專業(yè)養(yǎng)殖糞便處理新技術(shù)介紹和設(shè)備說明

畜禽養(yǎng)殖專業(yè)化與規(guī)?；酗曫B(yǎng)方式,有利於提高飼養(yǎng)技術(shù)、 防疫能力和管理水準, 與傳統(tǒng)方式即農(nóng)戶分散飼養(yǎng)相比,規(guī)模化飼養(yǎng)可大大提高生產(chǎn)效率和飼料轉(zhuǎn)換率,降低生產(chǎn)成本,增加經(jīng)濟效益。但畜禽規(guī)?；曫B(yǎng)也造成糞尿過度集中和沖洗水大量增加,給生態(tài)環(huán)境帶來極大壓力。據(jù)國家環(huán)境保護總局對全國 23 個省(區(qū))、 市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染狀況調(diào)查表明, 畜禽糞便產(chǎn)生量為工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的 2 .4 倍,畜禽糞便化學(xué)需氧量(COD)遠遠超過我國工業(yè)廢水和生活污水化學(xué)需氧量排放量之和。許多地區(qū)畜禽養(yǎng)殖帶來的污染已經(jīng)或正在成為當?shù)丨h(huán)境主要污染源。目前畜禽養(yǎng)殖所帶來的嚴重污染已引起政府、 養(yǎng)殖場業(yè)主、 污染治理研究和設(shè)計者的重視,相繼開發(fā)了不同處理工藝,並建立了各式畜程,主要有還田模式、 自然處理模式和工業(yè)化處理模式。
1 還田模式
    畜禽糞便污水還田作肥料為傳統(tǒng)而經(jīng)濟有效的處置方法,可使畜禽糞尿不排往外界環(huán)境,達到污染物*。既可有效處置污染物,又能將其中有用的營養(yǎng)成分迴圈於土壤 - 植物生態(tài)系統(tǒng)中, 家庭分散戶養(yǎng)畜禽糞便污水處理均採用該法。該模式適用於遠離城市、 土地寬廣且有足夠農(nóng)田消納糞便污水的經(jīng)濟落後地區(qū), 特別是種植常年需施肥作物的地區(qū),要求養(yǎng)殖場規(guī)模較小。還田模式主要優(yōu)點一是污染物*,zui大限度實現(xiàn)資源化,可減少化肥施用量,提高土壤肥力;二是投資省,不耗能,毋需專人管理, 運轉(zhuǎn)費用低等。其存在的主要問題一是需要大量土地利用糞便污水,每萬頭豬場至少需 7hm土地消納糞便污水, 故其受條件所限而適應(yīng)性弱;二是雨季及非用肥季節(jié)必須考慮糞便污水或沼液的出路;三是存在著傳播畜禽疾病和人畜共患病的危險;四是不合理的施用方式或連續(xù)過量施用會導(dǎo)致 NO-3 、 P 及重金屬沉積,成為地表水和地下水污染源之一; 五是惡臭以及降解過程所產(chǎn)生的氨、 硫化氫等有害氣體釋放對大氣環(huán)境構(gòu)成污染威脅。經(jīng)濟發(fā)達的美國約 90%的養(yǎng)殖場採用還田方法處理畜禽廢棄物。鑒於畜禽糞尿污染的嚴重性和處理難度, 英國和其他歐洲國家已開始改變飼養(yǎng)工藝,由水沖式清洗糞尿回歸到傳統(tǒng)的稻草或作物秸稈鋪墊吸收糞尿,然後制肥還田。日本曲徑探尋 10 多年後,於 20 世紀 70 年代始又大力推廣糞便污水還田。說明還田模式仍有較強的生命力。我國上海地區(qū)在治理畜禽養(yǎng)殖污染過程中,經(jīng)過近 10 年的達標治理實踐,又回到還田利用的綜合處理模式中。美國糞便污水還田前一般未經(jīng)專門厭氧消化裝置厭氧發(fā)酵,而是貯存一定時間後直接灌田。由於擔心傳播畜禽疾病和人畜共患病,畜禽糞便廢水經(jīng)過生物處理之後再適度應(yīng)用於農(nóng)田已成為新趨勢。德國等歐洲國家則將畜禽糞便污水經(jīng)過中溫或高溫厭氧消化後再進行還田利用,以達到殺滅寄生蟲卵和病原菌的目的。我國一般採用厭氧消化後再還田利用,可避免有機物濃度過高而引起的作物爛根和燒苗,同時經(jīng)過厭氧發(fā)酵可回收能源CH 4 ,減少溫室氣體排放,且能殺滅部分寄生蟲卵和病原微生物。國外對畜禽糞便污水還田利用的研究主要側(cè)重於安全性評估以及減少風(fēng)險的措施。我國該方面研究則主要著眼於畜禽糞便厭氧消化液(沼液)的正面影響即改良土壤及增產(chǎn)效果 [4 ] ,而對其副作用即長期施用所產(chǎn)生的危害尚未引起足夠重視。
