ABSTRACT: The scale of livestock and poultry breeding in China is huge, and breeding wastewater has become one of the sources of environmental pollution in agriculture and rural areas. Due to its high concentration of organic matter and difficult degradation, high content of ammonia nitrogen and total nitrogen and phosphorus, excessive suspended solids, containing a large number of pathogenic microorganisms and parasite eggs, and fluctuating water quality and quantity, the treatment difficulty is relatively high. The process can be divided into several stages, including pretreatment, biological treatment, deep treatment, and resource utilization, each with different goals and requirements. The article takes the treatment of large-scale dairy cow breeding wastewater in North China as an example. The treatment plant adopts the "pretreatment UASB two-stage A/O deep treatment disinfection" process, which can effectively remove organic matter, suspended solids, nitrogen, phosphorus, etc. from the wastewater. The effluent meets the requirements of the "Pollutant Discharge Standards for Livestock and Poultry Breeding Industry" and can provide reliable raw water guarantee for irrigation water. After calculation, the total investment of the project is about 6.22 million yuan, and the operating cost is about 1.25 yuan/ton of wastewater, which has good technical and economic feasibility. The research on aquaculture wastewater treatment is of great significance for improving the water environment around aquaculture farms and recycling water resources, and can provide reference for the treatment of aquaculture wastewater in China.
1.畜禽养殖废水处理概述
我国畜禽养殖业规模巨大，根据2024年国家统计局公布的数据，全国奶牛存栏量约为1178万头、全国肉牛出栏量约为5099万头、全国生猪出栏量为70256万头。规模巨大的畜禽养殖也同时伴随养殖废水和养殖粪便等污染问题，我国畜禽养殖点多面广，养殖废水处理需求巨大。畜禽养殖废水具有有机物浓度高且降解难度大、氨氮及总氮总磷含量高、悬浮物超标、含有大量病原微生物和寄生虫卵、水质水量波动大等特点。养殖废水污染已成为我国农业及农村地区环境污染的主要来源之一，与此同时，农村的环保技术人才和污水处理运维人才缺乏。因此，对我国养殖废水处理研究，探索建立运行稳定、操作简单的处理工艺具有十分重要的现实意义。
针对我国畜禽养殖废水的水质特点，畜禽养殖废水处理通常分为可分为预处理、生物处理、深度处理、资源化利用等几个阶段，各阶段都有其不同的污染物去除对象、污染物去除率目标以及相应的技术要求。预处理阶段主要是物理方法，如格栅、筛网、沉淀法等，目的是去除大颗粒物和稳流均质，保障后续处理效果。生物处理阶段主要是生物方法，如A/O工艺、A2/O工艺、UASB工艺、CSTR工艺、SBR工艺、MBR工艺等工艺以及前述工艺的不同组合，目的是利用微生物降解有机物和脱氮除磷，保障废水达标排放，此阶段是畜禽养殖废水处理的核心和关键环节。深度处理阶段主要是精准去除残留污染物，如混凝沉淀、高级氧化、膜生物反应器、人工湿地、过滤吸附、消毒灭菌等，目的是对生物阶段处理后的残留污染物进一步净化。资源化利用主要包括畜禽粪便和污泥制肥、沼气回收利用、处理后的出水再生水利用等，如粪便和污泥经堆肥生产有机肥，沼气用于供热、深度处理出水用于冲洗圈舍或灌溉农田林地等，从而达到降低运行成本和实现废物资源化目的。下面以华北某奶牛养殖废水处理为例对我国畜禽养殖废水处理工艺进行说明。
2.工程案例
2.1项目基本概况
