猪场养殖废水处理工艺设计要点

张峰

摘 要：该文从设计水量、进出水水质、处理工艺流程选择、关键处理单元设计等方面分析了猪场养殖废水处理工艺设计的要点。养殖规模、清粪方式、出水去向、能源利用是影响猪场养殖废水处理工艺选择的关键因素，针对不同类型的两大类养猪场分别给出了推荐的废水处理工艺流程。

关键词：猪场养殖废水；处理工艺；设计要点

中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）09-87-04

Key Points of Process Design for Hoggery Wastewater Treatment

Zhang Feng

（Shanghai Greenment Environmental Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200001，China）

Abstract：Key points of process design for hoggery wastewater treatment are analyzed in the aspects of designed water quantity，influent and effluent water quality，treatment process selection and key treatment unit design. The major factors influencing wastewater treatment process selection include breeding scale，dung cleaning manner，effluent destination，and energy utilization. Optimized wastewater treatment processes are recommended for two broad categories of hoggery.

Key words：Hoggery wastewater；Treatment process；Key design point

近年来，随着畜禽养殖业的快速发展，集约化、规模化的养猪业也迅速崛起，由此产生了大量的猪场养殖废水。养猪废水主要由猪舍冲洗水构成，含猪尿液、粪便、饲料残渣等污染物具有固相组分含量高、有机质含量高、含氮量高等突出特点，如果得不到妥善处理，将会对周边地表水环境、农业生态甚至饮用水源产生严重危害[1-2]。猪场养殖废水处理设施的建设以废水处理工艺的设计为龙头，为了有效解决养猪废水的环境污染问题，在废水处理工艺设计中必须抓住处理水量、进出水水质、处理工艺流程、关键处理单元等若干设计要点，确保处理出水达标排放或回用。

1 设计水量及进出水水质

设计水量及进出水水质的确定是整个废水处理工艺设计的关键，直接决定了废水处理设施的规模以及处理工艺的复杂程度。在猪场养殖废水处理工艺设计的初始阶段，必须根据实际情况合理、准确的确定好废水处理装置的设计水量及进出水水质参数。

1.1 设计水量 猪场养殖废水处理设施的设计水量主要由养殖规模及其清粪工艺决定，在设计中一般应根据养殖场实际产生的废水水量或者参考用水水量确定。在没有实测水量的情况下可根据猪的存栏量情况选用表1的统计数据进行计算得到[3]。由表1可知，猪场养殖废水的水量随季节变化波动较大，由于夏天天气炎热，猪舍冲水量增加，废水量在这个季节一般最大，为保证废水处理设施在全年均能有效运行，在设计中首先需要以夏季的废水产生量作为基础设计水量，同时在设计中也需要考虑废水处理设施的操作弹性，使得各处理单元的水力负荷可以进行适当的调节，确保废水处理设施能适应水量的季节性变化。此外，由于猪舍冲水操作的间歇性，使得猪场养殖废水流量的日变化情况也较为显著，这点在设计中也必须得到充分重视，通常可作为废水调节池的设计依据考虑。

表1 猪场养殖废水处理设施设计水量

[季节＼&设计水量（m3/100头·d）＼&干清粪工艺＼&水冲粪工艺＼&冬季＼&1.2＼&2.5＼&夏季＼&1.8＼&3.5＼&春、秋季＼&1.5＼&3.0＼&]

1.2 设计进水水质 猪场养殖废水处理设施的设计进水水质主要受清粪工艺及冲水量的影响，一般应根据养殖场实际的排放废水水质或者参考同一地区类似养殖场的废水水质确定。在没有实测或参考数据的情况下可选用表2的统计数据进行计算得到[4]。在没有BOD5浓度数据的情况下，猪场养殖废水BOD5/CODCr值可取经验系数0.4～0.6。由表2可知，猪场养殖废水中各水质指标浓度均变化较大，夏季由于废水量大，设计进水水质指标可以取相对较低值，而冬季废水量较小，进水水质可以取相对较高值，由于养猪废水中污染物负荷量基本不会随季节交替而发生明显变化，设计中还可考虑将春秋季的废水量与上表中的污染物平均浓度相乘得到一个统一的污染物负荷量作为全年各个时段的进水指标进行设计。

表2 猪场养殖废水处理设施设计进水水质

[水质指标＼&设计进水水质（mg/L）＼&干清粪工艺＼&水冲粪工艺＼&pH（无量纲）＼&6.3～7.5＼&CODCr＼&2510～2770

平均2640＼&15600～46800

平均21600＼&NH3-N＼&234～288

平均261＼&127～1780

平均590＼&TN＼&317～423

平均370＼&141～1970

平均805＼&TP＼&34.7～52.4

平均43.5＼&32.1～293

平均127＼&]

