污水处理技术工艺

畜禽养殖废水的处理分析

发布日期:2019-05-18 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

改革开放以来,随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高,对畜产品的需求也在不断增加。在国家一系列加快畜牧业发展的政策推动下,畜牧产业由原来分散经营、少龙头小户经营转变为规模化、集约化、规模化的都市化养殖。但是,在提高管理水平和肉制品生产水平、增加经济收入的同时,也造成了粪便过度集中、冲厕水大量增加等问题,给生态环境带来了很大的压力。本文主要综述了畜禽养殖废水的来源、水质特征及危害,重点介绍了几种畜禽养殖废水处理技术。

1畜禽养殖废水的来源和水质特征

畜禽养殖废水是指畜禽养殖场产生的尿液、所有粪便或残留粪便及饲料残渣、工人日常生产过程中产生的冲厕水和废水,其中冲厕水占大多数[1]。畜禽废水处理困难,具有以下特点:

主要结果如下:(1)COD、SS、NH3-N含量较高;

(2)具有良好的生物降解性和沉淀性能。

(三)水质、水量变化较大;

(4)含有致病菌和恶臭。

畜禽养殖正在迅速发展。目前我国每年生产牲畜粪便约45亿吨,其化学需氧量(COD)超过了中国工业废水和生活污水的总和。因此,畜牧污染是工业污染和国内污染后的第三大污染源。畜禽废水的处理是其中的重点之一[2]。

2畜禽养殖废水的危害

随着畜禽养殖业的发展,畜禽养殖业的污染和危害日益突出。未经处理直接排放的废水往往会对环境和人体造成相应的危害。

2.1 大气污染

畜禽粪便和尿液中含有大量未消化的有机物,主要由碳水化合物和氮化合物组成。碳水化合物可以分解成甲烷、有机酸和醇。氮化合物主要是蛋白质。在好氧条件下,蛋白质分解的最终产物是硝酸盐,在厌氧条件下,可分解为氨气、乙烯醇、二甲基硫醚、硫化氢、甲胺、三甲胺等恶臭气体。对于含有氨气、硫化氢、胺等有害气体的新排泄畜禽粪便,如果不及时清除,其臭味将加倍,产生甲硫醇、二甲基二硫化物、甲硫醚、二甲胺等恶臭气体,以及各种低级脂肪酸[3]。这些大气污染物不仅给农场工作人员和周边居民带来健康危害,还造成了小规模的纠纷和矛盾,影响了该地区的长期稳定。同时,畜禽养殖业生产的大量氨气已成为温室气体的重要来源之一。

2.2 水污染

畜禽饲料中添加了钙、磷、铜、铁、锌、锰、钴、硒、碘等大量元素,畜禽粪便中也添加了氮、磷、BOD等无机和有机污染物,甚至含有一些抗生素。这些成分使得畜禽养殖废水成分复杂,污染负荷很高。未经适当处理的废水通过表层土壤渗入地表水体或地下水层,污染水体。在严重的情况下,水体发臭、发黑、丧失功能,很难治疗和恢复。其中最常见的是富营养化。例如,太湖富营养化是由于农田高浓度氮磷废水排入流域而引起的[3]。

2.3 土壤污染

高浓度养殖废水长期不经处理直接排放到土壤中,会导致土壤孔隙堵塞,降低土壤透气性和透水性,影响土地利用性能,直接影响作物的生长质量。作物的过度生长、倒伏、返青、早熟、减产、死亡等现象是由高浓度污水长期污染引起的作物表现下降所致[3]。以砷为例,近年来,媒体宣传有机砷制剂能促进猪的生长,具有良好的医疗效果。据预测,如果一万个猪场继续使用含砷饲料,将有可能向猪场周边排放1吨砷5-8天。土壤砷含量每增加1 mg/kg,甘薯根系砷含量在10天内增加0.28 mg/kg,甘薯中砷含量将超过污泥农业标准(41 mg/kg)[4]。

