摘要:本文针对规模化养猪场粪污处理的难度和运行管理的复杂性,研究与实践了一套简便安全科学的工艺系统,阐述了新工艺的特点和运行效果以及能源回收效益,指出了一种适合本国国情的处理方法。
关键词：ｉａｔｓ无动力填料去除率
近年来，国内大中型规模化，集约化养猪场发展迅速，生产规模从年出栏千头发展到数十万头。这种过度集约化，工厂化的养殖模式，由于业主为了追求经济效益，采用全封闭的漏逢养殖工艺，粪污混合，使用大量的清水来冲冼猪舍。笔者在福建的数家大中型养猪场的观察统计，年出栏万头商品猪的猪舍日排污水量均在１４０ｔ左右，夏天大在１５０ｔ，冬天在１３０ｔ。这些高浓度有机污水难以有效地处理，随意排放。特别是本省的沿海地区，农业的面源污染已大大超过了工业与生活污染，严重破坏了农村生态环境，制约了国家经济特别是农业经济的可持续发展。养猪行业属于微利企业，受到自然与市场的双重风险，企业经济效益差。由于历史原因，大部分养猪场建时均未留有治污场地。更未考虑场内污水能资源化利用，使之“变废为宝，化害为利”，形成良性循环的经营模式。况且目前尚无一套“技术合理，管理方便，经济合算，安全可靠”的污染治理技术。
笔者针对各养猪场的地理、环境、气候的实际与特点，认真了解各养猪场的不同饲养方式。特别是全冲水式冲洗时间和冲水量的不稳定性，对污水处理的水力负荷产生影响。各个时期的疫情与防疫状况以及和各猪场的水质不同，都要求制定不同的治理工艺。不能以一种工艺来解决各种养殖模式的粪污水处理，而应因地制宜。利用生物学与生态学原理，笔者在实践中参考了uasb、ubf、pad技术工艺与中国沼气的建造工艺进行有机地结合，“取其之长，补已之短”，设计建造了造价低廉，无动力安全运行，故障少，易操作管理，经久耐用，能源回收利用好，用户满意等特点的处理设施，简称ｉａｔｓ工艺。１９９７年以来，这种工艺应用在福清市十几家大中型养猪场，均取得满意的效果。
一、工艺流程
为适应各种模式的养猪的粪污处理工艺要求,工艺流程如下：
①能源利用--猪舍--沉沙井--酸化固液分离器--简易厌氧--脱硫--贮气柜--阻火器--能源利用。
②能源利用--猪舍--沉沙井--酸化固液分离器--简易厌氧--iats污泥滤床--氧化塘--排放或回收。
③能源利用--猪舍--沉沙井--酸化固液分离器--浮渣--农业用肥。
④能源利用--猪舍--沉沙井--酸化固液分离器--简易厌氧--浮渣--农业用肥。
二、工艺设计说明：
笔者所设计的养猪场均为未采用人工清扫猪粪的排污方式，即粪污混流冲洗的养殖方法，用水量较大。冲洗猪舍时难免会带有沙、石、土等，考虑沙、石、土清理方便，务必要建一口较浅适合人工清捣的深沙井。全冲洗的养猪场悬浮物多，一般ss：3000~6000mg/l不等。这些高悬浮物必须在酸化过程中应予以清除，因此，必须设计滞留污水数小时的三格酸化固液分离池。保证高悬浮物的污水入酸化池过程中，受到温度、细菌的作用升浮在池面，用人工清捣装车运走。从而解决了这部分的浮渣。让大部分被酸解液化粘稠的污水流入简易厌氧池中继续液化、产酸、部分降解。大量细微的悬浮物和污泥在简易厌氧中发酵，污泥进一步水活化，随甲烷菌群的增多，促使简易厌氧池相应产出大量的沼气，在转化过程中同时产生部分沼渣，经排渣孔排至检查口，以便清捣出去，污水在此滞留24ｈ，沉降的污泥随着产酸活化、降解，部分混合在污水中流到斜流式遂道厌氧污泥滤床（inclined--flowanaerobictunnelsludgefiltratedblanket。iats）在iats处理中由于设计了布水器，同时安装了特殊半软性填料，将粘稠污水中的有机物大部分截留。填料表层生长着大量的微生物膜，微生物能理想地附着半软性填料表层，繁殖生长，促使基质被加速吸收至生物膜内转化降解。沉降的污泥被进一步活化，滤床内污水翻滚蒸腾，厌氧出水犹如茶水色，清澈透明。笔者已在福建福清等地设计建造１０余座大中型能源环保工程，经当地环境监测站多次采样监测，均取得理想的效果，详见附表。
