固液分離_UASB_SBR工藝處理養豬場(chǎng)廢水的試驗研究

近30 年, 尤其是自90 年代以來(lái), 我國的畜牧業(yè)發(fā)展迅速, 目前我國的肉類(lèi)和禽蛋產(chǎn)量均躍居世界第一位. 現代化封閉型的規?；B殖技術(shù)促進(jìn)了我國城市的畜禽養殖業(yè)向優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展, 但另一方面, 也使畜禽養殖業(yè)脫離了傳統種殖業(yè), 成為高度專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn), 畜禽養殖場(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, 對環(huán)境造成嚴重的污染. 城市畜禽養殖業(yè)已經(jīng)成為或正在成為與工業(yè)廢水和生活污水相當甚至更大的污染源, 有些城市畜禽養殖業(yè)污染負荷量已超過(guò)了工業(yè)廢水與生活污水的污染負荷的總和, 其中養豬場(chǎng)廢水的污染負荷占主要部份[ 1～ 3 ].

1　工藝流程及試驗用水水質(zhì)
1. 1　工藝流程
目前國內外雖然對這種有機物濃度高, 氨氮濃度高、惡臭嚴重的養豬場(chǎng)廢水的處理有
許多研究[ 4～ 8 ] , 但既能有效去除有機物, 又能有效去除氨氮的方法較少L 綜合國內外已有
的養豬場(chǎng)廢水處理的研究資料, 擬選擇圖1 所示工藝流程對養豬場(chǎng)廢水進(jìn)行處理研究L
　養豬場(chǎng)廢水　　固液分離　　UA SB 處理　　SBR 處理　　出水　
圖1　養豬場(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　試驗用水水質(zhì)
目前我國規?；B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。 本試驗用水取自瀏陽(yáng)某牲豬養殖場(chǎng), 該養豬場(chǎng)規模為年產(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　養豬場(chǎng)廢水水質(zhì)及排放標準
見(jiàn)附件 

