（农业机械化工程专业论文）规模化猪场废水厌氧发酵液固液分离工艺研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使 y1 呲8 12 5 2 螂8 学位级别硕士 学位论文题目：规模化猪场废水厌氧发酵液固液分离上艺研究 所在学院工程技术 ( 系)学院 学科专业农业机械化工程导师姓名张衍林教授学生姓名梁仁礼 学位论文 是如需保密，解密时间2 0 0 9 年7 月1 日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生张翰y 和 帆鲥年占月夕日 学位论黼娩跏拶铷鼢删 签名日期：0 2 彳年6 月哆日签名日期：x 岫碑多月，夕日 、 目录 摘要1 a b s t r a c t 。i i 第一章绪论1 o 前言1 1 1 猪场粪污废水的特征与危害性2 1 2 猪场粪污废水处理技术现状4 1 2 1 人工处理模式4 1 2 2 自然处理模式。7 1 2 3 混合处理处理模式9 1 3 猪场废水厌氧发酵液的水质特性及其后续处理现状9 1 3 1 水质特性9 1 3 2 后续处理现状1 0 1 4 研究目的和意义1 1 1 5 研究内容与方法。1 1 第二章斜板沉降器优化设计研究1 4 2 1 重力沉降分离基础理论1 4 2 2 斜板沉降器原理与构造1 6 2 2 1 原理1 6 2 2 2 构造1 7 2 3 斜板沉降器的工程应用1 8 2 3 1 工程应用概况1 8 2 3 2 存在问题及其成因1 9 2 4 斜板间混合液流态对沉降的影响2 2 2 4 1 层流中悬浮颗粒的运动轨迹和水力特征参数推导2 2 2 4 2 湍流中悬浮颗粒的受力和运动2 7 2 5 改进型逆向流斜板沉降器构造及原理3 0 2 6 改进型逆向流斜板沉降器内混合液流念分析3 1 2 6 1 传输区3 1 2 6 2 整流区3 3 2 6 3 斜板区3 4 2 7 斜板沉降器试验装置设计参数3 5 2 8 ，j 、结3 6 第三章斜板沉降器固液分离试验研究3 8 3 1 试验目的及主要研究内容3 8 3 2 试验流程及设备3 8 3 2 1 试验流程图3 8 3 2 2 试验设备和物料3 9 3 2 3 试验步骤一3 9 3 2 4 试验方案设计3 9 3 3 固液分离对比性试验及结果分析4 0 3 3 1j 下常水力负荷下试验结果及分析4 0 3 3 2 超常水力负荷下试验结果及分析4 5 第四章斜板分离污泥特性及其脱水工艺选择4 9 4 1 发酵液污泥脱水干化的必要性4 9 4 2 污泥性质5 0 4 2 1 物理特性一5 0 4 2 2 化学特性5 4 4 2 3 污泥的微生物学特性5 6 4 3 污泥脱水干化方法的选择5 6 4 3 1 污泥脱水方法概述5 6 4 3 2 发酵液混凝分离污泥处理方法的选择。5 8 4 4 污泥干化床的机理研究。5 8 4 4 1 污泥干化床的工作原理。5 8 4 4 2 渗滤脱水阶段理论5 9 4 4 3 干燥阶段理论6 1 4 5 卅、! ! 吉6 3 第五章污泥脱水试验研究 5 1 试验目的及主要研究内容6 4 5 2 试验流程及设备6 4 5 2 1 试验流程图6 4 5 2 2 试验设备和物料6 5 5 3 试验设计6 5 5 3 1 前期试验方案的设计6 5 5 3 2 渗滤正交试验方案的设计“6 6 5 3 3 干燥试验方案的设计。6 6 5 4 污泥脱水干化试验结果与分析6 7 5 4 1 前期试验结果与分析。6 7 5 4 2 渗滤正交试验结果与分析。6 8 5 4 3 干燥试验结果与分析7 2 第六章结论与建议 7 6 6 1 结论7 6 6 2 存在问题及进一步研究的建议7 7 参考文献 致谢 7 9 8 5 摘要 本文在对我国规模化猪场废水处理现状和国内外猪场粪污处理技术广泛了解的 基础上，针对目前亟待解决的厌氧出水厌氧发酵液后处理问题，结合我国目前 的经济与技术条件，提出“混凝一斜板分离一脱水干化一( a f ) ”是及时合理的新 处理工艺。采用该工艺，既治理环境污染，又回收了宝贵的肥料资源，从而取得了 综合效益。 新工艺的重点和难点在于实现对发酵液的有效固液分离。本课题首先以斜板沉 降器为研究对象，保证固液分离能在前阶段顺利进行，再以污泥干化床为研究对象， 进而保证固液分离能在后阶段彻底完成。 在斜板沉降器研究中，综合分析其存在出水分区水质不均、排泥困难等问题， 创新性地提出利用“人 字型栅条组改进逆向流斜板沉降器内部流态，从而弥补其 内在动力性缺陷。和传统型逆向流斜板沉降器的对比性试验表明，“人 字栅具有良 好的消能整流和泥水分离作用，不但解决了存在于传统型中的出水分区水质不均、 排泥困难等问题，还提高了固液分离性能和抗负荷冲击能力。