（环境工程专业论文）4smbr处理养猪废水的工程启动研究.pdf

摘要 摘要 随着我国市场经济的发展，城市“菜篮子工程”的实施，养殖业规模化和 集约化得到了空前的发展。目前，规模化养殖业废水排放已经成为了农村污染 的主要来源。而4 s m b r 作为一种处理新技术，已经在生活废水处理领域体现 出了很好的处理效果。因此，本文是对经过预处理后的养猪废水，利用4 s m b r 对其进行处理，通过对4 s m b r 设备的现场工程调试，探讨设备对养猪废水中 各污染物的处理效果及设备启动条件，得出以下结论： ( 1 ) 在t 1 0 ，4 s m b r 经过连续启动2 0 d 运行中，设备对养殖废水中各 染物的处理都有一定的效果，进水水质在c o d c r8 0 f f - - 1 5 0 0 m g l ，s s 8 0 0 1 2 0 0 m g l ，t p l 5 - 3 5 m g l ，氨氮2 5 0 - - 4 0 0 m g l ，t n 在3 0 0 - - 4 5 0 m g l ，出水c o d e r 、 s s 、t p 三项指标去除率分别达8 5 、9 9 9 、7 0 ，而氨氮、t n 两项指标的去 除效果几乎为o 。 ( 2 ) 维持设备进水c o d c r 在1 0 0 0 m g l ，氨氮2 5 0 m g l ，t n3 5 0 m g l ，t p 2 0 m g l ，s s1 0 0 0 m g l ，在t 1 0 、1 0 t 1 5 两个不同温度段对设备去除效 果的影响，得出在一定温度范围内，升高温度的有利于c o d 、氨氮、t n 的去除， 而对s s 的去除效果的影响不大，但对t p 去除效果却有不利影响，并且低温对 设备启动影响较大，特别是对硝化菌的培养和氨氮的去除影响较大。 ( 3 ) 随着水温的回升( 1 5 。c - 2 0 。c ) ，设备经过重新接种2 3 m 3m l s s 为 1 0 0 0 0 m g l 、s v 为3 0 的活性污泥后，设备氨氮去除率迅速上升至9 5 以上， 出水氨氮浓度降至5 m g l 以下，设备最后出水浓度c o d c r ，b o d 。，n h ，- n ， t p ，s s 分别达8 9 8 1 m g l ，1 0 5 0 m g l ，1 1 7 m g l ，7 2 8 m g l ，1 0 0 m g l ，优于 畜禽养殖业污染物排放标准( g b t 1 8 59 6 2 0 0 1 ) ，且达到农田灌溉水质标 准( g b 5 0 8 4 2 0 0 5 ) 。 ( 4 ) 整体上看，4 s m b r 对t p 平均去除率达到6 0 ，出水1 1 p 平均在6 m g l 左右，并通过分析得出系统部分除磷是依靠传统的生物除磷机理实现的，部分 磷的去除是通过磷气化转移到大气中实现的。 ( 5 ) 设备在实际调试过程中会出现诸多的问题，如泡沫、结晶结垢、出水 浑浊等等，而这些问题的解决都需要现场的观察和分析。 关键词：4 s m b r ：磷气化：养猪废水； a b s t r a c t a b s t r a c t 丽t 1 1t h ed e v e l o p m e n to fm a r k e te c o n o m yi nc h i n a , a n dt h ei m p l e m e n t a t i o n o f v e g e t a b l eb a s k e tp r o j e c t ”i nc i t y ，t h es c a l ea n di n t e n s i v eb r e e d i n gi n d u s t r ye n j o y a n u n p r e c e d e n t e dd e v e l o p m e n t a tp r e s e n t , l a r g e s c a l eo fb r e e d i n gi n d u s t r y w a s t e w a t e rh a sb e c o m et h em a i ns o u r c eo fr u r a ln o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n 4 s - m b r a sak i n do fn e ww a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , i th a sr e f l e c t e dt h ee x t r a o r d i n a r y a c h i e v e m e n ti nd o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n t t h e r e f o r e ，t h i sa r t i c l ew a sb a s e do n 4 s - m b rp r o c e s s i n gw a su s e dt ot r e a tt h ep r e t r e a t m e n tb r e e d i n gw a s t e w a t e r , t h r o u