摘要：未得到妥善处理便直接排放的养猪废水进入外界环境后，对环境造成严重危害，且其具有CODCr、氨氮浓度高等特点，针对上述特点，采用"调节-水解酸化-沉淀-接触氧化-二沉-混凝沉淀-CXM膜系统-分子膜系统"组合工艺进行处理。运行结果表明，处理出水的水质指标能够达到《农田灌溉水质标准》和《畜禽养殖业污染物排放标准》的标准要求，CODCr、BOD5、氨氮的去除率分别达到了98.80%、98.40%和98.74%,处理效果稳定，运行成本低。
关键词：养猪废水； CXM膜系统； 分子膜系统；
Abstract:The pig wastewater directly discharged without proper treatment will cause serious harm to the environment after entering the external environment, and it has the characteristics of high concentration of CODCr and ammonia nitrogen. In view of the above characteristics, the combined process of "regulation hydrolysis acidification precipitation contact oxidation secondary sedimentation coagulation sedimentation CXM membrane system molecular membrane system" was adopted for treatment. The results showed that the effluent quality reached the requirements of Irrigation Water Quality Standard for Farmland and Pollutant Discharge Standard for Livestock and Poultry Breeding Industry. The removal rates of CODCr, BOD5 and ammonia nitrogen were 98.80%, 98.40% and 98.74%, respectively. The treatment effect of the process was stable and the operation cost was low.
Keyword:piggery wastewater; CXM membrane system; molecular membrane system;
随着我国经济的迅速发展，人们对副食产品需求的不断升级，猪肉的消耗不断增长[1].然而，在猪肉养殖过程中会排放大量废水，这些废水悬浮物多、有机物和氨氮浓度高、臭味大而且富含某些重金属[2].未得到妥善处理便直接排放的养猪废水进入外界环境后，对土壤、水体、大气环境造成严重危害，严重威胁环境安全[3,4].因此，在强调绿色可持续发展的环境背景下，积极寻求一条既经济又环保的养猪废水处理工艺是养猪产业健康发展的关键。
1 项目概况
广西省某养猪共3000头育肥猪，采用干清粪工艺，本项目养猪场污水处理站设计水量为Q=60 m3/d, 按照24 h运行，即q=2.5 m3/h.根据废水实测数据确定设计进水水质，猪场周边有甘蔗园，处理出水达到GB5084-2005《农田灌溉水质标准》中的相关要求后即可回灌；同时本项目为养猪场废水治理项目，故出水须满足GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》中的相关要求，最终确定设计进、出水水质标准如表1所示。
表1 设计进出水水质
2 工艺流程及说明
工艺流程如图1所示。养猪场废水经明沟暗管等先自流进入捞渣机，以截留猪毛、粪便等残渣，降低后续工艺处理负荷，再自流进入污水处理站的调节池，进行水质水量的调节。调节池废水经泵提送进入水解酸化池，利用厌氧菌或兼性菌的新陈代谢作用将污水中悬浮性有机固体和难生物降解的大分子物质水解成溶解性有机物和易生物降解的小分子物质，降低废水中有机物污染物含量[5].出水自流进入中间沉淀池，在池内进行固液分离，污泥下沉再回流至水解酸化池，以保证水解酸化池的污泥浓度；上清液自流进入中间池，在中间池进行预曝气和pH调节。出水流入接触氧化池，在接触氧化池内悬挂大量辫带式填料，使好氧池中微生物种群大大增加，相较传统好氧池能培养出更多不同种类微生物，通过曝气使池中微生物利用自身的新陈代谢去除废水中绝大部分有机污染物，以达到净化水质的目的。
