养猪场污水资源化利用设计思路
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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 种类 体重/kg 每只日排泄粪量/（kg/d） 每只日排泄尿量/（kg/d） 每只年平均排泄粪量（kg/y） 每只年平均排泄尿量（kg/y） 妊娠母猪 160~300 2.1~2.8 4.0~7.0 0.9 2.0
哺乳母猪 / 2.5~4.2 4.0~7.0 1.2 2.0
育肥猪 90 2.3~3.2 3.0~7.0 1.0 1.8 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。
蛋白质 脂肪 碳水化合物 液化阶段 微生物 氨基酸 脂肪酸 单糖 （或二糖） 产酸阶段 微生物 低级脂肪酸 醇类 中性化和物 氢，二氧化碳
产甲烷阶段 甲烷细菌 甲烷
CO2 工艺流程图
设计的污水资源化利用系统是由三部分组成的，分为预处理系统，达标排放处理系统和资源化利用系统。其中以厌氧消化为主要的处理环节，结合粪便的资源化综合利用，充分的消纳污水。同时还要配套建设一定容量的贮肥池，用于存储富余的污水，调节季节性的需求，尽量做到零排放，做到对环境的无害化处理。
工艺流程图简介 畜禽养殖污水内大量固态物含有各种病原菌和寄生虫卵，未经处理直接利用的话，会对农作物及环境造成污染。由于养猪厂一般在清除干粪后，会采用水冲式清粪工艺，这样会导致废水中含有较多的悬浮物，因此有必要对废水进行初次沉淀，这样可以使废水中的有机物物含量降低，固液分离可以将近一半的SS和COD去除。所以在工艺流程中，固液分离和沉淀是必不可少的，也是一种节省投资和增强处理效果的好办法。 对养殖场排出的高浓度的有机废水，必须采用厌氧消化（沼气发酵）工艺，只有这样才能去除大量的可溶性的有机物，还能杀死传染病源，有利于防疫。 要提高厌氧消化效率，要设计合理的池型和结构，科学的布水方式，填料选择和安装，是保证污水处理成功的关键。一般根据不同的地形或池容设计厌氧池，采用钢筋混凝土结构，造价低，耐久性好。 深化污水后处理。因各种条件的限制，污水经厌氧处理后还不能达到排放的标准，由于自然处理需要大量的用地，因此可以采用推流式曝气池工艺，将污水处理达标后排放。 表 1 原水及设计出水水质 项目 BOD5 COD SS nH3-n 进水 4000~4500 6000~7000 6000~8000 380 出水 30 150 150 25
格栅的设计要符合以下的要求。 养殖场污废水在未处理之前，含有一些固体的杂质，如粪便，饲料残渣，毛发等，若不进行处理，会对后续处理构建物增加处理压力，因此对废水进行格栅预处理是十分必要。 格栅要建在集水池前，其数量至少要有两道，一道粗格栅栅条间隙为20mm~40mm，以便去除大型的杂物，一道细格栅栅条间隙为5mm~15mm，用来去除水中小型的杂物。格栅应有良好的去处杂物的能力还要便于清洗。 污水过栅流速一般为0.5~0.8m/s，格栅的倾角为45度~75度。格栅处应设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m。
堆肥工艺的处理。 将粪便转化为有机肥料的机制，是利用有益土壤微生物处理牲畜的粪便，通过控制水分等条件来控制发酵的过程，另有机物在初期大量分解并产生的高热来杀死有害的微生物，害虫卵及杂草的种子，然后再以适宜的温度来缓慢分解为半熟肥，并同时利用其能量来培养大量有益的微生物群，大量有益微生物群将硫化氢，氨气等有害物质转化为有用的肥分，同时有益的微生物群能抑制有害菌的繁殖，使有机物成分通过有益微生物的吸收，利用转化为植物可以吸收的有效成分。这样就可以达到提高粪便肥效和改善动物的生活环境及生态环境的多重目标。 现代的堆肥过程一般是前期处理，主发酵，后发酵，后期处理等。 前期处理就是对一些结块的粪便进行粉碎处理，使其达到一定的均匀度。原料的颗粒度变小后，使比表面积变大，有利于微生物的繁殖，大大提高堆肥的效率。为了使堆肥物料的料堆能够均匀的通风供氧，堆肥原料的粒径也不能太小了，否则会使透气性太差，这样不利于好氧堆肥，一般粒径保持在12~60mm死比较合适的。为了保持在堆肥的过程中具有较高的发酵速率，原料水分的含量也要保持在合适的范围。由于牲畜粪便含水量比较高，还需要前期的预处理来调节。 原料经过预处理之后，就可以进行主发酵过程了，其主要由升温阶段和高温阶段组成。在发酵的初期，中温细菌将分解一些可溶性的物质并放出热量。使料堆的温度上升到30~40度。堆肥物料的升温阶段一般为1~3d。随着温度的升高嗜热细菌将取代嗜温细菌，将残存的，或新形成的可溶性有机物继续分解转化，一些复杂的有机物也开始被分解，这个过程需要3~8d，然后堆肥物料进入降温阶段，此时微生物的活动减弱，产生热量减少，料堆的温度开始逐渐下降，使堆肥的过程进入了腐熟的阶段，到此，堆肥的过程结束 。 经过堆肥处理后的牲畜粪便能成为天然的有机肥料，其不但能够增加土壤的肥性，还能改善过度使用化肥后使土壤板结的问题。
