將養(yǎng)殖廢水的凈化處理與農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的高效利用或達(dá)標(biāo)排放，對于緩解農(nóng)業(yè)用水緊缺，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)，改善人居環(huán)境具有重要意義。

四川省水利科學(xué)研究院以簡陽市五友玉成二元種豬場為試點(diǎn)，將豬場養(yǎng)殖廢水處理與高效利用相結(jié)合，探索了解決南方丘陵灌區(qū)季節(jié)性干旱缺水問題及養(yǎng)殖廢水污染問題的有效途徑，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域養(yǎng)殖廢水的“內(nèi)循環(huán)、零排放”。

1 工程概況

簡陽市五友玉成二元種豬場位于玉成鄉(xiāng)街鄰村，地處四川盆地淺丘區(qū)。

1．1  豬場現(xiàn)狀

豬場現(xiàn)有種豬90頭，在欄豬仔數(shù)量約為332頭。原有一套簡易沼氣系統(tǒng)，主要由進(jìn)料池(4 m×2 m×3 m)、沼氣池(90 m3)和沼液二沉池(4 m×2m×3 m)組成。該豬場實(shí)行固液分離，豬的糞便直接清出，在儲(chǔ)糞池中自然干化后，免費(fèi)讓周邊農(nóng)民運(yùn)基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃走作為有機(jī)肥料肥田；豬的尿液及沖洗豬圈的廢水經(jīng)過簡單的沼氣池沉淀、發(fā)酵后在沼液二沉池進(jìn)行固液分離。以前沼液經(jīng)泵房提灌直接排人豬場外的養(yǎng)魚池，對魚塘的污染嚴(yán)重；現(xiàn)在則通過潛水泵將沼液直接排人溝渠，流人周邊水系，對區(qū)域水環(huán)境構(gòu)成威脅。

1．2 養(yǎng)殖廢水水質(zhì)

該豬場實(shí)行雨污分流，雨水直接排人魚塘。豬場夏季高溫季節(jié)廢水產(chǎn)生量最高，約為8～10 m3／d，冬季低溫季節(jié)廢水產(chǎn)生量最低，約為4～5 m3／d。

該豬場養(yǎng)殖廢水在經(jīng)過原有沼氣發(fā)酵系統(tǒng)處理后仍然氣味刺鼻，且顏色黑、渾，經(jīng)初步監(jiān)測，COD、NHf—N、TP等含量較高(見表1)。工程設(shè)計(jì)要求出水達(dá)到國家《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

1．3 豬場污廢物處理

根據(jù)相關(guān)測算，一頭成豬每天所產(chǎn)生的廢水中養(yǎng)分可以滿足一畝(666．7 m2)農(nóng)田的養(yǎng)分需要，而3～5頭豬所產(chǎn)生的廢水量可滿足一畝(666．7 m2)農(nóng)田的用水需求。豬場現(xiàn)有90頭種豬，332頭豬仔存欄，按照1頭種豬的廢水產(chǎn)生量約為4頭豬仔的廢水產(chǎn)生量折算，約有173頭(折算后)成豬存欄，可以滿足約2．3～3．8 hm2農(nóng)田的用水需求。該豬場周邊方便利用豬場沼液的農(nóng)田約2．7 km2，因而在理論上養(yǎng)殖廢水完全可以通過周邊的農(nóng)田灌溉來消化。但由于灌溉用水量在很大程度上取決于區(qū)域內(nèi)的氣象條件、種植作物類型以及作物的灌溉制度等，因此養(yǎng)殖廢水量在實(shí)際利用過程中也會(huì)出現(xiàn)時(shí)段性差異，部分時(shí)段水量不足，部分時(shí)段廢水存余。同時(shí)，完全采用廢水灌溉，將會(huì)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，并危及周邊群眾的身體健康。因而需要考慮對多余養(yǎng)殖廢水進(jìn)行深度處理，達(dá)標(biāo)排放。

2 工藝流程

2．1  設(shè)計(jì)目標(biāo)

①充分利用該豬場現(xiàn)有沼氣發(fā)酵設(shè)施及周邊的廢棄地，借助于地形地勢，建設(shè)無動(dòng)力自流養(yǎng)殖廢水凈化系統(tǒng)，降低廢水處理成本；