好氧池出水自流进入二沉池，通过重力沉降作用去除脱落的生物膜及大量的生物污泥，剩余污泥由泵排至污泥浓缩池后进一步处理。二沉池出水自流进入混凝沉淀池，投加化学药剂以降低后续膜系统的负荷。二沉池出水自流进入出水井1#,再经泵提升至CXM膜系统，在CXM膜过滤器内通过CXM膜滤芯组件的过滤截留作用，不溶性杂质及化学反应产生的灌溉标准。物质以及其它悬浮物被一次性分离去除。出水进入出水井2#后经泵送入分子膜系统，在分子膜系统内通过分子膜的过滤截留作用进一步去除废水中的污染物。CXM纳米膜技术与分子膜对废水中可溶性的COD、氨氮、磷及其它污染物的拦截率可达90%以上，对于一些大分子的可溶性物质拦截率甚至可达99%以上，以确保废水稳定达标。同时分子膜系统产生约30%的浓水，由于氨氮含量较高，可作为有机肥利用。分子膜系统出水满足排放标准和灌溉标准。
图1 污水处理工艺流程图
Fig.1 The flow chart of sewage treatment process
3 工艺特点
3.1 CXM膜
本工艺中的核心部分之一是CXM纳米膜过滤技术。该技术以斜微孔中空超细纤维纳滤膜为基体，结合采用了十字恒流过滤技术和自主研发的超薄流层固液分离技术，是一种集多种技术优点于一身的新型膜处理方法，可去除所有不溶性有机污染物和可溶性的大分子有机污染物。其主要技术特点是：（1）具有超高精度。根据不同的工艺要求，精度可从0.005~15 μm.出水纯净，浊度最低可达0.1 NTU.（2）在废水处理中能保证流量稳定且不易堵塞。（3）纳米膜具有很好的再生性能。（4）工况适应能力强。对于高温、高压、强酸、强碱和大部分化学溶剂都有良好的抗耐性。（5）低压过滤，低能耗低成本。CXM膜处理系统的工作压力<0.1 MPa, 所需要的能耗很低，因此低廉的日常运行成本也是该系统的一大优势。（6）模块化设备。针对工业废水处理的CXM膜产品系列强调设备的互换性和模块化设计，无需对系统做较大规模的改造。
3.2 分子膜
膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术[6].分子膜的优势如下：（1）该系列产品主要用于不同分子量的液体分离，薄膜的最高过滤精度可以达到0.01 m.同时材料特殊性保证了该过滤系统有良好的耐酸碱性（pH值为1~12），同时也对高温（50 ℃）、高压（4.0 MPa）具备很好的工况适应能力。（2）与同级别的反渗透过滤系统相比，工艺路线可大幅缩短，场地需求减少20%以上，前期设备及周边设施的投资明显降低。同时总体的后期使用成本（如设备维护、设备能耗、备件更换）相比普通反渗透系统更为节省。
3.3 主要构筑物设计参数
（1）隔渣、调节池。
1座，地埋式钢砼结构。尺寸为7 m×6 m×3 m, 有效容积60 m3.配套设备有：隔渣机1台，Q=5 m3/h; 潜水搅拌机1台，N=0.37 kW;提升泵2台，1用1备，单台流量Q=10 m3/h, 扬程H=15 m, 功率N=0.75 kW.
（2）水解酸化池。
1套，半地下式钢砼。尺寸为6 m×3 m×4 m, 有效容积60 m3.配套设备有：潜水搅拌机1台，N=0.37 kW,水下部分采用304不锈钢。
（3）中间沉淀池。
1座，半地下式钢砼。尺寸为3 m×2 m×4 m, 表面负荷0.6 m3/（m2·h）。配套设备有：304不锈钢溢流堰，2 m; 污泥泵2台（1用1备），Q=10 m3/h, H=10 m, N=0.75 kW.
（4）中间池。
1套，半地下式钢砼。预曝气，还可进行pH调节。尺寸为4 m×3 m×4 m, 有效容积40 m3.配套设备有：穿孔曝气管1套，UPVC材质；pH在线控制1套；加药装置1套（含计量泵1台）；加药搅拌桶1个。
（5）接触氧化池。
1套，半地下式钢砼。尺寸为8 m×6 m×4 m, 有效容积168 m3.配套设备有：蜂辫带式填料96 m3;微孔曝气盘48个；回转式风机2台（1用1备），Q=1.71 m3/min, P=0.5 kgf/cm2,N=2.2 kW.