g h t ot h eg s m b re q u i p m e n to ft h ef i e l de n g i n e e r i n gc o m m i s s i o n i n g ，a n a l y s i st h e s t a r t - u pc o n d i t i o no f 4 s - - m b re q u i p m e n ta n dt h et r e a t m e n tr a t eo ft h ep o l l u t a n t si n b r e e d i n gw a s t e w a t e r t h er e s u l to ft h er e s e a r c hw a sc o n c l u d e di nt h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) t h ee a r l yp e r i o do fs t a r t - u p ，a f t e r4 s m b rs l u d g e - s e e d e d ，a n dt h er e m o v a l e f f e c t so ft h ec o d ，s s ，t pt h r e e p o l l u t a n t si nb r e e d i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta r e i d e a l ，a r e8 5 、9 9 9 、7 0 ，b u tt h er e m o v a le f f e c t so ft h en i - 1 3 - n ，t nt w op o l l u t a n t s i nb r e e d i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta r e0 , a n dl o wt e m p e r a t u r eh a sg r e a te f f e c t o nt h e s t a r t u po fe q u i p m e n t ，e s p e c i a l l yt ot h ec u l t i v a t i o no ft h ed e n i t r i f y i n gb a c t e r i aa n d a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f e c t ； ( 2 ) k e e p i n gt h e c o n c e n t r a t i o no fc o d 、n h 3 - n 、t n 、t p 、s si ni n f l o w a r e10 0 0 m g l 、2 5 0 m g l 、35 0 m g l 、17 m g l 、10 0 0 m g l ，d i f f e r e n tw a t e rt e m p e r a t u r e f i e l d s ( t i o 。c 、1 0 。c t 1 5 * c ) h a sd i f f e r e n ti n f l u e n t so nr e m o v a le f f e c t s ，a n dh i g h t e m p e r a t u r ei sb e t t e rt h a nl o wt e m p e r a t u r e ； ( 3 ) a st h ew a t e rt e m p e r a t u r ee l e v a t e d ( 1 5 t 乜0 ) ，g s - m b rh a sg o o d r e m o v eo nc o d ，s s ，t pt h r e ep o l l u t a n t si nb r e e d i n gw a s t e w a t e r ，i nw h i c h ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc o di no u t f l o wi s15 0 m g l ，i t sr e m o v a lr a t ei s 8 5 ；t pi sa b o u t6 m g l ，r e m o v a lr a t ei s7 8 ，a n ds si sb l o w5 m g l ，r e m o v a lr a t ei sn e a rt o10 0 ，b u tt h e r e m o v a le f f e c t so ft h en h 3 一n ，t nt w op o l l u t a n t si nb r e e d i n gw a s t e w a t e ra r en e a r0 ； 4 s - m b rw a s s l u d g e - - s e e d e ds e c o n d l y , t h er e m o v a lr a t eo fn h 3 - na n dc o dh a v e ag r e a ti m p r