项目进水厌氧出水氧化塘出水
ph7.2～7.67.1～7.37.0～7.3
codcr(mg/l)1.2～1.5×104,525～917107～298
bod5(mg/l)4.5～6.8×103,249～35238.4～92
nh3-n(mg/l)523～875238～35243.4～52.8
ss(mg/l)3.8～4.7×103,252～36168～112
本技工艺在处理污水中产生了大量的沼气，常温下池容产气率均达1m3/m3.d以上。年出栏万头猪场经用贮气柜测量每天累计可产气1200~1400m3的沼气。沼气大部分用于在柴油发电机组发电供本场饲料加工，抽水，猪舍控温设备的用能。少部分用场职工食堂、澡堂生活用能。经测算与用户管理运行计算，年出栏万头猪场污水处理系统的投资，可在3.5年左右回收。
三、斜流式遂道厌氧污泥滤床(lats)的特点：
iats工艺在处理养猪污水中起到了较长时间的有机物滞留、降解作用，高效产甲烷，主要特点说明如下：
1.根据地形高差，ｉａｔｓ设施，用钢筋混凝土现浇成形，设置于地下，可以不耗动力运行，同时，可进行必要的污水循环；
2.根据地形状况，ｉａｔｓ的形状与结构可以任意组合与调整，便于施工，安全性能高（采用了陕西“藏龙”牌密封剂作为密封材料），造价低廉且坚固耐用，每ｍ３造价约４００元人民币；
3.利用设施埋设地下，设施上表面可以当成水压池和污泥沉淀池，节省占地面积，节约投资，每万头猪场实际厌氧处理用地面积为６００ｍ２左右；
4.根据生物学与生态学的原理，ｉａｔｓ的设施采用的填料具有不易腐烂，且经久耐用，微生物附着适应，生长速率快，在２００ｃ启动个需一个月左右。而它具有价格低廉，比表面积大，由于水力与气体的作用蠕动经常，易产生微生物膜，耐水力负荷冲击。同时能很好地截留有机物，污泥滞留时间长，而水力滞留设计（ｈｒｔ）仅９６ｈ天，可使ｍｒｔ＞ｓｒｔ＞ｈｒｔ，达到理想的设计效果；
5.根据水力高差，设计布料器的排水孔使其均匀地在隧道底布水料流，有机污水先与颗料污泥接触并与带气泡的沼气向上升流，在填料层碰撞穿梭不息。有机物被颗粒污泥与微生物膜截留，基质被进一步转化降解；
6.在ｉａｔｓ的底部专门设计了污泥回流的装置，由于在使用沼气气体时产生的压力差，装有自动污泥回流装置使次级的部分污泥逐渐返回到初级，第三级的污泥返回到次级，以此类推往返循环，整个系统的布料，污泥返回循环均有规律地运行，只需每半年用泵将污泥抽至酸化池中运走，清污十分方便；
7.由于采用半软性填料，在池内受到气体的作用，填料上下沉浮，悬浮物难以形成结壳，大部分均被降解消化；
8.为防止填料堵塞布料器和气体输送管道，采用了防堵自动排渣的工艺，布料与气体顺畅输送；
9.该工艺由于有较长的污泥龄和生物膜，使有机物污染物降解速率高，容积负荷可达５～6kgcodcr.m-3d-1以上，一般codcr.与bod5去除率达95%,ss可去除率达98%左右；
10.该工艺采用无动力运行，能承受较大的负荷冲击，运行十分稳定，产气率高，气体回收利用率好，污泥量少无故障发生，管理十分方便，设施维护费用极低。
四．建议：
笔者在实践中认为，大中型沼气的商业化，政府应给予业主优惠政策与支持，主要有：
1.在土地的征用上应及时给予规划、减免各种税费；
2.在建设中应给开发商减免设施产品的营业税和所得税，以便弥补开发商在淡季的困难以及实验费；
3.政府在沼气上网或发电自用的能源贴补，有利于沼气产品的合理营运。