畜禽养殖场废水处理及资源化利用
随着养殖行业的快速发展，集约化规模化的养殖场和养殖区的不断增加，在解决了畜产品供应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，由于畜禽的粪便和污水排放量剧增，加之农业上由传统的使用有机肥转向大量使用化学肥料，畜禽粪便利用率低，在合理发展规模养殖、调整养殖结构与布局的同时治理养殖污染，已成为制约畜牧业可持续发展的关键所在，也成为了人们普遍关注的社会问题。针对这一现象，环源环保设备针对该类废水的处理和资源化利用制定出一整套的解决方案。供养殖业客户来参考选用。
一、畜禽养殖行业污染的情况
针对畜禽养殖行业的污染现状，畜禽养殖行业主要的污染种类包含以下几个方面：
1、污染空气；堆积的畜禽粪便在厌氧的环境条件下，可分解释放甲烷、硫化氢等有毒有害刺激性气体，最周边的大气环境造成严重的污染。
2、污染水体；畜禽养殖场未经处理的污水中含有大量污染物质，其污染负荷很高，这种高浓度有机废水直接排入或随雨水冲刷进入江河湖库，使水体变黑发臭，大量的氮、磷等营养物是造成水体富营养化，导致鱼塘及河流丧失使用功能；养殖污水长时间渗入地下，使地下水中的硝酸盐含量增高，水质恶化，同时危及周边生活用水水质。
3、传染人畜共患病，因养殖场的粪便和污水随地堆积、任意排放，直排田间、河流，使得养殖场周围臭气冲天、蚊蝇成群。据统计，90余种人畜共患病是由畜禽粪便及排泄物为主要载体传染的。
畜禽养殖行业产生的污染物是典型的高浓度的有机废水，CODcr、氨氮、
SS、总磷等污染物浓度都比较高。
二、畜禽养殖废水的特征
1、畜禽养殖废水的来源；畜禽养殖行业废水通常主要是由尿液、冲洗废水、（主要是圈舍冲洗废水、饮水槽冲洗废水、地面清洁用水、设备设施清洗用水）少量的生活用水等。
畜禽粪尿排泄系数
2、清粪方式：畜禽养殖行业的清粪方式主要包含：干清粪、水冲粪、水泡粪。具体各种清粪方式产生的水质特点如下表：
3、畜禽养殖行业废水产生的危害及排放标准
养殖行业废水属于富含大量病原体的高浓度有机废水，直接排放水体会造成严重的河流水体的严重污染和地下水水质的恶化。
污染造成主要的影响：粪便进入水体之后的流失率高；进入水体之后造成严重的富营养化，造成水体污染和水生动植物的死亡；改变水体的功能，水中的污染物成分对水体造成持久性的污染，是水体丧失原有的净化功能，不易恢复。
另外养殖废水还会造成土壤、大气、微生物的污染，甚至直接威胁到人类的生存环境。
针对养殖废水污染程度的严重性，国家环保总局颁布的《畜禽养殖行业污染物排放标准》（GB18596-2001）专门针对该类废水的一个要求。标准使用与集约化、规模化的畜禽养殖基地和厂区。主要的数值限值要求如下：集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日排放浓度
三、畜禽养殖废水的主要处理技术
畜禽养殖行业废水处理技术的基本原则包含资源化、减量化、无害化、生态化、廉价化、产业化等。畜禽养殖行业废水处理常见处理方法包含：自然处理法、工业化处理方法，其中工业化处理中包含厌氧生物处理、沼气池、好氧生物处理、厌氧好氧组合式处理。
1、自然处理法：自然处理法的特点是投资少、工艺简单、动力消耗小，但是受自然条件影响较大，制约着处理效果和稳定性。对于此种处理方式，在偏远的山区和有足够的环境空间对污染物进行消解转化的地区，比较适用。
常见的自然处理方法包含：氧化塘、人工湿地、土壤处理法等。
2、厌氧生物处理技术：厌氧生物处理的特点是造价低，占地面积小、能量需求低、还可以产生沼气，处理过程部需要氧气，不受传氧能力的限值，因而具有较高的有机负荷潜力，能使一些好氧微生物不能降解的部分进行有机物降解。
