固液分离、堆肥及水处理设备比选(张雄323) 9页

1.1固液分离养殖场粪污分离是处理奶粪污的关键环节。它既可以对固体物的有机物再生利用，从而制成肥料，又便于污水的排放和进一步处理。国内有关用于粪便的固液分离设备的研究才刚起步，到20世纪80年代，才从国外引进了几种分离设备，如斜板筛、转动筛、挤出式分离机和带式压滤机等。到目前为止，除了少数仿制的样机外，几乎没有形成规模的产品。固液分离机有振动筛（平型、摇动型和往复型）、回转筛和挤压式分离机。各种各样的固液分离设备需要开发研究，这是目前生产中迫切需要解决的问题。针对几种固液分离器进行比较评价如下：(1)斜板筛筛条截面形状为楔形的斜板筛，用于分离粪便具有结构简单、不堵塞的特点。但固体物质去除率较低，一般为20％～25％，分离出的固体物的含水率大于80％，含水率偏高，不便进一步处理。(2)转动筛国内尚未见到用转动筛分离粪便的设备，国产转动筛都是用于分离纺织、造纸等行业的污水。(3)挤压式分离机据国外报告，此机分离出的固体物的含水率可达60％左右。国内挤压式分离机可连续运行，效率较高。但去除率较低。农业部规划设计研究院“九五”期间成功地研制了LJG-1型螺旋挤压式固液分离机，在国内外都是同行业较为先进的技术设备，广泛应用于大型畜禽废水的固液分离工艺中。(4)沉降式离心分离机它是利用固体物比重大于溶液比重的性质而将固体物分离出来的，分为自然沉降、絮凝沉降和离心沉降。这种设备用于分离粪便在技术上是可行的，但设备成本高，且运行费用高。本研究在前人的研究成果基础上，结合本课题组的工作实践，总结出关于固液分离设备的技术参数，供以后研究和设计选用设备时参考：1）以上几种固液分离器不能进行简单的优劣评判，在不同环境容量背景和处理要求下规模化奶牛场粪污处理的模式选择是不同的，在不同的发展阶段、地区也会采取不同的政策措施，应根据具体情况具体分析。设计时应根据被分离物料的性质、流量、脱水要求，经技术经济比较后选用。2）粪便固液分离装置应具有收集粪罐车运来的粪便，并同时进行固液分离以及将分离出的固体进行压榨脱水的功能。污水进入固液分离机的含水率一般不应小于98％；经压榨后的固体废弃物含固率不宜小于30%。\n3）粪便固液分离装置应为一体化设备，应使用一台电机驱动装置完成设备的除砂、过滤、传输、压榨四合一功能。除砂、过滤、传输、压榨整个过程应在密闭的条件下进行。4）污水或粪便进入固液分离装置后，应截留下10mm以上的固体，同时对于经过栅滤以后的液体，固液分离装置应具有将液体中的细砂高效分离和排出的功能，经过砂分离后的粪液再流入渠道中。5）各种筛网的孔径在0.17~1.21mm,可按需选用。6）固液分离机的设置应考虑到废渣的贮存、运输。经综合考量，固液分离设备选用挤压式分离机，整套设施花费十万元左右。1.2好氧高温堆肥工艺设备综述好氧高温堆肥工艺发展至今，已形成多种工艺类型。主要有堆积法、立式堆肥发酵塔、卧式堆肥发酵滚筒、筒仓式堆肥发酵仓等。1）堆积法是把新收集的垃圾、粪便、污泥等废物混合分批堆积成条形堆，堆中的微生物进行生物化学反应，使废物转变成腐殖土样的产物。该方法需要堆积的时间较长，一般需进行二次发酵，共需20天的时间。2）立式堆肥发酵塔立式堆肥发酵塔通常由5～8层组成。堆肥物料由塔顶进入塔内，在塔内堆肥物通过不同形式的机械运动，由塔顶一层层地向塔底移动。一般经过5～8d的好氧发酵，堆肥物即由塔顶移动至塔底完成一次发酵。立式堆肥发酵塔通常为密闭结构，塔内温度分布为从上层到下层逐渐升高，即最下层温度最高。3）卧式堆肥发酵滚筒卧式堆肥发酵滚筒又称丹诺（Dano）式。