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浸沒式MBR技術(shù)在養(yǎng)豬場廢水處理中的應用

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簡介: 采用浸沒式MBR,并結(jié)合傳統(tǒng)的A/O工藝處理高CODcr和高NH3-N濃度的養(yǎng)豬場廢水,可有效地實現(xiàn)達標排放。當廢水處理站進水水質(zhì)CODcr為9100 mg/L、BOD5為3788 mg/L、SS為4490 mg/L、NH3-N為450 mg/L時,出水CODcr<85 mg/L,BOD5<10 mg/L,SS<5 mg/L,NH3-N<5 mg/L,達到DB 31/199-1997一級標準。
關(guān)鍵字:養(yǎng)豬場廢水 高有機污染物 高氨氮濃度 浸沒式MBR

The application of immerged MBR technology for the hoggery wastewater treatment

  Zhao Xiuhua, Li Guangming, Wang Hua, Huang Juwen.

 ?。═ongji University, State Key Lab. of Pollution Control and Resource Reuse,Shanghai 200092)

  tract: Hoggery wastewater contains a high organic matter and ammoniac concentration, which can be efficiently treated by immerged MBR and A/O process. The inlet concentration of hoggery wastewater is CODcr9100 mg/L,BOD53788 mg/L,SS4490 mg/L,NH3-N450 mg/L; The outlet water has reached the DB31/199-1997 first-class standard (CODcr<85 mg/L, BOD5<10 mg/L, SS<5 mg/L, NH3-N<5 mg/L ) .

  Keyword: Hoggery wastewater High organic contamination High ammoniac concentration  Immerged MBR

  膜生物反應器(MBR)是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型高效的生化處理工藝[1]。在短短的幾十年里,MBR技術(shù)經(jīng)歷了分置式、錯流式和浸沒式膜生物反應器三個階段,其中,浸沒式膜生物反應器是21世紀公認的最有發(fā)展前途的環(huán)境治理技術(shù)之一[2],也是目前處理高濃度廢水[3]回用[4]的理想技術(shù)。

  畜禽廢水主要有糞便、尿液定期沖洗的“混合系統(tǒng)”和干糞人工鏟除、尿液畜禽棚定期沖洗的“干濕分開系統(tǒng)”等兩種,其特性是有機物、懸浮物和氨氮污染物濃度高,生化性能好,處理難度前者遠遠大于后者,若不進行處理直接排放,必將對周圍環(huán)境造成嚴重的環(huán)境污染。對該類廢水,目前常見的處理工藝是“厭氧預處理+好氧處理”,但該工藝處理后排放廢水難以達到國家或當?shù)?label class="lb" onclick="g('環(huán)保');">環(huán)保標準。本文針對某“干濕分離系統(tǒng)”養(yǎng)豬場排放的高濃度廢水(廢水水量20 m3/d,CODcr=9100 mg/L,BOD5=3788 mg/L,SS=4490 mg/L,NH3-N=450 mg/L),吸收傳統(tǒng)的“厭氧+好氧”處理工藝成果,采用先進的浸沒式生物反應器處理技術(shù)。

  1 浸沒式MBR處理技術(shù)

  MBR是活性污泥法中的一種,也是利用生物反應槽(曝氣槽)內(nèi)含微生物菌群的活性污泥吸附水體中的有機污染物,并以其為營養(yǎng)物質(zhì)或增殖材料,使水體中的有機污染物分解達到凈化廢水的目的。浸沒式MBR處理技術(shù)是將吸入泵、曝氣器和生物反應池為一體式的最新膜生物反應器,膜組件直接放于生物反應器中,膜內(nèi)流速由空氣的攪拌提供。對有機物、氨氮濃度高的畜禽廢水,采用前置式反硝化生物脫氮工藝(A/O工藝)[6, 7],與浸沒式MBR工藝結(jié)合,將彌補傳統(tǒng)A/O工藝的不足,并具有以下顯著特點:(1)通過反硝化脫氮,徹底消除氨氮對微生物環(huán)境的影響;(2)減少了后續(xù)硝化過程的外加堿量,和后續(xù)硝化過程的曝氣量,運行費用省。

  與傳統(tǒng)的活性污泥法相比,A/O工藝結(jié)合浸沒式MBR處理技術(shù)固液分離效率高,無須二級沉淀池,設備簡單,構(gòu)筑物占有空間小,自動控制穩(wěn)定,耐負荷沖擊能力強,污泥產(chǎn)量少,出水水質(zhì)穩(wěn)定等。

