作為豬肉生產和消費大國，我國養殖廢棄物的數量日益增長，特別是養豬廢水已成為部分地區的主要污染源。2020年發布的《第二次全國污染源普查公報》顯示，規模化養殖場各類水污染物排放量占畜禽養殖業水污染物排放量的60.45%~67.17%。同時，生豬養殖廢棄物處理費用高，常規生化效果不理想，可能增加周邊水體的硝酸鹽含量。
中糧家佳康（赤峰）有限公司四期55.2萬頭生豬養殖廢棄物資源化利用項目將濃液進行厭氧產沼氣、資源化利用，降低了后端生化處理的負荷，對稀液進行生化處理，主要降解廢水中的COD、氨氮、總磷等污染物，最終出水水質執行《農田灌溉水質標準》（GB5084—2021）的旱作標準和《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596—2001）。
1、項目概況
該養殖廢棄物資源化利用項目坐落于翁牛特旗梧桐花鎮元寶洼村，養殖廢水處理規模為900m3/d，養殖場清糞工藝為水（尿）泡糞，泡糞時間約7d。根據現場水樣檢測結果，主要進水水質和處理后排放標準水質如表1所示。
2、工藝流程及主要構筑物
2.1 工藝流程
工藝流程如圖1所示。
該項目以“減負還田”為宗旨設計生豬養殖場糞污處理工藝路線，原水經預處理濃稀分離后，處理難度較低的清液遵循“預處理+UASB+兩級A/O大循環+深度處理”的工藝路線，資源化價值高的濃液及部分污水處理產生的污泥采用“CSTR厭氧發酵”工藝路線，厭氧出料經固液分離后，液相進入沼液池進一步穩定化處理，待用肥季節還田使用；固相沼渣作為固態有機肥原料外運處置。
①濃稀分離單元。場區產生的養殖污水經細格柵過濾去除大塊雜物后進入集污池，池內設攪拌裝置與污水提升泵，污水經泵提升至資源利用單元（用于配水）及固液分離機，將大顆粒懸浮物、飼料殘渣、糞渣、豬糞漿等分離至資源利用單元；固液分離后的污水自流至初沉池，未分離出的糞渣、殘渣和豬糞漿等沉淀后泵送至資源利用單元；初沉池出水泵入污水處理單元。
②資源利用單元。濃稀分離單元中分離出的高濃度物料、部分集污池配水及后續污水處理單元產生的剩余污泥進入資源利用單元的勻漿池進行混合、攪拌，經由進料泵送入CSTR進行厭氧發酵，厭氧后物料由出料泵送入沉渣池，經螺旋擠壓后，沼渣進入堆場待出售或利用。厭氧發酵產生的沼氣經過脫硫凈化后暫存于雙膜儲氣柜，通過鍋爐進行沼氣利用，熱能回用為系統增溫保溫。厭氧發酵產生的沼液可作為周邊農田沼肥綜合利用。
③水處理單元。濃稀分離單元中分離出的污水泵入氣浮機，通過投加高分子物質去除膠體和溶解性SS，減少對后續生化工藝的沖擊負荷，產生的氣浮污泥泵入污泥暫存池；氣浮出水自流至中轉池（內設攪拌機、污水提升泵、液位開關等設備），由提升泵送入UASB或超越配水至兩級A/O大循環單元。污水經由兩級A/O后溢流進入二沉池進行泥水分離，產生的生化污泥進入污泥濃縮池，經濃縮后泵入資源利用單元的勻漿池。出水溢流至高級氧化池經芬頓處理后，進入絮凝沉淀池進一步除磷，所產生的污泥泵入污泥暫存池，待疊螺機進行脫水處理，脫水后的污泥進行外運處置。絮凝沉淀池出水經消毒池消毒達標后用于農業灌溉。
2.2 各工段處理目標
各工段的污水處理目標去除率如表2所示。
2.3 主要構筑物及工藝參數
①集污池。1座，半地上式鋼混結構，用于接收豬場糞污，有效容積918m³，HRT為24.48h。池內設置潛水攪拌機2臺，單臺攪拌機功率4kW；配置提升泵2臺，單泵Q=45m³/h；配3臺水力篩，篩網間隙0.45mm，單臺處理量20~25m3/h。
