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粪污管理组织工艺处理方案

畜禽粪便处理处置技术

目前规模化、集约化的商品养殖生产占主要地位，这些养殖场处理畜禽粪便时大多是水冲式清除畜禽粪便，产生了大量的固体废弃物和有机废水。

一般畜禽养殖场处理畜禽粪便时都要先进行固液分离，然后再单独对固体废弃物和有机废水进行处理。

这样，集约化养殖场畜禽粪便的处理就包括了畜禽粪便处理和有机废水处理两个方面。

畜禽养殖场特别是大中型养猪场废水处理难度很大：

一是由于大多数猪场都是采用漏缝板式的栏舍，水冲式清粪，排水量大；二是冲洗栏舍的时间相对集中，冲击负荷很大；三是粪便和污水量大且集中，而农业生产是季节性的，周围农田无法全部消纳；四是废水固液混杂，有机质浓度较高，而且粘稠度很大；五是养猪业属微利行业，受到自然与市场的双重风险的影响，不可能投入很多资金用于处理废水，也难以承受过高的废水处理运行费用。

因此，根据养殖场的水质特点，选择经济合理，处理后保证达标的工艺显得尤为重要。

一、水质水量

1、水质

畜禽养殖业产生的污染物主要有粪便、污水和恶臭三个方面。

畜禽粪便中含有大量的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇，会使环境中病原种类增多，菌量增大，出现病原菌和寄生虫大量繁殖，造成人、畜传染病的蔓延；畜禽养殖废水的高浓度有机废水，CODCr、NH4+-N、SS含量都很高，水量大且温度较低，废水中固液混杂，氮和磷的化合物有机物含量较高。

而粪污中的重金属则来自于饲料和饮水进入畜禽体内后排泄的，因为含量低不做考虑。

表1国家环保总局推荐的排泄系数/[kg/（头•a）]

