养牛场废水处理工程改造
广西某水牛研究所养殖场水牛存栏量约为850头，日产牛尿及冲洗废水约50m3。养殖场内原有一套环保处理设施，但由于设施过于陈旧且无人管理，管路淤塞严重，设施处于瘫痪状态，无法将养殖场废水处理达标排放。为解决长期环保压力的问题，本技改项目参照微生物降解技术的相关指标，对水牛养殖场原有环保设施重新进行升级改造，形成“固液分离+预处理+二级厌氧+好氧曝气+微生物复合水体修复”相结合新型处理模式。新构建了牛场污水治理系统和相关的配套设施，为微生物污水处理技术提供最佳环境。将沼气工程技术改造的目标从“能源回收”转化为“环境保护”，不仅解决了该研究所在水牛良种培育过程中环保压力的问题，还为规模化养牛场的生态养殖转型提供经验和借鉴。
1、项目概况
1.1 废水水质
经过对水牛养殖场废水长期跟踪检测，水质污染物指标如表1所示。
1.2 技改思路
(1)由于废水中含有大量难溶固体悬浮物，其中包括牛粪、树叶、草渣等，简易的格栅难以有效拦截，很容易造成输水管路和污水泵的淤堵，故新建一座预处理池及配套格栅、泵等设施，另外投加微生物通过微生物絮凝使得渣水分离，干湿分离机分离出的渣可作为固体有机肥运到周边牧草地进行消纳。
(2)重新培养驯化活性好的厌氧菌，投加到厌氧系统(CSTR一级厌氧、USR二级厌氧)。在此单元完成大部分污染物的分解代谢。
(3)另外利用原有水塘建立好氧曝气+多级复合人工湿地，通过微生物降解、水生动物代谢及水生植物吸收有机污染物(有机质、氨氮及磷)，从而保证各类污染物达标排放。
(4)由于周边种植大量的牧草，通过厌氧发酵转化为适合牧草吸收利用的水肥，使之无臭、不烧苗、不会造成地下水污染。
1.3 工艺流程
项目采用固液分离+预处理+二级厌氧+好氧曝气+微生物复合水体修复组合工艺，其工艺流程图如图1所示。工艺流程为:牛场的污水经格栅截住大块悬浮固体、漂浮物等杂质后进入预处理池，料液在预处理池内通过投加微生物菌剂，利用微生物絮凝作用减量，减少粪便臭味。后泵入全混合厌氧反应器(CSTR)进行一级厌氧发酵，后再进入升流式固体厌氧反应器(USR)进行二级厌氧反应。经厌氧发酵后的污水从罐顶部流出进入沉降池，厌氧出水在沉降池进行泥水分离，沉降后污泥排至污泥池，上清液可作为液态有机肥灌溉牧草，另一部分泵入好氧曝气及多级复合人工湿地，投加微生物和鱼类及种植水生植物，形成一个完整生态链，将污染物进一步分解代谢，确保出水达标排放。沼气经脱硫后进入贮气柜贮存，最后沼气采用60kW纯沼气发电机进行发电，电力可用于养殖场的生产用电。
1.4 工程设计
该技改工程总投资80多万元，新增一座预处理池有效容积500m3，修缮厌氧系统单元以及改造利用水塘作为多级复合人工湿地。主要包括预处理系统、厌氧系统、好氧曝气系统、多级水体复合修复系统、沼气净化及利用系统五个部分。
本项目的主要构筑物及附属设备情况见表2、表3。
2、工程调试及运行结果
2.1 工程调试
本技改工程项目自2016年9月完工后，进入工程调试阶段。厌氧调试利用先建的500m3预处理池进行菌种的富集工作，取发酵正常的沼气池污泥100t加入先建预处理池，定期加一定量废水产生较多的小细白色气泡或污水经常上下翻动且pH值正常，再根据需要每天加入养殖场的废水。当厌氧菌已培养了近2个月，将富集的厌氧菌直接泵入厌氧装置进入正常调试。污水进水浓度由低到高，从产气量和甲烷含量以及出水pH值进行简单判断，如产气正常，甲烷含量在48%以上，pH值在7左右，说明就可以加大进水，经20d后，基本达到满负荷状态并每天搅拌2次，从外观和pH值进行判断，当产沼气的甲烷成分大于50%以上时，表明产甲烷菌逐渐增多，调试已成功。
