奶牛場養(yǎng)殖廢水的工藝設(shè)計與應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，優(yōu)質(zhì)奶制品的需求不斷擴大，造就了國內(nèi)奶牛規(guī)模化養(yǎng)殖也不斷發(fā)展，在奶牛養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞污是一大生態(tài)污染源，需進行無害化處理。牛舍在進行清糞及沖欄時產(chǎn)生了廢水，該類廢水主要由尿液、殘余糞污和沖洗廢水等構(gòu)成，是一種具有高COD、高SS、高氨氮、高磷等的養(yǎng)殖廢水。為了節(jié)約用水及節(jié)省勞動力成本，多數(shù)養(yǎng)殖場采用廢水回沖工藝，使得部分牛糞被打散溶解到廢水中，導(dǎo)致廢水中污染因子濃度大幅度提高，大大增加了廢水的處理難度，廢水中的COD可高達15000～30000mg/L，SS高達10000～40000mg/L，氨氮高達500～1000mg/L。這類廢水可生化性好，BOD5/COD＞0.3，可采用生化處理工藝去除廢水中的污染物。
奶牛主要以草料為食，以鋸屑、稻草、秸稈等為墊料，牛舍刮糞、沖欄及廢水回沖時會將牛糞、草料、植物纖維等帶入廢水中，一部分牛糞溶于廢水中，一部分牛糞以懸浮物狀態(tài)存在廢水中，而草料、植物纖維質(zhì)輕、纖細，多以短纖維存在，與牛糞混合在一起，懸浮在廢水中，難以降解，且難以去除，給廢水處理帶來了很大的難度。廢水原水污染物濃度太高，一般輔以物化等預(yù)處理工藝，預(yù)處理工藝主要去除廢水中的懸浮物，如牛糞、草料、植物纖維等。
1 工況概況
1.1 項目介紹
廣西賀州某奶牛養(yǎng)殖場存欄規(guī)模為5000頭母牛，采用機械刮板清糞，牛舍的沖洗水在收集池收集后，用泵回抽沖洗，養(yǎng)殖場的生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后需達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996)第二時段一級標準。
1.2 廢水水量與水質(zhì)
養(yǎng)殖場每天廢水的排放量為500m3/d，廢水原水水質(zhì)如下表：
指標 | pH | CODcr(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | 總磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) |
進水水質(zhì) | 7～8.5 | ≤18000 | ≤8000 | ≤20000 | ≤200 | ≤600 |
2 工藝設(shè)計
污水的主要污染物COD、BOD、SS、氨氮、總磷等的濃度都很高，且奶牛場養(yǎng)殖廢水具有很好的可生化性，因此，主要處理工藝采用“預(yù)處理+生化處理+物化除磷+芬頓氧化”工藝，污水中的牛糞、短纖維等懸浮物用預(yù)處理的工藝去除，并強化懸浮物的處理效果。預(yù)處理之后的廢水進入“厭氧+缺氧+好氧”的處理工藝，通過厭氧處理工藝的“水解-酸化-產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸-產(chǎn)甲烷”四個階段，能夠大幅度降低污水中的COD、BOD等，通過兩級“缺氧（A）-好氧（O）”的硝化與反硝化生物脫氮工藝，能夠大量的去除污水中的氨氮等污染物，并使之達到排放標準。經(jīng)生化處理系統(tǒng)后，生物除磷的效果一般達不到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）第二時段一級標準的要求，應(yīng)輔以物化除磷處理工藝來保障總磷的達標。同時，為了保證污水長期穩(wěn)定達標排放，增加“芬頓氧化”處理工藝作為降低COD的保障工藝。