②系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性和較大的靈活性，能夠應(yīng)對該豬場水質(zhì)、水量的變化；

③對該豬場所產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，使之達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉要求，并將廢水處理與農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉相結(jié)合，增強(qiáng)區(qū)域農(nóng)業(yè)抗旱能力，提高水資源利用效益；

④對多余的養(yǎng)殖廢水進(jìn)行深度處理，達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》后，排入魚塘或臨近河流，降低豬場的排污費(fèi)用，減少污水排放所造成的環(huán)境污染。

2．2 工藝流程

該豬場原有養(yǎng)殖廢水處理工藝流程如圖1所示。

原有養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)各構(gòu)筑物均采用地埋式合建，豬場養(yǎng)殖廢物經(jīng)干濕分離，產(chǎn)生的廢水流入上述處理設(shè)施，中問不設(shè)置污水提升設(shè)備，設(shè)施構(gòu)造緊湊，運(yùn)行成本低。但系統(tǒng)僅通過沼氣處理設(shè)施處理養(yǎng)殖廢水，其凈化效果較差，對周邊環(huán)境及群眾健康的威脅較大。 

根據(jù)該豬場的實(shí)際情況，結(jié)合其現(xiàn)有設(shè)施及周邊狀況，通過對多種廢水凈化工藝的研究、比選，設(shè)計(jì)、建立養(yǎng)殖廢水處理與高效利用系統(tǒng)，通過快濾池、人工濕地、慢濾池使養(yǎng)殖廢水達(dá)標(biāo)后回用，具體工藝流程如圖2所示。該系統(tǒng)通過將沼液二沉池中的沼液由泵抽到魚塘或排水渠替換為由泵抽到生化沉淀消毒池內(nèi)(原蓄水池改造而成)，一部分經(jīng)過預(yù)處理后自流到田問的消毒儲(chǔ)蓄池，殺毒后直接灌溉還田；另一部分經(jīng)預(yù)沉、殺毒、過濾后進(jìn)人設(shè)施灌溉儲(chǔ)水池，用作設(shè)施灌溉水源；而最后的多余部分沼液作為多余污水，進(jìn)行深度處理，使之達(dá)到養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，排入魚塘<養(yǎng)魚)、臨近河流或儲(chǔ)備在田問消毒儲(chǔ)蓄池中。

3 設(shè)計(jì)關(guān)鍵及解決方法

3．1  沼氣的利用問題通

過對沼氣池加以改造，完善了系統(tǒng)的封閉性，并對所產(chǎn)生的沼氣加以利用(做飯、取暖等)，為豬場提供了部分額外免費(fèi)能源，降低了能源消費(fèi)。同時(shí)，針對原沼氣池缺少自動(dòng)排氣減壓系統(tǒng)的問題進(jìn)行了改造，增加了排氣孔，使其在一定壓強(qiáng)下能夠自動(dòng)排氣，降低內(nèi)部壓強(qiáng)，有效保證沼氣池的安全。

3．2 生化消毒沉淀池

在該養(yǎng)殖廢水處理與高效利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工過程中，目標(biāo)之一是盡量減少該系統(tǒng)處理廢水所需能耗，降低運(yùn)行成本。因而，設(shè)計(jì)中充分利用該豬場圍墻外地形坡度較大，上下高差達(dá)3．5 m以上的地形條件，對上側(cè)一閑置蓄水池(D=6．0 m，H=2．2m)進(jìn)行維修、改造后作為生化消毒沉淀池(主要用于沼液的儲(chǔ)存、沉淀、消毒及除臭)，并借助于高差，通過管道(DN50)為其下方的養(yǎng)殖廢水處理系統(tǒng)輸送沼液，實(shí)現(xiàn)重力自流，降低能耗。

考慮到沼液中沼渣較多，可能會(huì)堵塞管道，對生化消毒沉淀池進(jìn)行了改造，中間修一隔墻，在墻上距離池底池底0．6 m高度處留溢水孔，增加沼液的沉淀時(shí)間，同時(shí)通過溢流減少入網(wǎng)沼渣量。將出水管口設(shè)置在1．O m高度處，管口設(shè)鋼絲過濾網(wǎng)，以增加過濾能力，降低管網(wǎng)堵塞幾率。

