畜禽场污染的防治技术及解决途径.doc

畜禽场污染的防治技术及解决途径1 概述 随着我国畜禽养殖业的迅猛发展，其集约化程度越来越高。畜禽养殖场大多建在市郊和城乡结合部，产生的大量污水、粪便已难以用传统的还田方式处理，对城乡环境、饮用水源和农业生态造成了严重危害，解决畜禽养殖场的污染问题已成为当务之急。据统计，畜禽废水的污染负荷已经远远超过工业废水和生活废水污染负荷的总和，成为水体最大的污染源1。除BOD外，畜禽废水还是氮污染的主要来源。 畜禽养殖场另一污染是对空气的污染。如养猪场的臭气主要来自猪体排泄物及代谢气体，这种气体虽无毒，却严重影响居民的生活环境。2 我国畜禽粪便的污染状况有关资料显示，2000年我国畜禽粪便年产生量约为17.3亿t，是工业废弃物的2.7倍，其中氮年产量约为1597万t，磷年产量约为363万t，COD年产量约为6400万t，BOD年产量约为5400万t。然而，畜禽粪便进入水体流失率高达25%30%，主要通过以下途径流失而产生污染：（1）粪便在清理的过程中，随冲洗水直接流失；（2）粪便在室外堆放和贮存中，被雨水冲刷淋失；（3）少数畜禽场将粪便直接排入附近河中2。畜禽废水是一种高浓度的有机废水，不仅数量大，而且是一种高氨氮、高悬浮物、处理难度较大的有机废水。资料表明，畜禽废水进入水体的比率高达50%。畜禽废水的污染物特征见表1。表1 几种畜禽粪尿的污染物组分与浓度项目猪粪猪尿牛粪牛尿鸡粪BOD5（mg/L）63000500024500400065000TSS（mg/L）2167001200005000TN（mg /L）466077809430843016300P2O5（%）1.680.160.440.0040.54K2O（%）0.140.330.151.890.853 我国畜禽场污染的防治技术模式目前我国很多规模化养殖场畜禽粪便和污水的处理利用所采用的技术路线已逐步发展成以下3种模式：综合利用型模式、生态型模式和环保型模式。其中，厌氧反应器为各种模式的主要处理单元，COD去除率可达70%85%。3.1 综合利用型模式3.1.1工艺流程3.1.2工艺适用条件（1）日处理污水量50t以下，如年出栏5000头以下的养猪场。（2）养殖场周围应有较大规模的鱼塘、农田、果园和蔬菜地，可供沼液、沼渣的综合利用。（3）沼气用户与养殖场距离较近。3.1.3工艺特点（1）畜禽粪便污水可全部进入处理系统，进水CODCr在1000020000mg/L。（2）厌氧工艺可采用全混合厌氧池、厌氧接触反应器（ACR）、升流式污泥床反应器（USB）。有机负荷12.5kgCOD/(m3d)，HRT=810d，池容产气率0.61.0m3/(m3d)，厌氧出水CODCr在15003000 mg/L， CODCr去除率75%85%。（3）沼气利用方式为民用或小规模集中供气。（4）沼液、沼渣进行综合利用，建立以沼气为纽带的良性循环的生态系统，提高沼气工程的综合效益。3.1.4工程规模及投资分析（见表2）表2 工程规模及投资分析养猪场规模（年出栏头数）日处理粪便污水（t）厌氧罐规模（m3）综合利用配套面积(hm2)日产沼气量（m3）工程投资（万元）1000101005.4（农田、鱼塘和果园）1001030003030016.6（农田、鱼塘和果园）2502550005050026.6（农田、鱼塘和果园）400453.1.5优缺点（1）工艺简单，管理、操作方便，但工艺处理单元的效率不高。（2）沼气的可获得量高，但处理后的浓度仍很高，就地消化综合利用配套所占用的土地资源多。（3）工程投资少，运行费用低，投资回收期短。3.1.6典型案例杭州浮山养殖场沼气综合利用工程（1988）3。3.2生态型模式3.2.1工艺流程3.2.2工艺适用条件（1）日处理污水量50150t，如年出栏500015000头的养猪场。（2）养殖场周围应配套有较大面积稳定塘。（3）养殖场周围应有一定的环境容量，环境不太敏感。（4）排水要求一般的地区。