o v e m e n t ，e s p e c i a l l yt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 3 - nf r o m0q u i c k l y r o s et om o r et h a n9 5 i nt w ow e e k s ，a n dt h ee f f l u e n tn h 3 - nf a l lt o10m g l ，a n d a b s t r a c t c o d e r ，b o d 5 ，n h 3 - n ，t p , s si no u t f l o ww e r e8 9 81m g l ，10 5 0 m g l ，1 17 m g l ， 7 2 8 m g l ，1 o o m g l ，s u p e r i o r t ot h en a t i o n a ll i v e s t o c ka n d p o u l t r yw a s t ew a t e r d i s c h a r g es t a n d a r d s ； ( 4 ) o v e r a l l ，4 s - m b rh a sag o o dt r e a t m e n te f f e c to nt p ，a n da n a l y s i st h e p h o s p h o r u sr e m o v a li ns y s t e mw h i c hi sa c h i e v e dn o to n l yb yt r a d i t i o n a lb i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a lb u ta l s om a i n l yt h r o u g ht h ep h o s p h o r u sg a s i f i c a t i o nt r a n s f e rt o t h ea t m o s p h e r e ，t h a ti s ，t h r o u g ht h eg a s i f i c a t i o np h o s p h o r u sr e m o v a lo fr e a l i z a t i o n ( 5 ) t h e r ea r em a n yp r o b l e m sw h i c hw i l lb em e e ti nt h ea c t u a lp r o c e s so f 4 s m b r ，s u c ha st h eb u b b l e ，c r y s t a l l i z a t i o na n ds c a l i n g ，e f f l u e n tt u r b i d i t ya n ds oo n ， a n dt h es o l u t i o no ft h e s ep r o b l e m sa r en e e do b s e r v a t i o na n da n a l y s i si nf i e l d s k e y w o r d s ：4 s m b r ；p h o s p h o r u sg a s i f i c a t i o n ；l i v e s t o c kw a s t e w a t e r ； i v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 我国是世界上1 3 个贫水国家之一，人均拥有淡水资源仅占世界平均水平的 1 4 ，处于严重缺水边缘。目前，我国每年都会有大片地区处于严重干旱，城市 出现断水，饮用水供应困难，而农村则土地干旱，严重影响农业生产，甚至出 现人畜饮水困难。在资源性缺水的同时，许多河流由于污染而失去了使用价值， 造成了水质性缺水，因此，水体污染已经引起了广泛关注。 随着居民生活水平的提高，肉蛋奶的需求不断增加，养殖业逐渐向规模化、 集约化发展，养殖规模化即意味着产生的粪便和污水更加集中，如不能有效处 理，将会带来大气、水体、土壤等许多环境问题。目前，规模化养殖已经成为 了农村污染的一大主要来源。据统计，全国的规模化养殖所带来的污染已经超 过了工业污染和生活污染的总和卜2 1 。根据广东省生猪生产发展总体规划【3 】，到 2 0 12 年广州生猪出栏量要超过2 6 0 万头，并主要建设大型集约化规模生猪养殖 场。 养殖场废水【4 】悬浮物多、氨氮浓度高、有机浓度高、臭味大，而且还含有随 畜禽排泄出来的病原体和重金属等特性，此外，还由于其排放量大，处理难度 大而不达标排放，已经给我国水环境带来了严重的危害。因此，在严格控制造 畜禽养殖废水不达标排放的同时，还要寻求出一种高效合理的高浓度有机废水 处理技术，使处理后废水能够满足越来越严格的排放标准，从而减小畜禽养殖 业给环境带来的危害，同时实现处理出水可回用，以缓解当代水资源危机的目 标。 1 2 养猪废水处理的研究 1 2 1 养猪废水的污染现状 养猪废水主要包括部分猪粪水、猪尿、猪舍冲洗水、残余饲料、场内职工 生活污水等【5 “】。目前，清粪方式主要有干清粪、水冲粪和水泡粪三种，其中水 冲粪和水泡粪清污占7 5 ，干清粪占2 5 。