养殖废水处理工艺设计(一种养殖废水处理技术工艺流程)

1 养殖废水概况

近年来畜禽养殖业迅猛发展，大批规模化畜禽养殖场相继建成，且主要分布在城市的近郊。并伴随着逐步形成的专业化、系列化生产，由此带来一系列环境问题。养殖业废水作为高浓度有机废水，富含大量病原体，受雨水冲洗进入水体,极易严重造成地下水或地表水水质的恶化。由于粪尿中的氮、磷及水溶性有机物等淋溶量大，加之畜禽粪尿的淋溶性又比较强，处理不妥善，通过地表径流和渗滤进入地下水层，会严重将地下水污染。据有关资料表明，我国畜禽养殖的废水排放量，每年超过100亿吨，超过了全国生活废水与工业废水排放量之总和。与此同时，畜禽废水含渣量、有机物和氮磷浓度高，水量波动大，加上目前处理技术不成熟,管理运行成本高的总体形势，国内养殖业污染控制迫切需要经济实用的技术支持。

2 污染来源

2.1 来自于矿物质方面的污染

饲料中添加铜、锌、硒等重金属元素，会大大加快畜禽的成长，但它的危害是不能忽视的，未被畜禽吸收的大量元素排除体外之后，必然会污染自然环境。饲料中大量存在矿物质元素，导致人畜慢性中毒的概率也会加大。

2.2 来自于有害气体方面的污染

一般来讲,畜禽的粪便中，含有大量的碳水化合物和含氮化合物等有机物，在空气中发生分解,碳水化合物有氧分解成二氧化碳和水，无氧分解成有害气体甲烷、有机酸等。含氮化合物主要产生氨气和硫化氢，对人畜都会带来危軎。

2.3 来自于饲料残留方面的污染

根据养殖科学理论，畜禽一般只能消化30%-50%蛋白质饲料中的氦和磷元素，剩余的大量都通过尿液及粪便排出体外。由此可见，如果不及时处理畜禽排泄物中含有的大量氦跟磷，氦发挥到大气中，达到一定量时会形成酸雨，严重危害生长中的农作物，并逐步渗入到土壤中，造成地下水高度污染。

2.4 来自于残留药物方面的污染

畜牧业生产中大量消毒药剂的使用，还有各类治疗、 预防畜禽疾病的药物的大量使用，使畜禽在食用与消化后，经过粪便排出药物的残留物，待进入土壤后产生大量污染。另一方面，当人们食用内脏有药物残留的畜禽后，必然会影响和危害到食用者的身体健康。

3 行成危害之原因分析

3.1 经营者缺乏高度的环保意识

由于有关部门和一些生产经营者和缺乏对环境保护重要性的高度认识，实际中以经济发展为借口破坏环境，只在乎和顾及饲养的收益与规模，在畜牧业生产中忽视环境污染问题，既不提前发现和预防问题，也不及时主动的去治理，久而久之，使环境污染问题积重难返，越来越严重。

3.2 畜牧环境比较差

不少经营者只顾及自身的发家致富，在畜牧产业中盲目投入方面由于流动资金不足，在从事畜禽养殖过程中，露天饲养，禽舍简陋，许多设施设备都比较陈旧，管理方面的漏洞也比较多，也是对环境造成严重污染的一个重要原因。

3.3 畜牧方式发生改变

以往我国畜牧养殖多为小规模、分散式为主，对环境的污染较小。随着社会经济的发展,为了满足人们对畜牧 产品的需求，逐步转为产、供、销一体化，从粗放转向集约， 从个体型转为规模化。管理模式上的不足,导致死畜处理 不及时，大量粪便等排泄物造成积压,很容易污染到环境。

4 养殖废水处理工艺

4.1 普通工艺介绍

(牲畜)原水进入污水处理站的处理工艺（图1)。

(家禽）原水进入污水处理站的处理工艺（图2）。

以上传统工艺主要存在以下问题:①效率低，出水很难达到国家标准。②工艺流程复杂，投资大，运行管理及维护操作费用偏高。③容积负荷高，不耐冲击负荷。

4.2 新工艺

新工艺采用强化氧化法降解粪水中有机物为小分子或残基，经过絮凝聚沉，固液分离，处理完成后各项指标可达到国家新颁布的试行排放标准，该方法不仅可为养殖场粪水大规模无害化高效处理提供技术支撑，而且为其处理产物的产业化增值利用奠定基础，能有效破解困扰畜禽养殖业持续发展的难题，对于推动畜禽养殖业与社会环境协调发展，建设“环境友好型”和“资源节约型”的和谐社会具有重要的意义。