3．3 養(yǎng)殖廢水凈化系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括快濾池、人工濕地系統(tǒng)及慢濾池三部分，填料級(jí)配及功效、堵塞問題及氮、磷的去除等是其共同存在的問題。

①填料選配

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和有效性考量，選用河沙、豆石及碎石為填料，作為微生物及人工濕地植物的基質(zhì)。同時(shí)充分考慮到了水力負(fù)荷、滲透速率及透氣性等對微生物生存環(huán)境的重要意義，通過資料分析及試驗(yàn)比選，確定了濾料級(jí)配。

②堵塞問題

濾料堵塞的主要原因有以下幾種：

a．生物作用堵塞濾料空隙。通過減小系統(tǒng)的水力負(fù)荷，降低進(jìn)水有機(jī)質(zhì)濃度和強(qiáng)化濾層的通氣充氧作用等手段，可以防止填料中各種腐殖質(zhì)的積累。

對于上面進(jìn)水、下面出水的快／慢濾池而言，表層易形成一層粘層，堵塞孔隙。采取表層翻砂措施可有效解決該問題。翻砂厚度根據(jù)實(shí)際粗砂層厚度而定，一般為10～20 cm。

b．生化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體對孔隙的堵塞。快／慢濾池及人工濕地系統(tǒng)填料中的微生物好氧一厭氧反應(yīng)過程中產(chǎn)生CO：、CH4、S02、N：、N20等氣體，如不能及時(shí)排出，也會(huì)造成濾料孔隙堵塞。針對此問題，相關(guān)研究認(rèn)為，通過干濕交替、間歇投配的操作方式，可以有效調(diào)整濾料的好氧一厭氧狀態(tài)，防止微生物新陳代謝產(chǎn)生的氣體對濾料問孑L隙的堵塞過程。鑒于此，在該豬場沼液二沉池處安裝一電子計(jì)時(shí)控制器，根據(jù)豬場廢水產(chǎn)生時(shí)間及水量，設(shè)定泵抽時(shí)間及時(shí)長。將沼液間歇性地從沼液二沉池抽至豬場外的生化沉淀消毒池，從而形成對快濾池的問斷供水，預(yù)防生化反應(yīng)氣體造成濾料堵塞。

c．懸浮物堵塞孔隙。懸浮物堵塞是一個(gè)比較迅速的過程，如果造成了濾池下層堵塞，則需要重新清洗濾料和填裝，大大增加工作量，且清洗后的濾料還需要重新馴化，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

針對該問題，整個(gè)系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)都采取了相應(yīng)的處理措施，盡量降低水體中的懸浮物含量，尤其是較大尺寸懸浮物的含量。在清欄階段施行固液分離，有效減少沼液中的固體殘?jiān)档蛻腋∥锖?；在進(jìn)料池、沼氣發(fā)酵池及沼液二沉池增加沉淀及降解時(shí)間，并通過格柵有效攔截較大的懸浮物；對生化沉淀消毒池進(jìn)行改造，使其具多種功能，進(jìn)水口與出水口之間的漫流構(gòu)筑物能有效強(qiáng)化沉淀功效，出水口前的濾網(wǎng)設(shè)置也為清除部分雜質(zhì)提供了保障。在快濾池中，填料級(jí)配自上而下由細(xì)到粗，保證沼液中的懸浮物在表層被截留或能夠完全通過該系統(tǒng)。

③氮的去除

在該養(yǎng)殖廢水凈化系統(tǒng)中，養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)氮被微生物初步分解成無機(jī)氮，因而主要需去除無機(jī)氮。該系統(tǒng)綜合利用快／慢濾池，進(jìn)行間歇供水，創(chuàng)造濾床的好氧一厭氧交替環(huán)境，為進(jìn)行硝化一反硝化作用創(chuàng)造條件。同時(shí)，在濕地系統(tǒng)中，通過表層種植的蘆葦、水竹及水葫蘆吸附部分無機(jī)氮合成自身物質(zhì)，同時(shí)通過植物輸氧、布氧區(qū)域不同，在根基區(qū)以根系為中心，形成好氧、兼氧、厭氧圈層，為根基微生物提供硝化、反硝化環(huán)境，有效降解廢水中的氮。