　注: 本文所采用的排放標準為日本和上海市的相應標準
2　固液分離處理
采用水沖式工藝的養豬場(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 反應器會(huì )形成浮渣或占據一部分有效容積, 并導致顆粒污泥的解體, 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器, 從而降低了厭氧污泥的活性與反應器中的活性厭氧污泥含量L 嚴重時(shí)浮渣還會(huì )結成硬殼, 在三相分離器內阻礙沼氣的釋放和收集, 甚至會(huì )阻塞管路L 因此, 廢水中懸浮固體物的含量對整個(gè)厭氧過(guò)程會(huì )有很大影響L 所以廢水應先經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾和沉淀處理去除部分SSL養豬場(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 反應器的啟動(dòng)和顆粒污泥的培養
為了縮短啟動(dòng)所需的時(shí)間, 在UA SB 反應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豬場(chǎng)廢水進(jìn)行浸泡L污泥馴化期內采用間歇進(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為主要監控指標, 當出水CODcr在降至進(jìn)水CODcr值的70% 以上時(shí), 并能穩定運行10 天后, 方進(jìn)入下一階段L 最終反應器有機負荷穩定在8～ 10 kgCODcr?(m 3 ·d) ,CODcr去除率達到75%～ 85% ,BOD5 去除率達到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 培養和保持高濃度、高活性的足夠數量的顆粒污泥是UA SB 反應器發(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L 在啟動(dòng)過(guò)程中, 反應器內pH 值控制在6. 8～ 7. 2 之間, 偶爾pH 值達到6. 6, 對處理效果沒(méi)有明顯地影響L 若啟動(dòng)進(jìn)程過(guò)快或負荷增加過(guò)多, 因產(chǎn)甲烷菌增長(cháng)慢, 產(chǎn)酸菌可將廢水中的有機物轉化為小分子有機酸, 導致反應器內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pH 值至6. 8L
3. 2. 2　營(yíng)養物質(zhì)
產(chǎn)甲烷菌和有關(guān)菌群的生長(cháng)代謝需良好的營(yíng)養條件, 養豬場(chǎng)廢水中含有豐富的營(yíng)養物質(zhì), 各營(yíng)養物質(zhì)之間的比例能基本滿(mǎn)足微生物菌群的生長(cháng)需要, 在整個(gè)調試和正常運行期間, 不需添加營(yíng)養物質(zhì)L
3. 2. 3　溫度
試驗期間正值夏天, 廢水溫度維持在20～ 25 ℃, 因而無(wú)需調節溫度, 在正常運行后,溫度的變化對UA SB 的運行影響不大, 產(chǎn)氣量的變化也比較小。
4　SBR 處理
4. 1　污泥培養與馴化
試驗采用城市污水處理廠(chǎng)的活性污泥作為菌種, 養豬場(chǎng)廢水和菌種一同投入曝氣裝置內進(jìn)行馴化, 每天間歇進(jìn)水、出水二個(gè)周期, 約25 天左右完成對水質(zhì)的適應性馴化, 然后開(kāi)始轉入正式運行實(shí)驗[ 5, 10, 11 ]。本試驗研究采用14 h 一個(gè)周期, 由于廢水中膠體物質(zhì)較多, 長(cháng)時(shí)間曝氣會(huì )產(chǎn)生較多泡沫, 同時(shí)為了加強反硝化作用以利于NO 3-N 的去除, 試驗中將曝氣分為兩個(gè)階段進(jìn)行,
其間增設閑置階段, 試驗中活性污泥的有機負荷量(CODcr) 采用3～ 4 kg?m 3·dL
4. 2　SBR 工藝運行參數的確定
確定養豬場(chǎng)廢水SBR 處理運行工藝參數的基本原則是: 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、厭氧反應時(shí)間與沉淀時(shí)間) 及確定最佳曝氣量, 以達到降低處理系統的基建費用、運行費用的目的。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 系統也同樣進(jìn)行厭氧反硝化反應, 部分NO 3-N可在進(jìn)水階段被脫掉L對于既要去除有機物又要進(jìn)行脫氮的養豬場(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本試驗由于是在實(shí)驗室進(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。
本試驗曝氣時(shí)間及曝氣量的確定, 是根據去除有機物、NH3-N 等2 個(gè)指標來(lái)控制。曝氣量的控制是以DO 濃度來(lái)體現的L 在曝氣階段DO 濃度達到并一直保持在2 m g·L - 1左右, 有機物的去除即可以達到要求。為了保證NH3-2N 的出水效果, 反應裝置中DO 濃度應在曝氣120 m in 時(shí)達到2. 5 m g·L - 1左右, 并一直保持到曝氣結束。厭氧反應時(shí)間的確定是以脫氮效果作為主要確定原則, 試驗中NO 3-N 濃度經(jīng)過(guò)180m in 的厭氧反應后, 大部分被還原為N 2 從水中逸出L 所以, 厭氧反應時(shí)間定為180 m in。由于SBR 處理系統的各階段反應是在一個(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(cháng), 會(huì )產(chǎn)生污泥上浮現象。 試驗中沉淀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　養豬場(chǎng)廢水SBR 工藝的運行參數
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1. 0
曝　氣降解有機物、硝化反應4. 0
閑　置反硝化反應3. 0
曝　氣降解有機物, 硝化反應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穩定運行后的試驗結果見(jiàn)表3L 由表3 數據可知, 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較穩定, 大都在400 m g·L - 1以下, CODcr總去除率在85%～ 95% 之間, 這說(shuō)明SBR 處理系統對進(jìn)水CODcr的變化具有較強的緩沖能力;NH3-N 總去除率在95%～ 98% L
表3　養豬場(chǎng)廢水SBR 工藝的處理結果
 見(jiàn)附件
5　結　論
1) 固液分離2UA SB2SBR 工藝試驗表明: 經(jīng)固液分離可去除養豬場(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, 均可達到排放標準L
2) 針對養豬場(chǎng)廢水膠體物質(zhì)含量較多, 長(cháng)時(shí)間曝氣易產(chǎn)生過(guò)多泡沫的情況, 同時(shí)考慮
養豬場(chǎng)廢水既要去除有機物又要進(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, 又增強了反硝化作用L
3) SBR 處理對養豬場(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95% 以上; SBR 處理對養豬場(chǎng)廢水中有機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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