（环境工程专业论文）奶牛场废水综合处理工艺研究.pdf

郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综合处理工艺研究 中文摘要 随着我国现代化养殖技术的发展，畜禽养殖业向优质、高效发展，成为高度 专业化生产行业；目前国内畜禽养殖废水，大多未经妥善回收利用与处理而直接 排放，对环境造成相当污染。本文针对其水质特点和国内此类废水治理方法单一、 未考虑氨氮去除、工艺复杂且成本较高等现状问题，并考虑牛场废水有机物浓度 高、氨氮浓度高、纤维含量高、恶臭严重等特点，本文提出了：a b r 厌氧消化一 絮凝沉淀一i c e a s 好氧生物处理的奶牛场废水综合处理工艺。 本文利用a b r 一絮凝沉淀一i c e a s 工艺对奶牛场实际废水进行了处理。试验 结果表明：经a b r 厌氧处理后c o d 去除率可达7 0 一7 5 ；絮凝沉淀处理c o d 去除 率可达8 5 9 0 ，i c 队s 对c o d 、氨氮的去除率分别在8 5 9 0 和9 4 9 8 ；处理工 艺总体c 0 d 、氨氮去除率不低于9 8 和9 4 ；处理后废水可达标排放。 经过系统研究，确定了各处理单元启动和运行条件，分别为：1 ) a b r 中温 启动条件：温度= 3 5 3 9 ，q = 3 6 l h ，进水c 0 d 浓度为l 0 0 0 m g 几，h r t 为1 7 3 4 h ， n v = o 7 2 一1 4 4 k g c o d ( m 3 d ) ，m l s s - 3 8 5 0 l ；2 ) 絮凝沉淀条件：温度= 2 0 ， 搅拌2 m i n ，静沉l o l n i n ，p h = 7 3 5 ，c o d 浓度= 5 0 0 2 0 0 0 m g 几：通过絮凝剂的比 选，本试验选择了氯化铁作为絮凝剂，并确定了一定浓度范围内c 0 d 与氯化铁最 佳投加量关系曲线；3 ) i c 队s 试验：通过设计不同的周期组合、进水流量、进 水基质浓度及回流比等来考查该反应器对c 0 d 及n h 。一n 的处理效果，并晟终确定 在进水基质浓度为7 5 0 i i l g 几下的最佳工艺运行条件：周期t = 9 5 h r ( 曝气时间8 h r 、 沉淀时间为l h r 、排水时间o 5 h r ) 、回流比为l o o 、泥龄2 8 d 、m l s s = 7 1 9 l ； 此条件下废水中c o d 和n h 。一n 的去除率可分别高达8 5 和9 2 以上。 关键词：奶牛场废水处理工艺厌氧折流板反应器( a b r ) 间歇式循环延时 曝气活性污泥法( i c e a s ) 絮凝沉淀 l j 塑型查兰堡主兰笪丝皇 塑! 塑壅查堡鱼竺堡三苎竺塑 a b s t r a c t w i t ht b ed e v d o p m e n to fm o d e mb r e e d i n gt e c h n o 】o g y p o l l l 仃yb r e e d i i l g s d i f e c d o ni sh i 曲q u a l i t y 锄de 街c i e n c y ，i tb e c o m eah i 曲1 ys p e c i a l j 2 e dp r o d u c t i o n h o w e v e la tp r e s e n t ，t h e1 a r g e 锄o l l i l to fw a s t e w a t c r 行o mt h ep o u l t r yb r e e d i n gi s m o s t l yd i s c h a r g e dd i r e c t l y w i m o u t a p p m p r i a t et r e a 咖e i l t ， s oi t p r o d u c e s a c o m p a r a t i v ep o l l u t i o nt o t h ee n v i r o m 朋t t h ee s s a yc o n t m p o s e st h ew 船t e w a t e r 扭i i t ya n dm ea c t u a l i t ym a ti ss i n 羽e 扛e a t i n gm e m o d 、n o tc o n s i d e r e da n 皿o n i a n i 咖g e nr e m o v a l 、c o m p l i c a t e dt e c h n o l o g y 、h i 曲e rc o s ta n dl e s sa p p l i c a t i o n ，a n d o o n s i d e r i n gt l l ec h a r a c t 嘶s t i co f m i l kc a 仕l ew a s t e w a t e rw 1 1 i c hi l l c l u d 髓h i g h e ro r g a l i i c m a t e r 、a m m o n i an i 仃0 9 、丘b c ra 玎dc a c o s i i l i a am e t l i o dt o 仃芒a tl n i l kc a 戗l e w 罄把w a t e rw 嬲p m p o s e d ，t h a ti sa b r n o c c u i a t i o n 龇dp r c c i p i t a t i o n - i c e a s 1 1 l ee s s a yd i s p o s 铭t h ei n i l kc 删ew 鹊t c w a t e rb ya b r _ f i o c c l l 王a t i o na n d p r e c i p i t a t i o n - i c 队s ，m e l t s 舶mc x p e r i m e i l t si n d i c a t 鹤m a t7 0 7 5 c o 阢rc 蛐 b e 眦a t e db ya b r ，8 5 _ 9 0 c o d 。