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水解-SBR工藝處理規(guī)?;i場(chǎng)糞污研究

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簡(jiǎn)介: 采用水解—SBR工藝進(jìn)行了規(guī)?;i場(chǎng)糞污處理試驗(yàn)。水解過程水力停留時(shí)間(HRT)為2.0~6.0 h,對(duì)COD、BOD5、SS、TN和TP的去除率分別為30.1%~47.3%、45.8%~49.4%、56.0%~61.1%、22.3%和55.3%,NH3-N幾乎沒有去除,水解對(duì)COD的去除效率比沉淀處理高17%;SBR的HRT為1.0~1.4 d,對(duì)COD、BOD5、SS的去除率分別為52.1%~82.1%、89.0%~95.7%、93.9%~97.3%,但出水中仍殘留相當(dāng)數(shù)量的難降解COD。SBR對(duì)氮有較好的去除效果(TN去除率為74.1%),特別是對(duì)高濃度NH3-N的去除取得了相當(dāng)好的結(jié)果(去除率達(dá)97%以上)。曝氣量對(duì)SBR去除NH3-N有顯著影響,增加曝氣量可以縮短HRT。對(duì)比試驗(yàn)證明,NH3-N的去除不是依靠吹脫作用,而是依靠微生物的降解作用。
關(guān)鍵字:水解 SBR 豬場(chǎng)糞污

中圖分類號(hào):X713
  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
  文章編號(hào):1000-4602(2001)03-0008-04

Treatment of Piggery Wastes with Hydrolysis-SBR Process
DENG Liang-wei

(Biogas scientific Res.Institute of the Ministry of Agriculture,Chengdu 610041,China)

  Abstract:Hydrolysis-SBR process was studied on treatment of piggery wastes.When the hydraulic retention time (HRT) of the hydrolysis process is 2.0 ~6.0 h,the removal rates for COD,BOD5,SS,TN and TP are 30.1%~47.3%,45.8%~49.4%,56.0%~61.1%,22.3% and 55.3% respectively,whereas NH3-N is hardly removed.The removal rate for COD by hydrolysis is 17% higher than that by sedimentation at the same HRT.When the HRT of SBR process is 1.0~1.4 d,the removal rates for COD,BOD5 and SS are 52.1%~82.1%,89.0%~95.7% and 93.9%~97.3% respectively,but there is a certain concentration of inert COD in the effluent.SBR process is fairly efficient for TN removal with removal rate of 74.1%,especially for higher concentrations of NH3-N with removal rate in excess of 97%.Increase of aeration rate can decrease HRT.Control test shows that removal of NH3-N relies on biodegradation rather than on air stripping.
  Keywords:hydrolysis;SBR;piggery wastes;wastewater treatment

  規(guī)模化豬場(chǎng)糞污的處理以往大多采用厭氧或厭氧+好氧工藝,既可回收能源——甲烷,又能減少污染物。由于大多數(shù)規(guī)?;i場(chǎng)盡量收集干糞直接向外出售,導(dǎo)致豬場(chǎng)沖洗水量大而排放廢水所含污染物濃度較低,厭氧發(fā)酵獲取沼氣的潛力不大。因此,對(duì)于污染物濃度較低的豬場(chǎng)廢水,很有必要探尋一種投資省、效果好的處理方法,以滿足要求更加嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。
  水解處理相對(duì)厭氧處理工藝,能顯著縮短處理時(shí)間,提高處理負(fù)荷。水解不僅能將廢水中的固態(tài)大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子,而且還具有對(duì)SS去除率高、能使部分SS在水解反應(yīng)器中得到消化的特點(diǎn),并得到了成功的應(yīng)用[1]。SBR工藝的主要特點(diǎn)是在一個(gè)構(gòu)筑物中完成生物降解和污泥沉淀兩種作用,減少了全套二沉池和污泥回流設(shè)施,同時(shí)脫氮除磷。結(jié)合這兩種工藝的優(yōu)勢(shì)處理豬場(chǎng)糞污,國(guó)內(nèi)外尚未見研究報(bào)道。

  1 試驗(yàn)裝置與方法

  水解反應(yīng)器由塑料制作,內(nèi)徑為70 mm,高為600 mm,總?cè)莘e為2.3 L,工作容積為2.0 L,其進(jìn)水由高位水槽供給,從反應(yīng)器底部進(jìn)入,高位溢流出水。SBR反應(yīng)器由玻璃缸制成,內(nèi)徑為220 mm,高為240 mm,總?cè)莘e為9.1 L,工作容積為5.0 L。采用空壓機(jī)曝氣,穿孔管布?xì)狻BR進(jìn)水、排水均采用潛水泵,排泥為人工虹吸抽排,并用時(shí)間控制器對(duì)曝氣、進(jìn)水、排水進(jìn)行自動(dòng)控制。其流程見圖1。

