（环境工程专业论文）猪场废水处理新工艺研究.pdf

浙江人学博t 学位论文 摘要 畜禽养殖废弃物，特别是规模化猪场废水已成为我国许多地区的主要污染 源，在未来2 0 年中，我国规模化养殖业将加速发展，随之而来的污染压力必将 更大。尽管猪场废水可以还田利用或者采用自然处理系统进行处理，但这两种处 理模式都需要大量土地，将受到我国人多地少这一国情的制约。工业化处理模式 是土地受限地区猪场废水处理的必然选择。在工业化处理模式中，采用好氧工艺 直接处理猪场废水的投资及运行费用均很高；而采用厌氧好氧组合工艺处理猪 场废水，厌氧消化液的好氧后处理则是一个新的难题。本课题针对这一难题，试 验研究了猪场废水厌氧消化液好氧后处理的电子供体和碱度平衡，主要取得了如 下成果： ( 1 ) 探明了传统厌氧o c ) 一好氧( s b r ) 组合工艺处理猪场废水的性能。试验表 明：i c 反应器处理猪场废水，容积负荷周平均值可达6 - 7 k g c o d m 3 d ，容积产 气率可达3 m 3 m 3 d ，c o d 去除率基本上在8 0 以上。但是，i c 反应器对n h 3 - n 没有去除效果，出水n h 3 n 浓度稍高于进水。采用s b rt 艺直接处理厌氧消化 液，污染物去除效果很差，c o d 去除率仅1 0 左右，出水c o d 在1 0 0 0 m g l 左 右；n h 3 n 去除率7 0 左右，出水n h 3 一n 达2 0 0 m g l 以上，与畜禽养殖行业 污染物排放标准有较大差距。处理效果差的主要原因是硝化过程导致p h 降至 6 0 以下。通过加碱提高处理系统的p h 值，可明显改善n h 3 一n 去除效果，出水 n h 3 一n 降至1 0 m g l 以下；但不能改善c o d 去除效果，出水c o d 浓度在5 0 0 m g l 至6 0 0 m g l 之间；也不能改善总氮去除效果，出水中累计n 0 3 。一n 达4 0 0 m g l ， 并且加碱的费用在3 元“m 3 废水) 以上。因此，传统厌氧好氧工艺不宜用于猪场 废水处理。 ( 2 ) 搞清了猪场废水厌氧消化进程对好氧后处理的影响。结果表明，厌氧消 化液好氧后处理效果与厌氧消化前处理的时j b j 具有关联性。对猪场废水原水f 厌 氧消化0 天) 直接进行好氧处理，c o d 和n h 3 n 去除率分别可达到9 5 和9 8 以上，出水c o d 低于3 0 0 m g l ，n h 3 n 低于1 0 m g l 。对厌氧消化液进行好氧后 处胖，出水c o d 和n h 3 n 浓度逐渐升高，厌氲1 ：f i j 化f 甜处胛时f l h j 越k ，升高时问 浙扛人学博士学位论文 越早，幅度越大。对于厌氧消化3 、6 、9 、1 2 天的消化液，实验结束时的出水 c o d 基本上在5 0 0 6 0 0 m e , l 之| 、日j ；出水n h 3 一n 分别为2 2 2 m g l 、1 0 5 4 m g l 、 1 4 7 6 m g l 、1 7 1 4 m e l 。厌氧消化液好氧后处理效果差的原因主要是：在厌氧消 化过程中，各污染物降解不同步，导致厌氧消化液可生化性降低以及碳、氮、磷 比例失调，影响了好氧后处理中的微生物生长；厌氧消化液中缺乏易降解有机物， 导致反硝化效果差，产生的碱度不能弥补硝化过程消耗的碱度，p h 下降造成处 理系统性能恶化。试验结果和理论分析均表明，通过缩短厌氧消化时间不可能改 善消化液好氧后处理的效果。 ( 3 ) 试验了添加原水改善s b r 工艺处理猪场废水厌氧消化液性能的可行 性。在厌氧消化液中添加部分原水，处理系统的p h 值明显改善，出水p h 值 基本上在7 5 以上。c o d 去除率高于8 0 ，出水c o d 降到2 5 0 3 5 0 m g l ；n h 3 - n 去除率高于9 9 ，出水n h 3 n 小于1 0 m g l ；处理系统的稳定性也得到增强。 主要原因在于：添加原水后，猪场废水厌氧消化液的b o d s c o d 比值从0 1 9 上升到o 5 4 ，b o d 5 f i n 比值从o 2 8 上升到2 0 4 ，增加了微生物生长和反硝化 所需的碳源，强化了反硝化作用，不仅提高了总氮去除效率，而且通过回补碱 度，维持了处理系统的p h 值稳定。添加原水与间歇曝气的组合，赋予s b r 良 好的性能。据此建立了厌氧_ 力口原水间歇曝气猪场废水处理新工艺。 ( 句研究了添加原水比例对厌氧消化液好氧处理性能的影响。在添加原水比 例为3 0 的条件下，出水n h 3 n 浓度低，一般在1 0 m g l 以下；在添加原水比例 为1 0 、2 0 的条件下，出水n h 3 n 浓度逐渐升高，至试验结束时，出水n h 3 n 分别达3 0 0 m g l 和8 0 m g l 左右。一个运行周期的监测表明：添加原水比例为 1 0 、2 0 、3 0 时，n 0 2 n 峰值、n h 3 n 谷值分别出现在曝气第4 h ，第3 h 、 第2 h 。添加原水比例越大，n h 3 n 氧化速度越高。批式反硝化试验表明：b o d 5 t n 比越大，反硝化越快。要使消化液好氧后处理系统j 下常运行，添加原水比例必须 达到3 0 以上。 ( 5 ) 研究了b o d 5 和n o 。- n ( n 0 3 - n 与n 0 2 一n 之和) 浓度对反硝化速率的影 响。在碳源充足的条件下，猪场废水厌氧消化液中的n o 。一n 转化为零级反应， 与n q n 浓度无关。在碳源限制的条件下，猪场废水厌氧消化液中的n o ，一n 转 浙江大学博十学位论文 化速率与b o d 5 有关，遵循m o n o d 方程。