固液分離_UASB_SBR工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的試驗(yàn)研究

近30 年, 尤其是自90 年代以來(lái), 我國(guó)的畜牧業(yè)發(fā)展迅速, 目前我國(guó)的肉類(lèi)和禽蛋產(chǎn)量均躍居世界第一位. 現(xiàn)代化封閉型的規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)促進(jìn)了我國(guó)城市的畜禽養(yǎng)殖業(yè)向優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展, 但另一方面, 也使畜禽養(yǎng)殖業(yè)脫離了傳統(tǒng)種殖業(yè), 成為高度專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn), 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)排放的大量廢水, 大多未經(jīng)妥善回收利與處理、處置即直接排放, 對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染. 城市畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為或正在成為與工業(yè)廢水和生活污水相當(dāng)甚至更大的污染源, 有些城市畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染負(fù)荷量已超過(guò)了工業(yè)廢水與生活污水的污染負(fù)荷的總和, 其中養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的污染負(fù)荷占主要部份[ 1～ 3 ].

1　工藝流程及試驗(yàn)用水水質(zhì)
1. 1　工藝流程
目前國(guó)內(nèi)外雖然對(duì)這種有機(jī)物濃度高, 氨氮濃度高、惡臭嚴(yán)重的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的處理有
許多研究[ 4～ 8 ] , 但既能有效去除有機(jī)物, 又能有效去除氨氮的方法較少L 綜合國(guó)內(nèi)外已有
的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理的研究資料, 擬選擇圖1 所示工藝流程對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水進(jìn)行處理研究L
　養(yǎng)豬場(chǎng)廢水　　固液分離　　UA SB 處理　　SBR 處理　　出水　
圖1　養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理工藝流程圖
F ig. 1　F low diagram of p iggery w astew ater t reatment p rocesses
1. 2　試驗(yàn)用水水質(zhì)
目前我國(guó)規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)存在的主要清糞工藝有3 種[ 1, 2 ]: 水沖式、水泡糞、和干清糞工藝。 本試驗(yàn)用水取自瀏陽(yáng)某牲豬養(yǎng)殖場(chǎng), 該養(yǎng)豬場(chǎng)規(guī)模為年產(chǎn)牲豬4 萬(wàn)頭, 清糞工藝采用水沖式工藝, 其廢水水質(zhì)見(jiàn)表1:
表1　養(yǎng)豬場(chǎng)廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)
見(jiàn)附件 