  試驗(yàn)所用廢水取自某規(guī)?;i場(chǎng)。試驗(yàn)時(shí)水解反應(yīng)器接種厭氧污泥1.0 L(污泥濃度為28 g/L),其運(yùn)行參數(shù)按參考文獻(xiàn)[1]確定,并考慮以下因素:HRT太短,會(huì)引起沖刷現(xiàn)象,導(dǎo)致污泥流失;HRT太長(zhǎng),有機(jī)物降解過多,出水可生化性差,影響后續(xù)處理。通過試驗(yàn)摸索,最后確定水解段HRT為2.0~6.0 h。SBR反應(yīng)器污泥由實(shí)驗(yàn)室馴化培養(yǎng)而得,試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)如表1。

表1  SBR運(yùn)行參數(shù)反應(yīng)器有效容積(L)5.0進(jìn)水量(L/d)3.5~5.0污泥負(fù)荷[kgBOD5/(kgMLSS·d)]0.07~0.14容積負(fù)荷[kgBOD5/(m3·d)]0.57~0.83HRT(d)1.0~1.4MLSS(mg/L)3 960~7 920

  SBR運(yùn)行方式見表2。

表2 SBR運(yùn)行方式順序作用時(shí)間(h)進(jìn)水充水至反應(yīng)最終容積,反硝化1.0曝氣降解有機(jī)物,硝化3.0閑置反硝化3.0曝氣降解有機(jī)物,硝化3.0沉淀活性污泥及SS沉淀1.0排水排出處理后的污水,等待下一周期1.0

  水質(zhì)分析項(xiàng)目及方法:COD采用重鉻酸鉀法;SS采用烘干稱重法;BOD采用稀釋接種法;TN采用過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法;TP采用鉬銻抗分光光度法;NH3-N采用納氏試劑比色法。

  2 結(jié)果與討論

  2.1水解對(duì)污染物的去除效果
  水解對(duì)污染物的去除效果見表3。

表3 水解對(duì)污染物的去除效果項(xiàng)目原水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)COD1 563~33591 092~220730.1~47.3BOD51 047~2277567~115345.8~49.4SS744~1928327~75056.0~61.1TN63149022.3TP98.544.055.3NH3-N299~396283~4090~3.0

  由表3可見,水解對(duì)BOD5、SS的去除率比較接近,并優(yōu)于對(duì)COD的去除效果,說明BOD5主要是隨SS被去除。水解對(duì)氮的去除效果較差,NH3-N幾乎未被去除,TN僅去除22.3%(可能是存在于SS中的氮)。水解對(duì)TP的去除效果較好,去除率達(dá)55.3%(去除的也可能是存在于SS中的磷)。由表4可知,作用時(shí)間均為2.0 h,水解對(duì)COD的去除率比沉淀處理高17%,說明水解對(duì)COD的去除不僅僅是通過沉淀作用,還有降解和吸附作用的存在。

表4  沉淀、水解對(duì)COD的去除效果對(duì)比作用方式原水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率(%)沉淀2.0 h2655198225.3水解2.0h2655153342.3

  與水解相比,盡管厭氧處理能去除70%~85%的COD[3],但其HRT>3 d,裝置容積比水解池大10倍,加上沼氣貯存、脫水、脫硫,厭氧工藝比水解工藝的基建投資至少高5倍,而且厭氧處理出水的可生化性差,影響進(jìn)一步的好氧后處理。
  2.2 SBR對(duì)污染物的去除效果
  SBR對(duì)水解出水的處理效果見表5。

表5  SBR對(duì)水解出水的處理效果項(xiàng)目SBR進(jìn)水(mg/L)SBR出水(mg/L)去除率(%)COD1 092~2207396~51652.7~82.1BOD5567~115350.5~62.389.0~95.7SS327~75020~2693.9~97.3NH3-N283~4090.68~11.597.2~99.8TN49012774.1TP44.025.442.2

  表5的結(jié)果表明,SBR對(duì)COD、BOD5、SS均有比較好的去除效果,但COD、BOD5仍然達(dá)不到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。處理出水的BOD5/COD<0.2,說明出水的可生化性很差,這與采用其他好氧法處理的結(jié)果比較一致。檢索國(guó)內(nèi)外有關(guān)豬場(chǎng)糞污水處理資料,發(fā)現(xiàn)國(guó)外好氧生物處理出水的COD、BOD5也在此范圍[5、6]。Bortone[2]認(rèn)為,豬場(chǎng)糞污好氧生化處理出水中含有大約300 mg/L的難降解COD。由此看來,單純采用生化處理無法實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)糞污的達(dá)標(biāo)處理,還必須采用物化方法作進(jìn)一步處理。
  SBR對(duì)NH3-N具有相當(dāng)好的去除效果,在進(jìn)水NH3-N濃度很高(283~409 mg/L)的情況下,出水能達(dá)到較低的濃度(0.68~11.5 mg/L),去除率達(dá)97.2%~99.8%,優(yōu)于國(guó)外同類研究結(jié)果(國(guó)外SBR[5、6]處理豬場(chǎng)糞污的HRT一般在3~10 d,最少的也是1.4 d,但其NH3-N只能從350 mg/L降解到50 mg/L,去除率只有85.7%)。SBR反應(yīng)器對(duì)TN也有比較好的去除效果,從490 mg/L降解到127 mg/L,去除率為74.1%,與國(guó)外的研究結(jié)果相近,對(duì)TP的去除效果比較差,去除率只有42.2%,低于國(guó)外[5]的研究結(jié)果,這可能與排泥較少有關(guān)。
  2.3曝氣量對(duì)NH3-N去除效果的影響
  