常用的厌氧生物处理方法：完全混合式厌氧消化器、厌氧接触反应器、厌氧滤池、上流式厌氧污泥床、厌氧流化床、升流式厌氧反应器、折流式厌氧反应器循环厌氧反应器等工艺，目前畜禽养殖污水处理项目中常用的工艺为升流式厌氧反应器（UASB反应器）和IC反应器。
UASB反应器的工作原理：
UASB反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物在厌氧消化反应过程中参与反应的厌氧微生物。
主要有以下几种：①水解—发酵(酸化)细菌，它们将复杂结构的底物水解发酵成各种有机酸，乙醇，糖类，氢和二氧化碳；②乙酸化细菌，它们将第一步水
解发酵的产物转化为氢、乙酸和二氧化碳；③产甲烷菌，它们将简单的底物如乙酸、甲醇和二氧化碳、氢等转化为甲烷。
UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区，使反应区积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
IC反应器的工作原理：
IC反应器是新一代高效厌氧反应器，即循环厌氧反应器，相似由2层UASB 反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。
它相似由2层UASB反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。
混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。
第1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区，在高浓度污泥作用下，大
部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区污泥呈膨胀和流化状态，加强了泥水表面接触，污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区。气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混合，实现了混合液的部循环。
第2厌氧区：经第1厌氧区处理后的废水，除一部分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器进入第2厌氧区。该区污泥浓度较低，且废水部分有机物已在第1厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区，对第2厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件。
沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥返回第2厌氧区污泥床
新型UASB反应器的选择机理：
生产废水中含有较高的COD和的BOD5，仅靠好氧和物化处理，能耗大，而且难以达标，为进一步去除部分COD并提高污水生化性，降低对后续工段的冲击，将预处理后的高浓度废水与低浓度废水混合一起进入新型UASB反应器处理。
新型UASB反应器是我公司结合畜禽粪便进料的特点，综合了UASB、EGSB 及IC的优点，克服了现有技术在污水流态不均、反应器易堵塞、出水悬浮物含量高、运行费用高等方面的缺点，针对性的设计开发的新型高效UASB-TMP技术。该技术具有防爆、防堵、保温、高产稳定沼气的功能，30-45℃近中温发酵，产气率可达1.2-1.5m3/m3.d,发酵塔的高径比≥1.2。
将新型UASB反应器工艺增设于好氧生化处理之前，效果显著。尤其是长时间的运行情况表明，厌氧处理工艺一直非常稳定，可以说，从未进行过任何维修，亦无需任何管理，不仅减缓了冲击负荷对好氧生化的影响和提高了废水的可生化性，而且能够去除大部分污染物，提高了整个工艺的处理效率和降低了单位水量的能耗。