畜禽名称

粪

尿

BOD5

CODCr

NH3-N

牛

猪

羊

家禽

7300.00

398.00

950.00

26.30

3650.00

656.70

193.70

25.98

2.70

1.015

248.2

26.61

4.40

1.165

25.15

2.07

0.57

0.125

10.07

1.70

0.45

0.115

61.10

4.51

2.28

0.275

2、水量

尽管猪粪尿排泄量受到环境因子、饲养质量、饮用水量等的影响，但可以根据下式计算：

Yf=0.530F-0.049Yf—尿排泄量，kg；F—饲料采用量，kg

Yu=0.205+0.438WYu—粪便排泄量，kg；W—饲水量，kg；

表2-1猪粪尿量

体重/kg

100

粪尿量/kg

2.88~3.14

3.36~3.58

3.84~4.03

4.32~4.47

4.79~4.92

表2-2畜禽粪尿排泄量

项目

牛

猪

羊

鸡

鸭

粪

天排泄量/（kg·d-1）

年排泄量/（kg·a-1）

20.0

7300.0

2.0

398.0

2.6

950.0

0.12

25.2

0.13

27.3

尿

天排泄量/（kg·d-1）

年排泄量/（kg·a-1）

10.0

3650

3.3

656.7

—

饲养周期/d

365

199

365

210

表3-规模化畜禽养殖场的单位用水系数和废水产生系数kg/（头或只•d-1）

种类

清粪方式

单位用水系数

单位废水产生量

猪

肉牛

奶牛

蛋鸡

鸭

水冲粪

干捡粪

水冲粪

饮水槽

1.5

7.5

0.7

1.5

表3-2年出栏万头猪场粪污水排放量

项目

饲养周期/d

存栏数量/头

平均排尿量

/（kg·头-1·d-1）

平均冲洗水量

/（kg·头-1·d-1）

产生污水量/

/（t·d-1）

母猪

公猪

仔猪

育肥猪

总排泄量

365

105

—

500

1380

2920

—

6.72

6.41

2.91

5.95

—

18.36

0.81

17.82

75.77

112.8

二、养殖场清粪工艺

我国规模化养殖场目前主要清粪工艺有三种：

水冲粪、水泡粪（自流式）和干清粪工艺。

以下简单介绍各工艺：

1、水冲粪工艺：

水冲粪的方法是粪尿污水混合进入缝隙地板下的粪沟，每天数次从粪沟端的水喷头放水冲洗。

粪水顺粪沟流入粪便主干沟，进入地下贮粪池或用泵抽吸到地面贮粪池。

该工艺对于泵和喷头及后续的粪污处理费用较高，运行费用和维护费用相对较高，后续的污染物浓度也想度较高。

2、水泡粪工艺：

是水冲粪工艺的改进，在此不做介绍。

3、干清粪工艺：

该工艺利用劳动力或机械清扫粪便，再进行冲洗，使粪便固体和冲洗水、粪尿大部分分离，减少粪污清理过程中的用水、用电，保持固体粪便的营养物，提高有机肥肥效，降低后续粪尿处理的成本。

干清粪工艺的主要方法是，粪便一经产生便分流，干粪由机械或人工进行清扫、收集、运走，尿及冲洗水则从下水道流出，分别进行处理。

该工艺技术上不复杂，不受气候变化影响，污水处理部分基建投资比前两者工艺大大降低，后续处理负荷减轻。

表4养猪场三种清粪工艺水量消耗和水质情况

项目

水冲粪

水泡粪

干清粪

水量

平均每头/（L/d）

万头猪场/（m3/d）

35~40

210~240

20~25

120~150

10~15

60~90

水质指标

（mg/L）

BOD5

CODCr

7700~8800

1700~19500

1030~11700

1230~15300

2720~31000

164~20500

3960~5940

8790~13200

3790~5680

注：

1.水冲和水泡清粪的污水水质按每日每头排放COD量为448g，BOD量为200g，悬浮固体为700g计算得出；2.干清粪的3组数据为3个猪场的实测结果。

与水冲式和水泡式清粪工艺相比，干清粪工艺固态粪污含量低，粪中营养成分损失小，肥料价值高，便于高温堆肥或其他方式的处理利用，后续处理难度减轻，所以优先选用干清粪工艺。

三、好氧堆肥技术

畜禽粪便通过好氧堆肥处理，使堆肥原料中不稳定的有机物，经过一定时间的氧化和腐熟，形成性质稳定、对农作物无害、可作为土壤改良剂的堆肥产品。

堆肥可以分为升温、高温、降温和腐熟四个阶段。

而影响堆肥的因素包括：

含水量、通气状况、C/N和C/P比、温度、接种剂和酸碱度。

因此，在工艺上要对这些因素进行考虑。

1、堆肥设备工艺

畜禽粪便处理设备可以在短期内，将畜禽粪便处理成有机肥，主要由五部分组成：

混合搅拌料机、螺旋输送机、加压混练机、粉碎机、电气控制系统。

表5畜禽粪便处理设备个部分功能与作用

名称

功能与作用

备注

混合搅拌料机

使畜禽粪便与配料混合均匀

搅拌轴只准正转其上的输送器起混合、输送作用

螺旋输送机

把搅拌混合后的送进加压混炼机中

一般情况只准正转

加压混炼机

挤压摩擦混炼内部混合物使其升温，杀死或抑制低温菌等

正常处于正转工作状态

粉碎机

粉碎混炼机处理后的物料

电气控制系统

控制系统中各部件动作

设有加压电源

（1）工艺流程：

该设备系统工作时，把畜禽粪便与配料按规定的比例送入混合搅拌料机，进行搅拌混合均匀，通过螺旋输送机进一步搅拌并送入主机—加压混炼机，通过加压混炼机的加压摩擦，使该机体内的混合物温度自行升高，杀死蛔虫卵和有害菌，然后提供适应的空气和水分，为高温菌发酵创造适宜的条件，完成快速发酵，再通过粉碎机粉碎松散，最后送入堆置场堆放8~10d，即可成为有机肥。