2.4 微生物污染

畜禽的微生物主要通过消化道排出,粪便是微生物的主要载体。结果表明,1g猪场粪便污染水中大肠杆菌830000株,肠球菌690000只,寄生虫卵690000只。如果这些有害细菌处理不当,会污染环境,不仅直接威胁畜禽的生存,而且严重危害人类健康。粪便中的病原微生物可以长期维持其感染。例如,在室温下多杀巴氏杆菌的粪便中,多杀巴氏杆菌病毒、马立克氏病毒和禽流感病毒在4℃[4]中可持续感染34天、100天和30天。

国内外畜禽养殖废水处理技术的研究现状

由于畜禽养殖废水所带来的严重环境压力,业内许多相关专家对其处理技术进行了多方面的研究。目前,畜禽养殖废水的处理主要从源头控制和末端处理两个方面着手。源头控制强调降低粪便和尿液中有机物的含量[1];用清洁的干排便工艺取代原来的粪便和水泡粪便冲洗工艺[4];鼓励使用生物发酵室技术实现粪便和尿液的零排放[5]。根据处理方式的不同,末端处理技术可分为三种类型:现场回灌模式、自然处理模式和工业处理模式[6]。

3.1 还田处理模式

还场模型应用粪便尿液和冲水到土壤。在微生物和植物的共同作用下,有机物可以被分解、吸收和利用。它不仅提高了土壤肥力,促进了植物的生长和发展,而且降低了化肥和其他用途的成本和土壤压实[3],然而,这种方法需要大面积的农田来清除污染物,因此,一些欧洲国家已经改变了它们的饲养方式,从洗水棒改为传统的稻草或作物草垫来吸收尿液粪便。经过处理后,肥料减少到农田。上世纪70年代,经过十多年的探索,日本铁路开始大力推动农业废水的回流。重返外地的好处是不消耗能源,不需要专业人员管理,运营成本低,节省了大量投资和运营费用,它还使污染物得到有效处置和经济利用。它不仅可以实现无污染物排放,而且可以减少化肥的施用,提高土壤质量。然而,不可忽视的是,水产养殖废水降解产生的nh3和h2s会对大气环境和人类健康造成危害。因此,一些欧洲国家将在厌氧消化后,将畜禽养殖废水送回野外。[3]和.

3.2 自然处理模式

畜禽养殖废水的自然处理模式是通过过滤、截流、沉淀、理化吸附、化学分解、生物氧化、吸附等手段对畜禽废水进行处理。氧化池、土地处理系统或人工湿地用于处理畜禽养殖废水[4]。氧化池中的各种生物相互依赖,形成复合生态系统。长期停留在池塘中的污水中的有机物、氮、磷等营养物质被植物氧化分解,处理后的污水可用于农田灌溉。人工湿地主要是通过植物的根、茎和基质的表层去除污水中较大的颗粒形成一层污泥,而大量的氧气在植物根系的作用下进入污水。结果表明,污水中的有机物被大量好氧细菌降解和吸收,经厌氧菌的进一步吸附和降解后,达到了排放标准[7]。廖新立和罗世明分别以香根草和风车草为植被建造了人工湿地。COD去除率在90%以上,BOD去除率在80%以上。邓仁怀等人利用芦苇、菖蒲等高等水生植物系统和风信子、水烛等浮生植物系统,建立了约300m2的湿地系统。对养殖废水中COD和BOD的去除率均在99%以上。氨氮去除率达98%[9]。墨西哥湾项目建立了一个处理水产养殖废水的数据库。结果表明,污染物对生化需氧量的平均去除率为65%,对固体悬浮物的平均去除率为53%,对氨氮的平均去除率为48%,对TP的平均去除率为42%,对TN的平均去除率为42%[10]。叶勇等人用红树林植物秋茄(Kandelia Candel)和杉木(Kandelia披针叶)处理畜禽养殖废水中的氮和磷。对N和P的去除率分别为79.2%和91.8%,对P的去除率分别为85.4%和95.5%[11]。结果表明,该工艺对N、P的去除率分别为79.2%、91.8%、85.4%、95.5%。然而,自然处理模式受到季节温度变化的影响,预防和控制不力,存在污染地下水源的风险[3]。

3.3 工业处理模式

由于在野外退耕还林和自然处理模式中,用于去除或处理粪便污水的土地越来越少,以及这种处理方式带来的二次污染风险,工业处理模式越来越受到重视。工业处理模式包括物化处理技术和生物处理技术两大类。