在该发酵装置中废物靠与筒体表面的摩擦沿旋转方向提升，同时借助自重落下。通过如此反复升落，废物被均匀地翻倒而与供入的空气接触，并借微生物作用进行发酵。此外，由于筒体斜置，当沿旋转方向提升的废物靠自重下落时，逐渐向筒体出口一端移动，这样，发酵滚筒可自动稳定地供应、传送和排出堆肥物。4）筒仓式堆肥发酵仓筒仓式堆肥发酵仓为单层圆筒状（或矩形），发酵仓深度一般为4～5m。大多采用钢筋混凝土筑成。发酵仓内供氧均采用高压离心风机强制供气，以维持仓内堆肥好氧发酵。空气一般由仓底进入发酵仓，堆肥原料由仓顶进入。经过6～12d的好氧发酵，得到初步腐熟的堆肥由仓底通过出料机出料。\n根据堆肥在发酵仓内运动形式，筒仓式发酵仓可分为静态和动态两种。筒仓式静态发酵仓的堆肥物由仓顶经布料机进入仓内，经过10～12d的好氧发酵后，由仓底的螺杆出料机进行出料。由于静态发酵仓结构简单，在我国得到广泛应用。筒仓式动态发酵仓在运行时由布料机均匀地向池内布料，位于旋转层的螺旋钻以公转和自转来搅拌池内废物，这样操作的目的是防止形成构槽，并且螺旋钻的形式和排列能经常保持空气的均匀分布。废物在池内依靠重力从上部向下部跌落。既公转又自转切割螺杆装置安装在池底，无论上部的旋转层是否旋转，产品均可从池底排出。好氧发酵所需的空气从池底的布气板强制通入。5）池式连续发酵池式连续发酵有浅池式和深池式两种。其工作过程为堆肥物料由布料设备输送至长方形发酵池起端，之后借助翻抛机进行翻堆、移堆。翻抛机在纵、横向行走机构的运送下，垂直提料机构将物料从池内提起，经水平输送机构运送一定距离后撒落池中，使物料在池内有规律、等距离的渐进式后移，每天从发酵池尾端将发酵完的物料运走，将发酵池前端腾出的空间（一天的处理量）补充新的发酵物料，从而形成了一种连续的发酵过程。一般其一次发酵的时间为10-15天。好氧高温堆肥工艺比选现就上述几种好氧高温堆肥工艺的应用情况、操作、维护、占地等列表比较如下。表1-1好氧高温堆肥工艺比较表工艺堆积法立式堆肥发酵塔卧式堆肥发酵滚筒筒仓式堆肥发酵仓槽式连续发酵技术成熟性成熟一般一般成熟成熟占地大小中小大操作难易易难中易易维护管理易难中中易故障频率低高高中低能耗低中高中低发酵周期长短短短中应用情况多（农村）少少少多机械化程度低高高高高自动化程度低高高高中\n工作环境差好好好好从上表分析可知，与筒仓式堆肥发酵仓工艺相比教，池式连续发酵工艺的自动化控制水平相对较低，但鉴于养殖场地处偏远，占地面积广，投资有限，为此，按照技术成熟可靠、操作管理简便、运行成本、节约投资等原则，我们推荐池式连续堆肥发酵工艺。该工艺的主要设备为槽式翻抛机。而山东和上海生产的堆肥设备最佳，10000头规模猪场粪污一次堆肥设备投资大约40万。1.3废水厌氧消化工艺1.3.1废水厌氧消化概述由于禽畜养殖场沼气工程的发酵原料以粪便为主，而粪便悬浮物多，固形物浓度较高，目前常规工艺包括：前处理装置、厌氧消化器、沼气收集贮存及输配系统、沼液后处理装置以及沼渣处理系统。以上各个工艺环节的完善，对于产气率的提高、系统的稳定运行、减少污染与排放达标、以及确保用户使用到高效稳定的燃气均已具备了较为先进的技术条件。对厌氧处理粪便污水的研究，主要是沼气池的优化设计和厌氧处理工艺及反应器，其较为常用的有厌氧滤器(AF)，上流式厌氧污泥床(UASB)，污泥床滤器(UBF)，升流式污泥床反应器(USR)。下表是本课题在郑元景等前人的研究基础上，结合实践经验归纳出的几种禽畜废水常用的厌氧工艺的特点。