，c 锄b ed i m i n a t 酣b yn o c c l l l 8 t i 锄dp r e c i p i t a l i o n ， 8 5 9 0 c o d c ra n d9 2 9 8 踟i m o n i an i 缸u g c 姐b ef 锄o v e db yi c e a s c o d 柏d a i 砌o n i an i t m g r c m o 砌i sr e s p 枷v e l ya b o v e9 8 a n d9 4 i i lm e 衄觚i 1 1 9 t e c h n o l o g y ；f i n a l l y ，d i s c h a r g e dw a s 把w a t e r s a r eu pt 0s t a i l d a r d s b ys y s t e l l l i cr e s e a r c h ，m ee x p e 痂m 朋tm a k e st l l es t a r t u pa n dr u nc o n d i t i o no f e a c hu 1 1 i t ，m a ti sr e s p e c t i v d y ：a b rm o d e f a t es t a n u p ：1 ) t 锄p 咖l r ei s3 5 ，q u a n t i t y i s 3 6 l m ，c o dc o n c e n 枷i o ni n i n n u e l l ti s 1 0 0 0 m l ，h r ti s1 7 3 4 h ， n vi s 0 7 2 一1 4 4 k g c o d ( m j + d ) ， m l s si s 3 8 5 0 l ；2 ) n o c c u l a t i o n a n d p r e c i p i t a t i o n ： te i | 叩e r a t u r ei s2 0 ，s 恤t e dt i m ei s2 m i n ， p r e c i p i t a t i o nt i m ei dl o m i n ，p hi s7 3 5 ， c 0 dc o n c e n t r a t i o ni s5 0 0 2 0 0 0 m g ，l ；t h r o u g l lc o m p a 由gf l o c c u l a t i o np r e c i p i t a t o r ， t h ee x p 嘶m c n tc h o o s e sc i l 】o r i d ef 酾c ，a n dc o n 矗r m st 1 1 er c l a t i o nc u r v eo nc o d c o n c e n 订a t i o ni nc 酣a i nr 觚g ea 1 1 dc h 】嘶d ef e l 矗c ；3 ) i c e a sc x p e f i m e n t ：l 量脚u 曲 d c s i 印i n gd i 仔毫r e n tp 缸o d i cu n i t 、i n n u e n tn o w 、i n n u e n td c n s 时o f g r o u n ds u b s 切n c e a n dr e f l u xr a t i oe ta l ，t h eo o d c ra n da m m o n i an i t r o g e nr e m o v a li se x a m i n o da b o u t r e a c t o r a n df i n a l l yi nt h ei f l f l u 锄tg r o u n dc o n c e n 仃a d o n7 5 0 f n lc o n d i t i o i l t l l e e x p 幽e i l td e t e 唧i n 髓t h eb e s tp r o c e s sc o n d i t i o n s ：p e r i o d9 5 h o u r s ( a e r a t i o nt i m e8 1 t 塑型盔兰堡主堂焦笙苎 塑生塑堕查堡鱼竺垄三苎堕堑 h o u r s 、p r e c i p t a t i o n 垃m e1h o i l r 、d r a i m g et i m eo 2 5h o u r ) 、r c n u x r a t i o1 0 0 、a g eo f t h es l u d g c2 8d a 黔m