3.3.1物理和化学处理技术

常用的理化处理技术有吸附、磁絮凝沉淀、电化学氧化、芬顿氧化等。

(1) 吸附法

梁文丁等人使用氧化镁改性沸石。在第4小时的最佳时间,猪废水中的nh 3-n和总磷的去除率分别为88.6<unk>和76.2<unk;GT;。这种方法的改性沸石是用微波制成的。能源消耗高,技术要求高。当吸附剂达到饱和时必须去除,因此只能间歇处理废水[13]。

(2) 磁絮凝沉淀

崔丽娜等人通过添加磁性种子和絮凝剂处理猪场废水。在本实验条件下,当COD值为32323 mg/L时,猪场废水的最高去除率为61.02%,该工艺具有工艺简单、沉降好、处理周期短等优点,但会产生大量的化学污泥[14]。

(3)电化学氧化

电化学氧化对氨氮的去除率较高。在180 min内,NH3-N的去除率可达98.22%,COD的去除率仅为14.04%[15]。

(4)Fenton氧化

Hyunee Lee等人采用Fenton氧化法处理畜禽废水,COD为5000-5700 mg/L,当H2O2浓度为废水初始COD浓度的1.05倍时,Fe2+浓度为4700 mg/L,H2O2与Fe2+摩尔比为2,pH值为3.5-4,COD和色度去除率较高。反应30分钟后分别超过80%和95%。Fenton氧化技术具有较高的COD和色度去除率,可作为畜禽废水的先进处理技术,但Fe2+含量高,H2O2利用率低[16]。

物化技术对畜禽废水中的鳕鱼、nh 3-n和色度有一定的去除率,可作为预处理或深度处理过程。

3.3.2生物处理技术

畜禽废水具有良好的生物可降解性,因此采用生物处理技术对畜禽废水进行工业处理。工业生物处理技术包括:厌氧处理技术、好氧处理技术和厌氧-好氧组合技术.

(1)厌氧生物处理技术

目前常用的畜禽废水处理方法主要有:厌氧滤池(AF)、上游厌氧污泥床(USAB)、厌氧挡板(ABR)、内循环厌氧反应器(IC)等。采用集成电路技术对畜禽废水进行了研究。结果表明,COD去除率为80.3%,BOD 5去除率为95.8%,SS去除率为78.5%,沼气产气量为1.5-3kg COD/(m3.d)。出水氨氮浓度比进水高2.82%,TN、TP去除率分别为21.7%和53.8%[17]。宋伟等。利用厌氧挡板(ABR)处理畜禽废水。实验COD为8000-10000mg/L,出水COD去除率为65%[18]。赵庆龄等人利用膨胀颗粒污泥床(egsb)处理水产养殖废水。进水COD浓度约为6000 mg/L,出水COD去除率可达80%[19]。过去,大多数畜禽养殖场直接厌氧处理项目的主要目的是回收沼气能源。畜禽养殖场废水厌氧处理工艺不能作为一种完整的废水处理工艺。厌氧处理过程只去除部分有机物和悬浮物。经处理后,出水溶解氧含量低,氮、磷等营养物质没有得到有效去除。同时,在厌氧消化过程中,有机氮转化为氨氮。污水中氨氮浓度很高,出水水质尚未达到标准。如果向环境排放水的压力仍然很大,随着国家对环境保护的重视,如果出水水质达到排放标准,需要进一步处理。