改變SBR中的曝氣量,觀察NH3-N的含量變化,結(jié)果見圖2。
  曝氣量對(duì)去除NH3-N的影響明顯。開始曝氣時(shí),混合液NH3-N濃度在230 mg/L左右。曝氣量為20 L/min時(shí),約4 h后NH3-N即降到15 mg/L以下,而曝氣量為10 L/min和3.3 L/min時(shí),分別需6 h和12 h方能將NH3-N降解到此值;曝氣量為1.6 L/min時(shí),NH3-N降解很慢,12 h后才降到150 mg/L左右。因此,要達(dá)到同樣的去除效果,只能增大曝氣量或延長(zhǎng)曝氣時(shí)間。

  2.4吹脫對(duì)NH3-N去除效果的影響
  
根據(jù)NH+4的電離方程:
  NH+4←→?NH3+H+
  水中游離氨的比率為:
  α=10pH/Kb/Kw+10pH               (1)
  式中α——水中游離氨的比率,%
    Kw ——水的電離常數(shù),其值為1×10-14
    Kb——NH+4的電離常數(shù),其值為1.75×10-5
  豬糞原水pH=7.3,混合液pH=7.5,代入式(1),求得混合液游離氨的比率為1.7%,說明在混合液pH=7.5的情況下,理論上NH3被吹脫去除的效率極低。
  為進(jìn)一步證實(shí)吹脫對(duì)SBR反應(yīng)器中NH3-N的去除作用,同時(shí)做了有污泥和無污泥的對(duì)照試驗(yàn),結(jié)果見圖3。

  有污泥組是用2.5 L SBR混合液加2.5 L水解出水進(jìn)行試驗(yàn),無污泥組是用2.5 L SBR上清液加2.5 L水解出水進(jìn)行試驗(yàn)(里面含有很少微生物),兩組試驗(yàn)曝氣量一樣。圖3的結(jié)果顯示,有污泥試驗(yàn)組NH3-N降解迅速,6 h內(nèi)即從193 mg/L降解到1.3 mg/L,去除率為99.3%,平均1 h降解32 mg/L;在前3 h,也就是NH3-N濃度>50 mg/L時(shí),平均1 h降解49 mg/L。而無污泥試驗(yàn)組NH3-N降解緩慢,6 h內(nèi)從145 mg/L降解到125 mg/L,去除率為13%,平均1 h降解3.3 mg/L,僅為前者的1/10。無污泥試驗(yàn)組的NH3-N去除率比理論計(jì)算值高,是因?yàn)榛旌弦褐羞€殘存有微生物。
  理論計(jì)算和試驗(yàn)均說明,吹脫對(duì)NH3-N去除作用很小,SBR對(duì)HN3-N去除主要依靠微生物的作用。

  3 結(jié)論

 ?、俣虝r(shí)間的水解(HRT=2.0~6.0 h)對(duì)豬場(chǎng)糞污中SS、COD、BOD5及TP均有較好的去除效果,對(duì)COD的去除效率比沉淀處理高17%,對(duì)氮的去除效果較差。
 ?、赟BR對(duì)水解出水中有機(jī)污染物有較好的去除效果,但出水中仍殘留相當(dāng)數(shù)量的難降解COD,是生化處理力所不能及的,還必須進(jìn)行物化處理。
 ?、跾BR對(duì)水解出水中的氮有良好的去除效果,特別是對(duì)NH3-N的去除效率相當(dāng)高。在HRT為1.0~1.4 d 時(shí),實(shí)際曝氣6 h,對(duì)NH3-N的去除率達(dá)97.2%以上。在進(jìn)水NH3-N濃度很高(283~409 mg/L)時(shí),出水能達(dá)到較低的濃度(0.68~11.5 mg/L)。
 ?、芷貧饬繉?duì)NH3-N去除有明顯的影響,曝氣量越大,NH3-N的降解越快。
  ⑤理論計(jì)算和對(duì)比試驗(yàn)證實(shí),吹脫在SBR中對(duì)NH3-N的去除作用很小,SBR對(duì)NH3-N的去除主要依靠微生物的作用。

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  作者簡(jiǎn)介:鄧良偉(1966-),男,四川安岳人,農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所助理研究員,碩士,主要從事廢水處理研究、工程設(shè)計(jì)與調(diào)試。
  電  話:(028)5230680
  傳  真:(028)5230677
  收稿日期:2000-06-28
  修回日期:2000-10-10

發(fā)布:2007-07-30 09:39    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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