　注: 本文所采用的排放標(biāo)準(zhǔn)為日本和上海市的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)
2　固液分離處理
采用水沖式工藝的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中含有大量的固體懸浮物, 這些固體懸浮物進(jìn)入UA SB 反應(yīng)器會(huì)形成浮渣或占據(jù)一部分有效容積, 并導(dǎo)致顆粒污泥的解體, 使懸浮物質(zhì)與厭氧微生物混合, 將厭氧微生物擠出厭氧反應(yīng)器, 從而降低了厭氧污泥的活性與反應(yīng)器中的活性厭氧污泥含量L 嚴(yán)重時(shí)浮渣還會(huì)結(jié)成硬殼, 在三相分離器內(nèi)阻礙沼氣的釋放和收集, 甚至?xí)枞苈?/span>L 因此, 廢水中懸浮固體物的含量對(duì)整個(gè)厭氧過(guò)程會(huì)有很大影響L 所以廢水應(yīng)先經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾和沉淀處理去除部分SSL養(yǎng)豬場(chǎng)廢水經(jīng)固液分離后可去除30%～40% 的SS 和25%～ 30% 的BOD5 與CODcr。
3　UA SB 處理
3. 1　UA SB 反應(yīng)器的啟動(dòng)和顆粒污泥的培養(yǎng)
為了縮短啟動(dòng)所需的時(shí)間, 在UA SB 反應(yīng)器中接種取自城市污水處理廠(chǎng)污泥消化池的消化污泥L投泥完畢后立即投配養(yǎng)豬場(chǎng)廢水進(jìn)行浸泡L污泥馴化期內(nèi)采用間歇進(jìn)水, 逐步提高進(jìn)水量, 進(jìn)水量分別為總水量的20% , 40% , 60% , 80% , 100% 5 個(gè)階段進(jìn)行, 以出
水CODcr為主要監(jiān)控指標(biāo), 當(dāng)出水CODcr在降至進(jìn)水CODcr值的70% 以上時(shí), 并能穩(wěn)定運(yùn)行10 天后, 方進(jìn)入下一階段L 最終反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定在8～ 10 kgCODcr?(m 3 ·d) ,CODcr去除率達(dá)到75%～ 85% ,BOD5 去除率達(dá)到65%～ 80% L 顆粒污泥多為黑色, 部分為灰色, 顆粒較為均勻, 大部分直徑為1. 0～ 5. 0 mm L 培養(yǎng)和保持高濃度、高活性的足夠數(shù)量的顆粒污泥是UA SB 反應(yīng)器發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在[ 3, 4, 9 ]L
3. 2　影響UA SB 處理效果的因素
3. 2. 1　pH 值
pH 值是影響UA SB 處理效果的一個(gè)重要的、不太敏感的指標(biāo)L 在啟動(dòng)過(guò)程中, 反應(yīng)器內(nèi)pH 值控制在6. 8～ 7. 2 之間, 偶爾pH 值達(dá)到6. 6, 對(duì)處理效果沒(méi)有明顯地影響L 若啟動(dòng)進(jìn)程過(guò)快或負(fù)荷增加過(guò)多, 因產(chǎn)甲烷菌增長(zhǎng)慢, 產(chǎn)酸菌可將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)酸, 導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)pH 值下降,V FA 積累L一般出水pH 值不能低于6. 2, 最好控制在6. 5 以上L 若超過(guò)上述范圍, 則暫時(shí)停止進(jìn)水2～ 3 天, 必要時(shí)加堿調(diào)pH 值至6. 8L
3. 2. 2　營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
產(chǎn)甲烷菌和有關(guān)菌群的生長(zhǎng)代謝需良好的營(yíng)養(yǎng)條件, 養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的比例能基本滿(mǎn)足微生物菌群的生長(zhǎng)需要, 在整個(gè)調(diào)試和正常運(yùn)行期間, 不需添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)L
3. 2. 3　溫度
試驗(yàn)期間正值夏天, 廢水溫度維持在20～ 25 ℃, 因而無(wú)需調(diào)節(jié)溫度, 在正常運(yùn)行后,溫度的變化對(duì)UA SB 的運(yùn)行影響不大, 產(chǎn)氣量的變化也比較小。
4　SBR 處理
4. 1　污泥培養(yǎng)與馴化
試驗(yàn)采用城市污水處理廠(chǎng)的活性污泥作為菌種, 養(yǎng)豬場(chǎng)廢水和菌種一同投入曝氣裝置內(nèi)進(jìn)行馴化, 每天間歇進(jìn)水、出水二個(gè)周期, 約25 天左右完成對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性馴化, 然后開(kāi)始轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行實(shí)驗(yàn)[ 5, 10, 11 ]。本試驗(yàn)研究采用14 h 一個(gè)周期, 由于廢水中膠體物質(zhì)較多, 長(zhǎng)時(shí)間曝氣會(huì)產(chǎn)生較多泡沫, 同時(shí)為了加強(qiáng)反硝化作用以利于NO 3-N 的去除, 試驗(yàn)中將曝氣分為兩個(gè)階段進(jìn)行,
其間增設(shè)閑置階段, 試驗(yàn)中活性污泥的有機(jī)負(fù)荷量(CODcr) 采用3～ 4 kg?m 3·dL
4. 2　SBR 工藝運(yùn)行參數(shù)的確定
確定養(yǎng)豬場(chǎng)廢水SBR 處理運(yùn)行工藝參數(shù)的基本原則是: 在滿(mǎn)足出水水質(zhì)的前提下,盡量縮短水力停留時(shí)間(曝氣時(shí)間、厭氧反應(yīng)時(shí)間與沉淀時(shí)間) 及確定最佳曝氣量, 以達(dá)到降低處理系統(tǒng)的基建費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用的目的。SBR 工藝的進(jìn)水方式有限制性曝氣、非限制性曝氣和半限制曝氣3 種。采用限制性曝氣時(shí), 由于進(jìn)水前反應(yīng)器有一個(gè)沉淀排水階段, 混合液中溶解氧濃度接近于零L在進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)行混合攪拌, SBR 系統(tǒng)也同樣進(jìn)行厭氧反硝化反應(yīng), 部分NO 3-N可在進(jìn)水階段被脫掉L對(duì)于既要去除有機(jī)物又要進(jìn)行脫氮的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水來(lái)說(shuō), 選擇限制性曝氣進(jìn)入方式最為合適[ 11 ]L本試驗(yàn)由于是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 每次進(jìn)水為10 L , 故采用瞬時(shí)進(jìn)水后閑置60 m in。
本試驗(yàn)曝氣時(shí)間及曝氣量的確定, 是根據(jù)去除有機(jī)物、NH3-N 等2 個(gè)指標(biāo)來(lái)控制。曝氣量的控制是以DO 濃度來(lái)體現(xiàn)的L 在曝氣階段DO 濃度達(dá)到并一直保持在2 m g·L - 1左右, 有機(jī)物的去除即可以達(dá)到要求。為了保證NH3-2N 的出水效果, 反應(yīng)裝置中DO 濃度應(yīng)在曝氣120 m in 時(shí)達(dá)到2. 5 m g·L - 1左右, 并一直保持到曝氣結(jié)束。厭氧反應(yīng)時(shí)間的確定是以脫氮效果作為主要確定原則, 試驗(yàn)中NO 3-N 濃度經(jīng)過(guò)180m in 的厭氧反應(yīng)后, 大部分被還原為N 2 從水中逸出L 所以, 厭氧反應(yīng)時(shí)間定為180 m in。由于SBR 處理系統(tǒng)的各階段反應(yīng)是在一個(gè)裝置中進(jìn)行, 沉淀時(shí)間的確定顯得尤為重要。 沉淀時(shí)間過(guò)短, 出水中懸浮物濃度高, 會(huì)影響出水水質(zhì); 若沉淀時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 會(huì)產(chǎn)生污泥上浮現(xiàn)象。 試驗(yàn)中沉淀50m in 后, 水中的SS 濃度基本不再進(jìn)一步降低, 泥水界面變化也很小。 為了運(yùn)行可靠, 沉淀時(shí)間定為60 m inL 這樣既充分發(fā)揮了SBR 法沉淀效率高的優(yōu)點(diǎn), 又能有效防止污泥膨脹的發(fā)生。