不同清粪方式对废水排放量和废水 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 我国是世界上1 3 个贫水国家之一，人均拥有淡水资源仅占世界平均水平的 1 4 ，处于严重缺水边缘。目前，我国每年都会有大片地区处于严重干旱，城市 出现断水，饮用水供应困难，而农村则土地干旱，严重影响农业生产，甚至出 现人畜饮水困难。在资源性缺水的同时，许多河流由于污染而失去了使用价值， 造成了水质性缺水，因此，水体污染已经引起了广泛关注。 随着居民生活水平的提高，肉蛋奶的需求不断增加，养殖业逐渐向规模化、 集约化发展，养殖规模化即意味着产生的粪便和污水更加集中，如不能有效处 理，将会带来大气、水体、土壤等许多环境问题。目前，规模化养殖已经成为 了农村污染的一大主要来源。据统计，全国的规模化养殖所带来的污染已经超 过了工业污染和生活污染的总和卜2 1 。根据广东省生猪生产发展总体规划【3 】，到 2 0 12 年广州生猪出栏量要超过2 6 0 万头，并主要建设大型集约化规模生猪养殖 场。 养殖场废水【4 】悬浮物多、氨氮浓度高、有机浓度高、臭味大，而且还含有随 畜禽排泄出来的病原体和重金属等特性，此外，还由于其排放量大，处理难度 大而不达标排放，已经给我国水环境带来了严重的危害。因此，在严格控制造 畜禽养殖废水不达标排放的同时，还要寻求出一种高效合理的高浓度有机废水 处理技术，使处理后废水能够满足越来越严格的排放标准，从而减小畜禽养殖 业给环境带来的危害，同时实现处理出水可回用，以缓解当代水资源危机的目 标。 1 2 养猪废水处理的研究 1 2 1 养猪废水的污染现状 养猪废水主要包括部分猪粪水、猪尿、猪舍冲洗水、残余饲料、场内职工 生活污水等【5 “】。目前，清粪方式主要有干清粪、水冲粪和水泡粪三种，其中水 冲粪和水泡粪清污占7 5 ，干清粪占2 5 。不同清粪方式对废水排放量和废水 第l 章绪论 水质存在较大差异，通常水冲式产生的污水排放量大，由于污水和粪尿混杂在 一起，所产生的污水高悬浮浓度、有机物浓度高，而这种混合污水不利于后续 处理，且固液分离后的干物质肥效低；干清粪方式中粪水分离，产生污水量少， 粪便养分流失少，肥效高，经处理后可作为高效有机肥，且水冲式清粪方式有 机物浓度干清粪方式的2 倍，氨氮浓度是干式清粪方式的4 5 倍。 规模化养殖场会集中排放大量的养殖废水，而这废水含有粪水、尿等，该 类废水具有悬浮物多、氨氮浓度高、有机浓度高、臭味大，此外，还有可生化 性好、水质变化较大、水量大、难收集危害大的特点，而且还富含某些重金属， 因此已成为了城市和农村的新兴污染源。有资料表明【| 刀，一般猪场废水的b o d 可达到2 0 0 0 8 0 0 0 m g l ，而c o d 达到5 0 0 0 2 0 0 0 0 m g l ，其对环境的影响归纳为 以下几方面： a 、对水体的污染1 8 i 养殖废水是富含大量病原体的高浓度有机废水，生化指标相当高，如猪粪 尿混合排出物的化学需氧量最高可达1 0 0 9 l ，细菌总数可达1 0 4 1 0 5 个m l ，高 浓度的废水不经处理直接集中排入水体，大量消耗水体中的溶解氧，引起水体 变色、发黑。水中的n 、p 等营养元素会促使水体富营养化，藻类水草疯长，水 生生物部分死亡，甚至威胁鱼类生存，造成地面水水质的严重恶化。此外，有 毒有害物质易进入地下水，由于地下水可恢复性差，将造成持久性污染。 b 、对大气的污染 由于养殖废水富含含动物排泄物，且这类排泄物易腐败发酵，产生h 2 s 、 n h 3 、胺、硫醇、苯酚以及粪臭素、乙醇等恶臭气体，严重影响饲养人员健康和 养殖场周边的大气环境质量。此外，所排放的废气中的氮沉降会引发酸雨、水 体富营养化，甚至臭氧浓度变化，构成当前环境危害的重大因素。据数据显示【9 】， 1 9 9 2 年英国年氨气排放量达6 3 0 万吨，其中畜禽养殖业氨气排放就占到了8 5 左右。由此可见，畜禽养殖业氨气排放已构成大气氨气排放的主要来源。 c 、对农田和作物的影响 少量的养殖废水直接进入农田土壤，废水中的有机物和氨氮可被土壤中的 微生物降解，其中含氮有机物被降解成为胺、硝酸盐、亚硝酸盐等无机氮；其 它有机物降解为二氧化碳和水，污染物质在土壤中得到自然净化【10 1 。若过量的 养猪废水进入土壤，污染物质超过了土壤的自净能力，便会出现污染物降解不 完全或厌氧腐化，并产生h 2 s 等恶臭气体，且废水中的大量的s s 会造成土壤孔 2 第1 章绪论 隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降和板结、盐化，严重影响土壤质量。此外， 农作物会由于过量的废水造成作物疯长、长青、倒伏，严重影响粮食作物和经 济作物的生长，引起作物减产。 d 、矿物元素污染 规模化养殖场大多采用饲料喂养，而畜禽饲料中含有大量的无机磷，约7 5 的无机磷为不能被动物消化吸收的植物磷，这部分磷直接排出体外造成污染。 此外，各饲料生产中普遍采用高锌、高铜、高铁等微量元素添加剂，由于微量 元素的吸收率和利用率都很低，易随动物排泄物进入环境中，造成各种矿物元 素污染。 