4.3 工艺流程

工艺流程如图3所示。

4.4 水处理系统的主要运行操作步骤

第一步:预处理。

两个预处理池轮流交替进行。点击预处理池进水阀每池加粪水淹没推流器时，开启搅拌开关，加至粪水量100吨，关闭进水阀充分搅拌，加入若干药剂A，搅拌lh，搅拌均匀，再加入若干药剂B，充分搅拌30mm，再打开絮凝剂C的加药开关，点击预处理池加药开关，加药完毕，反应lOmin，之后推流泵间歇工作。（目的：防止已经絮凝好的沉淀再次被打散，影响过滤）。

第二步:预处理过滤。

首先将压滤机的面板上的按钮打到“自动加压”压紧滤布，点击前处理压滤进水阀、前处理压滤出水阀、预处理排泥阀，使滤液顺利排入预处理后池，开启提升泵提水过滤。观察水龙头出水情况。当出水较少时，关闭提升泵。打开气体压榨压力（最好能够达到2.0MPa) ,进行压榨压滤。 直至出水较少时，关闭气压并放气。将压滤机面板上的按钮打到“手动加压”、“泄压”，再打到“停止加压”“拉板”。清渣冲洗滤布，滤渣收集，滤液排入预处理后池。依次连续工作。直至预处理池中的粪水都过滤完。关闭泵及压滤机，点击预处理池排泥阀关闭、提升泵关闭、前压滤进水关闭、前压滤出水关闭。

第三步:氧化塔氧化反应。

将预处理后池中的液体泵入反应塔进行氧化反应。 点击反应塔进水阀、预处理后池提升泵启动、（注意：开启一个提升泵时务必保证另一个处于关闭状态，防止回流）。当加入一半的水量时，开启搅拌按钮，点击反应塔搅拌开关使之充分搅拌。加水完毕后，点击反应塔进水阀关闭、预处理池提升泵关闭。加入若干药剂的D料，充分搅拌20min，开始臭氧氧化。打开总开关、空气压缩机、 制冷干燥机，当空气压缩机的压力达到0.4MPa的压力时，打开储气罐开关，等气体流量稳定（20-25L/min)、压力表显示压力O.1MPa时，打开臭氧发生器开关臭氧氧化75min。

第四步:反应塔絮凝处理。

臭氧氧化75min后，关闭臭氧发生器（顺序与开启时相反，即：先关臭氧发生器开关、再关储气罐开关、冷冻干燥机开关、将蓝色球阀关闭，最后将总电源关闭。）使存留气体慢慢放出。20min后（注意:关闭臭氧发生器后20min 之内，操作员不宜靠近)加入若干药剂B,充分搅拌20min, 再打开絮凝剂C的加药开关，点击反应塔加药阀，加药完毕，关闭相应的加药开关，点击反应塔加药阀关闭，反应20min。打开反应塔排泥阀将水排入缓冲池，待缓冲池水淹 没推流泵时，点击推流器但是要间断开启。

第五步:缓冲池水沉降。

操作步骤跟第二步类似。首先将压滤机的面板上的按钮打到“自动加压”压紧滤布，点击后处理压滤进水、出水阀、缓冲池排泥阀、石灰池进水阀开启使滤液顺利排入石灰乳池，点击提升泵提水过滤。观察水龙头出水情况。当出水很小时，关闭提升泵。打开气体压榨压力（最好能够达到2.0MPa),进行压榨压滤。直至出水较少时,关闭气压并放气。将压滤机面板上的按钮打到“手动加压”、“放松”，再打到“停止加压”、“拉板”。清渣冲洗滤布，滤渣收集,滤液排 入预处理后池。依次连续工作。直至预处理池中的粪水都 过滤完。关闭泵及压滤机，点击缓冲池排泥阀、提升泵、后压滤进水、出水阀关闭。

4.5 新工艺特点

①该工艺效率比较高。这一工艺对废水中的有机物有较高的祛除功效。当总停留时间大于54h,经生物脱氮再 经沉淀，可将COD值降至100mg/L以下，总氮去除率在70%以上，其余指标亦达到排放标准。

②费用低，流程简单，节省投资。这一工艺是以废水有 机物为反硝化碳源，无需另加甲醇等昂贵碳源。特别是有 脱固定氨的装置后，相对提高了碳氮比例,相应降低了硝 化过程需要的碱耗。

③容积负荷高。因为在反硝化阶段采用高浓度污泥的膜技术，在硝化阶段采用强化生化，这就从提高硝化及反 硝化的污泥浓度方面大大增强了效果，与国外同类工艺相比，容积负荷较高。

④较强的耐冲击负荷能力。该工艺耐冲击负荷能力强，当污染物浓度较高或进水水质波动较大时，仍能坚持正常运行,其操作管理也不复杂。从上面流程比较中明显看出，生物脱氮工艺即在脱氮的同时降解鼢、氰、COD等 有机物。采用和推荐这一工艺，不但能达到污水处理装置脱氮之目的，其它也可达到排放指标。

