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＝10^pH／K_b/K_w+10^pH(1)
　　式中α——水中游離氨的比率，%
　　　　K_w ——水的電離常數(shù)，其值為1×10^-14
　　　　K_b——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。
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　　收稿日期：2000-06-28
　　修回日期：2000-10-10