e 、对动物和人类健康的影响 由于动物排泄物中富含各种致病微生物、寄生虫卵，甚至人畜共患的病原 体，各种病原体随排泄物进入水体，养殖废水如未经消毒杀菌后直接排放，可 能通过水源和蚊蝇传播，引起人类、动物疾病感染，甚至传播人畜共患疾病的 危险，严重威胁人类、动物生命安全。 综上所述，规模化养殖废水富含悬浮物、有机物和氨氮，臭味大，且含病 原体，如未经妥善处理、处置后直接排入环境中，将会对水体、大气、土壤环 境的造成污染，还可能引起动物疾病的传播，严重威胁人类健康。因此，规模 化养殖废水的污染已经引起人们的广泛重视。 1 2 2 养猪废水的处理 据文献1 2 1 可知，国内外养殖废水的处理技术种类丰富多样，根据废水处 理模式的不同，养殖废水处理可分为传统还田处理模式、自然处理模式和工业 处理模式。 a 还田处理模式 传统还田模式是将养殖粪污作为肥料还田，它不仅能够实现污染物零排放， 还能使得废物资源化。传统的家庭分散式养殖户大多采用还田处置的方法。养 殖废水还田后，通过土壤微生物分解和农作物吸收作用，将废水的有机物质降 解为稳定的腐殖质和植物可利用的无机营养盐，可供农作物生长利用，从而减 少化肥的施用，既可以有效的处置污染物，又能够将其中废物中的有用的营养 元素循环于土壤一植物生态系统中。适量的施用粪污水能够改善土壤特性，增加 肥力，提高通透性，促进土壤微生物生长，增加作物产量。此外，还田处置模 3 第1 章绪论 式投资省，不耗能，不需专人管理，运转费低，是一种经济有效的处置方式。 但还田处理模式也存在几点局限性：一、受土地面积的限制，养殖废水还 田处理需要大量土地利用粪污水，每万头猪场至少需要7 h m 2 土地消纳粪污水； 二、季节性的限制，雨季及非用肥季节限制了粪污水还田利用；三、存在畜禽 疾病传播的威胁，同时也有人畜共患病的危险；四、存在对地下水和地表水污 染的危险，特别是重金属和氨氮污染；五、存在一定的大气污染，粪污水降解 过程产生的氨、硫化氢等有害气体，此外还有恶臭味，因此这些气体的排放会 对大气环境造成一定的污染。 因此还田模式适用于远离城市且有足够农田消纳粪污水的地区，特别是常 年需施肥作物的地区，要求养殖场规模小。 b 自然处理模式 自然处理模式主要是指养殖粪污水先经沼气池厌氧发酵，后再采用稳定塘、 人工湿地、水生生物塘及土地处理系统等自然处理系统来处理。该处理模式投 资较省，能耗低，运行管理费用也不高。此外，该处理方式处理产生的污泥少， 基本不需要复杂的污泥处理系统，而且可回收能源c h 4 。 但自然处理也存在一些缺点：一、需要较大的土地面积；二、受气温和季 节的影响较大；三、有污染地下水的危险。 该模式适用于离城市较远，经济欠发达，气温较高且有大量滩涂、荒地、 林地或低洼地可作废水自然处理系统的地区，且要求养殖场规模中等以下。 c 工业处理模式 工业处理模式通常是由预处理、二级生物处理、深度处理、污泥的处理与 处置、沼气净化与贮存利用等组成，常常需要复杂的处理工艺和处理设施。该 处理方式存在处理效果稳定，处理出水能达标排放，且受气温、水质水量、季 节等环境因素的影响较小，但需要投资大，工艺和运行管理复杂，且通常需要 专人管理。它比较适合养殖规模大、废水量大、离市区不远、且土地资源有限 的地区。 1 2 3 养殖废水的处理工艺 养殖废水属于高浓度有机废水，因此主要是利用生物法来处理养殖废水， 常用的生物法包括自然处理技术、好氧处理技术、厌氧处理技术、混合处理技 术。 4 第1 章绪论 a 自然处理技术 自然生物处理技术是指利用自然生态学原理和工程技术相结合，目前常用的 有稳定塘、土地渗滤系统和人工湿地系统等。如【1 3 】简阳市一养猪场将快滤池+ 人 工湿地级慢滤池净化污水+ 农业灌溉的联合工艺来处理养猪废水，该处理工艺对 废水中的c o d e r 、t p 和n h ，n 的去除率较为理想，分别可达7 0 ，8 0 和6 2 ， 但对硝酸盐、亚硝酸盐的去除效果不太理想。 康爱彬等【1 4 】为了研究不同运行参数对处理系统去除效果的影响，他们利用了 人工快渗处理系统对模拟的高浓度养殖废水进行处理，得出了天然中砂是天然 砂中最佳的滤料介质，且在滤料中添加一定的大理石砂有利于去除废水中的氨 氮，提高氨氮去除率；并得到了实验条件下的最佳实验工艺，即在水力负荷为 0 2 6 m 3 d 时，淹水l d ，干化2 d ，处理运行效果最佳。 高春芳等【1 5 】研究了组合生态工艺对猪场养殖废水的净化效果，在研究中采用 了表面流、水平和垂直潜流三种水流方式不同的人工湿地与地下渗滤系统组合 的生态工艺。结果表明，在进水c o d e r7 0 9 2m g l ，t n5 9 7 1 m g l ，n h ，一n5 6 0 4 m g l 和t p 4 2 5m g l 条件下，组合生态系统对c o d e r ，t n ，n h ，n 和t p 的 去除率分别可以达到8 7 ，9 5 ，9 7 和9 5 ，并且研究中还发现，第一级表 面流人工湿地去除了废水中大部分的c o d e r ，n h ，n 和t n 去除却主要集中在 水平潜流和垂直潜流人工湿地中实现的，且水平潜流和垂直潜流人工湿地对溶 解性磷酸盐也有显著的去除效果，而地下渗滤系统对各种污染物都有进一步的 去除效果，起到了稳定出水水质的作用，且垂直潜流比水平潜流的处理效果更 好。 