在0 2 m 3 h 和0 2 5 m 3 h 的正常水力负荷下，传统型的整体出水浊度明显高于改进型，按试验顺序，依次高 出1 7 8 9 、2 3 7 2 、6 6 5 2 和9 0 5 3 ，可见改进型的固液分离性较传统型具有明 显的比较优势。在0 3 5 m 3 h 超水力负荷下，传统型发生“穿透”现象，系统工作不 正常，而改进型没出现“穿透”现象，系统工作仍然正常，传统型的整体出水浊度 值较改进型分别高出5 7 4 1 和1 7 8 9 6 ；几何尺寸相同时，传统型的极限处理量为 0 3 2 m 3 h ，而改进型的为0 4 1 m 3 h ，改进型的表面负荷较传统型高出2 8 1 3 。 在污泥干化床研究中，分析了斜板分离污泥的特性，从技术上和经济上论证干 化床脱水工艺的合理性。在充分理解干化床脱水过程和机理的基础上，进行分阶段 试验。渗滤阶段试验中，本文对施泥厚度( 4 ) 、进泥含固率( b ) 和搅拌频率( c ) ( 操作条件) 三个影响脱水速度的关键因子进行三水平正交试验，试验结果表明： c 对脱水速度影响显著，4 次之，而b 的影响不显著；最佳水平因素组合为 a ( 3 0 ) b ( 0 9 1 ) c ( 1 0 ) ，其验证试验的污泥含固率为2 1 1 3 ，高于正交试验中的任一 组合。干燥阶段试验中，以温度和空气流速为研究对象，试验结果表明：温度和空 气流速的提高加速了污泥的脱水进程。在武汉的夏季，经过2 天的渗滤和5 天的干 燥共7 天的工作周期后，泥饼含固率达3 4 3 6 3 9 6 5 ，达到存储或运输要求。 关键词：流态；“人”字栅；浊度；渗滤；干燥：含固率 a bs t r a c t b a s i n go nw i d e l yk n o w i n gt h ed o m e s t i cs t a t u sq u oo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf o r s c a l e ds w i n ef a r m sa n dt h ep o p u l a rd i s p o s a lt e c h n o l o g i e so fp i g g e r yw a s t e w a t e ra r o u n d t h ew o r l d ，a i m i n ga tt h ep r o b l e mo fp o s t t r e a t m e n tf o ra n a e r o b i cf e r m e n t a t i o ns l u r r yi n s w i n ef a r m st h a ts h o u l d b ei m m e d i a t e l ys o l v e d ，t a k i n gt h ep r e s e n te c o n o m i c a la n d t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o no fc h i n ai n t oc o n s i d e r a t i o n ，t h i sp a p e rp u tf o r w a r d st h a tt h en e w m e t h o d f l o c c u l a t i o n - - - s e d i m e n t a t i o n 的i n c l i n e dp l a t es e 住e r d e w 氖e r i n gb yd 口i n g b e d 叫聊”i sap r o m i s i n gs o l u t i o n b yt h i sm e t h o d ，n o to n l yt h ep o s t t r e a t m e n tp r o b l e m c a nb es o l v e d ，b u ta l s or e c l a i mt h ev a l u a b l es w i n er e s o u r c ea sw e l la sp r o d u c ef a v o r a b l e s o c i a la n de c o n o m i c a lb e n e f i t s i nf a c t ，t h ek e yp o i n ta n dd i f f i c u l t yo ft h i sn e wm e t h o da r el i ew i t ht h es o l i d l i q u i d s e p a r a t i o nf o ra