  2 工藝技術(shù)路線

  廢水首先經(jīng)過細篩網(wǎng)隔除廢水中的懸浮物和雜物后流入調(diào)節(jié)池,均衡水質(zhì)水量,然后用泵打入沉淀池進行固液分離,上清液流入MBR處理池,MBR處理池設計為A/O處理系統(tǒng):在前段,進水與后段的回流水充分混和進行生物反硝化脫氮,在后段進行生物降解和硝化,同時加堿補充氨氮硝化所消耗的堿度,處理后水直接排放。工藝流程見圖1。

  

  圖1 處理工藝流程圖

  
圖2 某養(yǎng)豬場廢水經(jīng)MBR處理后的出水水質(zhì)結(jié)果

  3 結(jié)果分析與討論

  該工程施工安裝歷時2個月,于2000年3月投入活性污泥正式開始工藝調(diào)試。通過3個月的調(diào)試及6個月的穩(wěn)定運行,測得進入廢水處理站的平均水質(zhì)與設計水質(zhì)基本相符,即CODcr=9100 mg/L,BOD5=3788 mg/L,SS=4490 mg/L,NH3-N=450 mg/L。出水水質(zhì)于達到DB 31/199-1997一級標準。根據(jù)出水水質(zhì),調(diào)試階段基本共分為5個階段進行,調(diào)試過程表1,出水水質(zhì)結(jié)果見圖2。

  表1 某養(yǎng)豬場廢水調(diào)試階段說明

階段時間段/d現(xiàn) 象I0~22馴化階段II23~41出水CODcr 、BOD5和SS達標, NH3-N超標,pH>8.542~90BOD5和SS達標,出水CODcr超標,NH3-N超標,pH=5.5~6.5IV90~100BOD5、NH3-N 和SS達標,出水CODcr超標,pH=7.4~7.8V>101CODcr、BOD5、NH3-N和SS達標, pH=7.5~8.5

  階段I:調(diào)試工作準備就緒,向MBR池內(nèi)投入有效池容約7.5%的城市活性污泥,用水加滿后,處理系統(tǒng)按設定的程序開始運行。

  階段II:調(diào)試至第23天進行第一次取樣,出水CODcr小于100 mg/L,但進出MBR池的NH3-N濃度相同,出水pH高于進水,且有大量的泡沫產(chǎn)生。結(jié)果表明微生物經(jīng)22 d馴化后,繁殖速率較高的異養(yǎng)菌增殖迅速,世代時間較長的硝化菌尚未形成優(yōu)勢菌種。由于氨氮濃度高,廢水呈堿性而產(chǎn)生大量泡沫。

  階段III:第46天取樣時,發(fā)現(xiàn)CODcr又出現(xiàn)回升趨勢(約300 mg/L),而NH3-N濃度明顯下降,出水pH低于進水;在接下來近40 d的調(diào)試期間,出水的CODcr穩(wěn)定在250 mg/L左右,NH3-N穩(wěn)定在50 mg/L左右,pH小于6。產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因可從硝化過程機理分析得到解釋。

  根據(jù)硝化過程機理,硝化過程主要包括以下串級反應,即:

  

  由反應(1)可知,廢水中1 mol NH4+在溶解氧和亞硝酸菌的作用下,即可產(chǎn)生2 mol H+和1 mol的NO2。當調(diào)試進入階段III時,廢水中的NH3-N濃度下降,pH降低,說明硝化過程反應(1)已開始進行,即廢水中的亞硝酸菌和硝酸菌開始生成。由于硝酸菌的產(chǎn)率約為亞硝酸菌的1/2至1/3[1],加上在酸性環(huán)境下(pH=6.0~7.2),反應(1)的反應速度大于反應(2),從而使硝化過程中的串級反應(2)的反應速度較小,廢水中H+濃度和NO2濃度累積。因此,廢水在進入調(diào)式階段III時,廢水中的pH始終較小,出水中的NO2濃度較高。這與第77天的MBR出水中NO2高達123 mg/L的分析結(jié)果十分吻合。

  同時,由于出水pH較低,反應(1)得到抑制,使出水NH3-N基本保持在50 mg/L左右。眾所都知,NO2屬還原性物質(zhì),理論上1 mg/L NO2--N將產(chǎn)生1.141 mg/L CODcr[1],為證實NO2對出水CODcr的貢獻,在實驗室采用測定BOD5預處理的方法將NO2影響消除,測得CODcr <100 mg/L。該結(jié)果表明,階段III出水CODcr穩(wěn)定在250 mg/L左右主要是由NO2累積引起。實驗室利用該養(yǎng)豬場的污泥和出水進行小試,發(fā)現(xiàn)如果控制pH > 7.5,則出水NH3-N < 5 mg/L,而NO2濃度不變。這也說明階段III的硝酸菌濃度由于受廢水中酸環(huán)境和硝酸菌生成速率的制約,尚未達到需要濃度。因此,在進入階段III時,廢水的pH始終小于6,出水的CODcr穩(wěn)定在250 mg/L。