该类技术处理效果较好，投资省、费用低，运行管理方便，在农村及偏远山 区是一类理想的处理技术，但也存在占地面积大，处理效果易受季节、气温的 影响。 b 厌氧处理技术 厌氧处理技术常用于高浓度有机废水的处理，是一种能够降解有机污染物， 同时回收能源的生物处理方法。目前，厌氧处理和沼气工程用于处理养殖废水 的工艺很多，其中常见的有：完全混合式厌氧消化器、厌氧接触反应器、厌氧 生物滤池( a f ) 、折流式厌氧消化池( a b r ) 、上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、 升流式固体床反应器( u s r ) 等。 完全混合式厌氧消化器是在普通的厌氧沼气池基础上增加了搅拌装置，克服 5 第1 章绪论 了普通的厌氧消化器的料液分层、微生物与料液接触不均、温度也不均匀，消 化效率低的特点，它是目前应用最广的厌氧处置装置。它可用于处理悬浮物浓 度很高的污水、污泥、有机残渣和人畜粪便等，该装置有工艺简单、投资省、 产气高等优点，但需要搅拌，而且处理效率不高。 内循环厌氧反应器( i c ) 是一种常见的高效厌氧处理工艺，是8 0 年代中期 荷兰p a q u e 开发的，该工艺具有水力停留时间短、处理效率高等优点。邓良伟 等i l6 j 利用i c 反应器处理猪场废水，反应器容积为1 2 0 l ，水力停留时间维持在 0 8 - 2 d ，进水负荷3 - 7 k g c o d m 卜d 。半年的运行结果表明：试验期间沼气产率 达到1 5 3m 3 m 。d ，c o d c r 、b o d 5 、s s 的平均去除率分别为8 0 3 、9 5 8 、 7 8 5 。且出水c o d c r 浓度随进水c o d c r 浓度的升高而出现上升的趋势，而与 容积负荷的变化关系不大；而出水n h ，n 浓度比进水高，对氨氮基本没有去除 效果；i c 对总氮( t n ) 处理效果不太理想，仅达2 1 7 ，而对总磷( t p ) 的去除 率达到了5 3 8 ，而这两者的去除都是基于沉淀作用实现的。 厌氧滤池( a f ) 是一类新型高效厌氧固定膜生物处理装置，是在上世纪6 0 年代开发出来的。由于该工艺需要添置滤料，因此含悬浮物浓度较高的废水容 易造成填料堵塞，且需要大量填料，总体处理成本较高，所以此工艺一般较适 用于大规模养殖场的废水处理。 折流式厌氧消化池( a b r ) 【l7 j 是由美国的m e c a r t y 等在总结第二代厌氧反应 器的基础上研发的，是由一系列挡板分隔成的多个隔间组成的高效厌氧反应器。 该装置内部各隔室进行独立升流式水流形式，而整体上为推流式，因此该厌氧 反应器具有微生物种群分布均匀、水力条件好、微生物固体截留能力强、设备 结构简单及运行简便、稳定等优点。方圣琼i 2 9 j 等用厌氧挡板反应器( a b r ) 处理猪 场废水，研究在c o d c r 达到9 0 0 0 m g l 1 0 0 0 0 m g l 时，c o d c r 的容积负荷最高 可达6 k g c o d ( m 3 d ) ，水力停留时间4 8 h 左右，出水c o d e r 浓度在 1 5 0 0 2 0 0 0 m g l ，去除率达7 5 8 5 ，原料产气率在0 4 m 3 ( k g c o d ) 左右。另外 研究表明a b r 在厌氧消化过程中对n h ，一n 去除效果较差，且当温度在2 0 4 0 时，温度对a b r 反应器的运行影响不大，进水p h 最好保持在7 以上。 上流式厌氧污泥床( u a s b ) 1 8 】是由荷兰学者l e t t i n g a 首次提出的一类高效 厌氧反应器，由于能维持很高的污泥浓度和尽可能长的污泥泥龄，因此该反应 器对高浓度有机废水具有良好的处理效果，也因此成为了国内外环保人士的关 注焦点。马淑艳等【1 9 】采用上流式厌氧污泥床反应器来处理畜禽废水，对该设备 6 第1 章绪论 的启动研究得到：当进水p h 为7 5 ，水力停留时间为1 2 5h ，对外循环流量4 0 时，c o d 去除效果最佳。赵青玲【2 0 】通过实验研究了u a s b 处理养猪废水最佳工 艺条件，同时也研究了进水浓度、水力上升流速等因素对反应器内污泥颗粒化 的影响，并得出污泥颗粒化速度与进水浓度在一定程度呈正比关系，水力上升 流速对污泥颗粒化有重要影响，而低s s 不利于污泥颗粒化。 升流式固体床反应器( u s r ) 【2 1 】是一种新型厌氧反应器，常用于处理高固体 浓度的废水，与u a s b 反应器相比，它结构更简单，内部不设三相分离器和其 它构件是它的最大构造特点。它具有控制和管理简单，有机负荷高，不易堵塞， 抗冲击能力强等优点。学者e s a n c h e z 2 2 】等研究了热带气候条件下，进水浓度和 h r t 的运行参数对升流式厌氧固定床反应器处理养猪废水效果的影响，并得出 底物去除率和污水进水水质有关。 a s b r ( 厌氧序批间歇式反应器) ，是9 0 年代由美国i w a 州立大学提出的 一种新型高效厌氧反应器。该反应器延长了污泥停留时间，大大提高了污泥浓 度，即活性微生物浓度增加，从而提高了反应器的处理负荷和处理效率，减小 了反应器容积。a s b r 与u a s b 、i c 等厌氧处理工艺相比，具有抗冲击负荷强、 结构简单、处理效率高、投资少等优点。 