废水在生物处理工艺中，新型UASB反应器工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以下特点：①由于在水解酸化阶段可大幅度地去除废水中悬浮物或有机物, 其后续好氧处理工艺的污泥量可得到有效地减少, 从而设备容积也可缩小。
②产泥量远低于好氧工艺（仅为好氧工艺的1/10～1/6) ，并已高度矿化，易于处理；③可对进水负荷的变化起缓冲作用，从而为好氧处理创造较为稳定的进水条件；④运行费用极低, 且其对废水中有机物的去除亦可节省好氧段的需氧量，从而节省整体工艺的运行费用；⑤重要的可为好氧工艺提供优良的进水水质（即提高废水的可生化性) 条件，提高好氧处理的效能，同时可利用产酸菌种类多、
生长快及对环境条件适应性强的特点，以利于运行条件的控制和缩小处理设施的容积。
3、好氧生物处理技术：好氧生物处理的基本原理是利用微生物在好氧条件下分解有机物，同时合成活性污泥，在好氧处理中可生物降解的有机物最终可被氧化分解为简单的无机物，该方法主要包括有活性污泥法、生物滤池、氧化沟、生物转盘、生物接触氧化、SBR（序批式活性污泥法）、A/O法等等。在养殖行业中好氧处理多需用接触氧化法、SBR法来处理。
接触氧化法处理工艺：接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的新的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化池。在不透气的曝气池中装有填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧，这种方式称为鼓风曝气；空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过滤料部分到达地面，空气逸走后，废水则在滤料间格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。另外在接触氧化池中填料的选择也需要根据情况来进行确定，包含弹性填料、软性填料、组合填料、悬浮填料（MBBR）等类型。
SBR法：SBR是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。针对畜禽养殖业中小型企业，水量偏小的企业可以选择SBR工艺。
SBR与水解酸化工艺相结合使用对于养殖废水的处理效果比较理想，经理论工程实践验证，水解酸化过程对CODcr的去除效率较高，SBR运行过程对总磷的去除效率能够达到74%左右，对氨氮的去除效率可以达到97%左右。
好氧活性污泥工艺的选择机理
经过预处理+厌氧处理后，去除了废水部分的COD，但是仍达不到纳管排放的要求，同时废水中含有较高的NH3-N，因此厌氧处理的出水需要进入到缺氧/好氧反应池，通过硝化和反硝化，进一步的去除有机污染物和NH3-N，以达到排放要求。
好氧生物处理系统是一种去除污水中有机物的经济而行之有效的方法，主要生物处理系统分为活性污泥法及生物膜法。活性污泥法及生物膜法发展历史均较长，发展型式呈多样性，各有其自身优缺点及适用性。一般来讲，活性污泥法用于规模较大的处理厂或污水浓度较高的场所。接触氧化法适用于规模较小，水质水量变化较大，对管理要求较低，污水水质浓度低、处理出水要求水质标准较高的场合。活性污泥法系统典型工艺有：传统活性污泥法、氧化沟、SBR、CASS、MSBR等；生物膜法典型工艺有：塔滤、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等工艺。以下为几种典型工艺的对比：
几种好氧生化系统比较
我们综合以上对比分析，我们采用A/O接触氧化工艺和SBR工艺，在进一步的去除有机污染物同时，有效的降解NH3-N，达到排放要求。