基于m o n o d 方程和碱度平衡，导出了 配水比例模型。根据该模型分析，当进水碱度与进水氨氮浓度之比小于3 8 2 时， 仅靠配水不能平衡整个处理系统的碱度，需要外加碱度；当进水碱度与进水氨氮 浓度之比大于6 9 0 时，序批式反应器( s b r ) 可以直接处理厌氧消化液，不需要配 水，厌氧- 力口原水间歇曝气工艺也因此失效。对于猪场废水与厌氧出水的混合液， 碱度与氨氮浓度之比大多在3 8 2 6 9 0 之间，适宜采用厌氧加原水间歇曝气工 艺处理。配水比例随着水力停留时间、s b r 反应器数量、反应器中的微生物浓 度、滗水器工作能力以及亚硝化率的增加而减少；随着反应器运行周期的增加而 增加。 ( 6 ) 比较了厌氧力原水间隙曝气( a n a r w ia ) 工艺与厌氧。s b r 工艺以及s b r 直接处理工艺工艺净化猪场废水的技术经济性。厌氧s b r 工艺去除效率低，出 水污染物浓度高，不适于猪场废水处理；a n a r w i a 工艺的处理效果与s b r 直接处 理工艺相当，污染物去除率高：出水c o d 和n h 3 n 浓度低，可达到国家排放标 准。对于年出栏1 0 万头商品猪的大型养猪场废水处理工程，与s b r 直接处理工 艺相比，a n a r w i a 工艺需增加厌氧处理单元、沉淀配水单元和沼气净化与贮存单 元，但其h r t 、工程投资、剩余污泥量、需氧量分别同比降低3 8 6 、1 1 8 、 1 6 4 和9 5 9 a n a r w i a 工艺的总电耗比s b r 直接处理工艺低8 1 o ，并能回收 沼气。若不计沼气收益，a n a r w i a7 - 艺的处理费用比s b r 直接处理工艺低5 2 4 ： 若计沼气收益，则a n a r w i a 工艺的处理费用比s b r 直接处理工艺低9 1 2 3 。技 术经济分析结果说明，a n a r w i a 是一种高效、稳定、经济的猪场废水处理新工艺， 可以取代s b r 直接处理工艺。 关键词：猪场废水；好氧生物处理；厌氧生物处理；硝化；反硝化；配水；模型； 经济可行性 3 浙江丈学博士学位论文 a b s t r a c t t h ew a s t e so fl i v e s t o c ka n dp o u l t r y , e s p e c i a l l yt h ew a s t e w a t e ro fs w i n eh a v eb e c o m e t h em a i np o l l u t i o ns o u r c ei nm a n yd i s t r i c t so fc h i n a h o w e v e r , t h ei n t e n s i v eb r e e d i n g i n d u s t r yw i l lg oo nd e v e l o p m e n ta n dw i l li n e v i t a b l yp r o d u c em o r ep o l l u t i o ni nt h e n e x tt w e n t yy e a r s a l t h o u g hs w i n ew a s t e w a t e rc a nb et r e a t e db yl a n d s p r e a d i n go r e c o l o g i c a lm o d e , t h et r e a t m e n tn e e d sv a s tl a n d s oi tw i l lb ec o n f i n e db yt h ea v a i l a b l e l a n di no u rc o u n t r y e n g i n e e r i n gt r e a t m e n th a st ob ec h o s e ni nt h el a n d l i m i t e ds w i n e f a r m s i nt h ee n g i n e e r i n gt r e a t m e n t ，t h ei n v e s t m e n ta n dr u n n i n gc o s ta r ev e r yh i g hi f r a ws w i n ew a s t e w a t e ri st r e a t e dd i r e c t l yw i t ha na e r o b i cp r o c e s s i ti sd i f f i c u l te i t h e r t ot r e a tt h ed i g e s t e de f f l u e n tw h e nt h ec o m b i n e da n a e r o b i c a e r o b i cp r o c e s si su s e d i n o r d e rt oo v e r c o m et h ed i f f i c u l t y ，w eh a v ei n v e s t i g a t e dt h es u i t a b l es o u r c eo fe l e c t r o n i c d o n o ra n dt h em e t h o d sf o ra l k a l i n i t yb a l a n c ei nt h ep o s t t r e a t m e n to fd i g e s t e de f f l u e n t t h em a i na c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ef