n a e r o b i cf e r m e n t a t i o ns l u r r y t h e r e f o r e ，t h es u b j e c tf i r s t l yp i c k si n c l i n e d p l a t es e t t e ra sar e s e a r c ho b j e c t ，b e c a u s et h i ss e d i m e n t a t i o nf a c i l i t yw i l le n s u r et h a tt h e s o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n f o ra n a e r o b i cf e r m e n t a t i o n s l u r r yw o r k sw e l li nt h ef l r s ts t a g e s e c o n d l y , s e t t i n gd r y i n gb e d a sa n o t h e rr e s e a r c h o b j e c tw h i c hm a yg u a r a n t e e t h e a c c o m p l i s h m e n to fs o l i d l i q u i ds e p a r a t i o ni nt h el a s ts t a g e f o rt h ei n c l i n e dp l a t es e t t e r , a f t e ra n a l y z i n gt h ep r o b l e m si n p r a c t i c e ，t h i sp a p e r d e s i g n si n n o v a t i v et r i a n g l eb a r st oi m p r o v et h ei n s i d ef l o wp a t t e r no fc o u n t e rf l o w i n c l i n e dp l a t es e t t e r , w h i c hm a ym a k eu pi t sd y n a m i c a ld e f e c t s t h ee x p e r i m e n ts h o w s t h a t , b e c a u s eo fc o m m u t a t i n gf l o wa n dw a t e r - s l u d g es e p a r a t i o no ft r i a n g l eb a r s ，t h e i m p r o v eo n ec a nn o to n l ys o l v et h ep r a c t i c a lp r o b l e m ss u c ha so d d so fw a t e rq u a l i t yi n s u b a r e a sa n dd i f f i c u l t yi ns l u d g er e m o v a l ，b u ta l s oi n c r e a s es u r f a c el o a da n du p g r a d e p e r f o r m a n c e a n y w a y , t h ei n n o v a t i v ed e s i g nf o ri n c l i n e dp l a t es e t t e rm a yp r o v e dt ob ea n u l t i m a t e l ys o l u t i o nf o rt h ep r o b l e m so c c u r r e di ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n u n d e rn o r m a l f l o wr a t e0 2 m 3 ha n do 2 5 m 3 h ，t h en t uo ft r a d i t i o n a li n c l i n e ds e t t e ri so b v i o u s l yh i g h e r t h a nt h ei m p r o v eo n e ，a c c o r d i n gt ot h et e s t i n go r d e r , t h ea m p l i t u d e sa r e1 7 8 9 ，2 3 7 2 ， 6 6 5 2 a n d9 0 5 3 i tm