②初沉池。1座，半地上式鋼混結構。采用平流式沉淀池，表面負荷0.8m3（/m2·h），HRT為7.6h。同時，預留混凝劑、絮凝劑投加管道。集水區配置提升泵2臺，單泵Q=45m³/h。
③中轉池。1座，半地上式鋼混結構，有效容積236m³，HRT為7.87h。池內設置潛水攪拌機1臺，攪拌機功率4kW。配置提升泵2臺（1用1備），單泵Q=45m3/h。
④UASB。1座，焊接鋼罐結構，有效容積1394m³，HRT為3.87d。罐外設置自循環泵（Q=40m3/h），罐內設置枝狀布水。罐內上升流速0.6m/h。
⑤兩級A/O池。1座，半地上式鋼混結構，總有效容積5619m³，HRT為7.18d。一級A池有效容積957m³，HRT為1.33d；一級O池有效容積2512m³，HRT為3.49d。其中，一級A池配置攪拌機2臺，功率4kW。AO池的硝化液回流采用氣提方式，可實現10~20倍的調節。O池采用板式曝氣器，氧轉移效率≥35%。二級A池有效容積850m³，HRT為1.18d；二級O池有效容積850m³，HRT為1.18d。其中，二級A池配置攪拌機1臺，功率4kW。二級A池與O池均布置板式曝氣器。生化單元設計有機負荷為1.3kgCOD/（m3∙d），氨氮負荷為0.04kgNH3-N/（m3∙d），硝酸鹽氮負荷為0.24kgNO3--N/（m3∙d），設計MLSS為8g/L，MLVSS/MLSS≈0.7。經校驗后，污泥負荷為0.16kgCOD/（kgMLSS∙d）、0.04kgNH3-N/（kgMLSS∙d）、0.27kgTN/（kgMLSS∙d）。同時，針對該高濃度污水，設計一級A/O系統溶解氧控制在0.5~1.0mg/L，二級A/O系統溶解氧控制在1.0~3.0mg/L，維持一級生化系統具有一定的短程硝化反硝化效果，從而實現設備投資和運行電能的節約。兩級A/O池工藝亮點如下：
a.池體一體化結構。A/O大循環工藝（見圖2）將生物選擇、除碳、脫氮、除磷及沉淀等單元有機組合在一起，同時也可與生產輔助設施合建；結構緊湊，有效節省了占地面積，簡化了工藝流程，大幅削減了系統水頭損失，能充分利用一次提升勢能完成污水在整個系統的輸送，有效降低污水提升能耗，減少土建、管道及廠區占地投資，且大大縮短了巡檢路線，操作效率高，建成后運營管理工作量減小。
b.氣提設計。氣提裝置如圖3所示。
控制氣提裝置工作液面提升揚程小于50mm，在低能耗基礎上，實現幾十倍的全液回流。將氣提裝置安裝在一級O池末端，使一級O池出水和一級A池的進水充分混合，稀釋倍數控制在20~40倍，COD、氨氮等高濃度污染物瞬間得到稀釋，避免了對微生物的抑制作用，微生物活性增強，處理效率極高。
c.可提升式曝氣軟管。曝氣軟管由聚氨酯制成，耐酸、耐腐蝕，耐壓強度高。采用雙層布置，可實現曝氣管的自清洗。在曝氣方式上，通過壓低其通氣量，擴大氣泡在水體中的滯留時間，進而擴大氧利用率、節省曝氣費用。曝氣原理如圖4所示。
⑥高級氧化池。1座，半地上式鋼混結構。采用芬頓工藝，總HRT為6.93h。加酸池、催化池、延遲反應池、加堿池各配有1臺1.1kW攪拌機。該芬頓工藝主要用作應急措施，通過物化方式保障出水水質正常。
⑦CSTR。1座，焊接鋼罐結構，總有效容積3600m³，HRT為20d。罐體工藝采用環套環模式，外環Ø23m×9m，內環Ø16m×9m。外環采用潛水攪拌，攪拌器2臺，功率15kW；內環采用中心頂攪拌，攪拌器1臺，功率7.5kW。物料先進入外環發酵后，經泵送至內環進行二次發酵。
