规模化猪场粪污处理工程模式与技术定位.doc

精品文档规模化猪场粪污处理工程模式与技术定位2010-9-16 20:38:20 文章来源:转载 作者:邓良伟 邓良伟1，陈子爱1，袁心飞2，周文龙3（1.农业部沼气科学研究所，四川成都610041；2.四川省旺昌县农业局，四川广元628200；3.重庆市潼南县环境保护局，重庆402660）对于规模化猪场粪污，除资源化利用外，还可采用物理法、化学法、物化法以及生物法进行处理；要达到排放标准，国内外公认的最经济的手段是生物法。 生物法又分： 厌氧处理； 好氧处理； 自然生态处理三大类。 厌氧处理有：完全混合式厌氧反应器（CSTR）、厌氧滤池（AF）、厌氧序批式反应器（ASBR）、厌氧挡板反应器（ABR）、厌氧复合反应器（UBF）、上流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）等工艺技术。 好氧处理包括： 活性污泥法、接触氧化法、生物转盘、氧化沟、序批式反应器（SBR）、膜生物法（MBR）等工艺方法。 自然生态处理：可采用土地处理系统、氧化塘以及人工湿地等。 面对种类繁多的处理工艺，养殖场业主以及政府管理者等非废水处理专业人士往往无所适从。因此，很有必要对这些处理工艺技术在大的方向进行归纳分类，为养殖场业主选择粪污处理方法以及决策管理部门对畜禽养殖粪污处理政策定位提供参考。 透过不同工艺技术的表象，从本质上看，规模化猪场粪污处理可总结为3种模式： 沼气（厌氧）-还田模式； 沼气（厌氧）-自然处理模式； 和沼气（厌氧）-好氧处理模式（工业化处理模式）。 以这3种模式为基础，根据规模化猪场所处的自然环境、社会经济条件以及饲养规模，可以对粪污处理模式做出适当选择与准确定位。 1沼气（厌氧）-还田模式1.1沼气（厌氧）-还田模式的适用范围 畜禽粪污或沼液还田作肥料是一种传统、经济的处置方法，可以在不外排污染的情况下，充分循环利用粪污中有用的营养物质，改善土壤中营养元素含量，提高土壤的肥力，增加农作物的产量。分散户养殖方式的畜禽粪污处理均是采用这种方法。 这种模式适用于远离城市、经济比较落后、土地宽广的规模化猪场。养猪场周围必须要有足够的农田消纳沼液。要求猪场养殖规模不大，一般出栏规模在2万头以下，当地劳动力价格低，冲洗水量少。 1.2沼气（厌氧）-还田模式的工艺流程 沼气（厌氧）-还田模式工艺流程如图1。1.3沼气（厌氧）-还田模式的关键 要真正达到营养物质还田利用、污染物零排放，必须解决好4个关键问题。1.3.1 第1个关键：猪场周围要有足够的土地 也就是要考虑周围土地的承载力。一些欧美国家就土地对厌氧消化残余物（沼渣沼液）的承载力有明确的规定（表1）。我国上海、北京以及江苏等地也对畜禽粪污土地承载能力进行了研究，提出土地承载能力，见表2。表1一些国家有关土地对厌氧消化残余物营养物质承载力的规定国家氮每公顷年最大负荷/kg需要的储存时间/月强制的施用季节 奥地利丹麦 意大利瑞典英国法国美国1002003年前：牛210230、猪140170；2003年后：牛170、猪140170500基于畜禽数量250500150第1年450，以后28069 366104 2月28日10月25日2月1日收获 2月1日12月1日2月1日12月1日 12 表2我国部分地区畜禽粪污土地承载能力地区土地承载能力上海 江苏 北京粮食作物：每年每公顷11.25 t猪粪当量；蔬菜作物：每年每公顷22.5 t猪粪当量；经济林：每年每公顷15 t猪粪当量。大田：氮40 kg/亩，五氧化二磷18 kg/亩；大棚：氮80 kg/亩，五氧化二磷32 kg/亩。粪肥23 t/亩 1.3.2 第2个关键：沼渣沼液的经济运输距离。 厦门大学曾悦等以福建为例，研究了粪肥的经济运输距离，认为猪粪的经济运输距离为13.3 km、鸡粪43.9 km、牛粪5.2 km。而丹麦沼气工程的沼渣沼液运输距离一般在10 km以内。 规模化猪场冲洗水量大约是猪粪的10倍。因此，可以推测，规模化猪场粪污厌氧处理后沼渣沼液的经济运输距离在2 km以内。 1.3.3 第3个关键：沼渣沼液的储存。 必须要有足够容积的储存池来贮存暂时没有施用的沼渣沼液，不能向水体排放废水。一些欧美国家要求的粪肥或沼渣沼液储存时间见表1。 1.3.4 第4个关键：沼渣沼液还田利用的标准。 目前，我国还没有制定沼渣沼液作肥料还田利用的标准。