套污水處理系統，使污水滿足灌溉要求。
麻江溫氏農牧有限公司谷硐擴繁場存欄純種大白母豬6 608頭，長白公豬98頭，長大二元雜仔豬3 500頭，使用人工干清糞方式，年產糞污量10 000噸，豬場周圍青山和林場環繞。針對谷硐擴繁場廢水的特點，本研究確定以生化處理技術（USR+兩級A/O+微電解）為核心工藝，確保COD的穩定達標。本工程環保設施對該豬場廢水進行預處理后，去除大量的SS、糞渣等，減小SS對缺氧池處理效果[1]的影響。
1 工藝流程
隔渣后污水─集水池─固液分離─調節池─USR─初沉池─級AO─中間沉淀池─微電解─混凝/絮凝池─微電解沉淀池─二級AO─二沉池─混凝絮凝池─終沉池─消毒池─清水池─出水。
2 關鍵技術
2.1 預處理
預處理部分由集水池—固液分離機兩部分組成，豬場產生的污水經收集后進入集水池，然后通過固液分離機將廢水中的SS予以去除（包括豬毛、較大的飼料顆粒物以及較大的豬糞顆粒），分離后的污水進入調節池。
2.2 生化處理
2.2.1 升流式固體厭氧反應器（USR）
固液分離機出水收集于調節池，經泵抽入USR反應器。污水由USR反應器底部進入，自下而上通過USR。反應器底部有一個高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機污染物在此間經過厭氧發酵降解為甲烷和二氧化碳[2]。因水流和氣泡的攪動，污泥床之上有一個污泥懸浮層。反應器頂部是雙膜儲氣器，沼氣收集于儲氣膜內。消化氣自儲氣膜頂部導出加以利用，污泥顆粒自動沉降至反應器底部的污泥床，消化液從出水管排出。2.2.2 初沉池
從USR反應罐中流出的污水中夾帶的污泥在初沉池中被去除。
2.2.3 兩級A/O系統
由于養豬廢水的COD與氨氮都很高，經過一次硝化與反硝化的過程很難達到標準。所以本研究采用了兩級A/O工藝串聯。
USR反應器的消化液進入A/O系統，以此經過一級缺氧池、一級好氧池、中間沉淀池、微電解系統、二級缺氧池、二級好氧池。兩級A/O系統采用活性污泥法[3]。
本研究生化處理采用的是缺氧+好氧(A/O)生化處理系統，生化系統常采用的處理方法有活性污泥法和接觸氧化法，活性污泥法的優點是：⑴有一定的抗沖擊負荷，可由人工進行調節；⑵處于完全混合狀態時，微生物與有機污染物可充分接觸；⑶氧的利用率較高；⑷流程較簡潔；⑸污泥回流控制得當，污泥具有較好的活性；⑹可以形成很好的活性污泥絮體，利用其污泥的流動性有很好的厭氧與好氧交替，所以氨氮的去除率較高。缺點是：⑴對排泥及排泥量有嚴格控制，要及時把不易沉淀的老化污泥和有利于絲狀菌生長的代謝產物如二氧化碳、惰性多糖物質等及時排除；⑵回流較難控制，需要專業指導。
接觸氧化法的優點是：⑴不存在污泥膨脹問題，污泥產量低，無需污泥回流，動力消耗低；⑵抗沖擊負荷強，可自行根據水質、水量調節生物膜的厚度，達到抗沖擊負荷的能力；⑶采用組合填料，質輕、高強、比表面積大，生物膜附著能力強，廢水與生物膜的接觸效率高。缺點是：⑴培養相應的微生物需要相應的時間，一般從生物開始掛膜至生物膜成熟需要15～30天，有的需要更長時間；⑵接觸氧化池內需要安裝填料，對安裝工人技術的要求較高；⑶采用接觸氧化法，其關鍵材料除曝氣材料外，還有填料和填料支架，使得設備材料工程投資有所增加；⑷一般采用接觸氧化法后幾年內需要更換生物填料，會影響生產并增加工程的建設成本；⑸菌體固定，靠鼓風吹脫形成菌體的新老交替，故COD的去除效率較低。
