基于浓稀分流的猪场粪便污水处理方法 【技术领域】
本发明属于环境工程废水处理领域，主要用于规模化猪场粪便污水的处理。
背景技术
对于猪场粪便污水，一般直接采用沼气发酵工艺进行厌氧消化处理，去除绝大部分有机污染物，同时回收能源——沼气。浓污水厌氧消化出水用作农田肥料，或者经过后处理以后达标排放。
一方面，由于规模化猪场冲洗水量大，平均每头猪的冲洗水达15-25L，使得猪场粪便污水浓度不是很高，TS在1％左右，总氮(TN)含量在0.1％左右。由于水量大，升温保温困难，只能采用常温沼气发酵工艺对猪场粪便污水进行厌氧消化，处理负荷低，沼气产量低，特别是冬季几乎不产沼气，全年平均池容产气率只有0.3m3/m3.d左右。结果沼气发酵装置容积大，投资高。另外，由于水量大，氮磷养分含量低，沼液利用价值低，使得沼液还田利用困难，只有经过后处理以后达标排放。
另一方面，对于高NH4+-N、较高COD的猪场粪便污水，经过厌氧消化以后，绝大部分COD被降解，但是NH4+-N基本没有去除。结果厌氧消化出水成为一种高氮低碳的废水。如果再对这种高氮低碳的猪场废水厌氧消化出水进行好氧后处理，效果都比较差，COD去除率仅10％～40％，TKN去除率47.2％～64.6％(Jung-jeng-Su 1999)，NH4+-N去除率68.7％(Ng WunJern 1987)，55％～57.3％(杨虹2000)，不能满足排放标准。其好氧后处理效果差的关键问题是由于其低BOD5高NH4+-N，不能满足反硝化作用所需的碳源，因此反硝化作用弱，硝化作用消耗的碱度不能得到回补，致使处理系统“酸化”，微生物性能恶化(Ng Wun Jern 1987，杨虹2000，邓良伟2002)。加碱(杨虹等，2000)或添加外源有机物质(Obaja等2003)是人们通常采用的改进方法，但是加碱或添加外源有机物质大大增加了处理设施、运行费用和操作强度，在工程上难以实施。基于此，对于猪场粪便污水，一些研究者放弃厌氧前处理，直接进行好氧处理(Liao等1991，Fernandes等1991，Bortone等1992，Su Jung-Jeng等1997，Edgerton 2000，寇建朝等2004)。尽管直接进行好氧处理能取得较好的有机污染物和NH4+-N去除效果，但是由于猪场粪便污水的污染物浓度很高，采用好氧工艺进行直接处理时，一般需要对污水进行稀释或采用较长的水力停留时间(HRT)，两者都会加大反应器容积和供氧能耗。对原污水进行稀释，还会增加因稀释水所致的成本。
【发明内容】
建立一种猪场粪便污水优化处理新方法：猪场粪便污水首先通过沉淀处理进行浓稀分离，沉淀池将粪便污水沉淀分离为上层清液(稀污水，TS＜0.5％)和底层沉淀物(浓污水，TS＞3.0％)。采用沼气发酵工艺对浓污水进行厌氧消化处理并生产沼气，沼气用于发电，发电余热或者燃烧沼气用于浓污水沼气发酵过程升温保温，保证浓污水沼气发酵温度达到中温或近中温。采用序批式反应器(SBR)对稀污水进行好氧处理，或者采用常温沼气发酵工艺对稀污水进行厌氧消化处理并生产沼气，然后采用人工湿地、氧化塘等自然处理方法对厌氧消化出水进行后处理，处理出水达标排放。浓污水浓污水厌氧消化出水用作农田肥料，或者进入稀污水处理系统与稀污水一道进行处理。
本发明的新颖性表现在以下几方面：
(1)通过沉淀池将猪场粪便污水沉淀分离为稀污水和浓污水，稀污水体积占总体积的80％左右，COD量只占总COD量40％左右，TS＜0.5％；而浓稀污水体积占20％，COD量却占总COD量60％左右，TS＞3.0％。由于浓污水水量大大减少，升温保温相对容易，利用沼气发电余热或沼气直接燃烧产生的热可以将浓污水厌氧消化过程升温保温至中温(35℃)，近中温(25-30℃)。因此，可以提高厌氧消化处理以及沼气生产效率，保证冬季正常产气。
(2)由于浓污水水量大大降低，大部分氮磷等营养物质仍然在浓污水中，因此，厌氧消化处理的沼液养分含量高，单位养分的运输成本降低，沼液还田利用变得更加容易。
(3)采用序批式反应器(SBR)对稀污水进行好氧处理时，由于稀污水中仍然保留有40％左右的COD，有利于反硝化作用，从而增加碱度，回补硝化阶段消耗的碱度，维持处理系统正常的pH值。
(4)与采用好氧工艺直接处理猪场粪便污水相比，本发明方法的投资、能耗以及运行费用大大降低；
(4)与以往的常规厌氧--好氧工艺猪场粪便污水相比，本发明的方法处理效果显著改善，对污染物的去除率提高，出水污染物浓度降低，并且不需要添加外源有机碳，也不用加碱维持系统碱度。
【具体实施方式】
本发明包括粪便污水浓稀分离装置、浓污水厌氧消化系统、稀污水处理系统以及沼液利用系统等。根据不同规模化猪场的污水水量水质特点，在本方法之外视具体情况增加前处理系统(格栅、调节池等)以及污泥脱水系统等。厌氧消化系统包括厌氧消化反应器、沼气贮存、净化与利用。厌氧消化反应器根据废水特性可采用厌氧接触反应器(AC)、厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)等。厌氧消化过程的加热可以采用沼气发电余热，或者沼气烧锅炉产生热水用于厌氧消化过程加热。本发明的实施步骤如下：
(1)经过前处理(格栅、调节池等)的猪场粪便污水进入沉淀池，沉淀池可采用竖流式或平流式，沉淀池将粪便污水沉淀分离为上层清液(稀污水)和底层沉淀物(浓污水)。
(2)用污水泵将浓污水泵入沼气发酵装置，浓污水在沼气发酵装置中进行厌氧消化并生产沼气，沼气经过净化、贮存后用于发电，发电余热或者燃烧沼气产生的热水用于浓污水沼气发酵装置升温保温，保证浓污水沼气发酵温度达到中温(35℃)或近中温(25-30℃)。浓污水厌氧消化出水用作农田肥料，或者进入稀污水处理系统与稀污水一道进行处理。
(3)在规模化猪场土地足够污水自然处理的条件下，用污水泵将稀污水泵入常温沼气发酵装置，稀污水在常温沼气发酵装置中进行厌氧消化并生产沼气，所产沼气与浓污水产生的沼气一道处理利用。厌氧消化出水采用人工湿地、氧化塘等自然处理方法进行后处理，处理出水达标排放。
(4)在规模化猪场土地紧张的条件下，稀污水进入序批式反应器(SBR)，采用具有良好反硝化效果的SBR工艺对稀污水进行好氧后处理，SBR的污泥负荷0.05～0.15kg-BOD5/kg-MLSS.d，处理出水达标排放。