l s s7 1 l ，i nt h ec o n d 伽o n ，t l l ec o 【 盯a i l da m m o n i an i 圩o g e n r c m o v a l i sr e 印e c t i v d ya b o v e8 5 a i l d9 2 k e v w o r d s ： m i l kc a n l ew a s t e w a t c r ； t r e a t i n gt e c h n o l o g y ；a n a e r o b i cb 枷e d r e a c t o r ( a b r ) ；i n t e m l i t t e n tc y c l i ce x t e n d e ds y s t e m ；f l o c c i l l a t i o n 柚dp r e ：c i d i t a t i o n ； 郑州大学硕士学位论文奶牛场废水综合处理蔓艺研究 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄 袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切 法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者 缪坦 2 0 0 6 年0 5 月8 日 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综台处理工艺研究 第一章绪论 1 1 畜禽养殖废水的特征与危害 近年来，我国养殖行、韭蓬勃发展，以奶牛养殖行鼗为例，1 9 9 8 2 0 0 4 年，奶 牛存栏由4 2 6 5 万头增加到1 0 6 3 万头，增长1 4 9 ，年平均增长率1 6 。4 。养殖彳亍 业的快速发展无疑为我萄畜牧业经济及农业经济带来了活力，提高了人民的生活 水平，但同时也囱环境中摊放了大量的废弃物，带来了巨大的环境隘力。据2 o 年的有关资料显示，全闲畜禽粪便年产生量约为1 7 3 亿t ，楚工业废赛物的2 7 倍，其中氮的年产生鬃约为1 5 9 7 万t ，磷年产生量约为3 6 3 万t ，c o d 年产生藿约 为6 4 0 0 万t ， b 年产生量约为5 4 0 0 万t ，畜禽粪便进入水体流失率瘫达2 蹦 3 0 9 6 ，c 排放接近工业疲水雅j ，奶牛个体粪便排i i | 量在家畜中是最多的，作为 一种典型的高氨氮、禽有机物浓度污水，它赝选成的污染与危害日趋严重。未经 处理的畜禽污水中含有大量的n 、p ，会导致水体富营养化，粪尿渗漏造成地下 承的污染；氨、硫化物、甲烷簿恶臭有害气体，污染大气置赶密人体键康。然而 畜禽废水处理率很低，如广州市只有2 0 9 6 畜禽养殖场建有废水处理设施，其余裹 禽养磁场的废水都没有处瑗就进行了择放。全国范围内的养殖场泼水处理率更 低。主要原因有：( 1 ) 现有处理工艺虽然技术上可行，但往往投资和运行费用过赢， 对微利行业的养殖业来说经济上不可行：( 2 ) 现有的处理工艺往往只重视b o d 、 c 0 d 、s s 等有机物的去除箍怨襁了氨氮的去除，造成对污染处置的不彻底。 班奶牛场废水为例来讲，其废水主要包括牛稼、部分牛粪和牛舍冲洗水，具 体撩标如表l l ；姥类废水具有以下特点：( 1 ) 摊水量大，废水温度低( 多数牛场从 防疫需要的角度出发，用水取自地下水) ；( 2 ) 冲洗栏舍的时问相对集中，冲击受 耪报大；( 3 ) 疫水圆滚混杂，纤维含量高，有机质浓度较高；( 4 ) 养殖业属于微利 行业，在自然风险和市场经济双重压力的翦提下，养殖场不可能投入很多资金翅 于处理废水，所以养殖场废水处理难度很大。 表卜l 牛粪便废水理仡性质 单位：m l t 出l e l * lp h y s i c 毹a n dc h 哪i c a lc h a r a c t e fo f c a m ed 旬e c l aw a s t e w a t e r 麓些查堂蔓主黧堡篓苎 塑生堑壅壅堡垒竺堡：三茎塑篓 综上所述，对于奶牛场这种高氨氮、高纤维含爨、商有机物浓度的有机废水 姘究开发、弓l 进种投资少、效率离豹既能去除有桃污染物，又熊去除氨氮弗能 滔浚鼹漾、潮弼农建魏综合楚瑾工芑翼奔卡分重要熬域实意义。 1 2 畜禽潞殖废水的处理现状 随着娣保产业的发震，世器上i 午多翰家都开始重襁慰喜禽粪便处理与刊用技 术虢研究，制定了系鳓法律和标礁黻裸证畜禽养蘩场废弃裙必颈经过无害忧憝 理曩一能排放。英国、德国、日本、美斟朔原苏联等翻家早在5 0 年代靛利用厌氧、 好氧、湿凝沉淀秘快速烘予等方法处理城枣污u 求和入蓊粪援，溉浚理了污染又获 得了大爨的有梳肥辩精予改良壤鞴。 1 2 羽孛l 、鬻禽粪便处璐技术的发展 基多 趣搂让葵蓬场场鹱水静处理，主要采臻厌辍好氯一生狻净纯组会工 琶。一般坚掩资源优、j l j 害纯、减鼙诧的处理原粼，弗考虑弼入网数量、穗承 载力而控制规模纯券精场的发展速度鞠规模。也有徽多关于单一厌氧处理、单一 好襞处理强及天然净纯缝毽等工艺处懋棼疆场瘦农熬辑究报道，毽绝大部分都燕 ，j 、试鲮巾试结果，实际遮行的研究结果并不多。 ( 一) 好氧工艺 ) 黎气2 0 萎纪强霉健基奉慕爱好氧潮蕺鼹气技零薅莠猪场袋窳遴孬了纛 效治理，并开发如一系列棚关设备。