根據本場廢水COD、氨氮濃度高兩個最大的特點和難點，經工藝要求，確定二級A/O系統采用氨氮去除率高的活性污泥法為核心工藝。
⑴缺氧池
在缺氧池中主要進行生物脫氮作用，生物脫氮包含硝化及反硝化兩種過程。硝化過程是在硝化菌的作用下，將氨氮轉化為硝酸氮。硝化菌是化能自養菌，其生理活動不需要有機性營養物質，它從二氧化碳獲取碳源，從無機物的氧化中獲取能量。而反硝化過程是在反硝化菌的作用下，將硝酸氮和亞硝酸氮還原為氮氣。反硝化菌是異養兼性厭氧菌，它只能在無分子態氧的情況下，利用硝酸和亞硝酸鹽離子中的氧進行呼吸，使硝酸還原。缺氧池主要進行反硝化過程。
同時，好氧池中的循環混合液回流至缺氧池，回流污泥中的反硝化菌利用污水中的有機物為碳源，將回流混合液中的大量硝酸氮還原成氮氣，以達到脫氮的目的。為保證足夠碳源，提高反硝化效率，使最終出水的總氮超過排放標準的限值，可能要提供外加碳源。外加碳源通常以甲醇為主，但操作成本較貴。根據以往的實際經驗，可以加糖、生活污水等作為外加碳源。本研究已考慮并提供備用設施，方便日后有需要時可引入外加碳源，提升反硝化的效率。
厭氧池排出的厭氧消化液在進入好氧活性污泥處理工藝前進行缺氧曝氣，在缺氧過程中溶解氧控制在0.5 mg/L以下，兼性脫氮菌利用進水中的COD作為氫供給體，將好氧池混合液中的硝酸鹽及亞硝酸鹽還原成氮氣排入大氣，同時利用厭氧生物處理反應過程中的產酸過程，把一些復雜的大分子稠環化合物分解成低分子有機物[4]。
⑵好氧池
混合液從缺氧反應區進入好氧反應區，這一反應區單元是多功能的，去除BOD5、硝化和吸收磷（P）等項反應都在本反應器內進行。這三項反應都是重要的，混合液中含有NO3-N，污泥中含有過剩的磷，而污水中的BOD5則得到去除。二級好氧池按200%原污水量的混合液回流至一級缺氧池。
好氧池采用活性污泥法工藝，主要功能是通過好氧生化過程，將污水中殘留的有機物去除，進一步降解COD，并通過硝化過程將氨氮轉化成硝酸鹽。利用聚磷菌（小型革蘭式陰性短桿菌）好氧吸P厭氧釋P作用，污水中的有機物被氧化分解，同時污水中的磷以聚合磷酸鹽的形式貯藏在菌體內而形成高磷污泥，通過剩余污泥排出，具有較好的除磷效果。
2.2.4 中間沉淀池
在一級好氧池廢水進入絮凝池前增加中間沉淀池，將好氧細菌形成的好氧菌體及死亡脫落的SS予以去除，可以優化絮凝/混凝系統的處理環境和處理效果，減少藥劑用量。
2.2.5 微電解系統
一級A/O活性污泥系統出水中仍還有大量生物難降解的有機物，鐵碳微電解工藝利用電化學氧化填料自身產生的0.9～1.7 V電位差，在設備內形成無數的原電池，原電池以廢水做電解質，通過陰陽極的放電形成對廢水的電化學處理，進而達到對廢水中有機物進行電化學降解的目的，處理后B/C比大大提高，有利于后續二級A/O生物處理效果的提高[5]。
微電解技術是目前處理高濃度有機廢水的一種理想工藝，該工藝用于高鹽、難降解、高色度廢水的處理，不但能大幅度地降低COD和色度，還可大大提高廢水的可生化性處理過程中產生的新生態[·OH]、[H]、[O]、Fe2+、Fe3+等，能與廢水中的許多組分發生氧化還原反應，如能破壞有色廢水中的有色物質的發色基團或助色基團，甚至斷鏈，達到降解脫色作用；將生成的Fe2+進一步氧化成Fe3+，它們的水合物具有較強的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調pH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，其絮凝能力遠遠高于一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量絮凝水體中分散的微小顆粒、金屬粒子及有機大分子。其工作原理基于電化學、氧化-還原、物理以及絮凝沉淀的共同作用。