e a n st h a tt h ep e r f o r m a n c eo fs o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o no fi m p r o v e d s e t t l e ri sb e t t e rt h a nt h et r a d i t i o no n ea n dc o m p a r a t i v ea d v a n t a g ew i l lb em o r ee v i d e n t w i t ht h ei n c r e a s eo ff l o wr a t e u n d e ra b n o r m a lf l o wr a t e0 3 5 m j h p e n e t r a t i o n o c c u r s i nt r a d i t i o n a ls e t t l e ra n dt h a tt h es y s t e md o e s n tw o r k ，b u t p e n e t r a t i o n d o e s n th a p p e n i ni m p r o v e do n ea n di t ss y s t e ms t i l lw o r kw e l l ，t h en t uo ft r a d i t i o n a ls e t t l e ri s h i g h e r t h a ni m p r o v e do n e5 7 4 1 a n d1 7 8 9 6 r e s p e c t i v e l y ；f o rt h es a m es i z eo ft w ot y p e so f s e t t l e r , t h em a x i m a lf l o wr a t eo ft r a d i t i o n a lo n ei s0 3 2 m h ，a n dt h ei m p r o v e do n ei s 0 4 1 m 3 h ，t h e nt h es u r f a c el o a do fi m p r o v e do n e w i l lh i g h e rt h a nt r a d i t i o n a lo n e2 8 1 3 f o rt h ed r y i n gb e d ，t h r o u g hd e e p l ya n a l y z i n gt h es p e c i a l i t yo fs l u d g es e p a r a t e db y i n c l i n e dp l a t es e t t e r , t h ep a p e re d u c et h a tt h ed r y i n gb e di sa p p r o p r i a t ec h o i c ef o rs l u d g e d e w a t e r i n gm e t h o d b a s eo nt h ef u n d a m e n t a l so fd r y i n gb e d ，t h ed e w a t e r i n ge x p e r i m e n t c a nb ed i v i d e di n t ot w os t a g ei n f i l t r a t i o na n de v a p o r a t i o n i nt h es t a g eo fi n f i l t r a t i o n ， s i n c et h eh e i g h to fi n j e c t e ds l u d g e ( a ) ，t h es o l i dc o n t e n to fi n j e c t e ds l u d g e ( b ) a n dt h er a t e o fm i x i n g ( c ) a r ek e yf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h er a t eo fd e w a t e r i n g ，t h i sp a p e ro r i g i n a l l y c a r r i e do u tt h e r ef a c t o r sa n dt h e r el e v e l so fo r t h o n o r m a le x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n t s r