3.2.3工艺特点（1）养殖场必须实行清洁生产、干湿分离，畜禽粪便直接用于生产有机肥料，尿和冲洗污水进入处理系统，进水CODCr在700012000mg/L。（2）厌氧工艺可采用厌氧滤器（AF）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）。有机负荷2.44kgCOD/(m3d)，HRT=5d，CODCr去除率80%85%，池容产气率1.01.2m3/(m3d)，厌氧出水CODCr在7001500 mg/L。（3）污水后处理采用稳定塘或自然生态净化设施，HRT=50100d，出水CODCr在150400 mg/L。（4）沼气利用方式为民用、烧锅炉或小型发电。（5）有机肥的生产一般采用简单的生物堆肥工艺。3.2.4工程规模及投资分析（见表3）表3 工程规模及投资分析养猪场规模（年出栏头数）日处理粪便污水量（t）厌氧罐规模（m3）稳定塘面积（hm2）日产沼气量（m3）工程投资（万元）5000502500.6625060100001005002500100150001507503.337501503.2.5优缺点（1）工艺处理单元的效率较高，管理、操作方便。（2）处理后排放的污水浓度较低，基本满足农田灌溉的要求，对周围环境的影响较小。（3）工程投资较省，运行费用低，投资回收期较短。（4）配套的后处理设施稳定塘占地面积大，处理效果受气候条件影响大。（5）由于猪粪直接生产有机肥，沼气的获得量相对较低。（6）处理后的污水仍需要一定的自然生态环境消纳。3.2.6典型案例杭州市蛋鸡试验场沼气生态工程（1993）4。3.3环保型模式3.3.1工艺流程3.3.2工艺适用条件（1）日产生污水量501500 t，甚至更大的养殖场。如年出栏5000100000头的猪场，以及100000头以上的猪场。（2）排水要求高的地区，如城市近郊的养殖场、水源区域等。3.3.3工艺特点（1）养殖场必须实行严格的清洁生产、干湿分离，畜禽粪便直接用于生产有机肥料，冲洗污水和尿进入处理系统，进水CODCr在500012000mg/L，氨氮在5001000mg/L。（2）污水必须先进行预处理，强化固液分离、沉淀，严格控制SS浓度。（3）厌氧工艺可采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）。有机负荷2.55kgCOD/(m3d)，HRT=3d，CODCr去除率80%85%，池容产气率1.01.2m3/(m3d)，厌氧出水CODCr在7001000 mg/L。（4）好氧处理工艺采用序批式好氧活性污泥法（SBR）反应器，在去除COD的同时，具有除磷脱氮效果。一般设2个反应器（也可2个以上），交替曝气运行，每周期有进水、曝气、沉淀、滗水、闲置5个过程，1个周期为8h，HRT=23d，污泥负荷0.080.15kgBOD5/(MLSSd)，容积负荷0.20.5kgBOD5/(m3d)，CODCr去除率90%95%，氨氮去除率95%以上。此外，该工艺自动化程度要求高，工艺运行技术参数可视实际情况灵活调整。（5）混凝沉淀出水COD150mg/L，NH3-N25mg/L，达到污水综合排放标准（GB8978-96）的二级排放标准。出水经消毒处理后可作灌溉水。（6）厌氧、好氧产生的污泥经浓缩、机械脱水压成含水率为75%80%的泥饼，可用于制作有机肥或作为菌种出售。（7）沼气利用方式为发电、烧锅炉或肥料烘干。（8）有机肥的生产应优先采用好氧连续式生物堆肥工艺。3.3.4工程规模及投资分析（见表4）表4 工程规模及投资分析养猪场规模（年出栏头数）日处理污水量（t）厌氧罐规模（m3）SBR反应器规模（m3）日产沼气量（m3）工程投资（万元）10000801002403002503003601201501500012015036045040045054018022020000160200500600550600720250300400003004009001200100012001500300350600004505001200150014001500180040050080000600800180024002200240030006007001000009001000270030002800300036008009003.3.5优缺点（1）沼气回收与污水达标、环境治理结合得较好，适用范围广。