而以下几点因素限制了单一厌氧处理技术的广泛应用：一、厌氧生物处理技 受温度、p h 等环境因素的影响很大；二、厌氧出水水质不好；三、产生的沼气 存在爆炸的危险，增加大气温室气体等。 c 好氧处理技术 好氧处理技术l 是利用好氧微生物在有游离氧条件下降解污染物，部分有机 物同化合成生物体细胞，另一部分有机物最终能被降解成为简单的无机物。常 用处理工艺有s b r 、氧化沟、a o 、活性污泥法、生物滤池等。 s b r 是1 9 世纪2 0 年代发明的污水处理工艺。由于s b r 工艺间歇式进水和 出水，工艺简单，能同步脱氮除磷，同时还可避免二沉池和污泥回流设施，因 具有占地面积小、抗冲击负荷强、管理运行方便，运行费用低、出水水质好等 优点而逐渐得到广泛应用【2 4 1 。d o b a j a 2 5 】等研究利用s b r 处理初始氨浓度为 1 5 0 0 m g l ，磷浓度为1 4 4 m g l 的养猪废水，控制工艺运行3 天，s r t 污泥停留 时间1 天，水力停留时间1 1 天，得到9 9 的氨氮去除率和9 7 3 的磷去除率， 并【2 6 】研究了让s b r 反应器利用养猪废水的内源性有机碳去除废水中的氨氮和 磷，并得到了较好的去除效果。 7 第1 章绪论 s b r 经过9 0 多年的发展，根据水质条件，逐步在设计和运行中产生了多种 形式，常用的有：i c e a s 工艺、c a s s 工艺、u n i t a n k 系统、多级s b r 串联 系统、d a t i a t 工艺等1 2 7 j 。 间歇式循环延时曝气活性污泥法简称为i c e a s ，是在1 9 6 8 年首次提出的一 种新型活性污泥法。与传统s b r 相比，该反应器在进水端设一个预反应区，使 得设备可以连续进水，减少了运行操作的复杂性。由于连续进水，系统沉淀效 果下降。张仕立等【2 8 j 利用i c e a s 反应器处理高浓度养殖废水，得出：在hr t = 1 2 曝气时间8h ，进水c o d c r 为7 5 0 m g l ，沉淀时间1h ，回流比1 0 0 的条件下， c o d c r 和氨氮的去除效果较好，去除率分别达8 4 9 0 、9 4 9 7 。 循环式活性污泥法( 简称为c a s s ) ，该工艺由生物选择区、兼氧区和主反 应区3 个区域组成。它是在i c e a s 工艺基础上研发的一种新工艺，与i c e a s 相 比，它具有预反应区容积小，生物选择区设计更合理，出水稳定等优点。c a s s 调试存在兼氧和好氧反应器，因此具有有机物去除效果好和脱氮除磷效果佳等 优点，而且其处理周期灵活，抗水质、水量负荷能力强的特点。 u n i t a n k 系统是二十世纪9 0 年代提出的一种s b r 新型工艺，与三沟式氧 化沟运行方式类似，且是连续运行的；m s b r ( 改良式s b r ) 工艺是由a 2 o 和 s b r 系统串联而成，该工艺可以通过控制不同的运转方式完成不同的处理目的； d a t i a t 工艺是s b r 的又一变型工艺，它由天津市市政工程设计研究院首次提 出，该工艺采用连续进水和间歇出水的运行方式。 s b b r ( 序批式生物膜反应器) 是将序批式运行方式和生物膜法结合起来而 形成的一种新型复合式生物膜反应器，它对废水脱氮效果显著。朱春兰等【3 0 】利 用新型s b b r 工艺处理畜禽养殖废水，考察了在不同模式下的脱氮效果，在不 同d o 条件下新型s b b r 反应器的处理效果和氮的转化情况。结果得出新型 s b b r 反应器的脱氮效果受d o 的影响较大，低d o 会影响反应器内的微生物硝 化作用，导致氨氮硝化转化率不高而影响t n 的去除效果；高d o 会影响反硝化 作用不完全而降低t n 的去除效果；当d o 含量为2 0 3 5m g l 时，反应器脱氮 处理效果较好。 t 型氧化沟工艺是一种融合了传统氧化沟、间歇式和多级串联的活性污泥法 处理工艺，它具有自动化控制、工艺流程简单、出水水质好等特点。刘建国等【3 l 】 研究了经过厌氧预处理后的养猪废水，利用t 型氧化沟工艺对该出水进行处理。 得到：t 型氧化沟对猪场废水中的各种有机物均有较好的去除效果，尤其是对氨 8 第1 章绪论 氮。此外，t 反硝化t 硝化为影响脱氮的重要参数，且当t 反硝d t 硝化为0 4 时，系统脱氮 效果最佳，但研究中t 型氧化沟除磷效果欠佳。 此类处理技术存在耗能大，去除污染物不完全，处理出水水质不能满足相关 排放标准。 d 混合处理技术 由于自然生物处理法受土地面积的限制，而单一好氧处理技术和单一厌氧处 理都存在处理难以达标，因此，目前养殖废水一般采用厌氧、好氧和自然生化 法或以它们为主并结合其它处理方法进行优化组合的混合处理技术，但没有固 定的工艺流程。应用较多的处理工艺组合有：厌氧消化一好氧接触氧化、a 2 o 等。刘宇颐等【3 2 】介绍了采用u a s b s b r 混凝沉淀的工程实例，得出工程实例结 果：对于c o d c r 2 0 0 0 3 5 0 0m g l ，n h ，n 3 5 0 1 1 0 0 m g l 的养猪废水，该联合处 理工艺c o d c r 的平均去除率达到9 2 3 ，n h 3 - n 的去除率达到9 0 0 ，其余各 项指标均可以满足相关排放标准的要求。 