原料

混合搅拌

加压混炼

入库（水分≦30%）

堆置发酵场

粉碎

加入配料

含60%~70%水

定量输送

物料

50%左右水

8~10d

图1畜禽粪便生产生物有机肥的发酵工艺流程

（2）特点：

①不受季节限制，一次性投资小，占地面积小，运行管理费用低。

②立即转成好氧发酵，没有臭味，是无害化处理。

③畜禽粪便从被处理到有机肥产生仅需10d左右，生产周期短。

④操作简单，维护方便。

（3）生物有机肥标准

我国于2002年12月颁布了有机肥料国家行业标准（NY525-2002），适用于以畜禽粪便、动植物残体等富含有机质的副产品资源为主要原料，经发酵腐熟制成的有机肥料，具体要求如下。

①外观有机肥料为褐色或灰褐色，粒状或粉状，无机械杂质，无恶臭。

②有机肥料的技术指标应符合表6的要求。

表6有机肥料的技术指标

项目

指标

有机质含量（以干基计）/%≥

总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）含量（以干基计）/%≥

水分（游离水）含量/%≥

酸碱度（pH值）

4.0

5.5~8.0

③有机-无机复混肥料中重金属含量、蛔虫卵死亡率和大肠菌指标应符合GB8127-87的要求。

四、固液分离技术

1、固液分离工艺的特点

采用固液分离技术可以降低粪污中SS的含量，经固液分离后，污水中的COD可下降40%左右，为高效的厌氧工艺创造了条件，若COD（或SS）过高，则可能堵塞高效过滤器或污泥床。

由于COD的降低，减轻了厌氧处理的负荷，减少了污泥的产生量，缩小了厌氧处理装置的容积和占地面积，降低了造价。

2、固液分离设备

目前养殖业粪污处理主要采用机械物理分离，而研究资料表明，采用XJG-25型斜板挤压分离机是目前比较好的粪污固液分离设备。

已在养殖场推广使用，分离后粪渣含水率65%~70%。

例如：

广东省板岭原种猪场首先采用简单的斜板挤压式固液分离机去除较大的粪渣，再利用沉淀去除细小粪泥。

这种方式降低污水中的有机物含量十分有效，无需添加任何絮凝剂，又为下一步采用先进、高效的厌氧装置提供了良好的条件。

但是设备价格比较昂贵。

因此可以选用一般的固液分离技术，如：

筛滤、离心、过滤、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序。

五、微生物处理技术

由于经过固液分离后，粪污中的有机物含量高，在畜禽养殖场中多用厌氧-好氧的处理工艺，先通过厌氧的处理工艺除去大部分的有机物，去除率为60%~80%。

再通过好氧处理工艺，可使有机物含量进一步降低，在经过生物塘的降解，可使处理过的废水达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），表7为《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）及《农田灌溉水质标准》（GB5084-92）的比较。

表7：

废水污染物排放标准与灌溉标准（旱作）的比较

控制项目

BOD（mg/l）

COD（mg/l）

SS（mg/l）

氨氮（mg/l）

总磷（mg/l）

粪大肠菌群数（个／ml）

蛔虫卵（个／l）

排放准值

灌溉标准

150

400

300

200

8.0

10000

下图为两个典型畜禽养殖业废水处理的工艺流程图

缺氧

进水

厌氧

好氧生物处理

污泥作为肥料或改良土壤

沼气利用

出水用于养鱼或灌溉

出水

进水

沼气利用

出水用于养鱼或灌溉

厌氧生物处理

稳定塘（湿地、土地处理）

污泥作为肥料或改良土壤

进水

出水

1、厌氧处理工艺

（1）上流式厌氧污泥床反应器（UASB）

UASB反应器由三个功能区组成，即底部的布水区、中部的污泥反应区、顶部的气液固三相分离区（包括沉淀区）。

废水从厌氧污泥床底部流入与污泥进行混合接触，污泥中的微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中不断并合，逐渐形成较大的气泡，在这种气泡的碰撞、结合、上升的搅动作用下，使得污泥床区以上的污泥呈松散状态，并与废水充分混合接触。