1.3 设计出水水质 猪场养殖废水处理设施的设计出水水质主要由废水排放去向决定。一般排入普通地表水体的排水水质应满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）要求，处理后用于农田灌溉的出水水质应满足《农田灌溉水质标准》（GB5084-1992）要求，具体如表3所示。如果养殖场所在地方有针对猪场养殖废水的地方排放标准，则出水水质应该执行地方标准。此外，猪场养殖废水如果选择最终通过生态还田等方式进行综合利用，那么处理设施的设计出水水质至少应该满足无害化处理的标准，如出水卫生学指标应满足《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）标准要求。

表3 猪场养殖废水处理设施设计出水水质[3，5]

[指标＼&出水水质要求 （mg/L）＼&排入普通地表水体＼&农田灌溉＼&水作＼&旱作＼&蔬菜＼&pH（无量纲）＼&＼&5.5～8.5＼&CODCr＼&400＼&200＼&300＼&150＼&BOD5＼&150＼&80＼&150＼&80＼&NH3-N＼&80＼&12 （TKN）＼&30（TKN）＼&30（TKN）＼&SS＼&200＼&150＼&200＼&100＼&TP＼&8＼&5＼&10＼&10＼&粪大肠菌群（个/L）＼&10000＼&10000＼&蛔虫卵（个/L）＼&2＼&2＼&]

2 处理工艺流程

2.1 工艺流程选择依据 废水处理工艺流程的选择是整个废水处理设施处理工艺设计的核心。在选择猪场养殖废水处理工艺时需要考虑如下几个关键因素：

2.1.1 养殖规模 养猪场的规模直接决定了猪场养殖废水的水量。一般大规模的养猪场优先考虑以物化处理+生物处理为主的综合处理工艺路线，而小规模养猪场的废水则可以因地制宜的选择人工湿地、稳定塘和土地处理等运行管理简便、经济可行的自然处理工艺技术或者沼气池厌氧发酵、沉淀池+砂滤池等简易废水处理方式。

2.1.2 清粪方式 养猪场的清粪方式对猪场养殖废水的水质有很大的影响，采用干清粪工艺的猪场养殖废水中污染物的浓度要大大低于采用水冲粪工艺的废水中污染物的浓度。干清粪工艺废水在处理时可以考虑采用以固液分离+好氧处理为主的处理工艺流程，而水冲粪工艺废水的处理宜优先选用固液分离+厌氧生化处理+好氧生化处理为主的处理工艺流程。

2.1.3 出水去向 猪场养殖废水的最终去向则决定了处理出水需要达到的水质指标，从而影响到整个废水处理工艺流程的设计。一般来讲，如果处理出水可以进行生态还田等综合利用，则猪场养殖废水经厌氧生化处理后形成的沼液就能达到无害化处置标准，可以直接进行综合利用。如果处理出水需要达标排放，单单通过厌氧生化处理是无法达到排放标准要求的，一般会采用好氧生化处理对沼液进行进一步的处理，使得处理出水满足排放标准要求。此外，由于《农田灌溉水质标准》对于氨氮以及有机氮的控制要明显严于《畜禽养殖业污染物排放标准》，因此如果猪场养殖废水处理出水最终将作为农田灌溉用水回用，则选用的好氧生化处理要求具有较高的脱氮功能。

2.1.4 能源利用 废水厌氧处理会有大量沼气产生。如果养殖场附近有较大的能源需求，废水处理过程产生的沼气可以得到充分利用，那么猪场养殖废水可以不经固液分离直接进行厌氧生化处理，从而保证废水中大量有机质均能进行厌氧消化处理，产生最大量的沼气，实现能源的回收利用。相反，如果废水处理设施产生的沼气无法或者不能充分利用，那么在对猪场养殖废水进行处理时宜先通过固液分离去除部分有机质，降低厌氧生化处理的负荷；对于厌氧处理工段，根据实际情况也可以考虑改为水解酸化工段，以控制沼气的产生。

2.2 推荐工艺流程 在设计猪场养殖废水处理工艺时，应综合考虑养殖规模、清粪方式、排水去向以及周边能源利用特征的具体实际情况，在实现综合利用或达标排放的前提下优先选用投资运行成本合理的处理工艺。在处理工艺选择时同时还应兼顾处理工艺的运行灵活性、操作方便性、处理效果稳定性、潜在二次污染等问题。对于中小规模的干清粪养猪场，猪场养殖废水推荐采用如图1的处理工艺，其中水解酸化系统可以根据前道固液分离的效果以及废水水质的可生化性等因素进行选用（图1）。