5总结

污水处理采用强化氧化法降解粪水中有机物为小分子或残基，经过絮凝聚沉，固液分离，处理完成后各项指标可达到国家新颁布的试行排放标准，使污水达标排放，真正的做到了养殖废水的资源化，无害化，最大化的保护环境。在湖南同类养殖废水处理中起到啦带头作用，成为行业的标榜。

当然，治理畜牧业废水除了选择合理科学的工艺外， 还应该做到如下几点：

①选址要合理。

如何做好畜牧业生产中的选址工作，非常关键。畜牧业生产选址应尽量选择远离城市且人口较稀的地方，还要有方便的交通条件和良好的水源条件。具备了这些条件，也比较有利于畜牧业规模化的发展，实现对畜禽的统—管理，使农林牧渔产业能够沿着有机结合的路子建设与发展。

②做好畜禽粪便的再利用。

做好畜禽粪便的再利用，要求在经营思路上，树立可持续发展的理念，具体措施上合理规范畜禽的粪便再生产。如可建沼气池在畜舍旁,便于随时将畜禽产生的粪便排进池内，用以生产沼气，这样可大大节约能源，同时还可以有效改善畜舍环境；同时,发酵的畜禽粪便是优质的有机肥，可用作植物的底肥；发酵的畜禽粪便也可回收，送进肥料工厂加工为商品肥，这样还能大为减少生产的成本，农牧结合，良性循环。

③畜牧处环境保持清洁。

畜牧处应减少舍内微生物、微粒，对畜禽舍进行适当除臭，保持通风、干燥，做到粪水分离，对畜禽及时清粪和污物，提供给畜禽舒适、良好的生存环境，这样才能保障畜禽的健康成长。

沼气是由各种有机物质在适宜温度、湿度及无空气的条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃气体。沼气的主要成分是CH4，含量为50%~70%；另外还含有30%~40%的CO2，0%~5%的N2，以及少量的H2、H2S、NH3、硫醇、硫醚和微量的不饱和烃垃圾渗滤液处理厌氧工艺过程中会产生大量的沼气，通常1m3垃圾渗滤液会产生15~30m3的沼气。

1 垃圾焚烧发电厂沼气回收利用

沼气的热值约为36090kJ/m3，如果用内燃机来发电的话，每立方米纯净甲烷可以发电4kWh。当沼气中甲烷含量为60%~70%时，其低位热值为20934~25120kJ/m3。用内燃机发电每立方米沼气可以发电1.8~2kWh。沼气具有无烟、少灰、不产生污染等特性。将沼气中的C02提取后还可以把沼气制成天然气:CNG (压缩天然气）和LNG（液化天然气)。

1.1 沼气燃烧

沼气通过沼气锅炉直接燃烧可以生产热水和蒸汽，多余的沼气通过火焰炬燃烧后排入大气，以便减少对环境的污染。这种应用方式一般用在沼气量较少，又没有稳定的热用户情况下使用。沼气燃烧原理如图1示。

1.2 沼气发电

沼气通过内燃机发电是沼气能量利用的一种有效形式。沼气的能量在沼气发电过程中经历由化学能一热能一机械能一电能的转化过程，其能量转化效率受热力学第二定律的限制，热能不能完全转化为机械能，热能的卡诺循环效率小于40%，大部分能量随废气排掉。因此，将发动机的废气回收是提高沼气能量总利用效率的有效途径，有余热回收的发电系统总效率可以达到60%~70%。一般稍大点的沼气内燃机发电项目可以将内燃机产生的高温废气(420~550°C)导入余热锅炉，余热锅炉产生的热水和蒸汽提供给生产和生活使用。在垃圾焚烧发电厂中以沼气为燃料的内燃机可以不再另设余热锅炉，可以直接利用垃圾焚烧余热锅炉回收内燃机的废气余热，从而简化了系统，减少了投资。采用这种工艺每立方米沼气通过内燃机可以生产1.8~2kWh的电能，通过垃圾焚烧发电厂余热锅炉回收废气的余热发电还可以生产0.7kWh的电能，目前可再生能源发电上网电价为0.65元/kWh，经济效益显著。

在4000kW以下的功率范围内，采用内燃机具有较高的利用效率。相对燃煤、燃油发电来说，沼气发电功率小。对于这种类型的发电动力设备，国际、国内普遍采用内燃机发电机组进行发电，否则运行不经济。因此，采用沼气发动机 (内燃机）和发电机组是目前利用沼气最经济和有效的途径。 在理论上沼气也可利用燃气轮机发电，但沼气项目的规模要大，否则运行经济性差。沼气燃烧发电和余热回收利用工艺如图2所示。