④磷的去除

在該養(yǎng)殖廢水凈化系統(tǒng)中，對磷的去除主要通過三方面進(jìn)行。一是通過快濾池、人工濕地系統(tǒng)及慢濾池中的粗砂、碎石等填料對磷的吸附作用及填料與磷酸根離子的化學(xué)反應(yīng)去除；二是通過快／慢濾池及人工濕地系統(tǒng)中的微生物對磷的正常同化吸收，以及對填料的定期清洗或更換從系統(tǒng)中去除；三是通過人工濕地系統(tǒng)中蘆葦、水竹、水葫蘆等植物吸收、同化養(yǎng)殖廢水中的無機(jī)磷，并通過植物的定期收割將磷去除。

4  系統(tǒng)運(yùn)行成本及處理效果

4．1  運(yùn)行成本本

系統(tǒng)僅在由沼氣池向生化消毒沉淀池抽取沼液時(shí)需要?jiǎng)恿?，其余各部分皆完全?shí)現(xiàn)自流。按照現(xiàn)有潛水泵(1．1 kW)動(dòng)力需求，平均每天啟動(dòng)l h即可滿足需求，最多需要2 h，用電量最高為2．2 kW·h／d。鄉(xiāng)村養(yǎng)殖企業(yè)電費(fèi)按照1．0形(kW·h)計(jì)算[當(dāng)前該鄉(xiāng)生活用電電價(jià)≤0．50形(kW·h)]，則該系統(tǒng)的運(yùn)行成本僅2．2形d。另外，該系統(tǒng)將處理后的養(yǎng)殖廢水用于周邊的農(nóng)田灌溉，減少了灌溉用水量，節(jié)約了農(nóng)業(yè)灌溉的電費(fèi)和水費(fèi)支出。

4．2 處理效果

系統(tǒng)試運(yùn)行階段的處理效果見表3。

系統(tǒng)對養(yǎng)殖廢水中的COD、TP、NH4+—N去除效果明顯，去除率分別為70％、82％和62％，而NO3-一N和NO2--N含量僅在濕地系統(tǒng)中有所下降，在粗濾池和慢濾池中含量升高趨勢明顯。究其原因，快、慢濾池在過濾時(shí)以厭氧狀態(tài)為主，硝化作用強(qiáng)于反硝化作用，其中的NH4+一N經(jīng)硝化轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-一N和NO2--N后，沒能夠在反硝化作用下完全轉(zhuǎn)變?yōu)镹2和N20從系統(tǒng)中去除，從而導(dǎo)致NNO3-一N和NO2--N含量在快／慢濾池中不降反升。鑒于厭氧硝化作用較強(qiáng)，需要完善濕地植物栽植，強(qiáng)化濕地系統(tǒng)的根系吸附利用能力，平衡厭氧、好氧及兼氧交替發(fā)生區(qū)域，強(qiáng)化系統(tǒng)對氮、磷的去除能力。

此外，系統(tǒng)沒能夠有效降低養(yǎng)殖廢水的pH值，且使廢水的pH值增加了0．21，這主要是由于系統(tǒng)中的填料在試運(yùn)行期尚未完全熟化，仍呈弱堿性所致。

5 結(jié)論

簡陽五友玉成二元種豬場的快濾池／人工濕地／慢濾池養(yǎng)殖廢水處理與再利用系統(tǒng)對COD、TP、NH4+一N去除效果明顯，去除率分別達(dá)70％、82％和62％，對NO3-一N和NO2--N的處理效果還有待改進(jìn)，系統(tǒng)pH值的升高主要是由于系統(tǒng)試運(yùn)行期內(nèi)填料尚未完全熟化，仍呈弱堿性所致。

該工程為解決南方丘陵灌區(qū)季節(jié)性干旱缺水及養(yǎng)殖廢水污染問題提供了有效途徑，值得借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[2]  席俊秀，謝綁忠．污水濕地處理工藝中存在的問題及對策[J]．中國給水排水，2003，19(12)：90—91．

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