養(yǎng)牛場廢水處理工程改造
廣西某水牛研究所養(yǎng)殖場水牛存欄量約為850頭，日產(chǎn)牛尿及沖洗廢水約50m3。養(yǎng)殖場內(nèi)原有一套環(huán)保處理設(shè)施，但由于設(shè)施過于陳舊且無人管理，管路淤塞嚴(yán)重，設(shè)施處于癱瘓狀態(tài)，無法將養(yǎng)殖場廢水處理達(dá)標(biāo)排放。為解決長期環(huán)保壓力的問題，本技改項目參照微生物降解技術(shù)的相關(guān)指標(biāo)，對水牛養(yǎng)殖場原有環(huán)保設(shè)施重新進(jìn)行升級改造，形成“固液分離+預(yù)處理+二級厭氧+好氧曝氣+微生物復(fù)合水體修復(fù)”相結(jié)合新型處理模式。新構(gòu)建了牛場污水治理系統(tǒng)和相關(guān)的配套設(shè)施，為微生物污水處理技術(shù)提供最佳環(huán)境。將沼氣工程技術(shù)改造的目標(biāo)從“能源回收”轉(zhuǎn)化為“環(huán)境保護(hù)”，不僅解決了該研究所在水牛良種培育過程中環(huán)保壓力的問題，還為規(guī)模化養(yǎng)牛場的生態(tài)養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型提供經(jīng)驗和借鑒。
1、項目概況
1.1 廢水水質(zhì)
經(jīng)過對水牛養(yǎng)殖場廢水長期跟蹤檢測，水質(zhì)污染物指標(biāo)如表1所示。
1.2 技改思路
(1)由于廢水中含有大量難溶固體懸浮物，其中包括牛糞、樹葉、草渣等，簡易的格柵難以有效攔截，很容易造成輸水管路和污水泵的淤堵，故新建一座預(yù)處理池及配套格柵、泵等設(shè)施，另外投加微生物通過微生物絮凝使得渣水分離，干濕分離機(jī)分離出的渣可作為固體有機(jī)肥運(yùn)到周邊牧草地進(jìn)行消納。
(2)重新培養(yǎng)馴化活性好的厭氧菌，投加到厭氧系統(tǒng)(CSTR一級厭氧、USR二級厭氧)。在此單元完成大部分污染物的分解代謝。
(3)另外利用原有水塘建立好氧曝氣+多級復(fù)合人工濕地，通過微生物降解、水生動物代謝及水生植物吸收有機(jī)污染物(有機(jī)質(zhì)、氨氮及磷)，從而保證各類污染物達(dá)標(biāo)排放。
(4)由于周邊種植大量的牧草，通過厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為適合牧草吸收利用的水肥，使之無臭、不燒苗、不會造成地下水污染。
1.3 工藝流程
項目采用固液分離+預(yù)處理+二級厭氧+好氧曝氣+微生物復(fù)合水體修復(fù)組合工藝，其工藝流程圖如圖1所示。工藝流程為:牛場的污水經(jīng)格柵截住大塊懸浮固體、漂浮物等雜質(zhì)后進(jìn)入預(yù)處理池，料液在預(yù)處理池內(nèi)通過投加微生物菌劑，利用微生物絮凝作用減量，減少糞便臭味。后泵入全混合厭氧反應(yīng)器(CSTR)進(jìn)行一級厭氧發(fā)酵，后再進(jìn)入升流式固體厭氧反應(yīng)器(USR)進(jìn)行二級厭氧反應(yīng)。經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污水從罐頂部流出進(jìn)入沉降池，厭氧出水在沉降池進(jìn)行泥水分離，沉降后污泥排至污泥池，上清液可作為液態(tài)有機(jī)肥灌溉牧草，另一部分泵入好氧曝氣及多級復(fù)合人工濕地，投加微生物和魚類及種植水生植物，形成一個完整生態(tài)鏈，將污染物進(jìn)一步分解代謝，確保出水達(dá)標(biāo)排放。沼氣經(jīng)脫硫后進(jìn)入貯氣柜貯存，最后沼氣采用60kW純沼氣發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電力可用于養(yǎng)殖場的生產(chǎn)用電。
1.4 工程設(shè)計
該技改工程總投資80多萬元，新增一座預(yù)處理池有效容積500m3，修繕厭氧系統(tǒng)單元以及改造利用水塘作為多級復(fù)合人工濕地。主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧系統(tǒng)、好氧曝氣系統(tǒng)、多級水體復(fù)合修復(fù)系統(tǒng)、沼氣凈化及利用系統(tǒng)五個部分。
本項目的主要構(gòu)筑物及附屬設(shè)備情況見表2、表3。
2、工程調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果
2.1 工程調(diào)試
本技改工程項目自2016年9月完工后，進(jìn)入工程調(diào)試階段。厭氧調(diào)試?yán)孟冉ǖ?00m3預(yù)處理池進(jìn)行菌種的富集工作，取發(fā)酵正常的沼氣池污泥100t加入先建預(yù)處理池，定期加一定量廢水產(chǎn)生較多的小細(xì)白色氣泡或污水經(jīng)常上下翻動且pH值正常，再根據(jù)需要每天加入養(yǎng)殖場的廢水。當(dāng)厭氧菌已培養(yǎng)了近2個月，將富集的厭氧菌直接泵入?yún)捬跹b置進(jìn)入正常調(diào)試。污水進(jìn)水濃度由低到高，從產(chǎn)氣量和甲烷含量以及出水pH值進(jìn)行簡單判斷，如產(chǎn)氣正常，甲烷含量在48%以上，pH值在7左右，說明就可以加大進(jìn)水，經(jīng)20d后，基本達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)并每天攪拌2次，從外觀和pH值進(jìn)行判斷，當(dāng)產(chǎn)沼氣的甲烷成分大于50%以上時，表明產(chǎn)甲烷菌逐漸增多，調(diào)試已成功。
