牲畜养殖厂污废水资源化利用研究
课题研究的背景
近年来, 随着农业结构调整和农业产业化进程的逐步推进, 中国集约化，规模化养猪场快速的发展,由于大多数养殖场的污水处理系统并不完善，产生的大量粪便污水排入周围的水系中, 给原来就比较脆弱水环境带来了严重污染压力,导致农村生态环境问题日益突出。因此, 加强集约化，规模化养猪场水污染防治已成为我国目前环境保护中亟待解决的问题。
目前我国牲畜养殖场污水处理现状
根据调查，我国规模化养猪场污水处理方式一般为:人工清除干粪后冲洗污水进入沼气池发酵, 产生的气体作为燃料利用, 沼渣排入三级化粪池作进一步处理后排入排水渠或自然池塘, 其中有一大部分作为农肥利用。规模较小的养猪场污水处理模式比较简单, 一般是人工除干粪后, 冲洗污水进入沼气池或三级化粪池经一道处理后即排入排水渠或自然池塘, 相当一部分作为农肥利用。
目前国内养猪场水污染治理存在不少问题
1污水预处理不到位, 增加后续处理压力。大部分养猪场的冲洗粪便的污水进入沼气池或化粪池前未能做到很好的固液分离。虽人工清除干粪, 但污水还含有大量的猪粪, 没有进一步沉降分离, 增加后续处理设施处理的压力。养猪场还存在全水冲式清粪,若不进行固液分离，其处理设施进水浓度更大, 有机负荷量更高, 处理效果更差。
2 污水处理工艺比较简单, 无法满足要求。规模化养猪场污水虽然经过2～
3 道处理工艺(沼气池+化粪池+ 自然池塘) , 但没有进一步深化处理(如曝气或气浮) , 经处理后污水中CODcr 的浓度仍比较高, 无法达到GB18596- 2001 《畜禽养殖业污染物排放标准》, 更不符合GB5084-92农《田灌溉水质标准》, 不能直接作为农田灌溉水。规模化养猪场饲养量多, 污水集中产出, 如果集中排放流失量大, 对环境造成的污染比分散排放严重3综合利用途径少, 浪费现象严重。养猪场污水综合利用以作为有机肥料农田灌溉为主, 而农灌受季节限制明显, 造成污水季节性富余。大部分养猪场因未建贮存池, 富余的污水只能排放, 既污染环境, 又浪费优质的有机肥料。此外, 养猪场区域分布不均衡也是污水富余排放的一个因素。
牲畜养殖场污水的来源
据统计，1头生猪从出生到出栏平均每天排放粪尿5.5 kg ，一个万头规模猪场生猪每年排放粪尿20 075 t，加上饲养的种猪及冲栏污水，每年规模化养猪场产生的粪水和废气若不经处理直接排放的话会给自然环境造成了水体污染、空气污染、土壤污染和危害人类健康等。
规模，集约化的养殖场的污水来源主要是畜禽的尿液，冲刷粪便的污水，进入粪沟的雨水等。。。
粪水主要通过以下几种途径进入水体
1 在清洗猪圈的过程中粪便随冲洗的水流入
2随尿液冲入污水中
3粪便的堆放储存过程中，由于管理不善或降雨等问题而进入水体中。
每只猪的粪便排泄量
周国安吴恩勤严建刚规模养殖场污水减量化与无害化处理的探索《中国畜牧杂志》
根据上表推算，一个存栏6000头的猪场，每天消耗饲料约12吨，约产生猪粪12吨，猪尿19吨，污水约70~150吨。
设计养猪场污水资源化利用系统的要求为
养猪场的污水属于高浓度的有机污水，排放量相对集中，悬浮物多且水量波动大。若是用一般的还田法或自然法处理，已无法满足大规模养殖场的排放需求。根据养殖场污水排放的特性，我们采用固液分离—厌氧生物技术的处理方法来对规模化养猪场的污水进行治理。
经查阅资料，5000头存栏育肥猪场粪水为原料、以产气为主的大型沼气工程一天可产600m3左右的沼气，可用于猪场的生活用能供热、猪舍保温、烧锅炉等多种用途若经过管网集中输配，可供500～600户居民1d的生活用气。如果利用沼气进行发电，通常采用热电联产技术，即用输出的电能满足场区自身及周边居民的用电，同时对发电机废热进行有效回收用于沼气生产原料的增温。
以沼气为纽带，对养猪场的污水综合利用是比较可行的方案。采用的处理和工艺及技术的主要要求有：
1 遵循以废水资源化利用并且能以达标排放为治理的原则。
2，综合利用污水中可以回收的物质，经过处理后转化为能源。有害的粪便等污染物经过格栅分离及固液分离机处理后可直接用于还田处理或者再进行加工成为有机的肥料。厌氧发酵产生的沼气可以作为日常取暖或做饭的能源，沼液也可以用来还田，避免了二次污染。
3工艺流程的配置要因地制宜，运行的模式要有良好的封闭性，防止气味对空气的污染。结构要紧凑，整体性好，便于管理，能达到较好的处理效果和经济效益。
沼气发酵的原理
沼气发酵的过程实质是微生物自身物质代谢和能量代谢的一个生理反应。沼气发酵的过程一般可分为3个阶段。
第一阶段是液化阶段，通过微生物对有机物进行体外的酶解，把固体有机物转变为可溶于水的物质。
第二阶段是产酸阶段，上述的水解产物进入微生物细胞后，在胞内酶作用下，进一步将它们分解成小分子化合物。
第三阶段是产甲烷阶段。
沼气产生的过程
沼气的主要成分
沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体,由于这种气体通常产生于沼泽地和池沼中,因此称为沼气]。沼气同时是一种可燃性混合气体，它的主要成分是甲烷（CH4），其次有二氧化碳、硫化氢(H2S)、氮、氢气、氧气、氨及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃的成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。
沼气是一种无色、有味、有毒、有臭味的气体，其主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味 、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54。甲烷的溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。
甲烷为简单的有机化合物，是一种优质的气体燃料。燃烧时火焰呈蓝色，最高温度可达到1400 ℃左右。纯甲烷每立方米发热量约为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，这相当于 0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出来的热量。从热效率分析，每立方米沼气能利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤能利用的热量。
沼气发酵原料
每吨干牛粪、鸡粪和猪粪(中温发酵)分别可产生沼气约300m3,490m3 和420m3 。沼气的热值为18 017~ 25 140 KJ/m- 3, 相当于1 kg 原煤或0. 74 kg 标准煤所产的热量[13]。因此, 利用畜禽粪便生产清洁能源, 对于保护环境和发展可再生能源都有着重要的意义。沼气发酵的原料既是生产沼气的物质基础，又是沼气微生物进行正常生命活动所需的营养和能量的物质来源。为了保证沼气发酵过程中有充足而稳定的发酵原料，同时使池内发酵既不结壳，又容易进料和出料，达到管理方便，产气率高的目的，须认真选择好沼气发酵原料。本设计采用6000头猪的粪便作为发酵原料。