e s u l t ss h o wt h a tci st h em o s td i s t i n c tf a c t o r st h a ta f f e c tr a t eo fd e w a t e r i n g ；ai st h e s e c o n di st h es e c o n do n e ；b se f f e c ti sl i t t l ea n dt h eo p t i m u mf a c t o ra n dl e v e lc o m b i n a t i o n i sa ( 3 0 ) b ( 0 9 1 ) c ( 1 0 ) t h e n ，t h ev a l i d a t e de x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h es o l i dc o n t e n to f c a k ei s2 1 1 3 w h i c hi sh i g h e rt h e na n yo fc o m b i n a t i o ni nt h ef o r m e ro r t h o n o r m a l e x p e r i m e n t i nt h es t a g eo fd r y n e s s ，t h i se x p e r i m e n tt a k e st h et e m p e r a t u r ea n d t h er a t eo f a i r f l o wa sr e s e a r c h i n gf a c t o r s ，a n dt h a tr e s u l t ss h o wt h a tt h er a t eo fd r y n e s sw i l li n c r e a s e i fi n c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r eo rt h er a t eo fa i r f l o w a f t e ra7 - d a y sw o r kc y c l e ( 2d a y s i n f i l t r a t i o na n d5 d a y s e v a p o r a t i o n ) ，t h e s o l i dc o n t e n to fc a k ei n c r e a s e st o 3 4 3 6 一3 9 6 5 w h i c hi su pt ot h ed e m a n do fs t o r a g eo rt r a n s p o r t k e yw o r d s ：f l o wp a t t e r n ；t r i a n g l eb a r ；n t u ；i n f i l t r a t i o n ；d r y n e s s ；s o l i dc o n t e n t 华中农业人学硕十学位论文 1 前言 第一章绪论 2 0 世纪5 0 年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速，全球性的“水危机” 日趋严重。国际水资源管理学会的研究数据表明，到2 0 2 5 年，世界总人口的1 4 或 发展中国家人口的1 3 ，即近1 4 亿人将严重缺水( 戴维塞克勒，2 0 0 4 ) 。尽管我国 水资源总量居世界第6 位，但只拥有世界淡水量的7 ，是水资源短缺的国家，为世 界1 2 个贫水国家之一( 余谋昌，2 0 0 4 ) 。到2 0 1 0 年，我国年缺水量将达到1 0 0 0 x 1 0 8 r n 3 ； 到2 0 3 0 年，我国人均水资源将减少到1 7 6 0 m 3 ，缺水约达4 0 0 x 1 0 81 1 1 3 - - 5 0 0 x 1 0 8 m 3 ( 许 群和季杰，2 0 0 4 ) 。造成以上局面主要有两方面原因：一方面，人类对水资源的需求 以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。水 资源短缺与污染之间将会形成一种恶性循环，给社会经济的发展带来了极大的危害， 对人类的生存与发展构成了严重威胁。 当前，我国水体的主要污染物是由于一些高浓度有机废水未经有效处理直接排 放所致。譬如，酒精、制糖、合成脂肪酸、合成纤维、造纸、皮革、医药等行业， 每年由直接排放的废水中排入水体的b o d 总量高达1 3 0 x 1 0 4 t 。这些有机污染物随水 域扩散，将会污染水源，破坏水体生态平衡，使水生动物富集毒物，并通过食物量 危及人类的健康。