(二)需氧生物处理技术

好氧生物处理技术:活性污泥法、接触氧化法、生物转盘法、序批式活性污泥法和A/O法。这些工艺在畜禽废水处理中的反硝化效果较差。A/O工艺虽然能取得较好的脱氮效果,但需要污泥回流和高比例混合回流,且一般需要加碱。邓良伟采用水解-连续间歇活性污泥法(SBR)处理畜禽养殖废水。水解过程中COD去除率较高。水力停留时间为2.0~6.0h时,各项指标的去除率不是很高。SBR在水力停留时间为1.0~1.4d时,对COD、BOD、SS和SS的去除率分别为52.1%、82.1%、89.0%、95.7%、93.9%和97.3%,而对BOD的去除率则分别为52.1%、82.1%、89.0%、95.7%、93.9%和97.3%。BOD、SS分别为52.1%、82.1%、89.0%、95.7%、93.9%和97.3%。对TN的去除率为74.1%,特别是对高浓度NH3-N的去除率大于97%[20]。畜禽养殖废水属于有机物浓度高、氮磷含量高、有害微生物高的三大类废水,采用单一的好氧处理工艺,有必要对废水进行稀释或增加水力停留时间。此外,还需要建造大规模的加工设备,这大大增加了投资、管理和运营的成本。

(3)厌氧(缺氧)好氧处理工艺

单独厌氧或好氧处理不能实现养殖废水的达标排放。结合各自的优势,大多数畜禽养殖场采用厌氧(缺氧)-好氧相结合的养殖工艺。采用厌氧-好氧组合工艺处理杭州市高浓度养殖废水。出水COD为400 mg/L左右,BOD为140 mg/L左右。出水COD和氨氮均达到排放标准[21]。张鑫等人采用升流式厌氧污泥床与连续间歇式活性污泥法(ASBR-SBR)组合工艺处理水产养殖废水。COD和氨氮的去除率分别为96%和87%。出水水质达到“畜禽养殖废水排放标准”[22,23]的要求。P.Y.Yang等人提出了固液分离、厌氧单元(HRT=3D)、好氧单元(HRT=4d)和过滤出水处理单元的组合工艺。当好氧单元曝气20h,沉淀4h时,COD和TP的去除率分别为95.4%和81.2%。厌氧-好氧组合处理方法不仅克服了厌氧处理不能满足要求的缺点,而且具有投资少、运行成本低、净化效果好、能源和环境综合效益高等优点。特别适用于大型畜禽养殖场污水的处理[24]。但是,该方法仍存在一些技术难点:厌氧或缺氧出水COD较低,不能满足后续好氧处理系统中微生物脱氮的需要,外加碳源的数量不易控制。这也将是未来研究的终结[2]。

4水解酸化-A2/O组合工艺

与a2/o过程结合使用的水解酸化过程的技术。通过水解微生物和产酸微生物来提高污水的生化性能,然后将污水引入a2/o反应器,再进入厌氧池-次氧池-需氧池,最后出水。具体过程如图4-1所示。

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水解酸化工艺流程-A2/O

首先,污水进入水解酸化池,水解微生物将大分子有机物转化为小分子有机物,产酸微生物将水解产物转化为短链中性有机物,如有机酸、醇等。产生二氧化碳、氢气和其他气体。在A2/O工艺中,酸化污水与二沉池的含磷污泥回流液同步进入厌氧池。在厌氧条件下,部分可溶性有机物被兼性厌氧菌转化为小分子挥发性脂肪酸。污水中BOD氨氮浓度降低的同时,聚磷菌将这些小分子有机物合成到PHB中并储存在细胞内,同时将P释放出细胞外,提高了污水中P的含量。厌氧池排出的污水和内回流的混合物一起进入缺氧池。在二级反应器中,反硝化细菌所需的碳源来源于污水中的有机物,BOD浓度持续下降。同时,反硝化细菌通过反硝化作用脱氮,内部驯化混合物中的NO3-N和NO2-N被还原为N2并释放到空气中。随后,当污水进入好氧池时,有机物继续被降解,有机氮在氨化细菌和硝化细菌的作用下被氨化和消化,导致NH_3-N显著降低,NO3-N和NO_2-N含量显著增加。在氨化细菌和硝化细菌的作用下,NH_3-N显著降低,NO_3-N和NO_2-N含量显著增加。同时,聚磷菌在好氧环境中大量生长繁殖,在水体和水体中过量吸收溶解性磷,通过淤泥沉降达到除磷的效果。