e a s i b i l i t y o fs w i n ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t hc o m b i n e da n a e r o b i c ( i c ) 一a e r o b i c ( s b r ) p r o c e s sh a sb e e nt e s t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo r g a n i c l o a d i n gr a t ew a s6 - 7k gc o d ( m 3 d ) ，t h ec o d r e m o v a lp e r c e n t a g ew a sa b o u t8 0 ， a n dt h ev o l u m e t r i cb i o g a sp r o d u c t i o nr a t ew a s3m 3 ( m 3 mi nt r e a t m e n to fs w i n e w a s t e w a t e rw i t hi n t e r n a lc i r c u l a t i o n ( i c ) r e a c t o r h o w e v e r , a m m o n i an i t r o g e nc o u l d n o tr e m o v e d ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e n ( n h 3 - n ) i nd i g e s t e de f f l u e n t w a se v e nal i t t l eh i g h e rt h a nt h a ti ni n f l u e n t w h e ns e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( s b r ) w a su s e dd i r e c t l yt ot r e a td i g e s t e de f f l u e n t ，t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yw a s v e r yp o o r t h ec o dr e m o v a lp e r c e n t a g ew a sa p p r o x i m a t e l y1 0 w i t he f f l u e n tc o da b o u t 1 0 0 0 m g l t h en h 3 一nr e m o v a lp e r c e n t a g ew a sa b o u t7 0 w i t he f f l u e n tn h 3 - nm o r e t h a n2 0 0 m g lt h ee f f l u e n to fs b rp r o c e s sw a sf a rf r o m “d i s c h a r g es t a n d a r do f p o l l u t a n t sf o rl i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n g ( g b1 8 5 9 6 2 0 0 1 ) ”t h ep hv a l u el o w e r t h a n6 0i nt h em i x e dl i q u i da tt h ee n do fa e r a t i o nc a ne x p l a i nt h ep o o rt r e a t m e n t e f f i c i e n c yo fs b r r e g u l a t i n gp hv a l u eb ym e a n so fa d d i n ga l k a l ic o u l do b v i o u s l y 4 浙江夫学博t 学位论文 i m p r o v et r e a t m e n te f f i c i e n c yo fn h 3 一nr e m o v a lw i t he f f l u e n tn h 3 一nl e s s t h a n 1 0 m g 几i tc o u l dn o ti m p r o v et h ec o dr e m o v a lw i t he f f l u e n tc o do f5 0 0t o 6 0 0 m 叽i tc o u l dn o ti m p r o v et h et o t a ln i t r o g e nr e m o v a le i t h e rw i t he f f l u e n tn 0 3 - n a b o u t4 0 0 m 班m o r e o v e r , t h ea l k a l ic o s tw a sm o r et h a n3y u a n ( r m b ) ( m 3 w a s t e w t e r ) t h ec o m b i n e dc o n v e n t i o n a la n a e r o b i c a e r o b i cp r o c e s sw a sn o ts u i t a b l e f o rt h et r e a t m e n to fs w i n ew a s t e w a t e r ( 2 ) t h ei n f l u