据统计，我国6 0 0 多座城市中有2 3 出现供水不足，1 6 严重缺水， 年缺水量达6 0 x 1 0 8 r n 3 ( 余谋昌，2 0 0 4 ) 。在农村，缺水现象更加严重，8 亿人口中就 有3 6 亿喝不上符合卫生标准的水，饮水问题已经威胁到了农民们的健康；同时， 数千万头的牲畜也面临缺水，耕地灌溉也得不到有效保障，其直接损失就是粮食减 产( 武文慧，2 0 0 4 ) 。据估计( 安福仁，2 0 0 4 ) 每年因为缺水而导致减产的粮食达数 百亿公斤，如遇到旱灾损失就更加严重。 应对“水危机 的最直接方法就是( 庞鹏沙和董仁杰，2 0 0 4 ；c h o n g r a ke ta 1 ， 1 9 9 4 ) 依靠科技手段对已经污染的水域进行治理，开展污水处理资源化工作，加快 污水深度处理工程和中水回用工程建设，补充同益紧缺的水资源，实现水资源开发 利用与生态环境的协调发展。 1 1 猪场粪污废水的特征与危害性 近年来，我国养殖业尤其是规模化养猪业在全国各地获得到迅速的发展，并取 l 规模化猪场废水厌氧发酵液固液分离一j ：艺研究 得了举世瞩目的成就。规模化畜禽业的发展在解决了畜产品供给和带动农村经济发 展的同时也带来了日益严重的环境污染问题( 周祖华，2 0 0 5 ) 。就是说规模化猪场在 生产过程中，猪场粪污的大量排放将会给周围环境造成巨大的压力，因为粪污中含 有极其庞杂的有机污染物。1 9 9 9 年，全国畜禽废物c o d 含量达7 7 1 7 万吨，远远超 过工业废水与生活废水c o d 排放量之和( 李远和王晓霞，2 0 0 5 ) 。这些污染物，大 多数没有经过妥善处理而直接排放。就北京和上海市而言，采用工程化技术措施处 理的粪、水量，仅占排放量的3 和4 ，猪场污染对环境已造成极其严重污染( 陈 顺友，2 0 0 5 ) 。可以认为，畜禽粪便造成的环境污染，是农村或城郊环境污染的主要 原因( m a s s ee ta 1 ，2 0 0 0 ) 。 猪场粪污废水的有机物、悬浮物、氨氮含量极高，并含有大量的病原菌和散发 出浓烈的异味。研究资料表明，猪粪中b o d 5 浓度约为6 0 ，0 0 0 m g l ，猪粪尿中b o d 5 约为3 0 ，0 0 0 m g l ；猪场排放废水中b o d 5 负荷量高达2 , 0 0 0 m g l 一8 ，0 0 0 m g , l ，c o d 高达5 , 0 0 0 m g l 一2 0 ，0 0 0 9 l 。猪粪尿的物质构成见表1 - 1 ( 潘安君，1 9 9 6 ) ，成猪的排 泄量和污染负荷见表1 2 ( 李宝林等，1 9 9 8 ) 。 表1 - 1 猪粪尿的物质构成( ) t a b l e l - 1c o m p o s i t i o no fp i ge x c r e t i o n 一i i i 一 成分水分有机质 氮( 塑 磷( p ) 钾( 堕钙( c a ) 猪粪 8 2 1 5 0 0 5 6 0 4 00 4 40 0 9 猪尿9 62 50 3 10 1 20 9 5 表1 2 成猪的粪尿排泄量和污染负荷量 t a b l e l 2e x c r e t i o nq u a n t i t ya n dc o n t a m i n a t i o nl o a do fl e r o w np i 2 _ mmmm _ 曼q 望5墨墨 堕旦苎鲨堡( 兰塑2鎏鏖f 竺曼型垒垄量f 里曼型鎏堡【巴g 型鱼堑量( 里趔 猪粪3 6 3 ，0 0 01 8 9 ，0 0 02 2 3 ，0 0 06 6 9 ，0 0 0 猪尿3 5 , 0 0 01 5 ，0 0 04 5 ，0 0 01 4 ，0 0 0 猪粪尿6 3 3 ，0 0 02 0 4 ，0 0 01 1 7 ，0 0 07 0 0 ，0 0 0 冲洗水5 7 7 , 5 0 0 4 7 3 ，0 0 01 0 ，0 0 05 7 0 ，0 0 0 由上可知，一头猪就是一个污染源，一个养猪场就是一个环境污染生产场。这 些猪场产生的粪污如果得不到有效的处理，必将造成对环境的极大危害。猪粪尿对 环境的危害性如下( 廖新悌，2 0 0 1 ；李淑兰，2 0 0 3 ；彭武厚，1 9 9 7 ；汪植三等，1 9 9 5 ) ： 2 华中农业大学硕士学何论文 1 1 1 危害水体 在谷物饲料、谷物副产品和油饼中约有6 0 7 5 的磷以植酸磷形式存在。由 于猪体内缺乏有效利用磷的植酸酶以及对饲料中的蛋白质的利用有限，导致饲料中 大部分的氮和磷由粪尿排出体外。试验表明，猪饲料中氯的消化率为7 5 8 0 ， 沉积率为2 0 5 0 ；对磷的消化率为7 0 7 0 ，沉积率为2 0 6 0 。