表2　養(yǎng)豬場(chǎng)廢水SBR 工藝的運(yùn)行參數(shù)
Tab. 2　Comparative des ign parameters for SBR process
順　　序作　　　用時(shí)　間?h
進(jìn)　水充水至最終容積, 反硝化反應(yīng)1. 0
曝　氣降解有機(jī)物、硝化反應(yīng)4. 0
閑　置反硝化反應(yīng)3. 0
曝　氣降解有機(jī)物, 硝化反應(yīng)4. 0
沉　淀活性污泥及SS 沉淀1. 0
潷　水排出處理后的廢水, 等待下一周期處理1. 0穩(wěn)定運(yùn)行后的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3L 由表3 數(shù)據(jù)可知, 雖然進(jìn)水CODcr變化較大, 由1 810
m g·L - 1至3 026m g·L - 1 , 但經(jīng)SBR 處理后, 出水CODcr較穩(wěn)定, 大都在400 m g·L - 1以下, CODcr總?cè)コ试?/span>85%～ 95% 之間, 這說(shuō)明SBR 處理系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水CODcr的變化具有較強(qiáng)的緩沖能力;NH3-N 總?cè)コ试?/span>95%～ 98% L
表3　養(yǎng)豬場(chǎng)廢水SBR 工藝的處理結(jié)果
 見(jiàn)附件
5　結(jié)　論
1) 固液分離2UA SB2SBR 工藝試驗(yàn)表明: 經(jīng)固液分離可去除養(yǎng)豬場(chǎng)廢水30%～ 40%的SS 和25%～ 30% 的BOD5 與CODcr; 經(jīng)UA SB 工藝處理可去除進(jìn)水中75%～ 85%CODcr; 經(jīng)SBR 處理可去除85%～ 90% 的CODcr, 82%～ 92% 的BOD5, 95%～ 98% 的NH3-N; 最后, 養(yǎng)豬場(chǎng)廢水經(jīng)上述各工藝處理后CODcr為186～ 412 m g·L - 1,BOD5 為78～ 146 m g·L - 1 ,NH3-N 為20～ 60 m g·L - 1, 均可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)L
2) 針對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水膠體物質(zhì)含量較多, 長(zhǎng)時(shí)間曝氣易產(chǎn)生過(guò)多泡沫的情況, 同時(shí)考慮
養(yǎng)豬場(chǎng)廢水既要去除有機(jī)物又要進(jìn)行脫氮, 將SBR 工藝中的曝氣過(guò)程分為兩個(gè)階段進(jìn)
行, 中間添加閉置階段, 這樣既防止產(chǎn)生過(guò)多泡沫, 又增強(qiáng)了反硝化作用L
3) SBR 處理對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中的氮有良好的去除效果, 特別是NH3-N 的去除率可達(dá)95% 以上; SBR 處理對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中有機(jī)物雖然有較好的去除效果, 但出水中仍殘留部分難降解CODCr , 是生化處理難以去除的[ 5 ]。

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