避年来澳大剃戏谯传统鼓风曝气装置上又开 发出简单实用的多种浅层射流曝气装鬣。t a k a a k i 等人以氨结晶为颧处理的间歇 瀑气旁羝式蔽瘫器( s 醺) 处理猿场褒承，在该磷炎褥黉熬氮臻爨豹竣毽揉锋条 件为反应瀑魔2 5 ，反应时搁i h ，p l i 一7 5 ，n 弛+ ：p 钒”：瞻一1 0 ：o 9 ：o 9 ( 黪 尔比) ，这时氨氮去除率选到9 0 以上，没有t p 的去除【粥。总体瓶言，养殖业污 染控裁镶域中茨磐蓑蹙瑗较零正赣着蠢效、实弱、缀游、撩终薅笈瓣方囊发震。 2 ) 接触氯化接触氧化技术早已被用来处理备种不同浓度的肖视污水，蕻 本质是某种填料浸没予水中，在填料表鬻和填料阔的空隙生成膜状生物牲污泥， 废零与冀萤熊簸孬褥蘩净像。民本专家广灌孝六繇对蔽麓氯纯涟爨霸窭鞋下蛋矮 特点：a ) 熊够用已建的设备改建，并掇高处理效果；b ) 在l 2 日的短时间内就 能够发挥出净化效条；c ) 窟于处理工蛙废水；d ) 畿予究作部分处壤投术；e ) 瑗辫褰菇堵塞。获2 0 繁髦6 0 年 宅起，嚣本专容赣开始磷突生物接触氧稼工艺，均 郑州大学硕士学位论文奶牛场废水综合处理 ：范研究 取得了良好的处理效果柳。荚图近年采用接触氧化技术对猪粪浆进行了处理，并 开发出结构和性能很好的新型填料，其对c 0 d 的去除率达9 0 以上，对b 也存较 高的去除效果。： 3 ) 卡波菲尔反应器将传统的曝气方式改为常压曝气，使氧转移率、充氧 能力和氧利用率提高而降低处理费用和提高处理效率，在欧洲环保领域得到迅速 发展。对于一个约2 5 0 0 头出栏的养牛场，仅需2 7 一容积的反应嚣，由予“连泥 带水”一统处理，不需要初沉池，减少了投资费用。套禽泼水经过好氧降解后， 粪便无臭、无害且易于分离，可作农灌和肥料，具有安装、运行麓单，可适应鑫 类不同的畜禽废水的优点【5 l 。 4 ) 用特征氧化还原电位控制畜禽养殖场废水处理系统该研究是令工艺 控制的新方法，用氧化还原电位控制一个两段式s b r 系统，试验结果表明：1 ) 因为氧化还原电位实时控制反应体系可以随生物污泥滔性程进水特征两鑫动调 节h r t ，所以体系可以不受进水波动而得至6 稳定的出水水质，保证营养性物质得 载魄较彻底的去除。2 ) 用n b p ( n i t r o g e nb r e a kp o i 眦) 炸为控制点，可使反磷 化阶段有足够的碳粥不必外加碳源，并能在反硝化阶段将这部分碳去除，而且在 磷释放时也不需要v f 矗( 如乙酸等) ；3 ) 设置了一个低氧化还原毫位，作为受芬 控制点来保证足够的碳源进入体系，从而促进反硝化和释磷f 6 】。 ( 二) 厌氧工艺 1 ) 一个用于热带地区规模化养殖场废水处理的简便工艺浚工艺【7 】是一个 三段式厌氧处理系绕，包括搅拌、调节( 均匀化) 、生物反应、爨水稳定凡个单 元。试验表明，最佳操作条件为：0 l r = 2 9 5 盯v s ( l d ) 、h r t = 3 1 7 d ( 反应器l 、 2 、3 分别为：5 、1 3 3 、1 3 3 d ) 、邀水t s = l l o 5 9 l 。此对工艺 v s 去豫枣为 6 9 6 ，反应器2 、3 的产气率为0 9 7 2 l ( l d ) ，甲烷产率为0 4 1 9 l g t v s 。该 工慧滚程麓单，性能稳定，污泥稳定性离，经济霹行性好，适于热带地区场邋有 限的小规模莽殖场使用，也能引入拟建的大型污水处理厂使现场操作人工和基建 费用最少。 2 ) 生产规模的厌氧s b r 扁动中产甲烷菌群的动态研究该研究【8 】通过对一 个生产麓模的处理赛禽废水的厌氧一鼯r 工艺系统痞动过程中产甲婉菌群动 态的研究发现，产甲烷菌群动态特征与工艺操作参数及运行参数有关，所以认为： 郑州大学硕士学位论文奶牛场废水综合处理工艺研究 启动过程中，仔细监测体系中氨氮含量和挥发脂肪酸的含量并能灵活地实施操作 对该厌氧消化器能正常处理是至关重要的。 ( 三) 混凝沉淀等物理、化学法 1 ) 聚丙烯酰胺絮凝剂治理农业污染物研究认为聚丙烯酰胺是一种很好的 絮凝剂，聚丙烯酰胺( p a m ) 和p a m + c a 0 及p a m + a l 。( s o 。) 。的混合物能滤除养殖场废 水中的细菌、真菌及营养盐。在养殖场废水用作农业灌溉前加入聚丙烯酰胺可以 一方面通过化合作用，使自由的a r 、c a “带负电的营养盐h ：p 0 4 2 、n 0 。一结合，另 一方面通过中性分子的架桥作用使h 。p 仉”、n 0 3 _ 得到去除；不仅能有效防止水土流 失，还能使水中沉积物、营养盐及杀虫剂都得到明显去除。聚丙烯酰胺用于养殖 场废水处理，有如下特点：( 1 ) 低投入：( 2 ) 应用简单快捷；( 3 ) 能与其他污水处理 设施联用。但聚丙烯酰胺对原生性寄生生物和病毒的去除能力还有待于进一步研 究剐。 2 ) 直接充氧对原污水结晶去除养殖场废水中p 矾、”、c a “该工艺。” 是一个包括结晶、曝气、静沉三个单元的连续处理养殖场污水的反应装置，该研 究有两点创新：一是全球范围内首次对原污水直接结晶：二是对于提高p h 值，一 般加碱，其操作困难，该研究改为通过曝气使c 0 2 脱除而提高p h 值。试验表明， 连续曝气直到p h 值= 8 5 时，大部分p 0 。”、m g ”、c a “均结晶，生成m a p 哪g n k p 仉6 h 。