AO+臭氧氧化处理水泡粪养猪废水的工程实践

余朝辉

宁德北控水环境有限公司，福建 宁德 352100

引言

2017 年，中国生猪饲养产值接近1.3 万亿元，占国内畜禽(猪牛羊禽)饲养总产值比重约56.5%。猪肉是中国消费者餐桌上最常见的动物性食品之一[1]。近几年，受非洲猪瘟和越来越高的环保要求的影响，生猪存栏数量急剧下降，使得猪肉价格猛涨。为缓解猪肉价格，在控制非洲猪瘟传播的前提下，畜禽养殖行业污水治理也越来越受到大家的重视。

广东省某养猪场采取自繁自养方式，养殖场内有母猪、仔猪和各生长阶段的生猪，采用水泡粪工艺。养猪场产污方式主要有全冲洗、干清粪和水泡粪，为防止细菌、病毒等传播，每栋猪舍采取封闭式管理，养猪场采取水泡粪方式成为主流，但水泡粪工艺形成的污水各污染物浓度与其他方式相比最高、处理难度最大。该废水成分较为复杂、碳氮营养比例失调( 氮源过剩)，废水带有较重的颜色和强烈的刺激性气味（NH3、H2S 等），悬浮物含量高，生化处理易产生泡沫，这类废水处理难度比较大。

1 设计方案

1.1 水量和水质

广东省某猪场存栏母猪约600 头，自繁自养，猪舍采用水泡粪模式，根据业主提供资料及行业经验计算，污水处理规模约100 吨/日。

设计进水指标主要参考同类型水泡粪工艺水质，出水执行《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）中日均排放浓度，通过优化同时满足《农田灌溉水质标准》（GB5048-2005）作物种类为旱作的标准，主要水质排放如下[2-4]。

表1 进出水质主要指标

1.2 设计思路

污水处理工艺的选择应综合考虑基建投资、运行管理费用、出水水质要求、操作管理难易程度、占地面积大小等多种因素[5]。设计主要思路如下：

（1）水泡粪污水瞬时排放，水量波动较大，因此必须进行水质水量调节；同时污水中含有大量粪渣及悬浮杂物，在进入生化处理前，必须加以去除。

（2）污水中含有高浓度的有机污染物，宜采用厌氧+好氧的生化处理工艺；同时污水中含有高浓度的氨氮，必须选用生物脱氮效果好的工艺。

（3）该污水经过生化处理后仍含有大量不易好氧生化降解的大分子有机污染物，一级好氧处理系统出水宜通过改性提高可生化性后进行二级强化好氧处理。

（4）污水经二级生物处理后，COD、粪大肠菌群数还无法稳定达到水质排放指标，有必要进行深度处理工艺。

在设计时，还应考虑养猪场操作人员素质普遍不高，在工艺设计、设备选型和电气控制等方面，应尽量选择操作简单、自动与手动相结合、故障率低、处理效果好的工艺和设备。

1.3 工艺设计

根据以上进出水水质、设计思路以及养猪废水行业特点，工艺路线拟采取预处理系统、生化处理系统、深度处理系统[6]，具体选择如下：

（1）预处理系统。按照以上思路，结合水泡粪污水的特点，本工程设计拟采用“格栅+集污调节池+固液分离机+初沉池”作为预处理工艺。

（2）生化处理系统。该污水有机物浓度高、氨氮浓度高，拟采用工艺成熟的厌氧-缺氧-好氧的处理系统；同时该水泡粪污水含有大量不易好氧生化降解的大分子有机污染物，一级好氧处理系统出水应通过改性提高可生化性能后进行二级强化好氧处理。本工程设计拟采用“ABR+AF 组合厌氧+A/O 好氧系统+臭氧接触氧化+生物接触氧化”作为生化处理工艺。

（3）深度处理系统。污水经预处理和生化处理后，COD、粪大肠菌群数还无法稳定达到水质排放指标，有必要进行深度处理。水泡粪污水经过生物处理后，仍残留难降解有机污染物，对于此类污染物可用加药混凝沉淀工艺进行去除。本工程拟采用“混凝沉淀+臭氧消毒”作为深度处理工艺。具体工艺流程如下：