废水中的大部分有机物在这个区域被分解转化。

在反应器的上部设有固、液、气三相分离器，含有大量气泡的混合液不断上升，达到三相分离下部，首先将气体进行分离，被分离出来的气体进入气室，并用导管导出。

固液混合液进入三相分离区，失去搅动作用的污泥发生絮凝沉淀，上清液溢流排出。

如下图：

（2）升流式污泥床反应器（USR）

采用上流式污泥床原理，无内部机械搅拌，具有效率高、工艺简单等优点。

其特点在于消化器内滞留了大量的厌氧流活性污泥，这些污泥具有极好的沉降性能和很好的生物活性，提高了消化器内的负荷和产气率。

目前升流式污泥床反应器已常被用于猪粪废水和鸡粪粪水的处置，其装置产气率可达4m3/（m3·d）,COD去除率达80%以上。

如下图：

（3）ABR技术

ABR反应器是一种由多个隔室组成的结构，被处理的废水一次流经每个隔室且水流的流动在反应器中呈上、下交替运行，在每个隔室中进行着有不同菌群生物参与的对有机质的生物降解过程。

其工艺结构构造比UASB更为简单，不需要复杂的三相分离器。

是氧一体化的反应器。

ABR污水生物处理技术更为灵活、方便，投资费用更低。

一下是几组ABR反应器图：

左边为统一集气室，右边为分离集气室；

（4）三种工艺比较

工艺

产气率m3/m3·d

COD去除率

占地面积

成本投资

UASB

USR

ABR

0.8~1.5

4~4.8

5~6

80%~90%

80%~85%

80%~91%

10~15m2

30~40m2

35~40万元

30~40万元

40~45万元

（4）沼气利用技术

利用厌氧生物技术通过配套相应的设施，将养殖废水制成以甲烷为主要成分的沼气，通过沼气池收集到的沼气应用于职工生活、圈舍保温等。

沼液可以进入到生物氧化池或者直接用于农田的灌溉、养鱼等。

沼渣可以生产有机肥、培育食用菌后者进行养鱼。

2、好氧技术

在畜禽养殖废水处理中，由于所处理的废水有机物浓度较高，厌氧处理的出水中COD的浓度和氨氮浓度仍比较高，很难达到排放或再利用的标准，因此，通常以好氧方法对厌氧出水做进一步的处理。

好氧生物处理法可分为天然好氧生物法和人工好氧生物法两类。

天然好氧生物处理法有氧化塘和土地处理等，对地形和自然条件要求比较高，去除效果不佳。

人工的好氧生物处理法包括：

序批式活性污泥（SBR）、ICEAS工艺、CASS工艺等。

（1）SBR工艺

典型的SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水、闲置共五个阶段。

反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇方式运行，处理后的混合夜经过一段时间的沉淀后，从池中排出上清液，沉淀的生物污泥则留于池内，用于再次与污水混合进行处理，这样依次反复进行，便构成了序批式处理工艺；

优点：

工艺简单，占地面积小，工程造价低；运行方式灵活，处理效果好，具有良好的脱氮除磷功能；

但传统的SBR工艺在工业应用中，若进水流量较大，则需调节反应系统，增大投资；如对脱氮除磷要求高还需对工艺进行改造。

（2）ICEAS工艺

ICEAS工艺对污水预处理要求不高，只需设格栅和沉淀池。

经预处理的污水连续不断地进入反应池前部的预反应区，在该区内污水中的大部分溶性BOD被活性污泥微生物吸附，并一起从主、预反应区墙上下部的孔眼以低速进入主反应区。

在主反应区内按照“曝气、闲置、沉淀、滗水”程序周期运行，使污水在反复的“好氧-缺氧”中完成去碳、脱氮，在“好氧-厌氧”中完成除磷。

各过程历时和相应设备的运行均按事先编制好的程序由计算机自动控制。

ICEAS反应池的构造如下图：

ICEAS与传统的SBR相比，最大的特点是：

在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式为连续进水（沉淀期和排水期仍保持进水），没有明显的反应阶段和闲置阶段。