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2 自然處理模式
    自然處理模式主要採用氧化塘、 土地處理系統(tǒng)或人工濕地等自然處理系統(tǒng)對養(yǎng)殖場糞便污水進行處理, 適用於距城市較遠、 氣溫較高且土地寬廣有灘塗、 荒地、 林地或低窪地可作污水自然處理系統(tǒng)、 經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū),要求養(yǎng)殖場規(guī)模中等。自然處理模式主要優(yōu)點一是投資較省, 能耗少, 運行管理費用低; 二是污泥量少, 不需要複雜的污泥處理系統(tǒng);三是地下式厭氧處理系統(tǒng)厭氧部分建於地下,基本無臭味; 四是便於管理,對周圍環(huán)境影響小且無噪音;五是可回收能源 CH 4 。其主要缺點一是土地佔用量較大;二是處理效果易受季節(jié)溫度變化的影響;三是建於地下的厭氧系統(tǒng)出泥困難,且維修不便;四是有污染地下水的可能。該模式在美國、 澳大利亞和東南亞一些國家應(yīng)用較多,且國外一般未經(jīng)厭氧處理而直接進入氧化塘處理畜禽糞便污水,往往採用多級厭氧塘、 兼性塘、 好氧塘與水生植物塘,污水停留時間長(水力停留時間長達 600d) , 占地面積大, 多數(shù)情況下氧化塘只作為人工濕地的預(yù)處理單元。歐洲及美國較多採用人工濕地處理畜禽養(yǎng)殖廢水, 美國自然資源保護服務(wù)組織(NRCS)編制了養(yǎng)殖廢水處理指南,建議人工濕地生化需氧量(BOD 5 )負荷為 73kg / hm2 •d,水力停留時間至少 12d。墨西哥灣專案(GMP)調(diào)查收集了 68 處共 135 個中試和生產(chǎn)規(guī)模的濕地處理系統(tǒng)約 1300 個運行數(shù)據(jù),並建立了養(yǎng)殖廢水濕地處理資料庫,發(fā)現(xiàn)污染物平均去除效率生化需氧量(BOD 5 )為 65%, 總懸浮物 53%,NH+4- N 48%,總 N 42% ,總 P 42%。人工濕地存在的主要問題是堵塞, 而引起堵塞的主要原因是懸浮物,微生物生長的影響卻很小。避免堵塞的方法主要有加強預(yù)處理、 交替進水和濕地床輪替休息 , 近年還發(fā)展了 “潮汐流” 以及反粒級(上大下小)等避免堵塞。我國南方地區(qū)如江西、 福建和廣東等省也多應(yīng)用自然處理模式,但大多採用厭氧預(yù)處理後再進入氧化塘進行處理, 厭氧處理系統(tǒng)分地上式和地下式, 氧化塘為多級塘串聯(lián)。我國在人工濕地處理養(yǎng)殖廢水方面進行的一些實驗研究和工程應(yīng)用, 主要著眼於植物篩選和處理效果的考察,而在氧化塘以及人工濕地處理養(yǎng)殖廢水設(shè)計中,一般參照氧化塘或人工濕地處理其他污水的資料作為設(shè)計依據(jù)或者隨意設(shè)計, 但針對畜禽養(yǎng)殖污水處理, 其氧化塘、 人工濕地究竟需要多大面積, 出水才能達到標準,季節(jié)溫度變化對自然處理系統(tǒng)效果的影響等方面尚缺乏深入研究和規(guī)範可依。
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3 工業(yè)化處理模式