污水中懸浮物的去除是本次處理的難點之一，由于污水中含有高濃度的懸浮物，包括草料、纖維、牛糞等，采用“固液分離機+臥螺離心機”的組合工藝去除懸浮物，固液分離機利用篩分的原理去除污水中大顆粒狀的物體，臥螺離心機利用高速旋轉(zhuǎn)廢水產(chǎn)生的離心力進行固液分離，使廢水中細小的懸浮物、膠體得到徹底的去除。污水中的氨氮達到了600mg/L，采用兩級硝化與反硝化處理工藝， 級硝化與反硝化工藝以較高的硝化負荷使氨氮去除的更為徹底。工藝采用“芬頓氧化”處理工藝作為去除COD的保障系統(tǒng)，可以投加少量藥劑使廢水長期穩(wěn)定達標排放，增強整個處理工藝的可靠性。
3 工藝流程
牛舍出來的廢水在集水池收集后，用泵提升至固液分離機進行固液分離，分離出牛糞、草料等大塊的物質(zhì)，固液分離機的出水在調(diào)節(jié)池中進行均勻水質(zhì)，隨后用提升泵提升至臥螺離心機，加入絮凝劑，使之與廢水中的懸浮物混合、凝聚成大顆粒物體，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，對廢水中細小的懸浮物、膠體進行固液分離，臥螺離心機出水進入沼氣池進行深度厭氧處理，去除廢水中的COD、BOD等物質(zhì)。沼氣池出水進入沼液中間池，用泵提升至一級缺氧池，然后依次自流進入一級好氧池、生化沉淀池1，生化系統(tǒng)采用活性污泥法，在一級好氧池進行硝化反應(yīng)，廢水中的氨氮在好氧條件下轉(zhuǎn)為硝酸鹽和亞硝酸鹽等物質(zhì)，硝化液用泵回流至一級缺氧池，在一級缺氧池中進行反硝化反應(yīng)，硝酸鹽和亞硝酸鹽在缺氧條件下分解為氮氣等物質(zhì)，通過硝化反硝化反應(yīng)來降低廢水中的氨氮、總氮等物質(zhì)，生化沉淀池1的污泥回流至一級好氧池，補充活性污泥的濃度。之后，廢水依次自流進入二級缺氧池、二級好氧池、生化沉淀池2，進行二級硝化與反硝化反應(yīng)，進一步降低廢水中的氨氮、總氮等物質(zhì)。經(jīng)過兩級AO生化系統(tǒng)之后，自流進入物化除磷池，通過投加除磷劑與廢水中的含磷物質(zhì)生成沉淀物，再投加少量絮凝劑使之生成大顆粒物質(zhì)，再除磷沉淀池中進行固液分離，去除廢水中的總磷，廢水自流進入芬頓氧化保障系統(tǒng)，先調(diào)節(jié)pH值至酸性，然后依次投加芬頓試劑，對廢水中的難降解物進行強氧化，降低廢水中的COD，再投加堿，使之生成沉淀物，通過絮凝劑的作用，在終沉池中進行固液分離，上清液進入清水池，出水達標排放。
4 單體設(shè)計說明
固液分離機：利用篩分的原理去除廢水中的牛糞、草料等大顆粒的物質(zhì)。液體進入廢水處理系統(tǒng)處理，固體廢渣進行綜合處理。
調(diào)節(jié)池：對固液分離機出來的廢水進行充分混合，均勻水質(zhì)，停留時間10h。
臥螺離心機：廢水進入臥螺離心機前投加絮凝劑，使廢水中細小的懸浮物、膠體等通過絮凝作用，形成較大顆粒物體，臥螺離心機在高速旋轉(zhuǎn)時帶動廢水、懸浮物一起轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下，由于固相顆粒與液相的密度不同，固相顆粒密度大，離心力也大，沉降在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上，形成固相層（因成環(huán)狀，稱為固環(huán)層）；而相對密度小的水分，離心力也小，只能在固環(huán)層內(nèi)圈形成液體，稱為液環(huán)層。固環(huán)層的污泥在螺旋輸送器的推移下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端，經(jīng)出口連續(xù)排出，液環(huán)層的分離液，由圓柱端堰口溢流，排至轉(zhuǎn)鼓外，達到分離的目的。液體進入廢水處理系統(tǒng)處理，固體廢渣進行綜合處理。
沼氣池：采用黑膜沼氣池，停留時間達到30天以上，在黑膜沼氣池中，廢水進行深度厭氧處理，大幅降低廢水中的COD、BOD等污染因子，降低后續(xù)生化系統(tǒng)的有機負荷，同時，可以提高廢水的可生化性，利于后續(xù)的生化處理。
缺氧池：控制廢水中的溶解氧≤0.5mg/L，發(fā)生反硝化反應(yīng)，即把好氧池回流的硝化液中的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮分解為氮氣、水等物質(zhì)，大幅度降低廢水中的總氮。