本项目所在地为华北某规模化奶牛养殖场，主要采取水冲粪生产工艺，夏季日废水排放量约2000m3，污水处理厂出水能满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）排放要求，同时为《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2021）中的旱作作物灌溉用水提供可靠的原水水质保障。项目设计进水水质见表1。
表1 设计进水水质
根据《畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）》要求，处理后的出水排放标准见表2。
表2 出水排放标准
2.2处理厂工艺流程
根据奶牛养殖场的实际情况，本项目主要采用“预处理-UASB-两级A/O-消毒”组合工艺进行处理。废水经格栅去除粒径较大的悬浮物和漂浮物，然后进入沉砂池去除大密度无机砂粒，接着进入调节池调节水量和pH，之后进入混凝沉淀池；混凝沉淀出水调节温度后进入UASB反应器。在UASB中，厌氧微生物将大部分有机物降解，产生的沼气经集气罩收集回用；出水依次进入一级A池和一级O池、二级A池和二级O池，通过两级A/O工艺的厌氧-好氧交替运行，实现有机物进一步降解；最后经次氯酸钠消毒后达标排放。同时栅渣、剩余污泥脱水后外运或利用。污水处理厂处理工艺流程图和平面布置详见图1和图2。
图1 污水厂处理工艺流程图
图2 污水厂处理平面布置图
2.3主要构筑物及设备设计
（1）格栅
拦截污水中的较大漂浮物和悬浮固体，以避免水泵、曝气装置、管路、构筑物的配水设施及进水口等关键部位发生堵塞或缠绕，同时减少后续构筑物处理负荷，保障废水处理系统的有效运行。格栅间隙n=10，尺寸L×B×H=3m×2m×0.9m，每日栅渣量约0.2m3。
（2）沉砂池
去除废水中密度较大的无机砂粒等颗粒物，如泥沙、煤渣等，减轻后续处理设备的磨损。停留时间t=30min，有效容积V=50.4m3，尺寸L×B×H=12.6m×2m×1.8m。
（3）调节池
调节进水流量和水质，起到均质均量的作用，在高峰期存储污水，在低峰期均匀排放，保证后续处理单元正常运行，避免水质水量变化冲击对处理效果的影响。停留时间t=6h，有效容积V=600m3，尺寸L×B×H=10m×10m×6.5m。
（4）混凝沉淀池
通过投加混凝剂（PAC）和助凝剂（PAM），使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成较大颗粒沉淀去除。停留时间t=2.5h，有效容积V=250m3，尺寸L×B×H=9m×8m×5.5m。
（5）UASB反应器
UASB（上流式厌氧污泥床）利用专性厌氧菌群实现有机污染物的高效分解转化，同时生成具有能源价值的生物燃气，并有效控制能源消耗与剩余污泥生成量，为后续生物氧化工艺提供优化的进水条件。采用圆形UASB反应池，有效容积V=2720m3, 数量4座，尺寸D×H=12m×8m。
（6）沉淀池
利用重力沉降作用使密度比水大的悬浮颗粒从水中去除的设施，通过固液分离实现水质净化。采用圆形辐流式沉淀池，停留时间t=3h，有效容积V=300m3，尺寸D×H=12m×7m。
（7）两级A/O池
两级A/O池是废水深度处理中实现脱氮及有机物降解的关键步骤，通过厌氧反应器（A池）与好氧反应器（O池）实现废水的脱氮、降解有机物的过程。一级A/O池是将废水在厌氧条件下通过反硝化细菌的作用将废水中的硝态氮转化为氮气，在好氧条件下通过硝化菌将废水中的氨氮氧化为硝态氮并回流到厌氧池，使废水在降解有机物的同时完成脱氮的过程。二级A/O池继续对污水进行强化处理，进一步提高厌氧/好氧反应时间和污泥浓度，降低氮污染物质和有机物含量，最终达到排放标准。两级A/O设计参数见表3。
表3 两级A/O池参数表
（8）二沉池
通过优化设计表面负荷和污泥回流比，确保高效沉淀效果。配备智能刮泥系统，在保证出水达标的同时实现稳定污泥回流，维持系统生物量。采用圆形辐流式二沉池，停留时间t=2.5h，有效容积V=500m3，数量2座，尺寸D×H=13m×5m。
（9）消毒池
采用两组三廊道平流式消毒接触池，两组平行运行，采用次氯酸钠消毒。停留时间t=0.5h，有效容积V=50.4m3，尺寸L×B×H=3m×2m×4.1m。
（10）污泥浓缩池
降低污泥含水率，大大减少污泥体积，为污泥后续处理和回用提供有利条件。采用圆形辐流式污泥浓缩池，停留时间t=20h，有效容积V=1810m3，尺寸D×H=24m×6.8m。
对浓缩污泥进行堆沤发酵等方式处理，可以使有机物质在微生物的作用下分解，杀灭病原菌和寄生虫卵，回用农田或者林地等可改善土壤结构和肥力。
2.4经济效益分析
本项目建设总投资约为622万元，其中土建工程投资为400万元，设备购购置与安装投资为110万元，其他费用（设计、调试、管理费、税金等）为112万元。项目年运行成本约90万元，其中水电费为53万元，药剂费约为1万元，人工费约为36万元，运行成本约1.25元/吨废水。经济上可行。
3.结论
采用“预处理-UASB-两级A/O-消毒”工艺对奶牛养殖场废水进行处理效果良好，该处理工艺能有效去除畜禽养殖废水中的有机物、悬浮物、氮、磷等污染物，处理后的出水水质较稳定，能够满足《畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）》标准要求，同时可为《农田灌溉水质标准（GB 5084-2021）》中的旱作作物灌溉用水提供原水水质保障。工程技术具有较好的技术经济可行性，可为我国奶牛养殖废水处理提供借鉴。加强养殖废水处理的研究，对于改善养殖场周边的农业农村水环境、节约循环利用水资源具有重要的现实意义。同时对浓缩污泥进行堆沤发酵等方式处理，可以使有机物质在微生物的作用下分解，杀灭病原菌和寄生虫卵，回用农田或者林地等可改善土壤结构和肥力。
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