未经处 理的粪尿，一部分氯挥发到大气中增加了大气中的氯含量，严重时构成酸雨，危害 农作物；其余的大部分则被氧化成硝酸盐渗入地下或随地表水流人江河，造成更为 广泛的污染，致使公共水系中的硝酸盐含量严重超标，河流严重污染。磷渗入地下 或排人江河，可严重污染水质，造成江河池塘的藻类和浮游生物大量繁殖，产生多 种有害物质，进一步危害环境。 1 1 2 污染大气 由于规模化猪场高密度饲养，场内潮湿，猪场所产生的有害气体主要有氨气、 硫化氢、二氧化碳、酚、吲哚、粪臭素、甲烷和硫醇类等多达1 6 8 种，也是对猪场 自身环境和周围空气造成污染的主要成分。这些物质都有着酸味、腐败洋葱臭味或 某种特殊气味，这些有害气体分布在场区上空，污染周围环境，不仅使猪的生产性 能下降，而且影响人体健康。如氨气和硫化氢在浓度高时，可使家畜中毒死亡，人 也会引起慢性中毒，且易引发呼吸道疾病。 一般认为，散发的臭气浓度与粪污的磷酸盐和氮的含量是成正比的，磷酸盐和 氮的含量越高，产生的有害气体也就越多。 1 1 3 传播病菌，危害人畜 据世界卫生组织和联合国粮农组织有关资料，目前已有2 0 0 种“人畜共患传染 病”，即指那些由共同病原体引起的人和脊椎动物之间相互传染和感染的疾病，其中 严重者至少有8 9 种，可由猪传染的约2 5 种。这些人畜共患传染病的传播载体主要 是动物的排泄物。排放的猪场废水污染了水、饲料和空气，最终会导致一些传染病 和某些寄生疾病的蔓延和发展，影响到猪的生产水平，严重时对其生存构成威胁。 传播人畜共患病，直接危害人的健康。 3 规模化猪场废水厌氧发酵液固液分离工艺研究 1 1 4 影响温室效应 目前，全球性气温逐渐变暖，己成为国际社会十分关注的一个全球性环境问题。 其中，畜禽养殖业的快速发展，也是构成全球变暖的重要因素之一。众所周知，自 然界存在的甲烷是导致气温高低的重要气体之一，其增温贡献率大约为1 5 左右。 在这1 5 的贡献率中，来自于农田土壤活动、农作物秸杆燃烧以及畜禽养殖业三个 方面的贡献率，即达7 0 。根据i p c c ( 联合国政府间气候变化专门委员会) 所推荐 的温室气体排放清单编制方法，浙江省农业厅环保站对全省1 9 9 7 年畜禽养殖业的甲 烷气体释放总量进行估算的结果表明，养殖业对甲烷气体的排放量贡献最大，占全 省畜禽养殖业甲烷气体释放总量的2 8 3 8 。如果根据近两年畜牧业发展形势分 析，在今后几年内，畜禽养殖业的甲烷气体释放量，将仍呈现增长趋势。 1 2 猪场粪污废水处理技术现状 1 2 1 人工处理模式 污水处理的方法总的说来有物理法、化学法和生物法等。在生物法中，按其过 程中空气控制的程度又可分为厌氧、好氧和兼氧等。厌氧法又可分为厌氧悬浮生物 法( 如厌氧消化) 和厌氧固着生物法( 如厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧流化床等) ； 好氧法又分为好氧悬浮生物法( 如活性污泥法、氧化塘法等) 和好氧固着生物法( 又 称生物膜法，如生物滤池、生物转盘、接触氧化、生物流化床等) ( 汪善锋，2 0 0 3 ) 。 1 2 1 1 厌氧处理 厌氧生物处理是在一种无氧条件下进行的生物处理工艺技术，它是在无氧条件 下，利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过程。 厌氧生物技术自问世以来，已有1 0 0 多年的历史。随着工业的发展，环境污染也日 益严重，人们对各种处理工艺的研究也日益深入，在最初化粪池、自动净化器等的 基础上，近年来相继开发了一系列新型厌氧处理反应器和处理工艺，其中包括：二 相厌氧消化法、上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、污泥床滤器( u b f ) 、厌氧生物滤池( a f ) 、 升流式污泥床反应器( u s r ) 等高效生物处理工艺( s c h e l l i n k h o u ta n dc o l l a z o s ，2 0 0 0 ) 。 此外，在沼气池建设方面，目前国外发达国家，如同本、德国及美国等开发了 前分离然后进行多级发酵的工艺：马来西亚研究出了“太阳能+ 风能+ 沼气”的生态 4 华中农业大学硕+ 学位论文 能源互补模式( 陶涛和李宝林，2 0 0 2 ) 。在我国，厌氧生物处理规模化猪场废弃物的 技术目前倾向于操作简便、投资低廉的高效技术，大中型沼气池在规模化猪场的废 水处理中很流行，而小型沼气池则我国农村得到深入推广。 厌氧处理是目前处理猪场废弃物及其它有机废水的最重要的环境技术。这些厌 氧生物处理工艺能耗少，运行费用低，还能产生甲烷这种高能燃料，作回收利用； 在高温下能处理高浓度的有机废水，并可承受较高的有机负荷和容积负荷；污泥产 量少，可长期运行，添加底物后可快速响应。