好氧池：控制廢水中的溶解氧≥2mg/L，發(fā)生硝化反應(yīng)，把廢水中的氨氮氧化成硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮，同時用泵把廢水回流至缺氧池進行反硝化反應(yīng)，并降低廢水中的COD、BOD等物質(zhì)。
生化沉淀池：好氧池帶出的活性污泥在生化沉淀池中沉降并富集，用泵把活性污泥回流至好氧池，補充好氧池中活性污泥濃度，剩余污泥則排至污泥池綜合處理。
物化除磷池：廢水中的磷通過生化處理后并不能完全去除，在物化除磷池中投加鈣鹽、鐵鹽等化學藥劑，使之與廢水中的磷發(fā)生反應(yīng)，生成沉淀物質(zhì)，投加少量絮凝劑使之生成大顆粒物質(zhì)。
除磷沉淀池：廢水經(jīng)過物化除磷后，在除磷沉淀池中實現(xiàn)固液分離，磷以污泥的形式排出，實現(xiàn)除磷的目的。
芬頓反應(yīng)池：通過芬頓產(chǎn)生的·OH的強氧化性，把廢水中難降解的物質(zhì)進行氧化分解，降低廢水中的COD，芬頓反應(yīng)池是實現(xiàn)廢水長期穩(wěn)定達標的輔助保障手段。
5 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)
序號 | 名稱 | 尺寸（m） | 有效容積（m3） | 數(shù)量（個） | 停留時間（h） |
1 | 沼氣池 | 60×40×5 | 9666 | 2 | 38.7d |
2 | 一級缺氧池 | 26.8×13×5 | 1514 | 1 | 72.7 |
3 | 一級好氧池 | 26.8×13×5 | 1514 | 1 | 72.7 |
4 | 生化沉淀池1 | 12×4.5×5 | 221 | 1 | 10.6 |
5 | 二級缺氧池 | 13×10.5×4.5 | 518 | 1 | 24.9 |
11×8×4.5 | 330 | 1 | 15.8 | ||
10.5×7×4.5 | 273 | 1 | 13.1 | ||
6 | 二級好氧池 | 14×6×4 | 312 | 1 | 15.0 |
11×8×4.5 | 330 | 1 | 15.8 | ||
6.5×5×4.5 | 117 | 1 | 5.6 | ||
7 | 生化沉淀池2 | 12×4.5×4.5 | 221 | 1 | 10.6 |
8 | 除磷沉淀池 | 12×4.5×4.5 | 221 | 1 | 9.0 |
9 | 終沉池 | 14×5×4.5 | 244 | 1 | 11.7 |
6 運行效果
工程進入調(diào)試期后，運行三個月，在滿負荷運行的情況下，固液分離機去除SS的效率達到了40%以上，再經(jīng)過臥螺離心機處理后，SS去除率達到了95%以上，草料、植物纖維等幾乎全部得到去除，同時COD的去除率也達到了50%～55%，沼氣池COD去除率達到了65%以上，二級AO系統(tǒng)對氨氮的去除率非常明顯，去除率達到了98%以上，抽樣監(jiān)測結(jié)果完全達到了《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）第二時段一級標準。
7 經(jīng)濟核算與分析
廢水處理費用為10.78元/m3，其中：人工費0.90元/m3；電費2.76元/m3；藥劑費7.12元/m3（其中臥螺離心機藥劑費4.88元/m3）。每天去除的COD約為8750kg，去除氨氮約為295kg，去除總磷約為99kg，較大程度的減緩了對環(huán)境的污染。
8 結(jié)論
工藝所選用的預(yù)處理系統(tǒng)對奶牛養(yǎng)殖場廢水懸浮物的去除效果是非常顯著的，對后續(xù)的生化處理系統(tǒng)起到了很關(guān)鍵的作用；生化系統(tǒng)對COD的去除、生物脫氮都達到了預(yù)期效果；物化除磷是生化除磷有效的保障措施；芬頓氧化系統(tǒng)是去除COD 保障措施；正是從多方面考慮了養(yǎng)殖場廢水處理中存在的各種不可預(yù)料的因素，并設(shè)置保障措施，使得整個廢水站抗沖擊負荷的能力大大加強，確保了廢水站的長期穩(wěn)定運行。