（6）二沉池。
1套，半地下式钢砼。尺寸为3 m×2 m×4 m, 表面负荷0.6 m3/（m2·h）。配套设备有：蜂窝斜管填料及304不锈钢支架4 m2;污泥泵2台（1用1备），Q=10 m3/h, H=10 m, N=0.75 kW.
（7）混凝沉淀池。
1座，半地下式钢砼。尺寸为4 m×2 m×4 m, 表面负荷0.6 m3/（m2·h）。配套设备有：辩带式组合填料110 m3;加药装置2套；加药搅拌桶1个；混凝搅拌机2台，N=1.1 kW;蜂窝斜管填料及304不锈钢支架4 m2;污泥泵2台（1用1备），Q=10 m3/h, H=10 m, N=0.75 kW.
（8）出水井1#.
1座，半地下式钢砼。尺寸为4 m×2 m×4 m, 有效容积10 m3.配套设备有：穿孔曝气管1套，UPVC材质。
（9）CXM膜系统。
1套，成套装置。处理能力：2.5 m3/h.
（10）出水井2#.
1座，半地下式钢砼。尺寸为3 m×1 m×4 m, 有效容积10 m3.配套设备有：穿孔曝气管1套，UPVC材质。
（11）分子膜系统。
1套，成套装置。处理能力：2.5 m3/h.
（12）浓液池。
1座，半地下式钢砼。尺寸为3 m×2 m×4 m, 有效容积20 m3.配套设备有：穿孔曝气管1套，UPVC材质。
（13）污泥池。
1座，半地下式钢砼。尺寸为3 m×2 m×4 m.配套设备有：污泥搅拌机1台，N=3 kW;加药装置1套；气动隔膜泵2台，Q=340 L/min; 空压机1台，Q=670 L/min, N=5.5 kW;厢式压滤机1台，过滤面积40 m2,滤室容积600 L,N=3 kW.
3.4 工程运行效果
表2 系统进、出水水质
注：表中数据为连续10天测量值的平均值。
系统调试完成后，对出水指标进行检测，具体进、出水水质如表2、图1所示。
图2 二沉池、CXM系统、分子膜出水情况
Fig.2 The effluent quality of secondary sedimentation tank, CXM system and molecular membrane
由表2可知，该系统出水的CODCr、BOD5、氨氮、SS、pH指标均达到设计出水的水质要求，且对CODCr、BOD5、氨氮的去除率分别达到了98.80%、98.40%和98.74%.由图2可知，该系统出水清澈，对去除色度也有极好的效果。
3.5 技术经济分析
采用组合工艺处理养猪废水，设计废水处理量为60 m3/d, 则该工艺的运行成本估算为：
（1）电费：
单位电价为0.38元/（kW·h），每天用电为274 kW·h/日，每年电费大约为274×0.38&pide;60=1.74元/m3.
（2）药剂费用：
加药点为混凝沉淀池及污泥调理系统，药剂费为0.4元/m3.
（3）人工费用：
该工程运行中仅需1名工人，人员平均工资为70 元/（日·人），则单位人工费为2.33元/m3.
总运行成本估算为4.47元/m3.
4 结 论
项目采用"调节-水解酸化-沉淀-接触氧化-二沉-混凝沉淀-CXM膜系统-分子膜系统"组合工艺处理养猪废水是切实可行的，处理出水水质指标能够达到《农田灌溉水质标准》和《畜禽养殖业污染物排放标准》的标准要求，CODCr、BOD5、氨氮的去除率分别达到了98.80%、98.40%和98.74%,运行成本低（4.47元/m3）。
参考文献
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[2] 杨尽美。畜禽养殖污染治理模式研究--以重庆市江津区为例[D].重庆：重庆大学，2014.
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[6] 李含驰。试论膜分离技术在环境工程中的应用[J].数码世界，2018（5）：242-243.