表2禽畜废水常用的厌氧工艺序号类型普通消化池厌氧接触池AFUASBUBFUSR1有机负荷（kgCOD/(m3/d)）<3.03.0~5.02.0~10.0<15.0<15.0<10.02进水允许的SS浓度大（可高达50g/l）大（可高达50g/l）小（一般小于0.2g/l）一般（小于4g/l）一般（小于4g/l）大（可高达55g/l）3进水COD最小浓度500030003001000100010004COD去除率较低较低较高较高较高较高5动力消耗较大较大较小较小较小较小6生产控制较易较易较易较难较易较易7投资大大大大小大\n8占地大大小小小小9堵塞无无有可能无有可能无10低温影响大大小小小大11技术成熟性成熟成熟一般成熟一般一般12容器内流态完全混合式完全混合式接近推流式全混合式反应和推流式之间全混合式反应和推流式之间全混合式反应器和高效厌氧装置之间13气-固分离器有较好有较好有较好必须要无无根据表1-2作出如下评价：1、普通消化池和厌氧接触池一般适宜于污水有机负荷较低、悬浮物固体含量较高的有机废水，其特征是料菌完全混合，发酵均匀。但是该工艺投资很大，占地很大，受低温影响很大，属于第一代厌氧反应器同，对COD的去除率较，在一般奶牛场大型沼气工程不建议采用。2、上流式污泥床反应器(UASB)或厌氧过滤器(AF)，或两者结合的工艺（UASB+AF即UBF），其优点是能够使厌氧微生物很好地附着，进一步提高反应速度和产气量。我国禽畜场沼气工程技术从80年代以来日益完善，已形成较为完善的高效且具有多种功能的工程技术系统。其中AF反应器在处理高悬浮物废水时易引起反应器的堵塞，较适宜处理悬浮物较少的可溶性有机废水，如化工废水、小麦淀粉污水、生活污水等。升流式厌氧污泥床(UASB)是全球发展最快的消化器，工艺较成熟，具有占地面积小，受低温影响小，COD去除率较高，无填料堵塞问题的优点，但是投资大，不易控制，要求较低的悬浮固体含量，多用于工业废水和生活污水的消化，在猪场和鸡场的废水处理中也有广泛的应用。污泥床滤器(UBF)它是将UASB和厌氧滤器（AF）结合为一体的厌氧消化器，综合了两者的优点，具有很高的处理效能，但是要定期反冲洗，以防止堵塞。3、升流式固体反应器结构简单、适用于高悬浮固体物。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，得到快速消化。USR反应器与传统厌氧反应器相比，有以下优点：（1）处理能力强，有机负荷高，处理效果是传统厌氧工艺的2-3倍。（2）运行管理简便，节省人力，减少动力消耗，同时具有投资少等优点。（3）对有机负荷冲击有较强的稳定性和恢复能力。（4）无填料堵塞问题，运行稳定。综上所述，这三种处理模式不能进行简单的优劣评判，在不同环境容量背景下规模化养殖场粪污处理的模式选择是不同的，应根据具体情况具体分析。从养殖业的角度看，这几种工艺均是常用的养殖废水处理工艺，但是选择猪场\n经过固液分离后的废水处理工艺时可优先选用UBF工艺，万头规模猪场对于UBF的投资大约是30万。1.3.2关于废水处理的建议（1）目前养殖业废水主要处理工艺有厌氧处理、厌氧+好氧处理、好氧处理三种工艺。一般情况下，猪场污水BOD值很高，并且好氧处理的费用较高，所以很少完全采用好氧的方法处理牛场污水。厌氧处理，是利用兼氧微生物和厌氧微生物的代谢作用，在无氧的条件下，将有机物转化为沼气(主要成分为CO2、CH4等)、水和少量的细胞物质。与好氧处理相比，厌氧处理效果好，可除去污水中绝大部分病原菌和寄生虫卵；能耗低，占地少；不易发生管孔堵塞等问题；污泥量少，且污泥较稳定。厌氧+好氧法是最经济、最有效的处理污水工艺。