養牛場廢水處理工程改造
廣西某水牛研究所養殖場水牛存欄量約為850頭，日產牛尿及沖洗廢水約50m3。養殖場內原有一套環保處理設施，但由于設施過于陳舊且無人管理，管路淤塞嚴重，設施處于癱瘓狀態，無法將養殖場廢水處理達標排放。為解決長期環保壓力的問題，本技改項目參照微生物降解技術的相關指標，對水牛養殖場原有環保設施重新進行升級改造，形成“固液分離+預處理+二級厭氧+好氧曝氣+微生物復合水體修復”相結合新型處理模式。新構建了牛場污水治理系統和相關的配套設施，為微生物污水處理技術提供最佳環境。將沼氣工程技術改造的目標從“能源回收”轉化為“環境保護”，不僅解決了該研究所在水牛良種培育過程中環保壓力的問題，還為規模化養牛場的生態養殖轉型提供經驗和借鑒。
1、項目概況
1.1 廢水水質
經過對水牛養殖場廢水長期跟蹤檢測，水質污染物指標如表1所示。
1.2 技改思路
(1)由于廢水中含有大量難溶固體懸浮物，其中包括牛糞、樹葉、草渣等，簡易的格柵難以有效攔截，很容易造成輸水管路和污水泵的淤堵，故新建一座預處理池及配套格柵、泵等設施，另外投加微生物通過微生物絮凝使得渣水分離，干濕分離機分離出的渣可作為固體有機肥運到周邊牧草地進行消納。
(2)重新培養馴化活性好的厭氧菌，投加到厭氧系統(CSTR一級厭氧、USR二級厭氧)。在此單元完成大部分污染物的分解代謝。
(3)另外利用原有水塘建立好氧曝氣+多級復合人工濕地，通過微生物降解、水生動物代謝及水生植物吸收有機污染物(有機質、氨氮及磷)，從而保證各類污染物達標排放。
(4)由于周邊種植大量的牧草，通過厭氧發酵轉化為適合牧草吸收利用的水肥，使之無臭、不燒苗、不會造成地下水污染。
1.3 工藝流程
項目采用固液分離+預處理+二級厭氧+好氧曝氣+微生物復合水體修復組合工藝，其工藝流程圖如圖1所示。工藝流程為:牛場的污水經格柵截住大塊懸浮固體、漂浮物等雜質后進入預處理池，料液在預處理池內通過投加微生物菌劑，利用微生物絮凝作用減量，減少糞便臭味。后泵入全混合厭氧反應器(CSTR)進行一級厭氧發酵，后再進入升流式固體厭氧反應器(USR)進行二級厭氧反應。經厭氧發酵后的污水從罐頂部流出進入沉降池，厭氧出水在沉降池進行泥水分離，沉降后污泥排至污泥池，上清液可作為液態有機肥灌溉牧草，另一部分泵入好氧曝氣及多級復合人工濕地，投加微生物和魚類及種植水生植物，形成一個完整生態鏈，將污染物進一步分解代謝，確保出水達標排放。沼氣經脫硫后進入貯氣柜貯存，最后沼氣采用60kW純沼氣發電機進行發電，電力可用于養殖場的生產用電。
1.4 工程設計
該技改工程總投資80多萬元，新增一座預處理池有效容積500m3，修繕厭氧系統單元以及改造利用水塘作為多級復合人工濕地。主要包括預處理系統、厭氧系統、好氧曝氣系統、多級水體復合修復系統、沼氣凈化及利用系統五個部分。
本項目的主要構筑物及附屬設備情況見表2、表3。
2、工程調試及運行結果
2.1 工程調試
本技改工程項目自2016年9月完工后，進入工程調試階段。厭氧調試利用先建的500m3預處理池進行菌種的富集工作，取發酵正常的沼氣池污泥100t加入先建預處理池，定期加一定量廢水產生較多的小細白色氣泡或污水經常上下翻動且pH值正常，再根據需要每天加入養殖場的廢水。當厭氧菌已培養了近2個月，將富集的厭氧菌直接泵入厭氧裝置進入正常調試。污水進水濃度由低到高，從產氣量和甲烷含量以及出水pH值進行簡單判斷，如產氣正常，甲烷含量在48%以上，pH值在7左右，說明就可以加大進水，經20d后，基本達到滿負荷狀態并每天攪拌2次，從外觀和pH值進行判斷，當產沼氣的甲烷成分大于50%以上時，表明產甲烷菌逐漸增多，調試已成功。