水解酸化-A2 / O组合工艺的最佳操作条件为:水解酸化槽的水力停留时间为8h,A2 / O反应器中的回流污泥比率控制在70%,回流比为混合物控制在300%。氧池中的溶解氧浓度控制在3ml / L,A2 / O反应器的总水力停留时间为15小时。本实验中,废水中COD的总去除率达到88.6%,出水COD平均浓度达到290mg / L,废水中TP的总去除率平均为85.4%,平均浓度为出水中的TP为5.6mg。 / L,废水中氨氮的总去除率达到75.8%,出水中氨氮的平均浓度为57.6mg / L,SS的平均去除率可达95.23%,SS的平均去除率为出水量约为62.5mg / L,出水均符合“畜禽养殖业污染物排放标准”(GB18596-2001)[3,23]。

5。畜禽养殖业污染控制技术规范提出的技术模型

在选择畜禽养殖废水处理工艺时,应根据畜禽养殖场的养殖类型、养殖规模、粪便收集方式、当地自然地理环境条件和处理目标,充分考虑畜禽养殖废水的特殊性。在综合利用或达标排放的情况下,应优先选择运行成本低的处理工艺,并认真选择物化处理工艺。在“畜禽养殖业污染控制技术规范”中,粪便污染处理的基本工艺模式II适用于2000及以下贮藏栏(猪)的处理和养殖规模,养殖场位于非环境敏感区,周边环境容量大,远离城市,有能源需求,周围有足够的土地来吸收所有的沼液和沼渣。具体的流程如图5-1所示。

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“畜禽养殖业污染控制技术规范”(Ⅱ)粪便污染治理的基本工艺模式

来自谷仓的废水通过格栅并拦截废水中的粗污垢。当污水量较大时,应采用机械格栅,并将格栅残渣运至粪便堆肥场或其他无害化处理场所进行处理。之后,污水进入沉淀池,处理养鸡场或散养牛场的废水时,应加强沉淀池的设置。其他养殖废水处理可使设置的集沙池具有一定的沉沙功能,但不能单独设置沉砂池。水槽的容量不应小于每日最大排水量的50%,而且容易去除浮渣和泥沙。在处理草食性动物粪便时,应增加收集池的容积,使其具有排便功能。污水进入固液分离设备,将粪渣从污水中分离出来,将粪渣输送到粪便堆肥场,污水进入水解酸化池。固液分离设备可通过液压筛、螺旋挤出机等选择。同时,还应根据处理水量、水质、场地、经济条件等条件,以及废渣的贮存和运输情况进行考虑。进入水解酸化池的废水在微生物的作用下将大分子物质降解为小分子有机物,以提高废水的可生化性,其水力停留时间应为12~24h。随后,污水进入厌氧生物处理单元,该单元通常由厌氧反应器、沼气收集和处理系统(净化系统、储气罐、配气管道和使用系统等)、沼液和沼气残渣处理系统组成。对于II型进水固液分离系统,厌氧反应器应采用上流式厌氧污泥床(USAB),厌氧反应器应采用复合式厌氧反应器(UBF)、(AF)、(ABR)等厌氧反应器,如上流式厌氧污泥床(UBF)、复合厌氧污泥床(AF)、复合式厌氧污泥床(ABR)等。(AF)、折叠式厌氧菌等。应采用室温发酵,但温度不应低于20℃,水力停留时间不应少于5天。厌氧反应产生的沼气进入沼气净化系统,处理后的沼气通过输配系统进入储气罐,进一步用于家庭燃气、锅炉燃烧、沼气发电等。厌氧反应产生的沼气残渣应及时输送到粪便堆肥场或其他无害化的地方进行适当处理。反应产生的沼液进入沼液储存池,通过沼液利用系统,最终在农田、大棚菜地、苗木基地、茶园等地作为有机肥使用。

6 展望

牲畜和家禽养殖有许多处理技术。要探索特定技术的应用,我们不仅要考虑其技术优势,还要考虑投资成本,运营成本和运营等综合因素。根据目前的技术发展状况和国家政策指导,畜禽养殖废水的处理应结合源头控制和终端处理,从根本上降低畜禽废水处理的运行和处理成本,促进清洁生产,并遵循减少和资源。解构和无害化的原则有效地保护和改善了畜禽养殖场的环境,实现了经济,社会和环境效益的统一,走了环境友好和资源保护的道路[4]。

畜禽养殖废水的处理分析

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