随着生猪集约化养殖技术的提高和农业产业结构的调整，传统的家庭作坊式圈养逐渐转变为规模化、集约化生产性养殖。规模化养猪场废水排放量大，污染物浓度高，且大多数都未经处理直接排放，对区域环境产生直接威胁和危害。这些环境污染问题引起了各级人民政府的高度重视，国家环保总局和国家质量监督检验检疫局颁布了《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596—2001)，对畜禽养殖业废水、废渣和恶臭气体的排放进行了规定;福建省人民政府也积极响应国家政策，进一步加大规模化养猪场的整治力度。
目前，国内外主要采用自然处理、好氧处理、厌氧处理及混合处理等技术治理规模化养猪场污水，但是由于能耗大、投资费用高、维护管理技术要求多等原因，致使这些方法未能完全被各养殖场或农户接纳，推广也受到限制，因此养殖场粪污经济有效治理依旧是个难题。福建省永安市某养猪场改进传统工艺模式，通过应用固液分离-厌氧生物发酵-生物氧化塘组合工艺处理污水，从粪污减量化到污水深度净化处理使养猪场出水水质达到畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596—2001)排放标准，解决养猪场粪便污染问题同时也可为同类养殖场提供一定参考。
1、材料与方法
1.1 养猪场概况
该养猪场位于福建省三明市永安市某村镇，年存栏3500~5000头，出栏商品猪10000头，采用干清粪工艺。按1头猪日排粪2.2kg，排尿2.9kg计算，则该猪场日粪尿产生量17.85t，其中粪7.7t，尿10.15t，包括冲栏用水和职工的生活污水在内，每天产生污水60~100t。对该养猪场排放的污水进行实地监测，水质情况见表1。
1.2 处理工艺流程及简介
1.2.1 处理工艺流程
通过对该养猪场污水水质分析并结合该猪场的实际情况，最后采用固液分离-厌氧生物发酵-生物氧化塘组合工艺，以达到最佳的处理效果和经济效益(具体工艺流程见图1)。
1.2.2 主要单项技术简介
(1)固液分离前处理技术。
粪便污水含有大量的有机污染物和悬浮物，需要通过固液分离后再分别处理固形物和污水，从而有效降低污水中的污染物浓度，同时可确保后续的厌氧处理工艺稳定、有效地运行。选用本课题组研制60目的筛网的FZ12固液分离机，将污水中的大部分悬浮物分离出来，实现污水浓度减量化。该固液分离机的设计特点是集振动系统、挤压系统和自动清洗系统于一体，污水处理效果较稳定，不会造成沉渣堵塞，可缩短后续厌氧发酵处理水力停留时间。
(2)厌氧生物发酵处理技术。
污水经过固液分离前处理后进入厌氧生物发酵系统。本研究采用福建省农科院研制的ZWD型隧道式厌氧发酵池，是中国最先设计应用的水压式沼气池型，内设破壳网及布水器，保证池内布水均匀，提高厌氧发酵效果。该沼气池具有占地面积小、结构简单、操作方便、产气率高等优点，克服了旧式的水压式沼气进出料难，占用有效建造容积等缺点。该单项技术是本工艺的核心，一方面可去除污水中大部分有机物，另一方面厌氧发酵产生的沼气可作为生产生活用电，产生的沼液可作为液体肥料灌溉农田，在去除污染物的同时产生一定的经济效益。
(3)生物氧化塘处理技术。厌氧发酵产生的沼液富含N、P、K和有机质，若直接排放，将会造成下游河道水质富营养化，可造成水体等环境污染。因此，对耕作区利用不完的沼液采用水生物氧化塘处理技术进行深度脱氮除磷，可起到进一步的净化作用。共建设生物氧化塘3亩，蓄水能力为0.45万m3，水深约为1m。为了保证耕作区需要施肥时有足够的沼液可以利用和雨季沼液无法利用时不会外排，调节沼液贮量在0.24~0.45万m3。
1.3 各阶段污水测试项目及分析方法
pH值用便携式pH计(雷兹pHs-3E)测量;SS的测定采用GB11901—1989重量法，CODcr的测定采用GB11914—1989重铬酸钾法;BOD5的测定采用HJ505—2009稀释与接种法;NH3-N的测定采用HJ535—2009纳氏试剂分光光度法。
2、结果与分析
2.1 处理效果
分别对固液分离后沉淀出水、厌氧消化池、氧化塘最终出水水质进行取样分析，每个采样点每日上午9点取样，取样3次，最终以平均值作图讨论。具体测定结果见图2。
养猪场污水含有大量的有机污染物和悬浮物，先通过固液分离处理可确保后续厌氧处理工艺稳定、有效地运行，同时可节约污水处理费用。本项目应用本课题组研制的固液分离机FZ12对福建永安某养猪场废水进行固液分离前处理，再经初沉池处理后，pH值为6.50，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP浓度分别为4436.2、5666.2、3434.9、322.4、38.4mg/L，对SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除效果分别达到75.7%、65.7%、51.7%、17.9%和12%，污水中的污染物得到了快速的去除。然后，应用厌氧微生物发酵技术(本项目采用的反应器为UASB反应器)对沉淀池出水进行进一步的处理。厌氧消化池出水pH值为6.68，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP浓度分别为381.5、730.9、218.8、311、35mg/L。SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP这4种污染物都得到了一定程度的去除(去除率分别为97.9%、95.5%、96.9%、20.87%和19.9%)，氨氮和总磷的去除率不高，可能是因为厌氧消化对氨氮去除效果不佳，主要是依靠部分硝化及反硝化作用;总磷的去除需要通过好氧处理去除，在缺氧条件下对总磷的去除难度较大。