图1 工艺流程图

1.4 臭氧氧化技术

臭氧是一种极强的氧化剂，氧化还原电位是2.07mV，氧化能力仅次于氟，具有氧化能力强、反应速度快的特点，同时还具有脱色、杀菌消毒的作用。近几年在污水处理行业应用越来越广泛。

养猪废水经传统的生化处理后仍含有大量大分子难降解物质，并带有一定色度。经过多年实践，采用臭氧高级氧化法可使污水中难降解物质在臭氧及其他高活性分子作用下，使大分子有机物的分子键断裂转变成易生化降解的小分子有机物，大大提高污水的可生化性，并有脱色作用。

2 主要构筑物和设备

构筑物包括预处理、生化处理、深度处理系统以及配套的附属设施，平面布置应做到紧凑合理。设备包括固液分离机、厌氧沼气收集系统、沼气利用系统、电气控制系统、生化处理设备、消毒设备、加药设备、污泥脱水设备等。主要构筑物和设备情况如下：集污调节池：设计停留时间28h，池内安装空气搅拌管、污水提升泵和液位探针计，并配套LK-60T 型固液分离机1 台。

ABR+AF 厌氧池：设计总停留时间6d，配套红泥塑料覆皮2 套，同时设置沼气收集、储存、净化系统。

AO 池：A 段停留时间36h，配置2.5KW 的潜水搅拌机1 台；O 段停留时间85h，污泥浓度设计4000mg/L，污泥负荷0.0636kg/kg(mlss)·d，回流比按倍投加NaOH溶液补充碱度，设置环形喷洒消泡设施。

生物接触氧化池：设计停留时间29h，填料容积约76M3，填料容积负荷0.263kg/m3·d。

臭氧接触池：接触时间大于1h，配置KCF-ZT600型臭氧发生器1 台，与消毒池共用。

3 运行效果

ABR 和AF 厌氧系统采用逐步进水、自行启动，在进水第十天后沼气袋开始慢慢鼓起。AO 和生物接触氧化系统通过投加附近生活污水处理厂污泥进行培养驯化，经过调试驯化培养相对稳定运行后60 天的进出水数据进行观察统计，COD 和氨氮记录如下：

其间进水COD 平均值为16871mg/L，最小进水COD为9510mg/L，最大进水COD 达23580 mg/L；其间进水氨氮平均值为1013mg/L，最低640mg/L，最高达1680mg/L。出水COD 为87-188mg/L，平均值为145mg/L，平均去除率达99.14%；出水氨氮为17-58mg/L，平均值为34mg/L，平均去除率达96.68%；能够稳定达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）要求以及《农田灌溉水质标准》（GB5048-2005）作物种类为旱作的标准。

图2 进出水COD 统计

4 运行费用

该项目工程投资约210 万元，其中土建工程约96万元，设备及安装费用约114 万元。该项目自动化水平较高，只需1 人兼职，运行成本主要为电费和药剂费，项目运行成本约7.61 元/吨。

项目的主要运行成本分析如下：

表2 运行费用表

5 总结

（1）传统的养猪废水采用厌氧+好氧的工艺出水较难稳定达到排放标准，猪粪污水经过了猪舍泡粪沟内长时间的浸泡，污染物浓度更高、成分更复杂，根据水泡粪养猪污水处理相关经验，A/O 生化系统出水中仍含有大量难生化降解物质，采用臭氧接触氧化法可使污水中难降解物质得到降解，提高污水的可生化性，并起到脱色作用，接着采用生物接触氧化法降解污染物。

图3 进出水氨氮统计

（2）粪污水经过生物处理后，仍残留部分难降解物质，对于此类污染物可用加药混凝沉淀工艺进行去除。混凝沉淀可依据水质实时调整加药量，特别是冬季温度低时，厌氧反应系统效率略有下降，需适当增加加药量，确保出水水质稳定。

综上所述，本工程利用厌氧和AO 工艺去除了大部分易降解污染物质，剩余难降解物质再经臭氧接触氧化后进行生物接触氧化处理，以及絮凝沉淀和臭氧消毒后，水泡粪污水不仅能够达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）要求，同时能够满足《农田灌溉水质标准》（GB5048-2005）作物种类为旱作的标准。