好氧池接種污泥，取其他污水處理設施的曝氣池的混合液，放入預處理池內，用泵抽入池內，使混合液在池內反復循環，這時候微生物慢慢繁殖生長，然后，開始逐步加入厭氧出水進行馴化，隨著活性污泥增長而提高進水比例，經過1個多月，設施基本運行正常。
多級微生物復合水塘調試的重點是培養修復水體環境的微生物益生菌，傳統的水體生境處理往往只是注重從植物到各級動物之間建立的食物生態鏈系統或單一的水生植物系統，這種系統存在著季節性死亡、生態幅窄、自穩定性差等問題，實際應用效果不理想。調試過程中投加一定量的液態益生菌(富含乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、放線菌、硝化細菌、亞硝化細菌、光合菌等)，這些菌種由母種及培養基配制而成。經過近90天的調試，整個系統達到滿負荷運行。
2.2 工藝運行情況
該系統于2016年9月初開始調試，在三個多月調試中，原水經過各級處理，尤其是微生物在各個單元發揮分解代謝，對COD、氨氮的去除效果顯著。
在三個多月的調試過程中，污水中主要污染物COD、氨氮濃度變化見圖2、3。
由圖2可知，原水COD濃度在3500～5000mg/L，預處理池出水COD在3300～4000mg/L，厭氧出水濃度在1000mg/L以下，經過好氧曝氣與多級微生物復合水塘處理后出水COD濃度均在200mg/L以下，最低可降至85mg/L。從以上運行結果可知，二級厭氧發酵可以有效降解污水中有機物，可降解污水中約75%的COD，這是因為厭氧菌對營養需求低，可降解的有機物分子數量多，且可以判定一個分布合理的微生物群體已經在厭氧系統形成。
由圖3可知，原水的氨氮維持在500～700mg/L，厭氧出水的氨氮在400～600mg/L，好氧出水的氨氮到第60運行日才可降至80mg/L以下。說明在好氧曝氣池與多級微生物復合水塘投加的菌種中硝化細菌、亞硝化細菌等通過氨化-硝化-反硝化作用將氨氮轉化為氮氣而逸入大氣。另外，水生植物也可吸收一部分的氨氮，水生動物可利用水生植物作為營養，最后通過捕撈水生動物、收割水生植物，污染物最后以資源化水產品方式轉移出去。
2017年3月，對進出水樣進行送檢，結果見表4。
由表4可看出，本項目經過技術改造后，出水的各項水質指標優于《畜禽養殖業污染物排放標準》GB18596-2001標準，最終實現污水達標排放。
2.3 結果分析與討論
從監測結果看出：采用“干濕分離+污水厭氧+好氧處理+深度處理”相結合的糞污處理模式能實現廢水達標排放，但還需注意以下幾點：
(1)對處理任何一種糞污，如果需要達標排放，最好先進行固液前分離，分離出難降解的固體物質。另外本項目還在預處理池投加微生物，通過絮凝作用將糞污的大顆粒進行固定化，不僅大大降低SS，還減少固形物釋放出可溶解性COD，減輕后續處理難度。
(2)本項目處理對象是牛場的糞污，糞便中最難降解的纖維素是木質素，所以在接種菌種時引入分解木質素能力強的粉狀的側孢菌等。
(3)由于厭氧微生物本身繁殖緩慢，而且牛場排放的糞污含有木質素、蛋白質、多糖類物質微生物可分解的大分子有機物，所以應適當延長料液在厭氧消化期內的水力停留時間，才能達到設計處理效果。
(4)經過多年的調試經驗，溫度的影響對厭氧微生物的繁殖及生長有重大的影響，所以在厭氧系統調試過程中一定要將料液的溫度提高至所選擇的中溫發酵溫度(35℃)才能有效保證其處理效率。
(5)氨氮、磷等富營養性污染物通過好氧曝氣與多級復合微生物系統去除，在進行維護過程中，每三個月需補充一定量的微生物來維持整個系統平衡。