2.2.6 混凝絮凝沉淀池、終沉池
經過生化處理后的出水中含有大量的死亡細菌，須向廢水中投加混凝劑與絮凝劑，將小SS絮體形成大顆粒的礬花，達到重力沉淀的目的。
由于液化糞廢水中含有得磷化物較高，根據生物新陳代謝的營養配比C∶N∶P=100∶5∶1可以看出生物的總磷去除率非常低，所以這類廢水往往存在著磷超標。最有效的除磷方式是鈣鹽法，向廢水中投加石灰乳，在一定的pH值條件下，石灰中的鈣鹽會與磷酸根形成磷酸鈣，磷酸鈣是難溶于水的物質，在堿性條件下形成沉淀物。這時再向廢水中投加PAM（聚丙烯酰胺）絮凝劑可以讓磷酸鈣形成大顆粒的礬花，易于沉淀。
2.2.7 消毒池/清水池
終沉池出水中還有許多細菌、病毒微生物等，在pH回調池末端投加漂水（次氯酸鈉）進行消毒，同時進一步氧化廢水中有機污染物，最終廢水達標排放。
3 結論
⑴由于升流式固體厭氧反應器（USR）結構簡單，容積負荷率高，廢水在反應器內的水力停留時間較短，不需要攪拌，能適應較大幅度的負荷沖擊、溫度和pH值變化，適用于高濃度有機廢水的處理，具有很高的有機污染物去除率，其中化學耗氧量（CODCr） 去除率為80%～90%，五日生化需氧量（BOD5）去除率為70%～80%，懸浮物（SS）去除率為30%～50%。
⑵活性污泥法及接觸氧化法都有很好的處理效果，各有特點，但主體原理都是利用微生物氧化分解廢水中的有機物，只是微生物與廢水的接觸方式不同而已。
⑶中間沉淀池的污泥通過污泥泵抽入一級兼氧池中，增加整個系統的污泥回流，剩余污泥排入污泥池作污泥處理。
⑷微電解催化氧化過程中產生的大量絮體在后續微電解沉淀池中沉降，上清液進入二級A/O系統進一步去除廢水中污染物。
⑸采用豎流式沉淀池，讓形成的大顆粒礬花在沉淀池內部進行固液分離，達到去除SS及總磷的作用。
參考文獻
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[3]劉頌東,潘木水,高云超,等.豬場污水A～2/O-深度處理法及其效果[J].廣東農業科學,2003(5):54-56.
[4]鄧良偉,蔡昌達,陳鉻銘,等.豬場廢水厭氧消化液后處理術研究及工程應用[J].農業工程學報,2002,18(3):92-94.
[5]龔麗雯,龔敏紅,王成云,等.微電解/接觸氧化/穩定塘處理豬場廢水[J].中國給水排水,2003,19(8):92-94.
中圖分類號：X713（273）
文獻標識碼：B
文章編號：1673-4645(2016)11-0052-03
收稿日期：2016-09-29
基金項目：貴州省科技廳項目“肉豬健康養殖關鍵技術研究與集成應用”（黔科合NY〔2014〕3044號）
本文節選至《中國豬業》雜志2016年第11期豬場糞污處理專題。
2016年《中國豬業》雜志共有8期推出專題：
第2期：回顧2015 展望2016
第3期：農牧企業文化
第4期：種豬進口
第6期：夏季豬舍防暑降溫
第8期：豬偽狂犬病防控
第9期：育種技術交流
第10期：豬呼吸道疾病防控
第11期：豬場糞污處理
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