但是，如若要达到理想的生物量，启 动周期长；低温下降解速率低；厌氧环境要求较严格；加之系统又对温度、某些有 毒物质比较敏感，并影响到去除效果；而且对于废水中含有的氨氮去除效果不明显， 还会产生臭味和腐蚀性物质，厌氧出水难以满足排放或回用要求( 赵庆良和任南琪， 2 0 0 5 ) 。就沼气池而言，猪场沼气池出水( 厌氧发酵液) ，在附近土地能够消纳的条 件下，能够作为液态有机肥还田，但如果猪场的排放量过大，而外运施用又不太现 实，般情况下，需要对其进行后续处理，否则就会造成沼气池二次污染。所以， 沼气池往往只能作为猪场排泄物的预处理工艺，沼气池出水还需要进行后续处理， 才能达到排放或回用要求。这也就是本课题研究的目的所在。 1 2 1 2 好氧处理 废水好氧生物处理是一种在提供游离氧的前提下，应用好氧生物的代谢作用， 使废水中的有机物降解、稳定和无害化的处理方法。在这一过程中，起主要作用的r 二： 是好氧微生物。在猪粪尿及废水进行好氧生物处理方面，常见的工艺有：接触氧化 法、生物转盘、氧化沟、活性污泥法、o 、间歇式活性污泥法( s b r ) 等。 好氧处理工艺在国内外猪场废水处理应用较广，如上海南汇汤项供港猪场污水 处理工程采用的活性污泥法；日本某猪场废水处理工程采用的接触氧化法；台湾很 多猪场采用的氧化沟；杭州灯塔养殖总场沼气一污水处理工程所采用的间歇式活性 污泥法( s b r ) ，采用s b r 的还有，北京顺义良山祖代种猪场粪便污水资源化、无害 化工程和北京顺义小店良种猪场沼气一污水处理工程等( 李淑兰等，2 0 0 5 ) 。 好氧生物处理工艺能够快速地降解有机物，降低污水的c o d 和氨氮等污染物。 然而好氧工艺的不同，其处理的效果也存在差异。总的来说，接触氧化和生物转盘 的处理效果好于活性污泥；生物淤泥的处理效果也很好，但易于堵塞。氧化沟、s b r 、 o 均属于改进的活性污泥法。氧化沟出水水质好、产泥量少，可对污水进行脱氮 处理，但它的b o d 负荷小、处理水量小、占地面积大、运行费用高；s b r 法自动 规模化猪场废水厌氧发酵液固液分离t 艺研究 化控制程度高，能够对污水进行深度处理，其缺点是b o d 负荷较小；a o 法是一种 具有去除b o d 和脱氮双重作用的活性污泥处理工艺。如果规模化养猪场日排放污水 量并不很大，但有机物浓度很高，因此选择接触氧化、生物转盘等b o d 负荷较大的 好氧处理工艺较为合适( 汪善锋等，2 0 0 3 ) 。 事实上，一般无法用一级好氧的方法将猪场污水处理达标，必须多级串联，或 将其作为厌氧后废水的后续处理方法。 1 2 1 3 厌氧一好氧组合处理 如上文所述，厌氧处理和好氧处理各有利弊。和好氧相比，厌氧处理具有负荷 高、能耗低、获得高能燃料等优点，但厌氧生物处理的装置启动所需的时间比好氧 生物处理时间长得多，且出水c o d 和氨氮浓度也比较高，达不到排放标准，因此在 实际应用中，常把二者工艺结合使用，将好氧处理作为厌氧处理的后处理工艺。因 大部分有机物已在厌氧阶段降解，好氧部分的规模和运行费用就大大减少，整个厌 氧一好氧系统的投资与运行成本大大降低( 李淑兰等，2 0 0 5 ) 。在国内外，不少国家 采用了厌氧好氧组合处理猪场废水。例如，在广东深圳市( 高云超等，2 0 0 4 ) 新龙 达实业有限公司石井猪场采用的a 2 o ( 厌氧一缺氧一好氧) 处理法；在美国的夏威 夷州( k e e ，1 9 9 3 ) ，为了使高浓度的猪粪废水的厌氧处理一体化，一种用于处理冲 洗猪粪的原生污水和厌氧消化排出液的生物固定膜和水生植物组合处理工艺被系统 地进行观察和研究；在瑞士( 赵恒斗，1 9 9 6 ) ，污水处理专家林得劳普也实施了一整 套装置，即粪便污水经分离后，液体进人厌氧消化装置，经消化后排入好氧池处理， 最终排放的污水b o d 5 减少到3 6 m g l ，大大降低了污水中有机物的含量。另外，在 日本( k a m e o k a ，1 9 8 8 ) 、加拿大( y a n g , 1 9 9 3 ) ：德国( m o n t u e l l e ，1 9 9 8 ) 等地都有各 自的组合方式。 近年来我国有越来越多的规模化猪场采用高效厌氧反应器( u a s b ) 作为厌氧 处理单元，c o d 去除率可达7 0 一8 0 ，并采用活性污泥法或生物接触氧化法作为 好氧处理单元，c o d 去除率可达5 0 6 0 ，最后采用氧化塘作为最终出水修饰单 元，经这种组合工艺处理后基本能达到国家三级排放标准。如果要想达到国家一级 排放标准，尚需增加一段好氧处理或缺氧脱氮处理单元，这无疑