ICEAS反应池的这种系统在处理污水和工业废水时，比传统的SBR系统费用低、管理更方便。

但是由于进水贯穿于整个运行周期的各个阶段，在沉淀期时，进水在主反应区底部造成水力紊动而影响泥水分离时间因而进水量受到了一定的限制。

（3）DAT-IAT工艺

DAT-IAT工艺的主体构筑物由两个串联的反应池组成，即需氧池（DAT）和间歇曝气池（IAT）。

一般情况下DAT的池连续进水、连续曝气，IAT池连续进水、间歇曝气，处理后的水和剩余活性污泥均由IAT池排出，其典型的工艺流程如下图：

格栅

沉砂池

DAT

IAT

贮泥池

特点：

①工艺稳定高DAT池连续进水，连续曝气进水，连续曝气可起到水利均衡作用，提高了工艺处理的稳定性；DAT池和IAT池能够保持较长的污泥龄和很高的MLSS浓度，对有机负荷及毒物有较强的抗冲击能力；IAT池可任意调节状态，有利于去除难降解的有机物。

②处理构筑物少，工艺流程简单DAT-IAT反应池集曝气、沉淀于一体省去了消化池。

③可脱氮除磷通过调节IAT池的曝气和间歇时间，使污水在池中交替处理好氧、缺氧和厌氧状态，可方便地实现脱氮除磷。

④节省投资DAT池与IAT池串联设置，可减少滗水器的安装数量；由于DAT池为连续进水，因此不需要顺序进水的闸阀及自控装置；DAT池为连续曝气，减少了曝气强度，所需鼓风机的额定能力（风量）比普通SBR工艺小；串联布置的DAT池与IAT池之间采用共享墙，土建费用可节省；相应的反映控制系统也简单。

（4）CASS工艺

CASS工艺以一个生物选择器、序批曝气-非曝气方式运行的充-放式间歇活性污泥处理工艺。

一定的时间序列运行，进水-曝气、进水-沉淀、上清液滗除和进水-闲置等四个阶段组成其运行的一个周期。

与传统的活性污泥法和SBR工艺相比，CASS具有以下几个特点：

①活性污泥种群抑制污泥膨胀。

②良好的污泥沉淀性能。

③可变容积的运行提高了对水质、水量波动的适应性和操作运行的灵活性。

④通过硝化和反硝化实现生物脱氮。

⑤具有生物除磷功能。

⑥采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，不仅保证了稳定的处理效果，而且提高了容积利用率。

⑦工艺流程简单，土建和投资低，自动化程度高，同时采用组合模块结构，布置紧凑，占地少，分期建设和扩建方便。

六、后续处理

经过生物处理的水质可以排放到生物塘进行进一步的降解，或水质达到中水回用标准用于粪便冲洗水。

七、典型案例

案例一：

杭州灯塔养殖总场废水处理工程

概况：

杭州灯塔养殖总场生猪存栏12万头，年出栏商品肉猪20万头，是目前最大的综合性养猪企业。

每天排放猪粪185t，排放废水3000t，废水COD浓度17000mg/L，氨氮浓度2200mg/L。

该工程1999年例如UNDP/GEF工业化沼气与水处理示范项目。

在工艺设计中强化了预处理等技术，实行“清洁生产、固液分离、水解酸化、UASB、SBR生物脱氮和混凝处理”等工艺流程，工艺流程图如下：

处理系统对猪场污水总的去除效果如下。

在系统稳定运行期间，处理工程对污染物的总的去除效果见表8，从表8可知，该工程对COD的去除率达98%，BOD、NH3-N的去除率达到99%，SS的去除率达到97%，TN的总去除率达到93%。