    工業(yè)化處理模式包括厭氧處理、 好氧處理以及厭氧 - 好氧處理等不同處理組合系統(tǒng)。對那些地處經(jīng)濟發(fā)達的大城市近郊、 土地緊張且無足夠農(nóng)田消納糞便污水或進行自然處理的規(guī)模較大養(yǎng)殖場, 採用工業(yè)化處理模式淨化處理畜禽糞便污水為宜。工業(yè)化處理模式主要優(yōu)點一是占地少;二是適應(yīng)性廣, 不受地理位置限制; 三是季節(jié)溫度變化的影響較小。其主要缺點一是投資大, 每萬頭豬場糞便污水處理投資約 120 萬～150 萬元; 二是能耗高, 每處理 1m3污水約耗電 2～4kW •h;三是運轉(zhuǎn)費用高, 每處理 1m3污水需運轉(zhuǎn)費 2 .0 元左右; 四是機械設(shè)備多,維護管理量大;五是需專門技術(shù)人員管理。韓國、 義大利和西班牙等國少部分養(yǎng)殖場應(yīng)用該模式處理糞便污水,而日本則大量應(yīng)用該模式, 美國亦開始該模式的研究與應(yīng)用; 我國目前已有相當多的養(yǎng)殖場採用該模式處理糞便污水。畜禽養(yǎng)殖糞便污水厭氧處理工藝通常有*混合式厭氧反應(yīng)器、 厭氧濾池、 厭氧擋板反應(yīng)器、 厭氧複合反應(yīng)器、 上流式厭氧污泥床和內(nèi)迴圈厭氧反應(yīng)器等。畜禽養(yǎng)殖糞便污水含有高濃度的懸浮物和NH+4- N,影響了高效厭氧反應(yīng)器的效率。徐潔泉等對厭氧複合反應(yīng)器、 上流式厭氧污泥床和厭氧擋板反應(yīng)器處理豬糞過篩液運行性能試驗結(jié)果表明,幾種反應(yīng)器的運行指標基本*,綜合比較厭氧複合反應(yīng)器略優(yōu)於上流式厭氧污泥床, 上流式厭氧污泥床略優(yōu)於厭氧擋板反應(yīng)器。且溫度對反應(yīng)器性能的影響更大,發(fā)酵溫度 10℃段時化學(xué)需氧量負荷 1 .9～2 .3g / L •d,裝置平均產(chǎn)氣率 0 .32～0 .51L / L •d, 化學(xué)需氧量平均去除率 82 .2% ～91 .0% ; 發(fā)酵溫度 15℃段時負荷化學(xué)需氧量 2 .5～2 .6g / L•d, 裝置平均產(chǎn) 氣率 0 .57～0 .59L/ L •d;發(fā)酵溫度 25℃段時化學(xué)需氧量負荷 5 .5～5 .7g/ L •d, 裝置平均產(chǎn)氣率 1 .93～2 .01L/ L •d。好氧工藝早期主要採用活性污泥法、 接觸氧化法、 生物轉(zhuǎn)盤、 氧化溝和缺氧 - 好氧法等工藝, 這些工藝處理養(yǎng)殖場廢水脫 N 效果均差, 其中缺氧 - 好氧法雖能取得較好脫 N 效果,但需要污泥回流和高比例混合液回流,一般還需加堿。而採用間歇曝氣處理豬場廢水其有機物與 N、 P 去除效果較好, 此後以間隙曝氣為特點的序批式反應(yīng)器廣泛應(yīng)用於豬場廢水處理中, 且絕大多數(shù)獲得較好有機物與 N、 P 去除效果, 並建立了規(guī)模生產(chǎn)試驗裝置。由於養(yǎng)殖場廢水系高濃度有機廢水, 採用好氧處理工藝直接進行處理則需對廢水進行稀釋,或採用很長的水力停留時間(一般 6d 以上, 有的甚至長達 16d, 這都需建大型處理裝置, 投資大,能耗高, 運行費用昂貴,如意大利某生產(chǎn)性序批式反應(yīng)器處理豬場廢水試驗運行費用高達 3 歐元/ m3 [ 29 ]。高濃度有機廢水採用厭氧 - 好氧聯(lián)合處理工藝是公認的zui經(jīng)濟方法。目前採用厭氧 - 好氧工藝處理養(yǎng)殖場廢水尚少見報導(dǎo),且已有的厭氧 - 好氧工藝處理養(yǎng)殖場廢水報導(dǎo), 其處理效果均很差,主要是好氧後處理對厭氧消化液污染物去除效果差。Ng W .G .