（2）工艺处理单元的效率高，工程规范化，管理、操作自动化水平高。但管理、操作技术要求高，工程投资较大，运行费用相对较高。（3）对COD、NH3-N的去除率高，出水能达标排放。（4）有机肥料开发充分，资源得到综合利用。（5）对周围环境影响小，没有二次污染。3.3.6典型案例杭州灯塔养殖总场沼气与废水处理工程，联合国开发计划署（UNDP）/全球环境基金（GEF）示范项目(1999)。4 畜禽场污染的防治新思路4.1建立示范工程，推动项目商业化建设。选几个典型规模的畜禽养殖场，如年出栏5000、10000、30000、50000头规模养猪场，由在建沼气项目方面有经验的公司进行设计、施工和商业运作。特别是沼气利用、复合有机肥利用、沼液利用等方面，国家将建立一整套相应的政策措施，为其商业化运作提供良好的政策环境。比如，在农业方面，国家将逐步限制化肥的使用，以复合有机肥代替；借鉴外国的一些经验和国内一些城市标准执行情况，提高沼气发电上网价。4.2 为了确保畜禽养殖场污水处理沼气工程的质量，提高技术档次和管理水平，可尝试成立畜禽养殖场污水处理沼气建设的专业公司，在一定区域范围内，从项目的设计、施工、安装、调试、运行实行商业化和一条龙全程技术服务，业主支付处理费用给专业公司，专业公司还可以从沼气、沼液、沼渣资源综合利用中获得收益，实现双赢。这种新的模式的尝试，既可解决养殖场业主的困惑，又为有意致力于畜禽废水治理和沼气技术开发的专业公司提供了一条新的发展途径。5 结论与建议5.1 我国对畜禽场污染物排放标准的制定和实施的需求，尤为迫切。畜禽场污染物具有高浓度、高NH3-N、高S S等特征，处理难度较大。考虑到畜禽养殖业属微利行业，国家制定畜禽养殖业污染物排放标准，应具有可操作性。由于各区域的环境要求不一样，所以执行标准不可一刀切。对于水源等水质要求高的区域，禁止新建养殖场。对于已建养殖场，应减少其养殖规模，直至迁移。5.2畜禽养殖场的污染物治理，首先应该选用生态型模式，养殖业与种植业相结合，建立以沼气为纽带的资源化开发利用模式，提高沼气工程的商业价值，以进一步推动沼气项目的商业化进程。从清洁生产入手，按照污染物减量化、资源化、无害化的处理原则，对沼气、沼液、沼渣进行综合利用示范，以改善农业生态环境、促进养殖业和农业的可持续发展。畜禽养殖场粪污的治理技术1污染状况近年来畜禽养殖业迅猛发展，并逐步形成系列化、专业化生产，与此同时也带来了一系列的环境问题，如2000年北京市规模化养殖场产生的畜禽粪便为600104t，加上集约化生产的冲洗水，废水排放量达3000104t/a。据监测，养殖场废水的COD超标5060倍，BOD超标7080倍，SS超标1220倍，若未经处理就地排放，则将在城市周围形成严重的面源污染。在这种形势下，国内养殖业污染控制迫切需要经济实用的技术支持以使畜禽养殖场粪污向无害化、减量化、资源化方向发展。2污染控制2.1堆肥堆肥技术是在自然环境条件下将作物秸秆与养殖场粪便一起堆沤发酵以供作物生长时利用。堆肥作为传统的生物处理技术经过多年的改良，现正朝着机械化、商品化方向发展，设备效率也日益提高。2.2好氧处理曝气20世纪70年代日本采用好氧间歇曝气技术对养猪废水进行了有效治理，并开发出一系列相关设备。近年来澳大利亚在传统鼓风曝气装置上又开发出简单实用的多种浅层射流曝气装置。总体而言，养殖业污染控制领域中的好氧技术正朝着高效、实用、经济、操作简便的方向发展。接触氧化接触氧化技术早已被用来处理各种不同浓度的有机污水，其本质是利用填料上的微生物对有 机物进行氧化分解，从而实现对污水的净化。英国近年采用接触氧化技术对猪粪浆进行了处理，并开发出结构和性能很好的新型填料，其对COD的去除率达90%以上，对BOD也有较高的去除效果。