环保部门往往套用农田灌溉水质标准（GB5084-1992）要求：对于水作，化学耗氧量（COD）200 mg/L，生化需氧量（BOD5）80 mg/L，凯氏氮12 mg/L，总磷（以磷计）5.0 mg/L；对于旱作，COD300 mg/L，BOD5150 mg/L，凯氏氮30 mg/L，总磷（以磷计）10.0 mg/L。畜禽粪污处理后沼液基本上达不到这个要求。如果经过处理后达到此要求，估计农户也不会利用了，因为氮、磷等营养物质都被去除了。 尽管新的农田灌溉水质标准（GB5084-2005）取消了氮、磷指标的要求，但是将有机物指标提高了：对于水作，COD150 mg/L，BOD560 mg/L；对于旱作，COD200 mg/L，BOD598%99%98%93%97% 表6结果表明，处理工程对化学耗氧量、氨态氮的去除率达到98%以上、生化需氧量去除率达到99%以上、悬浮物去除率达到97%以上、总氮去除率达到93%以上。出水化学耗氧量、生化需氧量、氨态氮、悬浮物分别低于350 mg/L、20 mg/L、15 mg/L、120 mg/L，达到畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）。 3.4沼气（厌氧）-好氧处理模式的优缺点 沼气（厌氧）-好氧处理模式的主要优势在于： 1）占地少； 2）适应性广，不受地理位置限制； 3）季节温度变化的影响比较小。 沼气（厌氧）-好氧处理模式的缺点主要表现在： 1）投资大，万头猪场的粪污处理，投资约150200万元； 2）能耗高，处理1 m3污水耗电约24 kWh； 3）运转费用高，处理1 m3污水运转费2.0元左右； 4）机械设备多，维护管理量大； 5）需要专门的技术人员进行运行管理。 4 以上3种处理模式的经济分析 以年出栏10 000头猪的规模化猪场为例。3种模式都采用干清粪工艺，每天污水量大约100 m3，进水化学耗氧量6 0008 000 mg/L、生化需氧量3 5004 500 mg/L、悬浮物3 0004 000 mg/L、氨态氮500700 mg/L、pH 77.5。沼气（厌氧）-自然处理模式、沼气（厌氧）-好氧处理模式的处理出水达到国家畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001），即化学耗氧量400 mg/L，生化需氧量150 mg/L，悬浮物200 mg/L，氨态氮80 mg/L，pH 69。3种模式的经济比较见表7。表7：万头出栏猪场粪便污水不同处理模式的投资及运行费用比较费用 沼气（厌氧）-好氧处理模式沼气（厌氧）-自然处理模式沼气（厌氧）-还田模式污水处理投资/万元年耗电量/kWh年污水处理运行费用/万元年节约化肥收入或种植收益/万元年沼气产量/m3沼气收益/万元年总收益（沼气及节约化肥收益）/万元年利润/万元170101 470-11.17 73 0005.845.84 -5.331803 285-3.27 73 0005.845.84 2.571604 745-2.32*/-182.32*1.28*/30.0* 73 0005.847.12*/35.84* 4.80*/-146.48*注：*猪场自有土地足够消纳猪粪水厌氧消化液；*猪场没有自有土地消纳猪粪水厌氧消化液。 表7分析表明，几种处理模式的投资比较接近，以沼气（厌氧）-自然处理模式稍高，沼气（厌氧）-好氧处理模式次之，沼气（厌氧）-还田模式最低。 沼气（厌氧）-好氧处理模式的耗电量和运行费用均高于沼气（厌氧）-自然处理模式和沼气（厌氧）-还田模式。 如果规模化猪场没有足够自有土地消纳厌氧消化液，靠租用土地来消纳，沼气（厌氧）-还田模式的运行费用明显高于沼气（厌氧）-自然处理模式与沼气（厌氧）-好氧处理模式。对于拥有土地的猪场，采用沼气（厌氧）-还田模式，即使种植作物或饲料没有利润，其运行费用显著低于沼气（厌氧）-好氧处理模式。 沼气（厌氧）-好氧处理模式运行费用非常高，小的规模化猪场是难以承受的，即使能修建处理设施，也可能会因为高运行费用而无法运转，该模式只能在前两种模式无条件应用时才选用。沼气（厌氧）-还田模式可以实现污染物零排放，资源化程度最高，但是，如果规模化猪场没有足够的农田消纳粪污，需要周围农户使用粪污，这就存在着与周围农户协调问题；如果租用土地来消纳粪污，也存在非常高的运行费用。沼气（厌氧）-自然处理模式的运行费用较低，在规模化猪场没有土地的情况下，租用土地的运行费用也低于沼气（厌氧）-好氧处理模式。如果计算产生沼气以及节约