  為了提高環(huán)境pH,促進硝化反應,在調(diào)試進入第79天時,向廢水中投加NaOH,但實際投加量遠大于理論加堿量(理論加堿量=硝化所需堿度 — 進水堿度)。這于MBR池較大和NH4+的緩沖作用有關(guān)。所以加堿量逐日提高(350~550 g/t廢水),至第87天出水pH才有明顯上升趨勢。

  在階段III的初期,泡沫仍較多,池內(nèi)活性污泥隨泡沫溢出。當進入第50天時,開始投加消泡劑(約1.5~2.0 g/L),污泥濃度開始增加,廢水中泡沫大大減少。

  階段IV:該階段持續(xù)時間約10 d,主要特征是pH保持在7以上,NH3-N < 5 mg/L;由于廢水中pH控制較差,出水中CODcr雖有明顯下降,但仍稍為超標。這也從一個側(cè)面說明,對高氨氮、高CODcr污染物廢水處理系統(tǒng),處理系統(tǒng)的自動化程度將直接對出水產(chǎn)生重大影響。

  階段V:調(diào)試開進入第100天,加藥系統(tǒng)、自動控制和反饋系統(tǒng)完全正常,MBR出水全部達到DB 31/199-1997一級標準。此時,硝化系統(tǒng)已完善,加堿量逐日減少(230~140 g/t廢水),泡沫產(chǎn)生大量減少,系統(tǒng)不需添加消泡劑。

  4 結(jié) 論

  采用膜分離活性污泥法處理廢水在國內(nèi)進行的試驗及工程性試驗較多[3,4],但實際工程項目很少。本文采用前置式反硝化生物脫氮A/O工藝,將浸沒式MBR裝置O級生化池處理畜牧廢水這種含高有機物、高氨氮的廢水,在國內(nèi)尚屬首次。對于高濃度有機廢水,采用膜法處理廢水的投資與普通生化法基本相當,但出水水質(zhì)穩(wěn)定、污泥量小、占地面積緊湊,運行和管理簡單。

  本項目以干濕分離系統(tǒng)的畜禽廢水為對象,進水CODcr為9100 mg/L,BOD5為3788 mg/L,SS為4490 mg/L,NH3-N為450 mg/L,經(jīng)浸沒式MBR工藝處理后,經(jīng)過3個月的調(diào)試及6個月的穩(wěn)定運行,共經(jīng)歷了5個階段,出水CODcr<85 mg/L,BOD5<10 mg/L,SS<5 mg/L,NH3-N<5 mg/L,達到DB 31/199-1997一級標準。因此,該養(yǎng)豬場廢水處理項目的成功為浸沒式MBR工藝處理畜牧廢水提供了寶貴的工程實踐。

  參考文獻

  1. 許振良.膜法水處理技術(shù).北京:化學工業(yè)出版社,2001.219~260

  2. 彭躍蓮,劉忠洲.膜生物反應器在廢水處理中的應用.水處理技術(shù),1999,25(4):63~69

  3. Gunder P,et al. Replacement of secondary clarification by membrane separation results with plate and hollow fiber modules.Wat.Sci.Tech.,1998,38(4~5):383~393

  4. 張捍民,張興文,劉毅慧,等.回用工程的MBR系統(tǒng)設計.給水排水,2002,28(11):

  5. 姚來銀,許朝暉.養(yǎng)豬廢水氮磷污染及其深度脫氮除磷技術(shù)探討.中國沼氣,2003,21(1):28~29

  6. 張 杰,岳建芝,張立憲,等.SBR工藝及其在養(yǎng)豬場廢水處理中的應用研究.北方環(huán)境,2004, 29(1):57~60

  7. 楊朝暉,曾光明,陳信常,等.規(guī)模化養(yǎng)豬場廢水處理工藝的研究.環(huán)境工程,2002,20(6): 19~21

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  [1]第一作者:趙修華,男,1965年生,博士,副教授,主要從事過程工業(yè)污染與預防控制研究。

發(fā)布:2007-07-29 12:44    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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