图1 推荐废水处理工艺1

对于较大规模的干清粪养猪场或者具有一定规模的水冲粪养殖场，猪场养殖废水推荐采用如图2的处理工艺，其中固液分离设施可以根据周边沼气利用需求情况选用（图2）。

3.4 厌氧处理 厌氧处理是在无氧条件下借助厌氧微生物的作用对废水进行处理。整个厌氧处理的全过程包括水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷4个阶段，每个阶段分别由不同的厌氧微生物作用完成。首先，非溶性高分子有机物如蛋白质、油脂等在胞外水解酶作用下，可分解为可溶性小分子有机物如氨基酸、糖、长链脂肪酸、甘油等；产酸菌分泌水解酶可以将难生物降解的可溶性有机物转化成挥发性脂肪酸和乙醇；然后，在产氢产乙酸菌的作用下，挥发性脂肪酸和乙醇转化为乙酸或H2和CO2；最后，在产甲烷菌的作用下，乙酸或H2和CO2转化为CH4[6]。废水厌氧处理可以仅利用厌氧过程的前面2个阶段，即所谓的水解酸化处理，也可以利用包括全部4个阶段在内的全过程处理，即通常所说的厌氧生化处理。水解酸化处理工艺简单，操作方便，可以有效提高废水的可生化性，并去除废水中部分有机污染物。厌氧生化处理对有机污染物物降解的更为彻底，废水中大部分有机物可以通过产CH4的形式去除，COD去除率更高，但是厌氧生化处理需要配套沼气处理设施，工艺复杂，操作不变，对pH、水温、进水水质等环境因素也比水解酸化要有更高的要求。

猪场养殖废水属于高有机物浓度、高氮磷含量的废水，通常单独采用好氧生化处理方法很难达到经济有效的效果，因此厌氧技术也就成猪场养殖废水处理中一种不可缺少的关键技术。对于采用干清粪工艺中小规模养猪场，废水中COD浓度相对较低，在采用了高效的固废分离设施的情况下，可以选择水解酸化处理作为后道好氧生化处理的预处理手段，以提高废水的BOD5/CODCr值，提高后续好氧生化处理的效果。对于大规模的特别是采用水冲粪的养猪场，则宜选用全过程的厌氧生化处理工艺，在实现废水无害化处置的同时大幅去除废水中有机污染物，同时产生可作能源利用的沼气，有效降低后续好氧生化处理的污染负荷。

水解酸化工艺的水力停留时间宜在12～24h。对于未经固液分离的废水的厌氧生化处理，可以优先考虑全混合厌氧反应器（CSTR）、升流式固体反应器（USR）及推流式反应器（PFR），厌氧消化温度以35℃左右为宜，水力停留时间以5～10d为宜。而对于经过固液分离后的废水的厌氧生化处理，可以采用升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、复合厌氧反应器（UBF）、厌氧过滤器（AF）及折流式反应器（ABR），厌氧消化温度以20℃左右为宜，水力停留时间以4～6d为宜。

3.5 好氧处理 猪场养殖废水中各类污染物浓度较高，厌氧反应出水一般难以直接达到排放或回用（下转98页）（上接89页）标准，因此仍需好氧处理方法对厌氧出水进行进一步的后续处理。好氧生化处理是在有氧条件下利用好氧微生物的同化作用和异化作用对废水进行处理，以去除废水中的有机物、氮磷等污染物。相比厌氧处理，好氧生化处理能够更为彻底的去除废水中的污染物，确保处理出水达标排放或回用。由于猪场养殖废水中氨氮和总磷浓度很高，在选择好氧生物处理工艺时宜优先选用具有生物脱氮除磷功能的处理工艺，如氧化沟工艺、厌氧/缺氧/好氧工艺（A/A/O）、循环式活性污泥法（CAST）等。好氧反应器的活性污泥负荷宜为0.03～0.08kg BOD5/kg MLVSS·d，污泥浓度宜为2.5～4g MLSS/L。根据实际情况可以将好氧反应器设计成生物膜法，以提高反应器内的生物量，强化处理效果。此外，在条件允许的前提下还可以对好氧生化处理出水进行人工湿地、土地处理或稳定塘等自然生物处理工，以进一步净化水质。

3.6 消毒 猪场养殖废水经处理后向地表水体排放或者回用的，应进行紫外线、臭氧、双氧水等非氯化消毒处理，确保出水卫生学指标达标。

4 结论与建议

猪场养殖废水处理设施的工艺设计应紧密抓住废水的处理水量和进出水水质情况，根据猪场养殖规模、清粪方式、出水去向及周边能源利用情况选择合理的废水处理工艺流程，并做好各个核心处理单元的工艺设计，确保处理出水达标排放或回用。对于中小规模的干清粪养猪场，建议采用沉淀+水解酸化+好氧生化处理为主的废水处理工艺流程，对于较大规模的干清粪养猪场或者具有一定规模的水冲粪养殖场，建议采用机械固液分离+厌氧生化处理+好氧生化处理为主的废水处理工艺流程。

参考文献

[1]成文，卢平，罗国维，等.养猪场废水处理工艺研究[J].环境污染与防治，2000，22（1）：24-27.

[2]潘碌亭，罗华飞.猪场养殖废水处理新工艺[J].工业水处理，2008，2：72-74.

[3]国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.GB18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准[S].北京：中国标准出版社，2001.

[4]环境保护部.HJ487-2009畜禽养殖业污染治理工程技术规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5]国家技术监督局，国家环境保护局.GB5084-1992农田灌溉水质标准[S].北京：中国标准出版社，1992.

[6]郝晓地.可持续污水一废物处理技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2006：253-255.

（责编：张宏民）