好氧池接種污泥，取其他污水處理設(shè)施的曝氣池的混合液，放入預(yù)處理池內(nèi)，用泵抽入池內(nèi)，使混合液在池內(nèi)反復(fù)循環(huán)，這時候微生物慢慢繁殖生長，然后，開始逐步加入?yún)捬醭鏊M(jìn)行馴化，隨著活性污泥增長而提高進(jìn)水比例，經(jīng)過1個多月，設(shè)施基本運(yùn)行正常。
多級微生物復(fù)合水塘調(diào)試的重點是培養(yǎng)修復(fù)水體環(huán)境的微生物益生菌，傳統(tǒng)的水體生境處理往往只是注重從植物到各級動物之間建立的食物生態(tài)鏈系統(tǒng)或單一的水生植物系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在著季節(jié)性死亡、生態(tài)幅窄、自穩(wěn)定性差等問題，實際應(yīng)用效果不理想。調(diào)試過程中投加一定量的液態(tài)益生菌(富含乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、放線菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、光合菌等)，這些菌種由母種及培養(yǎng)基配制而成。經(jīng)過近90天的調(diào)試，整個系統(tǒng)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。
2.2 工藝運(yùn)行情況
該系統(tǒng)于2016年9月初開始調(diào)試，在三個多月調(diào)試中，原水經(jīng)過各級處理，尤其是微生物在各個單元發(fā)揮分解代謝，對COD、氨氮的去除效果顯著。
在三個多月的調(diào)試過程中，污水中主要污染物COD、氨氮濃度變化見圖2、3。
由圖2可知，原水COD濃度在3500～5000mg/L，預(yù)處理池出水COD在3300～4000mg/L，厭氧出水濃度在1000mg/L以下，經(jīng)過好氧曝氣與多級微生物復(fù)合水塘處理后出水COD濃度均在200mg/L以下，最低可降至85mg/L。從以上運(yùn)行結(jié)果可知，二級厭氧發(fā)酵可以有效降解污水中有機(jī)物，可降解污水中約75%的COD，這是因為厭氧菌對營養(yǎng)需求低，可降解的有機(jī)物分子數(shù)量多，且可以判定一個分布合理的微生物群體已經(jīng)在厭氧系統(tǒng)形成。
由圖3可知，原水的氨氮維持在500～700mg/L，厭氧出水的氨氮在400～600mg/L，好氧出水的氨氮到第60運(yùn)行日才可降至80mg/L以下。說明在好氧曝氣池與多級微生物復(fù)合水塘投加的菌種中硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌等通過氨化-硝化-反硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣而逸入大氣。另外，水生植物也可吸收一部分的氨氮，水生動物可利用水生植物作為營養(yǎng)，最后通過捕撈水生動物、收割水生植物，污染物最后以資源化水產(chǎn)品方式轉(zhuǎn)移出去。
2017年3月，對進(jìn)出水樣進(jìn)行送檢，結(jié)果見表4。
由表4可看出，本項目經(jīng)過技術(shù)改造后，出水的各項水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18596-2001標(biāo)準(zhǔn)，最終實現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放。
2.3 結(jié)果分析與討論
從監(jiān)測結(jié)果看出：采用“干濕分離+污水厭氧+好氧處理+深度處理”相結(jié)合的糞污處理模式能實現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放，但還需注意以下幾點：
(1)對處理任何一種糞污，如果需要達(dá)標(biāo)排放，最好先進(jìn)行固液前分離，分離出難降解的固體物質(zhì)。另外本項目還在預(yù)處理池投加微生物，通過絮凝作用將糞污的大顆粒進(jìn)行固定化，不僅大大降低SS，還減少固形物釋放出可溶解性COD，減輕后續(xù)處理難度。
(2)本項目處理對象是牛場的糞污，糞便中最難降解的纖維素是木質(zhì)素，所以在接種菌種時引入分解木質(zhì)素能力強(qiáng)的粉狀的側(cè)孢菌等。
(3)由于厭氧微生物本身繁殖緩慢，而且牛場排放的糞污含有木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、多糖類物質(zhì)微生物可分解的大分子有機(jī)物，所以應(yīng)適當(dāng)延長料液在厭氧消化期內(nèi)的水力停留時間，才能達(dá)到設(shè)計處理效果。
(4)經(jīng)過多年的調(diào)試經(jīng)驗，溫度的影響對厭氧微生物的繁殖及生長有重大的影響，所以在厭氧系統(tǒng)調(diào)試過程中一定要將料液的溫度提高至所選擇的中溫發(fā)酵溫度(35℃)才能有效保證其處理效率。
(5)氨氮、磷等富營養(yǎng)性污染物通過好氧曝氣與多級復(fù)合微生物系統(tǒng)去除，在進(jìn)行維護(hù)過程中，每三個月需補(bǔ)充一定量的微生物來維持整個系統(tǒng)平衡。