江西赣州某养殖厂m 】采用集水池水解酸化u a s b s b r - 生物稳定塘工艺， 运行出水水质达农灌水中旱作用水排放标准的要求。 邓仕槐等【3 4 】和杨丽芳等【3 5 】利用氨吹脱塔漂凝沉淀池a b r 复合厌氧反应器 c a s s 好氧反应器沸石过滤器联合工艺来处理高浓度的养殖废水，得到各项出 水指标均优于污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级排放标准。实验表明， 该工艺具有良好的除磷脱氮效果，但运行费用偏高、操作不便，运行管理困难。 林伟华【3 6 】等采用c a s t + s b r 工艺处理畜禽养殖废水的实际工程中，得到了 良好的去除效果，且工艺可靠，运行管理方便。 此类方法存在基建费用大，运行费用高，自控操作复杂，厌氧出水可生化性 降低，容易存在污泥上浮等问题。 1 3m b r 技术 m b r 技术是一种活性污泥与高效膜分离技术相结合的水处理技术，该技术 用膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池，利用膜的高效截留作用，大大提高 了系统的固液分离能力。水力停留时间和污泥停留时间可以分离控制，因此， 活性污泥浓度大大提高，还能够截留生长缓慢的硝化菌和反硝化菌，提高氨氮 的去除效率。因此，引起了水污染控制与治理领域的广泛关注。 9 第1 章绪论 1 3 1m b r 膜生物反应器发展简介1 3 7 - 3 9 l m b r 法是2 0 世纪6 0 年代后期d o r r o l i v e r 公司开发研制的一种新型污水处 理设备，在美国建立了第一个工业化m b r ：进入2 0 世纪7 0 年代以来，由于当 时的膜组件种类少，使用寿命短，而且费用高，这些因素限制了m b r 的广泛应 用和推广。8 0 年代以后，美国、德国大量投入研究m b r ，为m b r 的进一步广 泛应用奠定了基础，1 9 8 0 年后，美国陆续出现了m b r 的建筑中水会用系统， 并逐渐应用于生活污水、工业废水和垃圾渗滤液的处理领域。1 9 9 8 年，在欧洲 的p o r l o c k 城市建立了第一座应用一体化m b r 的生活污水处理厂，在英国成为 了膜生物反应器发展史的里程碑。m b r 膜生物反应器 4 0 】作为2 1 世纪公认的最 具潜力和竞争力的环境治理技术，成为了目前中水回用领域和高浓度有机废水 处理的理想技术，已成为当今有机废水处理与回用领域的研究重点之一。 1 3 2m b r 膜生物反应器的工艺特点 与传统工艺相比，膜生物反应器具有以下工艺特点： 1 、有机污染物去除率高，不受污泥膨胀的影响，出水水质好，一般可直接 回用于市政工程用水； 2 、实现了s r t 和h r t 的完全分离，大大简化了设计和操作； 3 、膜的机械截留作用减少了活性污泥的流失，可以大大提高活性污泥浓度， 从而降低污泥负荷，且省去了二沉池和污泥回流设备，减少了占地面积； 4 、由于s r t 很长，起到污泥消化的作用，能够显著减少污泥体积，剩余污 泥少，污泥处理费用降低： 5 、由于s r t 很长，有利于增殖缓慢的微生物生长，能大大提高硝化菌和反 硝化菌的浓度，提高了系统的硝化能力，同时提高了难降解大分子有机物的降 解； 6 、由于m b r 膜法的活性污泥浓度很高，反应器耐冲击负荷强，出水稳定； 7 、反应器内部的水力循环加大了污泥分散性，提高了活性污泥颗粒的比表 面积，这是普通生化法处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的； 8 、反应器一体化，易于实现自动化、智能化，控制管理简便。 1 3 3m b r 法的分类和原理1 4 3 l m b r 是生物反应器和膜系统的组合，所以按膜的孔径可分为：电渗析、渗 1 0 第1 章绪论 1 3 1m b r 膜生物反应器发展简介1 3 7 - 3 9 l m b r 法是2 0 世纪6 0 年代后期d o r r o l i v e r 公司开发研制的一种新型污水处 理设备，在美国建立了第一个工业化m b r ：进入2 0 世纪7 0 年代以来，由于当 时的膜组件种类少，使用寿命短，而且费用高，这些因素限制了m b r 的广泛应 用和推广。8 0 年代以后，美国、德国大量投入研究m b r ，为m b r 的进一步广 泛应用奠定了基础，1 9 8 0 年后，美国陆续出现了m b r 的建筑中水会用系统， 并逐渐应用于生活污水、工业废水和垃圾渗滤液的处理领域。1 9 9 8 年，在欧洲 的p o r l o c k 城市建立了第一座应用一体化m b r 的生活污水处理厂，在英国成为 了膜生物反应器发展史的里程碑。m b r 膜生物反应器 4 0 】作为2 1 世纪公认的最 具潜力和竞争力的环境治理技术，成为了目前中水回用领域和高浓度有机废水 处理的理想技术，已成为当今有机废水处理与回用领域的研究重点之一。 1 3 2m b r 膜生物反应器的工艺特点 与传统工艺相比，膜生物反应器具有以下工艺特点： 1 、有机污染物去除率高，不受污泥膨胀的影响，出水水质好，一般可直接 回用于市政工程用水； 2 、实现了s r t 和h r t 的