4、对于养殖废水的处理一般采用的都是厌氧与好氧相结合的混合工艺进行处理。经对水质的分析和检测，结合公司工程经验，选取适合工程实际的组合是工艺。
混合处理法典型的处理工艺流程：
达标排放
工艺流程说明：养猪废水经管网收集后进入污水处理系统，首先进入集水池1，对养猪废水进行收集；出水经泵提升进入固液分离机，利用分离机的挤压作用除去废水部分的粪便；出水自流进入集水池2，收集分离机出水，并起到均衡污水水质水量的作用；出水经提升泵提升进入污水处理主体工艺，首先进入水解酸化池，在厌氧菌的代作用下，把大分子有机物降解为小分子有机物，起到预酸化的作用，提高后续厌氧处理的处理效率；出水自流进入集水池3，收集水解酸化池出水，并设泵提升；出水经泵提升进入UASB反应器，利用反应器中厌氧菌的作用，将污水中的大部分有机污染物经过厌氧发酵降解为甲烷和CO2；出水自流进入吹脱池，采用向池中曝气的方式，带出水中的硫化氢、甲烷等有害气体，并向池体中加入片碱，调节污水PH至中性；出水自流进入一级接触池，利用好氧微生物的代作用，把废水中的有机污染物分解为二氧化碳、水等低能位的污泥物稳定下来，同时利用硝化菌的代作用，把氨氮转化为硝酸盐；出水自流进入缺氧池，利用反硝化菌的代作用，将硝酸盐转化为氮气稳定下来，进而除去废水中的氨氮；出水自流进入二级接触池，进一步除去废水中的有机物；出水自流进入沉淀池，利用重力作用实现泥水分离；出水自流进入消毒池，通过二氧化氯发生器向池中加入强氧化剂除去水中细菌等有害致病菌，使出水可以达标排放。沉淀池产生的污泥，一部分回用于水解酸化池、UASB反应器、吹脱池、一级接触池及缺氧池中，剩余污泥经泵打入污泥浓缩池，经螺杆泵抽吸进入板框压滤机，经压滤机压滤脱水形成泥饼后用于堆肥或定期外运。
该废水处理工艺流程为典型的养殖废水处理工艺流程，具有的优点：
1、工艺完善，处理效率高，对COD、氨氮、SS、总磷等污染物的去处
理效率可以达到98%以上；
2、完善、技术成熟、功能稳定可靠，节约占地面积，减少了投资成本；
3、产生的污泥量少，避免污染转移，节省运行费用和污泥的处理费用；
4、运行操作维护方便，节约人员操作成本，可以实现完全自动化运行；
5、前端处理产生的固体污染物可以回用的农田施肥，实现废弃物的资
源化利用。
四、畜禽养殖行业处理的废水、固废的资源化利用
在畜禽养殖行业中，禽畜类的粪便中含有大量的有机肥及丰富的氮磷钾等营养物质，是非常宝贵的有机肥料，农业科学的研究和试验表明，土壤及有机肥中的有机养料，除了有营养作用，能增加农作物产量之外，在改良土壤和培肥地力方面更有其独特的效果。
对于畜禽养殖行业废水、废气、废固等污染物的资源化利用方面，主要的几个方向：饲料化、肥料化、能源化。
饲料化：畜禽粪便中含有丰富的营养成份，如粗蛋白、脂肪、无氮侵出物、Ca、P、维生素B12等元素，同事存在许多潜在的有害物质，如微量元素砷，重金属铜、锌、各类药物（抗球虫药、磺胺类药物等）、抗生素、激素以及大量的病原微生物，寄生虫及卵。所以动物粪便需要经无害化处理后可以转化为饲料。经过高温、膨化处理后，可以杀死全部的病原微生物和寄生虫。用经无害化处理后的饲料喂养禽类畜类是安全的，控制好喂养量，可以有效的避免中毒现象的产生。
在实际的操作中，鸡粪适合加工成牛饲料。鸡粪中含有：粗蛋白含量为
20-30%（干物质核算）；氨基酸含量不低于玉米等谷物饲料；丰富的微量元素和一些营养因子。
另外牛粪适合用于蚯蚓养殖，经蚯蚓消化分解后的牛粪可以加工为有机肥，用于农田施肥。养殖的蚯蚓用来生产饲料，实现资源化的利用。
肥料化：畜禽养殖行业产生的干粪经粉碎、搅拌、加入生物菌种发酵、烘干造粒加工成便于运输和储存的系列固体肥料，主要用于农田作物的施肥。对于养猪行业，主要的固废，主要是用来做有机肥料。