o ) 和h a p c a 5 0 h ( p 0 。) 。 ，沉淀速率为3 m h ，静置l h 就会有9 0 沉淀。该工艺处理 养殖场废水的5 0 天操作过程中，p h 值稳定在8 0 l ，曝气4 1 h ，p 0 。”、m g ”、 c a 2 + 去除率为6 5 ，5 1 ，3 4 。 ( 四) 厌氧一好氧组合工艺 1 ) 厌氧一好氧s b r 该工艺“”采用厌氧s b r 对于克服厌氧污泥流失是一种创 新性解决办法。厌氧s b r ，因为投资省、操作灵活、能够生成颗粒污泥而具有较 高的去除效率和工艺稳定性，并能在常温下处理低浓度废水等优点而越来越引起 人们的重视。该工艺处理养殖场废水时发现氮的去除率受回流比影响，回流比越 小，出水n 0 3 一n 含量越高；好氧s b r 中进水阶段发生的部分反硝化和曝气导致的氨 吹脱都会提高氨氮的去除率。试验所得到的总的去除率为：t o c 8 l 9 1 。t k n 8 5 9 1 。 2 ) 生物固定膜和水生植物系统一体化工艺 为了使高浓度畜禽废水的厌氧 4 郑州大学硕士学位论文奶牛场废水综合处理工艺研究 处理一体化，在热带和土地缺乏的美国夏威夷州，一种用于处理冲洗猪粪的原生 污水和厌氧消化排出液的生物固定膜和水生植物( c b f f a p ) 组合处理工艺被系统 地进行观察和研究。结果发现c b f f a p 工艺能去除9 0 以上的总c o d 、9 5 的总有机 氮和9 9 的总悬浮固体物。几乎不需饪何能量输入就能维持系统的运转，节约了 很多能量i 1 2 1 。 3 ) 混合固定生物系统嗣步去除c 、n 工艺姥工艺f 嘲将茨氧污泥与好氧污 泥混合固定在同一个反应器中，用以同时去除c 、n 的一个中间处理系统，需要 氨结晶预处理和石灰压后处理。三种糅气模式( 曝气时阀与非曝气对闻为l ：l 、 1 ：2 和2 ：1 ) 下处理猪场废水的试验结果为：h r t = 3 0 h ，曝气方式为曝气q 曝气 时阔为l ：l ，加入镁盐使氨结晶时，n 去除效采疑好，为9 5 。l 1 溅，t c 8 3 5 士2 2 ，s c o d8 4 1 士1 1 ，石灰后处理又去除t c o d5 9 6 士2 7 ，t p9 8 o 士o 麟。所以该工艺可用于场地有鼹舱畜禽稀释废水的处理。 4 ) 西液分离一u n t t a n k ( 曝气池1 一曝气池2 沉淀池) 一絮凝工艺比利 时疆格颠( s e g l e r s ) 公司磺究开发出一种工蛾秘城市污拳综合、持续和先进豹 处理工艺一u n i t a n k 工艺1 1 2 】。该工艺把生物曝气池分为a 、b 、c 三个单元，在第 一主要过程孛，矗、8 为曝气漩、c 为淡淀浊，劳撵趣剩余污泥。在第一圭要过程 中，c 、b 为曝气池、a 为沉淀池，并排出剩余污泥。第、二主要过程3 h 轮换 交蛰运行，硪达到去除有飙物和残氮双熏晷的。脒i t 州l ( 互艺用于处理猪场废东， 无需先进行茨氧处理，经固液分离后的猪场废水直接进入u n i t a n k 进行延时曝气 处理，当建理出永c 离于9 0 。i l l g 锺辩，暴投艇絮凝裁以改善处理出永水矮。 显然，从国外的工艺发展能得出这样的结论：厌氧一好氧处理工艺比其它单 一处理系绕都有耱对高的处理效率积稳定的处瑷结采，与国内发震不同的跫，国 外在工艺控制手段、物理一化学辅助方法及微生物生态学、形态学应用等方面的 成栗更突出。 1 2 2 国内裔禽粪便处理技术的发展 嚣前，我国集约化养殖业粪便污永处理主要有自然琅沤处理、好氧生物处理 和厌氧生物处理三种方式。 ( 一) 自然堆沤处理 该处理方法1 4 1 是通过简单的沉淀、人工分离将粪使中的干物质进行自然堆 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综合处理工艺研究 沤，发酵后作有机肥返田，分离后的污水集中储存，经自然耗氧处理后，部分用 作农田肥料，其余外排。粪便堆存这种方式造成恶臭熏天、蚊蝇满天、病菌滋生； 同时由于农业生产用肥的季节性，一年中有8 9 个月粪便废水直接外排。目前 全国9 0 9 6 以上的集约化养殖场畜禽粪便是通过这种方式进行处理的。 ( 二) 好氧生物处理 1 ) 水解与s b r 结合的工艺水解过程对c o d c 。有较高的去除率，s b r 对t p 去除率为7 4 1 ，高浓度氨氮去除率达9 7 以上；同时证实氨氮的去除不是吹脱 所致而是生物降解的作用。”。 2 ) 混凝一脱氨一好氧生化工艺是针对单一好氧及厌氧一好氧处理猪场废 水难以实现n h 3 一n 达标而开发的一种工艺“。经石灰乳混凝沉淀，去除水中的大 部分胶体物质和悬浮物，同时可去除一部分难降解物质；曝气脱氨，使水中氨氦 低于2 0 0 m g l ，利于后续生化的进行：好氧生化的容积负荷控制在2 0 3 0 垤 c 。( m 3 d ) ，污泥浓度在4 0 0 0 l i l g l 左右，出水c o d 。及n h 。一n 能够达到上海市 提出的畜牧业排放标准。 3 ) 膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的新型生物化学反应 系统，它用膜取代了传统的一沉池，具有出水稳定、活性污泥浓度高、抗冲击负 荷能力强、剩余污泥少、装置结构紧凑、占地少等特点。