近几年，随着农村和农业结构的优化调整，畜禽规模化养殖场数量的不断提高使养殖业污染风险正不断扩大。2010年全国畜禽养殖业的化学需氧量和铵态氮排放量分别达到1184万、65万t，占全国排放总量的比例分别为45%和25%，占农业源的95%和79%。因此，规模化畜禽养殖污染已成为最主要的农业污染源。

2011年河南省畜禽粪便产生量为26695.4万t，其耕地负荷、氮耕地负荷和磷耕地负荷均已明显超过耕地的承载能力。畜禽粪便的氮流失量为23.2万t，分别是同期工业废水和生活污水氮排放量的16.7倍和3.2倍，已成为河南省流域水体富营养化的主要原因，其贡献已大大超过工业废水和生活污水。因此，畜禽粪便的处理或资源化利用刻不容缓。

1 工程概况 

1.1 项目概况

河南省鼎元种牛育种有限公司种牛场成立于1995年，为河南省重点农业种子工程项目，承担河南省良种牛品种的引进、纯种繁育与预选提高，为全省乃至全国提供合格的种公牛冻精及后备种牛。公司新建的种牛场位于郑州市中牟县雁鸣湖镇穆山村，常年存栏量495头，其中成年牛463头，后备牛32头。根据环评相关要求，建厂的同时需建造环境污染治理设施，否则容易发生环境污染事故。而开发利用以沼气为纽带的能源环境工程，能有效控制农业面源污染和农村污染，更能实现规模化养殖场粪便无害化和资源化。

1.2 水量水质指标

根据HJ497—2009畜禽养殖业污染治理工程技术规范的相关规定，确定污水排放量如下：

1)牛尿量：14.2t/d。成年牛尿量:463头x30kg/(头•d)=13.9t/d。后备牛尿量：32头xlOkg/(头•d)=0.31t/d。牛尿液中COD的含量为6kg/t，消耗1kgCOD可以产生0.28m3~0.35m3的沼气，本项目取0.30。

2)沼气产量：14.2t/dx6kg/tx0.3m3/kg=25.6m3。

按照平常每头牛牛舍的冲洗水为30kg计算，则整个奶牛养殖场冲洗污水量为:495头x30kg/(头• d)=14.85t/d，合计养殖场每天产生污水约30t。

2 工艺设计

2.1 工艺选择

通过人工设计生态工程，协调发展与环境之间、资源利用与保护之间的关系，形成生态与经济的两个良性循环，实现经济、生态、社会三大效益的统一。对于采用沼气技术处理畜禽场排泄物的工程来说，关键的是选择适合当地实际情况的治理工艺与模式。本次采用工艺模式为“能源生态型”，以产沼气为主要目的，经处理后的沼液、沼渣可充分利用。

在其配套技术方面，根据牛粪、鸡粪等等原料特性的不同，对预处理系统、厌氧发酵系统、沼气输配系统、制肥系统、消化液后处理系统进行差异化的设计；在发酵工艺方面，生物厌氧发酵机理研究、不同粪便高效能发酵工艺（如CSTR, UASB, USR, HCPF) 的制定、沼气工程产气率、COD去除率已经位居国际领先水平。根据沼气工程的目的以及周边环境条件的不同，选择不同的处理工艺。

对于本项目而言，由于需将全部牛粪和部分冲洗水一起混合均匀后进入到厌氧罐进行厌氧发酵处理，其废水中含固量较高，考虑到综合效益，选择升流式固体反应器（USR)是合适的。USR反应器结构简单、造价低廉，具有较高的SRT和MRT，未反应生物固体和微生物靠自然沉淀滞留于反应器内，而且不需要出水回流和气/固分离器。在重力作用下，比重较大固体物与微生物靠自然沉降作用积累在反应器底部，使反应器内始终保持较高的固体量和生物量，即有较长的SRT和MRT。

2.2 处理工作流程

牛场的尿液、牛舍冲洗水、牛粪和生活污水进入集污池经酸化调节后，泵进入进料池，在此调节水质水量，调节池内设置搅拌机，使物料充分混合均匀，以防止粪污沉积。合格的物料经进料泵输送到USR反应器，在反应器中，通过中温发酵，利用厌氧微生物新陈代谢作用，将大部分有机物去除，产生大量沼气、沼液。利用热水锅炉来保持厌氧反应器罐体内的发酵温度。厌氧发酵产 生的沼渣自流进入沼渣贮池，作为有机肥出售给周围农户；沼液经自流进入沼液贮池存储，用于农田灌溉施肥；产生的沼气经脱水脱硫后储存于贮气柜，并压力调节后经阻火器向用气点供气。 

2.3 各工艺段设计参数

本项目工程主要构筑物由投粪一调节池、USR反应器、储气柜、沼渣一沼液储存池和附属用房构成，占地面积共800余平方米。详细参数见表3处理效果

本工程采用USR工艺，运行一年多来，在气温低的冬季(12月、1月和2月份）产气量最低，锅炉加热的情况下，容积产气率维持在0.64m3/(m3•d)~0.78m3/(m3•d)之间；气温局的夏季，自然状态下，容积产气率维持在0.74m3/(m3•d)~0.82m3/(m3•d)之间。年平均日产沼气量为350m3/d，完全满足了养殖场的职工食堂、圈舍温控，沼气路灯及周边50余户农用气需求。

沼渣沼液进行固液分离，分离出来的沼渣制成商品固体有机肥料；沼液中富含有机质、氮、磷、钾等营养成分，可服务周边村民的农用。

4 结语

采用USR反应器的沼气工程处理本项目规模化养牛场粪便是可行的，其容积产气率较高。该工程系统具有运行成本低、 产气稳定、管理方便可靠等特点，与农业面源污染治理相结合，更是把畜禽养殖污水的治理与生态衣业相结合，对缓解环境压力以及推动社会可持续发展方面具有重要的作用。