另外，通过计算BOD5和CODcr的比值还可以看出，经过厌氧发酵处理后的养猪场污水BOD5与CODcr的比值较小(30%)，说明该工艺的生物发酵已经比较彻底，厌氧发酵难以继续进行，但各项污染物浓度仍然达不到GB18596—2001排放标准，因此需进行后续的氧化塘生化处理。生物氧化塘具有基建投资和运转费用低、耐冲击负荷能力强、能有效去除污水中的氮磷以及可美化环境等优点。养猪场污水经过厌氧处理后氨氮含量高，将生物氧化塘作为生猪养殖废水的后续处理工艺，可对污水起到进一步的脱氮效果。监测结果表明，经过后续的氧化塘处理，出水pH值为7.48，SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP浓度分别为48.0、138.0、37.3、41.6、2.02mg/L，对SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率可分别达到99.7%、99.1%、99.5%、89.4%和95.4%，完全可达到GB18596—2001的排放标准(表2)。
2.2 去除单位COD的投资与运行费用分析
2.2.1 前处理阶段投资与运行费用分析
(1)设备、设施投资费用。
本项目的前处理采用固液分离机和初沉池，该阶段的设备、设施总投资为7.3万元，其中固液分离机4.8万元，初沉池2.5万元。日污水处理量为100m3。根据表2的监测数据显示，经过固液分离处理后沉淀，每天可去除COD总量为1061.6kg，则前处理阶段每去除1kgCOD的设备、设施投资费用为68.8元/天。
(2)运行费用。
该阶段每天耗电30度，按1元/度计，则所需电费为30元;另外，运行过程还需1个人看管，工人工资以50元/天计，则总运行费为80元/天，去除1kgCOD需0.075元/天运行费。
2.2.2 厌氧发酵阶段投资与运行费用分析
(1)设备投资费用。
厌氧发酵系统总投资为44.0万元，日处理污水量为100m3。根据表2的检测数据显示，厌氧生化阶段的COD去除量为493.5kg，则其厌氧发酵阶段的COD容积负荷为0.45kg/(m3•d)，则该阶段去除1kgCOD设备投资为891.6元/天。
(2)运行费用。
厌氧发酵阶段除了清池，平时没有运行费，因此其运行费可忽略不计。
2.2.3 生物氧化塘基建投资与运行费用分析
(1)基建投资费用。
该项目设立三级跌水式生物氧化塘(共0.20hm2)，按30元/m2计算，则该阶段需要9.0万元基建投资费用。利用生物氧化塘每天可去除COD总量为59.3kg，则该阶段去除1kgCOD基建投资为1517.8元/天。
(2)运行费用。
生物氧化塘在处理污水的过程中平时无运行费用。该猪场利用氧化塘出水灌溉周围农田(46.9hm2)，需要1个人看管，所需人工费为50元/天，沼液灌溉平均每天耗电20度，需要电费20元/天，则利用氧化塘出水灌溉农田需要总运行费用70元/天。
从固液分离机、厌氧发酵以及生物氧化塘去除单位COD的投资分析结果可以看出：
①应用固液分离机对规模化养猪场污水进行前处理，可以快速、有效地降低污水中的COD浓度，还可显著减少投资费用;
②利用该组合工艺处理养猪场污水具有投资省、运行费用低等优点。
2.3 污水治理经济效益分析
2.3.1 固液分离阶段经济效益分析
对固液分离机的去渣量进行统计，结果显示其每个生产周期粪渣平均产量为2275kg/天(含水率55%~66%)，将产生的粪渣卖给有机肥料厂，价格为100元/t，该猪场回收粪渣的产值为227.5元/天，扣除运行费用80元/天，则在固液分离机处理阶段其净回收为147.5元/天，投资回收期为495天。
2.3.2 厌氧发酵阶段经济效益分析
对厌氧发酵池的日沼气进行统计，结果显示其平均产气量为699.8m3/天，则该阶段每去除1kgCOD可产生约0.45m3沼气，产气率为0.64m3/(m3•d)。这些沼气可用于发电，提供猪场的生产生活用电，如果能全部得到有效利用，可发电1050度/天，节约电费1050元/天，其投资回收期为419天。
2.3.3 生物氧化塘阶段经济效益分析
利用氧化塘出水灌溉农田46.67hm2，每公顷年节约肥料成本6000元，则该阶段可产生的经济效益为28万元/年，扣除灌溉农田运行费用70元/天，净回收为697元/天，其投资回收期为129天。
通过分析3个处理阶段产生的经济效益，结果表明利用该组合工艺处理养猪场废水，具有较好的经济效益，且投资回收期较短。
3、结论
应用固液分离-厌氧消化-生物氧化塘组合工艺处理养猪场污水，对SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除效果显著，最终出水可达到GB18596—2001排放标准。其中，利用固液分离机对污水进行前处理，是至关重要的环节，可大大缩短污水的处理周期并节约处理费用。该组合工艺能充分利用猪场环境条件对粪污处理各阶段产生的错位资源进行有效利用，在消纳污染物的同时还可节约生产成本产生一定的经济效益：固液分离的猪粪渣可销售给有机肥厂，经过495天可回收投资资金；厌氧发酵产生的沼气可满足猪场日常的生产生活用电，经过419天可回收投资资金；生物氧化塘出水可作为液体肥料灌溉猪场周边的农田，经过129天可回收投资资金。该组合工艺对处理养猪场污水经济、有效，具有较好适应性和针对性，对其他养猪场的污水处理工程具有一定的参考价值。(>
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