SBR序批式活性污泥法是基于传统的FillDraw系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺，近年来引起许多学者的高度重视，现已被广泛用于城市污水、食品加工废水等的处理。试验结果表明，猪粪水经过固液分离、厌氧消化两级处理后进入SBR好氧系统，其对COD的去除率可达70%，对BOD的去除率可达80%以上，出水可达标排放。2.3厌氧处理目前用于处理养殖业粪污的厌氧工艺很多，其中较为常用的有以下几种：厌氧滤器(AF)1969年由Young和McCarty首先提出，1972年国外开始在生产上应用。我国于20世纪70年代末期开始引进并进行了改进，其沼气产率可达3.4m3/(m3d)，甲烷含量可达65%。上流式厌氧污泥床(UASB)1974年由荷兰著名学者Lettinga等提出，1977年在国外投入使用。1983年北京市环境保护科 学研究所与国内其他单位进行了合作研究，并对有关技术指标进行了改进，其对有机污水COD的去除率可达90%以上。污泥床滤器(UBF)是UASB和AF的结合，具有水力停留时间短、产气率高、对COD去除率高等优点。两段厌氧消化1971年由Ghosh 提出，把沼气发酵过程分为酸化和甲烷化两个阶段，并分别在两个消化器内进行。其特点在于消化器内可滞留大量厌氧活性污泥(具有极好的沉降性能和生物活性)，提高了消化器内的负荷和产气率。升流式污泥床反应器(USR)是厌氧消化器的一种，具有效率高、工艺简单等优点，目前已常被用于猪、鸡粪废水的处置，其装置产气率可达4m3/(m3d)，COD去除率达80%以上。2.4厌氧好氧组合欲实现养殖业粪污的彻底处置，单凭厌氧工艺尚不能达到对废物的达标排放和利用要求，必须进行深度处理或后续处置，这就需要将好氧与厌氧工艺结合在一起使用，国内一些养殖场已开始注意到这两种工艺结合的优越性。3存在的问题然国内已有部分养殖场开展了畜禽粪污的治理工作，但目前在技术上存在如下问题：治理技术单一、落后或组合不合理；粪便利用率低，只注重单一的能源回收、不能兼顾资源和环境的综合效益；管理模式落后。由此可见，单一的环保技术已不能有效解决养殖业的环境污染问题，需要综合考虑能源与资源最大程度的利用。 4猪场粪污治理成套工艺针对当前猪场粪污处理领域存在的问题，北京市环科院经优化、组合自行开发出一套养殖业污染的控制技术。该技术已在北京市的几个养猪场得到应用，并取得了较好的环境、经济与社会效益。4.1技术构成猪粪堆肥发酵以猪粪为主要原料，采用好氧堆肥方式，用有机物分解率高、堆肥周期短的高效滚筒卧式发酵装置进行发酵(周期为57d)。经过高温好氧发酵，猪粪成为性状良好的腐殖颗粒有机肥。根据不同农肥的N、P、K等含量标准添加原料，通过粉碎、搅拌后进入造粒装置，成型后经干燥、筛分成为有机复合肥，包装后可入库或出售。污水处理将UASB和SBR组合工艺作为猪粪废液处理的关键技术。首先采用干扫工序对猪粪进行预处置，干粪进入发酵处理单元进行发酵制肥，液体部分则进入UASB反应器，产出沼气后再进行SBR好氧处理，使出水达标。一体化反应器装置的罐体材料采用柔性搪瓷或其他防腐形式预制钢板，以栓接方式拼装，栓接处加特制密 封材料防漏，此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗强酸、强碱的功能。一体化装置具有如下优点：建造周期短、耐腐蚀性强、已建成的设备可进行容积放大，从而提高处理量，使其投资少、投产快，可以拆卸并重新安装在其他地方。4.2工艺流程猪场废水处理流程见图1。4.3应用实例北京顺义良山畜牧场以销售种猪、育肥猪为主，猪场大量高浓度废水的排放对周围水环境造成严重的污染，尤其是夏季废水产生恶臭且到处飘散，废水中的病原菌通过食物、饮用水危害居民的健康，亟需采取有力措施进行治理。该猪场按现存栏12000头计算，产鲜猪粪为49.5t/d，产尿为47.4m3/d，采用高架漏缝地板结构，其废水集中排放。现采用人工清