厌氧法BOD负荷大，好氧法BOD负荷小，先用厌氧处理，然后再用好氧处理是高浓度有机污水常用的处理方法。根据几个畜禽废水处理工程的工程实践，得出以下结论：采用“厌氧+好氧”工艺处理高浓度畜禽废水时具有处理效率高、抗冲击负荷能力强、剩余污泥量少等优点,并可防止臭味的产生。对于经济条件好，且没有足够的农田以供液肥施用的猪场，建议优先选用厌氧+好氧处理工艺（脱氮型SBR池），废水经处理后达标排放，达到《畜禽养殖业污染物排放标准》。（2）对于有足够农田（万头猪场需要50000亩农田）以供液肥施用的猪场，可以将UBF出水经调节沉淀池贮存三十天后施用于农田（运距不得超过15km）。（3）鉴于目前中水回用技术成熟，在缺水地区得到广泛应用，成本约为2元/吨。对于有条件的万头规模养猪场对废水做深度处理，中水回用，作为冲洗用水。1.4氧化塘氧化塘是污水进行自然净化的主要工程设施。根据水中溶解氧的状况分为厌氧塘;好氧塘;兼性塘和曝气塘;以及上述不同性质的塘组合成复合稳定塘。从用途分为深度处理塘;强化塘;储存塘和综合生物塘等,其国内氧化塘主要推荐设计的特征参数如下：表3氧化塘特征设计参数项目好氧塘兼性塘厌氧塘\n水深(m)0.15~0.501.0~2.52.5~4.5停留时间(d)2~67~5030~50BOD表面负荷(kg/(ha·ｄ))18~4020~60200~600BOD去除率(%)80~9070~90藻类浓度(mg/l)100~20010~100回流比0.2~2.00.2~2.0《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》对“能源环保型”工艺中的稳定塘和进行了工艺设计设计参数的规定，可参照设计，如下表：\n表4氧化塘工艺设计参数(“能源环保型”工艺)塘型BOD5表面负荷(kgBOD5/104m2·d)有效水深(m)处理效率(%)进塘BOD5浓度(mg/L)ⅠⅡⅢ兼性塘30～5050～7070～1001.2～1.560～80＜300好氧塘10～2015～2520～300.5～0.640～60＜100Ⅰ系指年平均气温在8℃以下的地区。Ⅱ系指年平均气温在8～16℃以下的地区。Ⅲ系指年平均气温在16℃以上的地区。 《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》同时列出了凤眼莲作为水生植物的氧化塘处理废水处理工艺的主要设计参数，可参照设计。表5凤眼莲废水处理工艺的设计标准（温暖气候之下运行）项 目参数预期出水水质水力停留时间﹥10天BOD5≤30mg/LSS≤30mg/L水力负荷200M3/（ha·d）最大深度≤1.2m单塘面积0.4ha有机负荷≤30kgBOD5/（ha·d）水葫芦塘长/宽>3:1水温>10℃蚊子的控制必需进口扩散装置必需氮负荷≤15kgTKN/（ha·d）①由于水生植物塘受地理条件影响显著，在设计水生植物塘时，应按当地的实际情况，以兼性塘的设计方法为基础进行为宜；②为了保证常年运行，在冬季应为生物氧化塘采取保温措施。以上三个表可均为权威部门发布，由于侧重点和适用领域不尽相同，所得到的参数也不一定相同，直接影响了研究和设计人员工作的准确性。为了得到更可靠的设计参数，通过对上述三个表进行分析，结合工程设计实例，得到如下结论，为以后相关氧化塘的设计提供参考和借鉴：\n1、在工程设计和研究时，应根据当地实际数据情况，注意区分氧化塘工艺的设计规模及污水处理性质等。应综合参考以上三个表格的工艺设计参数，并有所侧重；2、在处理猪场经过厌氧消化处理的出水时建议兼性氧化塘。