该工艺“7 3 处理猪场废水 可达国家一级排放标准，但需要注意几点：( 1 ) 预处理必不可少；( 2 ) p h 值是 很重要的参数，最好控制在8 0 左右；( 3 ) 易堵塞，操作、维护要求高，可通过 曝气量解决，并定期清洗；( 4 ) 忌形成泥饼。 ( 三) 厌氧生物处理 1 ) 大中型厌氧沼气工程该工艺是利用厌氧微生物活动将有机物分解为甲 烷、二氧化碳和水。一般通过建设厌氧消化工艺的大中型沼气工程，对高浓度污 水进行集中处理。这种处理方式一般不需消耗能源，处理后废水也可达标排放， 更重要的是可实现废弃物的综合利用，变废为宝、化害为利。利用沼气工程处理 畜禽粪便污水，每去除l k g 有机物可获得一定的清洁沼气燃料( 可发o 6 度电) ； 沼液是可用于生产绿色食品的优质农田有机肥：沼渣经处理后可制成商品化的有 机肥料，部分还可作为饲料用于养鱼等。 2 ) i c ( 内循环厌氧反应器) 工艺试验结果为表明：t p 的去除率5 3 8 ， 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废本综合处理l ：艺研究 c o 雠，去除率8 0 3 ，b o d ；去除率达9 5 8 ，s s 的去除率为7 8 ，日产气量较其 他工艺处理猪场废水时都较高，丽氨氮去除率只有2 1 7 ”。 ( 四) 厌氧好氧组合工艺 厌氧一好氧组合工艺主要有以下几种“： 1 ) 多级酸优一人工湿地处理工艺华南农监大学汪植三等人在“八五” 期间提出“啻禽舍粪便污水多级酸化与人工瀑地串联处理工艺”。该磷究结果得 出c o d 。，由1 5 0 0 0 m g 几降至9 8 4 m g 几，b o d ；由9 0 0 0 m g l ，降至4 9 。4 m g l ，s s 由 1 8 6 0 0 0 1 1 1 9 几降至5 1 5 m g l ，硫纯物由4 8 0 m g 几降至1 3 m g l 。该净化工艺系统 具有以下特点：a ) 自流化，不需任何电力，节省能源，减少6 0 的运转费；b ) 投瓷少、易维修、管理方便；c ) 对猪场污水中重金属清除有效。在土地利用日 益紧张的今天，此工艺在国内推广应用有很大的难度。 2 ) 水捱式沼气池一上流式厌氧过滤床一湿凝一砂滤一水生挺物塘工艺深 圳市藏岗区某猪场3 万头猪粪废水采用此种处理工艺遴萼亍净化处理，处理出水只 能达到国家二级排放标准，臼处理成本高达3 元t 水，这是国内目前为数不多 的比较完整盼猪场疲水处理系统。 3 ) 沉淀池一拜流式厌氧污泥床一曝气池一气浮池一三级氧化螗工艺广东省东 莞市某规模化猪场4 万头猪日排放废水达6 0 0 村以上，原污水c 0 d 浓度高达 6 0 一8 0 0 0 m g l 。中嗣科学院广州能源所采用圈液分离一u a s 8 一生物曝气池一气浮池 一三级氧化塘工艺处理该规模化猪场废水，厌氧处理和曝气池出水c o d 分别为 】3 0 0 瑚g 几和7 3 0 m g l ，总出永c 0 d 迭1 5 0 2 0 0 m g l ，n h 3 n 达3 lm g 几，处理出水 水质达到国家一级蓑 放标准。 通过沈较发现，除了辅戳水解酸化或絮凝沉淀等单元的单一好氧反应器对养 殖场废水能够有较好的处理效果外，其它工艺只能作为处理系统的一个组成单 元，用于过渡域修饰，并不能单独获得较好的出水水质，相比之下厌氧好氧鳃 合处理系统煎u 有稳定满意的处理效果。在国内，厌氧一好氧处理工艺处理养殖场 废水在机理上已经得到一致认可，但生产性应用仍然较少，即使投入生产应用的， 由于其运行成本较奇、工艺复杂，背离了国内养殖行业地域性差别大、低利润， 慨资金支持、低技术含量这一大的背景。 * ，。：，。a#hk：；。：；。；_f；，。口；* 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综合处理工艺研究 1 3 本课题研究内容与意义 本课题经过考察、论证，针对目前国内外( 特别是国内) 关于此类废水治理 方法单、未考虑氨氮去除、成本较高、综合处理工艺实际生产应用较少的现状， 拟采用a b r 厌氧消化处理一絮凝沉淀处理一i c e a s 好氧生化处理的组合工艺来处理 奶牛场废水，工艺流程图如图卜l 所示；以使出水能达到畜禽养殖业废水水质排 放标准，从而实现回收能源、回用农业的目的，并初步摸索工艺参数为进一步工 程应用提供科学依据。 图1 _ 1 奶牛场废水综合处理工艺流程图 f i g i u e l lf l o wc l m no f m i l kc a n l cw 硒t 哪a t 盯 本课题主要作了两方面的工作：一是反应器的选择，通过研究查证，选择 a b r _ 絮凝沉淀一i c e a s 作为工艺的三个单元；二是分别针对三个单元以实际污水 为处理对象，进行了厌氧单元的中温全负荷启动和常温性能测试、工艺参数摸索、 絮凝剂的选择及性能研究以及好氧处理单元的接种启动和工艺参数摸索。通过试 验研究，基本上对该工艺处理高氨氮、高纤维、高有机物浓度污水的性能获得了 肯定的结论，认为符合该类废水处理要求，尤其是针对畜禽养殖业的微利性，该 工艺值得推广。 塑型查茎堡主堂焦笙茎 塑生堑堕查堡鱼竺里三! ：! ! 