採用序批式反應(yīng)器工藝處理豬場廢水厭氧消化液其NH+4- N 去除率僅 68 .7%。徐潔泉等
採用接觸氧化法處理豬場廢水厭氧消化液其出水化學(xué)需氧量 > 500mg/ L, NH+4-N > 200mg/ L。Jung Jeng Su 等採用序批式反應(yīng)器工藝處理豬場廢水厭氧消化液得出同樣結(jié)果, 總凱氏N 去除率僅42 .4%～71 .1% ,化學(xué)需氧量去除率僅 10%～40%。楊虹等試驗發(fā)現(xiàn)間歇曝氣處理豬場廢水厭氧消化液其NH 3 - N 去除率 < 60% , 出水中NH+4- N 濃度為 600mg/ L 左右, Liao C .M .等 [ 32 ] 採用間歇曝氣處理豬場廢水厭氧消化液其總 N 去除率達 30% , NH+4- N 去除率為 40%。一些研究者針對厭氧消化液處理效果差的問題,研究提出改進方法一是加堿,改善了NH+4- N 去除效果,但對總 N 去除無效果。二是加C 源,主要添加葡萄糖、 甲醇 [ 26 ] 和乙酸, 這些方法雖取得較好處理效果, 但需增添裝置投資, 工作強度和運行費用亦大幅增加。厭氧 - 加原水 - 間歇曝氣(簡稱 Anarwia 工藝)是由我國研製開發(fā)的畜禽養(yǎng)殖污水處理新工藝, 即將大部分畜禽養(yǎng)殖廢水進行厭氧消化後,出水再與小部分未經(jīng)厭氧消化的養(yǎng)殖廢水混合, 然後採用間歇曝氣序批式反應(yīng)器處理混合水,該 Anarwia 工藝處理效果與序批式反應(yīng)器直接處理工藝相同, 但其水力停留時間、 工程投資、 剩餘污泥量、 需氧量同比分別降低 38 .6%、 11 .8%、 16 .4%和 95 .9% , 並能回收沼氣。若不計沼氣收益,Anarwia 工藝處理費用比序批式反應(yīng)器工藝低 47 .5% ; 若計沼氣收益則 Anarwia 工藝處理費用僅有序批式反應(yīng)器工藝的 9 .1% ,說明 Anarwia 工藝頗具優(yōu)勢,並已成功應(yīng)用於畜禽養(yǎng)殖污水處理工程,且處理效果良好?，F(xiàn)階段我國規(guī)?；B(yǎng)殖場大多建在距離大城市較遠的地區(qū),飼養(yǎng)規(guī)模不大。因此糞便污水處理應(yīng)優(yōu)先考慮還田利用模式,剩餘的再採用自然處理模式,即採用還田與自然處理相結(jié)合的綜合利用處理模式,在前 2 種模式無條件實施時,再考慮工業(yè)化處理模式。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,用於消納或處理糞便污水土地將越來越少,加之還田與自然處理模式均帶來二次污染,工業(yè)化處理模式必將受到更廣泛關(guān)注,並成為今後的研究重點。無論採用何種處理模式,綜合利用優(yōu)先、 減量化、 資源化、 無害化和運行費用低廉化應(yīng)是畜禽養(yǎng)殖污水處理的首要原則。