生物有机肥：原料主要包含有禽类、畜类及其他动物的粪便、秸秆、及农产品废弃物。主要的生产工艺一般包含以下几个方面：原料前处理、接种微生物、发酵、干燥、粉碎、筛分、包装、计量等，其中依据原料和处理方式各有不同。
能源化：因畜禽养殖粪便和废水中含有很高的有机物浓度，易于进行厌氧微生物的降解，具有很高的能源回收价值——沼气，沼气可以用来发电或作为燃料用于平时的烧火做饭。产生的沼液和沼渣可以用来浇灌花草树木、蔬菜瓜果等。经处理后的排水用于农田灌溉和生活杂用。
畜禽粪便生物处理和资源化工程系统图：
PSB：具有原始光能合成体系的原核生物，以光为能源，能在厌氧光照或好氧
黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合
作用的微生物。
五、养殖废水的生态化——零污染排放全资源化利用
对于养殖废水排放带来的生态环境污染问题，已经成为养殖行业的发展的绊脚石。因其固有的性质造成废水处理难度大，处理费用高、处理效果难以保证，且处理成本不断增加等一系列原因。开辟一条生态化养殖模式和资源化利用，对于当下养殖业是必须改变的一种模式。
生态养殖是我国养殖业大力提倡的一种生产模式，其核心主就是遵循生态学规律，将生物安全、清洁生产、生态设计、物质循环、资源的高效利用和可持续消费等融为一体，发展健康养殖，维持生态平衡，降低环境污染，提供安全食品。生态养殖是一种以低消耗、低排放、高效率为基本特征的可持续畜牧业发展模式。
养殖废水的生态化处理就是建立以菌治菌，沼液回冲圈舍的养殖场生态循环模式，养殖场---厌氧发酵沼气池---沼液----猪舍---沼气池---沼气、沼液、沼渣---蔬菜、林果、粮食作物、养鱼，利用沼液厌氧发酵后富含多种有益菌的特性，根据自然界有益菌、有害菌共存相互制约的道理对猪舍进行生物杀菌，对有害菌进
行生物杀灭；又利用猪爱打滚的特性，猪在沼液回冲猪舍的同时会打滚，沼液又对猪体表的有害菌进行了清理，防治了有害菌进入猪体致病的环节；沼液的特殊气味也对猪舍空气里的细菌进行了净化、特殊气味驱赶了蚊蝇的对猪的侵害；沼液在猪舍循环的同时把猪粪便顺便带回沼气池去厌氧发酵，既省去了又脏又累的清粪工又减少了污染环境，有是猪场有了绿色能源，一举多得。
生态化的养殖模式的技术优势和技术特点：
1、根据猪的天性养殖，设计配套符合猪生理特性的冬暖夏凉的生态猪舍，使猪免疫力提高，猪得病少，用药少，病死率低，养殖成本低肉质有保障。
2、根据猪舍的方位设计配套的全地下钢筋混凝土、沼渣液自动分离、自动提升的大型沼气池，沼气池由沼液回冲猪舍的同时把猪粪带回沼气池维持发酵运行，沼液、沼渣自动分离，沼渣自动提升到与地面平行的储渣池，零管理费用，无需维护，安全可靠。
3、沼液回冲，沼渣利用，实现完全资源化利用。
4、造价低、效果好，操作简单，运行费几乎为零，便于管理。通过建立生态化的养殖模式，养猪场与蔬菜、粮食、林果基地配套，沼渣、沼液全部用于生产蔬菜、粮食林果的有机肥需求，构成了一个生态循环系统。彻底实现了养殖粪便的零排放及资源化利用，既保障了养殖户的利益，又解决了养殖废水的污染难题，实现生态猪肉，生态瓜果、生态安全的多重目标。
5、对于特殊条件的地区，因可用的土地面积有限，可以按照传统模式的污水处理工艺进行处理，处理后的水经消毒净化后，用于圈舍冲洗、浇灌农田、喷洒路面等多种回用模式，从而实现养殖废水的资源化利用。进而达到少排放或零排放。
根据以上分析,解决猪场污染问题,首先应当从源头抓起，加强猪场环境管理,从源头污水减量化考虑,采用“零污染”干式养猪,减少用水量,基本实现零污染物排放，或采用干清的方式代替水冲,既不会流失营养物质,又可以大大减少废水的排放。养殖业属于传统产业,猪场废水处理必须寻求经济可行、处理效果好的方法。开发经济有效的处理工艺是目前猪场废水处理的重点。高效厌氧反应器的研制、氮磷污染物的去除、沼气发电技术及无害化资源能源的回收是今后猪场废水处理的重要研究方向。生态化养殖是今后发展的一个重点。