塑 第二章污水处理技术发展状况 2 1 好氧处理技术的发展 2 1 ，1 活- i 生污泥法的发展历程 图2 1 活性污泥法发展历程 f i g u r e 2 1d e v e l o p h l e n tc o u r s eo f a c t i v a t e ds l u d g em e t l l o d 2 1 2s b r 工艺的发展 序批式活性污泥法【2 0 l ( s b r ，s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 是早在1 9 1 4 年 就由英国学者a r d e r n 和l o c k e t 发明了的水处理工艺。7 0 年代初，美国n a t r e d a m e 大学的r i r v i n e 教授采用试验室规模对s b r 工艺进行了系统深入的研究，并于1 9 8 0 年在美国环保局( e p a ) 的资助下，在印第安那州的c u l w e r 城改建并投产了世界 上第一个s b r 法污水处理厂。我国是近1 0 多年来才开始对s b r 污水生物处理工艺进 行研究的。1 9 8 5 年，上海市政设计院为上海吴淞肉联厂设计投产了我国第一座s b r 污水处理站，设计处理水量为2 4 0 0 t d 。经几年的实际运行实践表明了良好的处 9 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综合处理工艺研究 理效果。 2 1 2 1s b r 法的由来及特点 s b r 法是污水活性污泥法处理的先驱。早在1 9 1 4 年，a r d e n 和l e c k e t 首次 提出活性污泥法的概念时采用的操作方式是间歇的，当时称为充入一排出处理 法。但由于受到当时控制技术水平的限制，这种间歇式操作方式只适合于小规模 的污水处理。1 9 2 0 年以后，由于污水处理厂的规模逐渐大型化，连续流的处理 方法取代了间歇处理方法，使其未能得到发展。 运行操作繁琐是制约s b r 法应用与发展的决定因素。近年来，随着电子计算 机技术的进步和迅速发展，特别是计算机自动控制系统的应用，这个问题可以迎 刃而解。与传统污水处理工艺不同，s b r 技术采用时间分割的操作方式替代空间 分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置沉淀替代传统的动态 沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，s b r 技术的核心是s b r 反应 池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。正是 s b r 工艺这些特殊性使s 隙法处理系统具有以下特点【1 9 0 3 】： ( 1 ) 工艺简单，节省费用 原则上s b r 法的主体工艺设备，只有一个间歇反应器，它与普通活性污泥法 工艺流程相比，不需要二次沉淀池、回流污泥及其设备，一般情况下不必设调节 池，多数情况下可省去初次沉淀池，比用普通活性污泥法节省基建投资3 0 9 6 多。 不用污泥回流，降低了运行费用和省掉了回流设备费。 ( 2 ) 时间上具有理想的推流过程，使生物反应推力大、效率高 这是s b r 法最大的优点之一。在s b r 法反应器中的底物和微生物浓度是变化 的，而且不连续，因此它的运行是典型的非稳定状态。而在其连续曝气的反应阶 段，也属非稳定状态，但其底物( 与有机物或b o d 等价) 和微生物( 札s s ) 浓度的变 化是连续的。这期间，虽然反应器内的混合液呈完全混合状态，但是其底物与微 生物浓度的变化在时间上是一个推流过程，并且显现出理想的推流状态。 ( 3 ) 运行方式灵活，脱氮除磷效果好 s b r 法为了不同的净化目的，可以通过不同的控制手段，灵活地运行。s b r 法可采用限制性曝气或半限制性曝气运行方式，可以在时间序列上实现缺氧好 氧或厌氧缺氧好氧的结合，并控制每一部分合适的时间比例，就能得到较好的 弘 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综台处理工艺研究 脱氮除磷效果。 ( 4 ) 防止污泥膨胀的较好工艺 污泥膨胀多为丝状性膨胀，在活性污泥法中间歇式最不易发生膨胀，完全混 合式最容易引起膨胀，按照发生膨胀难易程度的排列顺序是：间歇式、传统推流 式、阶段曝气式和完全混合式，同时发现其降解有机物( 对易降解污水) 速率和 效率的高低，也遵循这个排列顺序。s b r 法能有效地控制丝状菌的过量繁殖。 ( 5 ) 耐冲击负荷，处理能力强 s b r 法虽然对于时间来说是一个理想的推流过程，但是就反应器本身的混合 状态仍属典型的完全混合式，因此具有耐冲击负荷和反应推动力大的优点。而且 由于s b r 法在沉淀阶段属于静止沉淀，加之污泥沉降性能好与不需要污泥回流进 而使反应器维持较高的m l s s 浓度，所以具有更强的耐冲击负荷、处理有毒或高 浓度有机废水的能力。 ( 6 ) 对脱氮菌的培养和优势菌的稳定有利 脱氮菌的培养和保存需要间歇式的运行条件和静态沉降环境，s b r 生物处理 工艺，给脱氮菌的培养和菌的稳定提供了适宜的条件。 ( 7 ) s v i 值低 污泥具有良好的凝聚沉降性能，降低出水悬浮物浓度。采用限制性曝气和半 限制性曝气的运行方式，充水期的低溶解氧状态可以有效地抑制丝状菌的生长。 ( 8 ) 具有较高的氧转移推动力 s b r 法的运行工况是以间歇操作为主要特征。所谓序列间歇式有两种含义； 一是运行操作在空间上是按序排列、间歇的，由于污水大都是连续排放且流量波 动很大，这时间歇反应器( s b r ) 至少为两个池或多个池，污水连续按序列进入 每个反应器，它们运行时的相对关系是有次序的，也是间歇的；二是每个s b r 的运行操作，在时间上也是按规定次序排列的、间歇的，一般可按次序分为五个 阶段，即进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段，称为一个运行周期。一个周期内， 在不同时间里完成有机物氧化、硝化、脱氮、磷的吸收和释放等生化过程。s b r 不需设置二次沉淀池。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合 液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水性质，出水质量与运行功能要 求灵活掌握。比如在进水阶段，根据进水时间和曝气时间的关系进行划分，可分 郑州大学硕士学位论文奶牛场废水综合处理工艺研究 为：( 1 ) 限制曝气：进水阶段不进行曝气；( 2 ) 非限制曝气：进水和曝气同步；( 3 ) 半限制曝气：进水一定时间后开始曝气；( 4 ) 脉冲曝气：按一定规律间断或脉冲 方式曝气。为了生物脱氮，可以曝气后搅拌，沉淀后再次曝气或曝气与搅拌交替 运行。剩余污泥可以在闲置阶段排放，也可以在排水阶段或反应阶段后期排放。 s b r 生物原理可归结为缺氧( 进水阶段) ( a 】) 一好氧( 曝气阶段) ( 0 ) 一缺氧( 沉 淀、排水、休闲阶段) ( a ：) 有序结合周而复始。可简记为：a 一旷a 。一a l ，其中上一 周期留下来的高活性微生物在进水搅动下与新入池的优质底物接触，发生生物接 触，发生生物吸收、吸附反应；随后曝气，有机底物被氧化成无机物，c o ：和h ：0 ； 然后停止曝气，进入沉淀、排水、闲置阶段，混合液中氧气和食物逐渐耗尽，微 生物进入内源呼吸状态。活性污泥的数量和活性又恢复到起始状态。 2 1 2 2s b r 工艺的发展 传统或经典的s b r 工艺形式在工程中存在一定的局限性。譬如，若进水流量 大，则需调节反应系统，从而增大投资；而且对出水水质有特殊要求，如脱氮、 除磷等，则还需对工艺进行适当改进。因而在工程应用实践中，s b r 传统工艺逐 渐产生了下面几种主要的形式： 1 ) 间歇式循环延时曝气活性污泥法( i c e a s ，i n t e l l n i t t e n tc y c l i ce x t e n d e d s y s t e m ) 是在1 9 6 8 年由澳大利亚新威尔士大学与美国a b j 公司合作开发的。1 9 7 6 年世界上第一座i c e a s 工艺污水厂投产运行。i c e a s 与传统s b r 相比，最大特点 是：在反应器进水端设一个预反应区，整个处理过程连续进水，间歇排水，无明 显的反应阶段和闲置阶段，因此处理费用比传统s b r 低。由于全过程连续进水， 沉淀阶段泥水分离差，限制了进水量。 2 ) 好氧间歇曝气系统( d a t i a t ，d e m a n da e r a t i o n t a n k i n t e r m i t t e n tt a n k ) 是由天津市政工程设计研究院提出的一种s b r 新工艺。主体构筑物是由需氧池 d a t 池和间歇曝气池i a t 池组成，d a t 池连续进水连续曝气，其出水从中间墙进 入i a t 池，i a t 池连续进水间歇排水。同时，i a t 池污泥回流d a t 池。它具有抗 冲击能力强的特点，并有除磷脱氮功能。 3 ) 循环式活性污泥法( c a s s ，c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) 是g o t o n s z y 教授在i c b a s 工艺的基础上开发出来的，是s b r 工艺的一种新形式。将i c e a s 的 预反应区用容积更小，设计更加合理优化的生物选择器代替。通常c a s s 池分三 郑州大学硕士学位论文 奶牛场废水综合处理工艺研究 个反应区：生物选撵器、缺氧区和好氧区，容积比一般为l ：5 ：3 0 。整个过程 间歇运行，进水同时曝气著污泥回漉。该处理系统具毒赊氮脱磷功能。 4 ) u n i t a n l ( 单元水池活性污泥处理系统是比利时s e g h e r s 公司提出的，它 是s b r 工艺的又一种变形。它集合了s b r 工艺和氧佬沟工艺的特点，一体化设计 使整个系统连续进水连续出水，而单个池子相对为间歇遴水间歇摊水。此系统可 以灵活的进行畦阕和空闻控翻，适当的增大水力停整时潍，可以实现污水的脱氮 除磷。 5 ) 改良式序列焖歇反应器( m s 踩，淝d i f i e ds e q u e n e i n gb a t c hr e a c t o r ) 是y y a n g 等人根据s b r 技术特点结合a 屯“0 工艺，研究开发的一种更为理想的污水 处理系统。采用单浊多方格方式，在恒定水位下连续运杼。逮常潲b r 池分为主曝 气池、序批池1 、序批池2 、厌氧池a 、厌氧池b 、缺氧池、泥水分离池。每个周期