e n c eo f a n a e r o b i cd i g e s t i o no na e r o b i cp o s t - u e a t m e n tw a sm a d eo u t t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep o s t t r e a t m e n te f f i c i e n c yo fd i g e s t e de f f l u e n tw a sc l o s e l y r e l a t e dw i t ht h et i m ef o ra n a e r o b i cd i g e s t i o no fs w i n ew a s t e w a t e r w h e nr a ws w i n e w a s t e w a t e r ( d i g e s t e df o r0d a y ) w a sd i r e c t l yt r e a t e dt h r o u g ha e r o b i cp r o c e s s ，t h e r e m o v a lp e r c e n t a g ew a s9 5 a n d9 8 f o rc o da n dn h 3 一nr e s p e c t i v e l y , a n dt h e e f f l u e n tc o da n dn h 3 一nw a sl e s st h a n3 0 0 m g n a n d1 0 m g r l d u r i n gt h ea e r o b i c t r e a t m e n to fd i g e s t e de f f l u e n t ，h o w e v e r , t h ee f f l u e n tc o da n dn h 3 一ni n c r e a s e d g r a d u a l l y t h el o n g e rd i dt h es w i n ew a s t e w a t e rg ot h r o u g ha n a e r o b i cd i g e s t i o n ，t h e e a r l i e rd i dt h ee f f l u e n tc o da n dn h 3 一nc o n c e n t r a t i o nr i s e ，a n dt h el a r g e rw a st h e i n c r e m e n t f o rt h ee f f l u e n tt h a tw a sa n a e r o b i c a l l yd i g e s t e df o r3 d ，6 d , 9 d ，a n d1 2 d ，t h e e f f l u e n tc o do fa e r o b i cp o s t t r e a t m e n tr a n g e df r o m5 0 0 t o g a _ t o6 0 0 m la n dt h e e f f l u e n tn h 3 - 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i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nw a sn o ts u i t a b l et ot h et r e a t m e n to fd i g e s t e de f f l u e n tb e c a u s e s e q u e n c eb a t c hr e a c t o r ( s b r 、c o u l dd i r e c t l yt r e a td i g e s t e de f f l u e n tw i t h o u ta d d i t i o no f r a ww a s t e w a t e r s i n c et h er a t i oo fa l k a l i n i t yt oa m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni nt h em i x e d l i q u i do fr a ww a s t e w a t e ra n dd i g e s t e de f f l u e n tm o s t l yr a n g e df r o m3 8 2t o6 9 0 t h e p r o c e s so fa n a e r o b i c - a d d i n gr a ww a s t e w a t e r - i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nw a ss u i t a b l et o t r e a t m e n to fs w i n ew a s t e w a t e r i tc a l lb ek n o w nf r o mt h em o d e lt h a tt h ea d d i t i o n p r o p o r t i o no fl a ww a s t e w a t e rd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s eo fh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，t h