⑧沼液池。3座，單座容積40000m3，總容積120000m3，用于沼液存儲及進一步穩定化處理。
⑨加藥間。PAC加藥系統2套，用于氣浮、混凝沉淀單元PAC添加，規格為1000L/h；設脈沖加壓泵3臺（2用1備）。陰離子PAM加藥系統1套，用于氣浮單元PAM添加，規格為500L/h；設脈沖加藥泵2臺（1用1備）。陽離子PAM加藥系統1套，用于混凝沉淀單元以及疊螺機的PAM添加，規格為300L/h；設脈沖加藥泵3臺（2用1備）。硫酸亞鐵加藥系統1套，用于高級氧化單元藥劑的添加，規格為1000L/h；設脈沖加藥泵1臺（1用1備）。片堿加藥系統1套，用于高級氧化單元藥劑的添加，規格為500L/h；設脈沖加藥泵2臺（1用1備）。次氯酸加藥系統1套，用于消毒池藥劑的添加，規格為300L/h；設脈沖加藥泵2臺（1用1備）。
⑩風機房。1座，框架結構，房間尺寸8m×7m，配置3臺空氣懸浮風機，單臺風量45m3/min，功率70kPa，為生化池曝氣系統、氣體系統供氣。
⑪沼氣凈化儲存系統。設生物脫硫系統1套，處理量300m³/h。該系統硫化氫去除率可達99%，且基本無其他污染物產生，排出少量廢液可直接進入污水處理系統處置。設干式雙膜氣柜1套，儲氣量1500m³，儲氣壓力1.2kPa。
2.4 減負還田
目前，該項目已在污水處理廠周邊配套約200hm2農田進行處理后的沼液還田試驗研究。還田系統主要通過鋪設在試驗田的管道進行噴灌，噴灌量計算根據農業農村部的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》中的區域畜禽糞污土地承載力測算方法。
減負還田過程還應考慮當地的氣候和農作物生長條件進行相應的操作。根據赤峰的春冬季多風干燥少雨，降水集中在夏季的氣候條件，噴灌周期和種植周期在每年的5月—11月進行。前期種植抗旱性強的飼料經濟作物（紫花苜蓿）。紫花苜蓿具有固氮和改善土壤結構的作用，經過多輪種植后可進行玉米等作物的輪種。
減負還田過程中沼液的氮磷營養物和有機物（腐殖質）等能夠增強土壤的肥力，改善土壤環境，同時可避免過量施用化肥導致的生態環境污染和食品安全等問題。
3、實際運行效果
該項目于2022年8月完成竣工驗收，糞污水處理量為900m3/d，經濃稀分離后，約300m3/d濃液進入資源化利用單元處理，剩余部分進入污水達標處理單元處理。資源利用單元和污水達標處理單元運行情況分別見表3、4，實際運行中藥劑消耗情況見表5。
4、結論
厭氧發酵+A/O大循環處理生豬養殖糞污工程運行穩定高效，驗證了“減負還田”工藝路線的可行性，生豬養殖糞污中甲烷回收用于豬場供熱，同時降低了出水污染物指標，減少了污水處理單元的投資和運行成本，也有效減少了生豬養殖糞污對生態環境的負載，并降低了所需的消納土地量。
該項目糞污廢水處理量為900m3/d，抗沖擊負荷能力強，出水指標滿足《農田灌溉水質標準》（GB5084—2021）和《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596—2001）。該項目總投資約為2200萬元，總工期約180d，處理成本約9.25元/m（3平均30d）。由于項目所在地區夏季炎熱，需考慮池體散熱，防止好氧池內溫度過高；冬季寒冷，地面以上的管道需要全部做保溫措施，組合水池需要加蓋處理。（來源：杭州能源環境工程有限公司，浙江省生物燃料利用技術研究重點實驗室）