好氧池接种污泥，取其他污水处理设施的曝气池的混合液，放入预处理池内，用泵抽入池内，使混合液在池内反复循环，这时候微生物慢慢繁殖生长，然后，开始逐步加入厌氧出水进行驯化，随着活性污泥增长而提高进水比例，经过1个多月，设施基本运行正常。
多级微生物复合水塘调试的重点是培养修复水体环境的微生物益生菌，传统的水体生境处理往往只是注重从植物到各级动物之间建立的食物生态链系统或单一的水生植物系统，这种系统存在着季节性死亡、生态幅窄、自稳定性差等问题，实际应用效果不理想。调试过程中投加一定量的液态益生菌(富含乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌、硝化细菌、亚硝化细菌、光合菌等)，这些菌种由母种及培养基配制而成。经过近90天的调试，整个系统达到满负荷运行。
2.2 工艺运行情况
该系统于2016年9月初开始调试，在三个多月调试中，原水经过各级处理，尤其是微生物在各个单元发挥分解代谢，对COD、氨氮的去除效果显著。
在三个多月的调试过程中，污水中主要污染物COD、氨氮浓度变化见图2、3。
由图2可知，原水COD浓度在3500～5000mg/L，预处理池出水COD在3300～4000mg/L，厌氧出水浓度在1000mg/L以下，经过好氧曝气与多级微生物复合水塘处理后出水COD浓度均在200mg/L以下，最低可降至85mg/L。从以上运行结果可知，二级厌氧发酵可以有效降解污水中有机物，可降解污水中约75%的COD，这是因为厌氧菌对营养需求低，可降解的有机物分子数量多，且可以判定一个分布合理的微生物群体已经在厌氧系统形成。
由图3可知，原水的氨氮维持在500～700mg/L，厌氧出水的氨氮在400～600mg/L，好氧出水的氨氮到第60运行日才可降至80mg/L以下。说明在好氧曝气池与多级微生物复合水塘投加的菌种中硝化细菌、亚硝化细菌等通过氨化-硝化-反硝化作用将氨氮转化为氮气而逸入大气。另外，水生植物也可吸收一部分的氨氮，水生动物可利用水生植物作为营养，最后通过捕捞水生动物、收割水生植物，污染物最后以资源化水产品方式转移出去。
2017年3月，对进出水样进行送检，结果见表4。
由表4可看出，本项目经过技术改造后，出水的各项水质指标优于《畜禽养殖业污染物排放标准》GB18596-2001标准，最终实现污水达标排放。
2.3 结果分析与讨论
从监测结果看出：采用“干湿分离+污水厌氧+好氧处理+深度处理”相结合的粪污处理模式能实现废水达标排放，但还需注意以下几点：
(1)对处理任何一种粪污，如果需要达标排放，最好先进行固液前分离，分离出难降解的固体物质。另外本项目还在预处理池投加微生物，通过絮凝作用将粪污的大颗粒进行固定化，不仅大大降低SS，还减少固形物释放出可溶解性COD，减轻后续处理难度。
(2)本项目处理对象是牛场的粪污，粪便中最难降解的纤维素是木质素，所以在接种菌种时引入分解木质素能力强的粉状的侧孢菌等。
(3)由于厌氧微生物本身繁殖缓慢，而且牛场排放的粪污含有木质素、蛋白质、多糖类物质微生物可分解的大分子有机物，所以应适当延长料液在厌氧消化期内的水力停留时间，才能达到设计处理效果。
(4)经过多年的调试经验，温度的影响对厌氧微生物的繁殖及生长有重大的影响，所以在厌氧系统调试过程中一定要将料液的温度提高至所选择的中温发酵温度(35℃)才能有效保证其处理效率。
(5)氨氮、磷等富营养性污染物通过好氧曝气与多级复合微生物系统去除，在进行维护过程中，每三个月需补充一定量的微生物来维持整个系统平衡。