表8杭州灯塔养殖总场污水处理工程处理效率（2000年9月~2001年1月）

项目

进水

UASB

SBR

物化处理

总去除率

COD/（mg/L）

BOD/（mg/L）

NH3-N/（mg/L）

TN/（mg/L）

SS/（mg/L）

5616~9965

3960~4460

636~1114

754~1415

2310~5410

7.1~7.5

879~1423

168~278

690~1210

590~917

510~960

7.2~7.5

179~321

11.2~19.9

3.5~6.3

51.8~51.9

70~110

6.6~7.5

69~113

60~90

8.5~8.9

>98%

>99%

>93%

>97%

二次能源利用：

工程平均日产沼气8500m3，经气水分离、脱硫、计量后输入1000m3干式贮气柜，沼气流量采用涡街流量计在线测定，用SKG-334型防爆气泵输送到各用气单位。

目前沼气用于一下四个方面：

2t/h全自动沼气锅炉；有机肥料场的肥料烘干；食堂炊事；猪舍用能。

工程规模及投资分析（见表4）

表4工程规模及投资分析

养猪场规模

（年出栏头数）

日处理污水量

（t）

厌氧罐规模

（m3）

SBR反应器规模

（m3）

日产沼气量

（m3）

工程投资

（万元）

10000

80～100

240～300

250～300

360

120～150

15000

120～150

360～450

400～450

540

180～220

20000

160～200

500～600

550～600

720

250～300

40000

300～400

900～1200

1000～1200

1500

300～350

60000

450～500

1200～1500

1400～1500

1800

400～500

80000

600～800

1800～2400

2200～2400

3000

600～700

100000

900～1000

2700～3000

2800～3000

3600

800～900

项目技术经济指标：

处理能力猪粪185t/d，污水3000t/d；沼气产量8500m3/d，其中用于沼气锅炉5800m3/d，有机肥烘干2000m3/d，民用燃气700m3/d；供应有机肥料142t/d；工程总投资1497万元。

案例二：

北京顺义良山畜牧场

北京顺义良山畜牧场以销售种猪、育肥猪为主，猪场大量高浓度废水的排放对周围水环境造成严重的污染，尤其是夏季废水产生恶臭且到处飘散，废水中的病原菌通过食物、饮用水危害居民的健康，亟需采取有力措施进行治理。

　　该猪场按现存栏12000头计算，产鲜猪粪为49.5t/d，产尿为47.4m3/d，采用高架漏缝地板结构，其废水集中排放。

现采用人工清理猪场70%的粪便，粪浆产量为120m3/d。

根据测算，废水中COD含量约为18000mg/L，固体含量约为4%～6%。

　　根据该猪场的规模及排污情况，采用如图2所示的工艺流程。

　　猪场废水、废渣中含有大量的有机物，易生物降解，可采用生物处理工艺。

先用固液分离技术将固体与液体物质分开，用厌氧工艺可去除分离后液体中80%以上的有机物，且可回收沼气作为可利用的能源，同时沼液经好氧稳定后可施用于蔬菜地、果园和农田，固液分离后的固体则经堆肥处置后制成有机肥出售。

各主要处理构筑物对COD的处理效果见表1。

表1　各主要处理构筑物对COD的处理效果

名称

进水COD（mg/L）

出水COD（mg/L）

COD去除率（%）

固液分离器

18000

12600

调节池

12600

UASB

12600

1260

SBR

1260

252

氧化塘

252

＜60

该工艺的特点是将固液分离技术、厌氧工艺、好氧工艺及生物稳定塘工艺、好氧发酵制肥技术等有机地组合在一起，实现了养殖场粪污的高效处置和废物的综合利用。

　　①废物处置：

通过将上述工艺组合应用，使COD为（2～3）×104mg/L、SS为1×104mg/L的养猪场粪污经处理后，其出水达标排放（或部分回用），节约了猪场的自来水用量（1.5×104m3/a）。

　　②能源回收：

养猪场粪

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