沼气在导入内燃机时一般需要进行预处理并经过稳压防爆装置。由于沼气中含有少量的H2S气体，该气体对发动机有强烈的腐蚀作用，因此沼气必须先进行脱硫。通常用氧化铁作为脱硫剂，而且可以反复再生使用，另外沼气中含有的饱和水需要去除。沼气作为燃气，其流量调节是基于压力差实现的，为了使调节准确，必须确保沼气压力稳定，因此在沼气进气管路上安装稳压装置。另外，为了防止进气管路回火引起沼气管路发生爆炸的问题，应在沼气供应管路上安装防回火与防爆装置。

沼气发动机一般由柴油机改造而成，分为压燃式和点燃式两种。

压燃式发动机采用柴油和沼气双燃料，通过压燃少量的柴油以点燃沼气进行燃烧做功。这种发动机的特点是可调节柴油与沼气的燃料比，当沼气供应正常时，发动机引燃油量可保持基本不变，只改变沼气供应量来适应外界负荷变化；当沼气不足甚至停气时，发动机能够自动转为燃烧柴油的工作方式。这种方式一般用在小型沼气发电项目中，对供电负荷可靠性连续性要求较高的场合般不会并网运行。缺点是系统复杂，所以大型沼气发电并网工程往往不采用这种发动机，而采用点燃式沼气发动机。

点燃式沼气发动机的特点是结构简单，操作方便，一般采用较低的压缩比，用火花塞使沼气和空气混合气点火燃烧，而且无需辅助燃料，适合在中大型沼气工程上使用。沼气通过内燃机燃烧，产生的废气可以采用热交换器或者余热锅炉回收利用，该系统稍微复杂，但具有较好的经济效益、环保效益和社会效益。

2 用沼气制天然气并获取食品级的二氧化碳工艺

沼气中含有30%~40%的CO2，可以很容易地制备成食品级的CO2。首先对沼气进行脱硫、脱碳、脱水等一系列净化处理，即可制得清洁无污染的使其燃烧热值大幅提升的清洁能源一天然气（甲院）。脱碳尾气还可以制取食品级液体二氧化碳，从而可以将沼气进行充分有效的利用。该工艺一般要求日产生沼气达15000m3以上，才可获得一定的经济效益。

根据最终产品目标要求，可将沼气制成天然气直接输送至天然气管网作为民用燃气，或将天然气压缩至20~25MPa制成CNG(车用压缩天然气)作为车用燃料，也可以将沼气深冷液化最终制成LNG(液化天然气）。沼气制天然气并获取食品级的二氧化碳工艺流程图如图3所示。

3 应用实例

徐州某垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理工程设计处理能力为300t/d，污水通过预处理后进入厌氧生化反应器，经过2.5个月对生化反应器的调试，进入正常运行阶段。在正常运行工况下每天对生化反应器进出口水流量、COD、pH、VFA等指标进行监测，连续核算记录生化反应器进出水水量、循环量、三相反应器沼气排放量好氧段生化反应沼气产生量，连续监测210d。厌氧反应器进出水COD浓度与去除率见图4。

从图4可以看出，在25〜27周，厌氧反应器进水COD值最高为46000mg/L左右，出水C0D在8000〜9000mg/L内波动，COD去除率为80.4% ~82.6%。厌氧反应器出水中VFA浓度为2000~3000mg/L，较高的VFA有助于后续的好氧生物处理。

图5为进水量、循环量、循环比与沼气产率图，从图中可以看出，厌氧反应器进水达到设计流量12.5m3/h左右时，厌氧反应器出水循环量大都集中在30~40m3/h，循环比在250%~320%内波动，1m3渗滤液沼气的产率约9~19m3，沼气的产率系数为每去除1kgCOD产生0.5m3沼气，沼气产率与COD产率线性相关，COD的去除率直接影响到沼气的产率。

沼气的产生主要来自厌氧反应器，其主要成分是甲烷,厌氧生物反应产生的沼气含甲烷量为50% ~60%，热值约为20934kJ/m3。用沼气直接导入焚烧炉焚烧可以提高垃圾焚烧温度，改善垃圾焚烧污染物治理效果，沼气中含有的氨在垃圾焚烧炉中还可以把氮氧化物还原为氮气，从而降低烟气中的氮氧化物浓度，沼气中含有的硫化氢在燃烧后转化为二氧化硫,后续脱硫装置会将二氧化硫去除。

4 结语

水的净化保护是环境保护的一项非常重要内容，污水处理需要消耗较高的成本，利用自然界相生相克转化机理，通过对污水处理过程中产生的沼气进行治理并综合利用可以获得宝贵的电能及高品质的清洁能源和其他副产品。随着经济的发展、技术的进步和基础能源电价、天然气价格的提高，沼气的深度开发加工效益会越来越好，高浓度的垃圾渗滤液污水也可能变成能源和资源。这不仅有助于减少环境污染，而且还可以替代部分化石能源消耗，可以获得较好的经济效益、环境效益和社会效益。