e n u m b e ro fr e a c t o r s ，b i o m a s sc o n c e n t r a t i o na n dt h e c a p a b i l i t yo fd e c a n t e r , b u t e n h a n c e dw i t hi n c r e a s eo ft h en u m b e ro fs b r c y c l e ( 6 ) at e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i c a lc o m p a r i s o nb e t w e e na n a r w i ap r o c e s sa n d t h ea n a e r o b i c s b rp r o c e s sa n ds b r p r o c e s sw a sc a r d e do u t t h er e s u l t ss h o w e di t w a su n f e a s i b l et oa p p l yt h ea n a e r o b i c s b rp r o c e s st ot r e a t m e n to fs w i n ew a s t e w a t e r b e c a u s eo fp o o re f f i c i e n c yo fp o l l u t a n tr e m o v a lf r o mw a s t e w a t e ra n dh i g h e ra m o u n t o fp o l l u t a n tr e m n a n ti nt h ee f f l u e n t t h ep e r f o r m a n c eo fa n a r w i ap r o c e s sw a ss i m i l a r t ot h a to ft h es b rp r o c e s sw i t hm o r ee f f i c i e n tr e m o r a lo fp o l l u t a n ta n dl o w e r p o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n t f o raw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n to fl a r g es w i n e f a r mw i t hp r o d u c t i o no fah u n d r e dt h o u s a n dp i g s ，a n a r w i a p r o c e s s i n c r e a s ea n a e r o b i c u n i t ，b i o g a sc l e a n i n ga n ds t o r a g eu n i t ，s e d i m e n t a t i o na n dm i x i n gu n i t t h eh y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e ( h r t ) ，i n v e s t m e n t ，s l u d g ey i e l da n do x y g e nd e m a n df o rt h ea n a r w i a p r o c e s sw e r er e s p e c t i v e l y3 8 6 、1 1 8 、1 6 4 a n d9 5 9 l o w e rt h a nt h o s ef o rs b r p r o c e s s a n a r w i ap r o c e s sc a nr e c o v e rb i o g a sw i t ht h et o t a le n e r g yc o n s u m p t i o nb e i n g 8 1 o l o w e rt h a ns b rp r o c e s s i ft h eb i o g a sw a sn o tt a k e ni n t oa c c o u n t t h e o p e r a t i o nc o s tf o rt h ea n a r w i ap r o c e s sw a s5 2 4 l o w e rt h a nt h a tf o rt h es b rp r o c e s s i ft a k e ni n t oa c c o u n t ，t h eo p e r a t i o nc o s tf o r t h ef o r m e rw a s9 1 2 3 l o w e rt h a nt h a to f t h el a t t e r t h et e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i c a la n a l y s i si n d i c a t e dt h a ta n a r w i ap r o c e s s 7 浙江大学博士学位论文 i sas t a b l e ，h j 曲- r e m o v a l ，c o s t e f f i c i e n ta n dn o v e lp r o c e s s ，a n di sap r o s p e c t i v e s u b s t i t u t i o nf o rs b r p r