屠宰废水治理技术研究进展.docx

屠宰废水治理技术研究进展童兴无( 长沙环境保护职业技术学院，长沙 410000)【摘要】 屠宰行业衍生出来的环境污染问题不容忽视，在分析生猪屠宰行业废水来源及水质特点的基础上，介绍国内外预处理技术、常规废水处理工艺以及新型处理工艺，为国内屠宰废水治理研究提供借鉴，具有重要的理论指导意 义和工程实用价值。【关键词】国内外; 屠宰废水; 治理技术中图分类号: x52文献标识码: a文章编号: 1673 288x( 2014) 05 0204 04到借鉴作用3 5。1引 言2屠宰废水的预处理屠宰废水是农产品行业中的工业废水，屠宰过程中国务院实施 “定点屠宰、集中检疫、统一纳税、分散经营” 的办法以来，各地生猪定点屠宰场 ( 点) 飞 速 发展，环境污染问题亟待解决。许多城市都相应地建立 起大型的现代化屠宰场，并配套建设了相应的污水处理设施。活性污泥处理系统是当前污水处理领域应用最广 泛的技术之一。但普通活性污泥法处理屠宰废水存在如 下难点。一是屠宰废水季节性波动幅度大，普通活性污 泥抗冲击负荷能力较低; 二是产生的剩余污泥量大，且 污泥沉淀脱水性能差，最终导致污泥处置费用增高; 三 是脱氮除磷效率 低， 难 以 满 足 日益提高的环保要 求1 2。一般厌氧池能够有效降低 屠宰废水中的高浓度 cod，但是反应速率慢，水力停留时间长，此外占地面 积大，对温度要求高。而且不能有效处理厌氧过程中产 生的恶臭以及屠宰废水自身的臭味。高效厌氧处理系统 uasb 工艺以及固定床反应器等能够满足高容积负荷的 工艺条件，而在应用于屠宰废水的过程中也受到高含量 脂肪油和高浓度悬浮物的影响。此 外，屠 宰 废 水 cod 浓度相对较低，这也会在一定程度上对该类处理系统造 成影响2。目前，国内工程案例大多采用 uasb 的 常 规 工 艺， 国外则更加倾向于二代厌氧反应器的研发，其发展重点不再是单纯的厌氧处理工艺改进，而更加倾向于有机废物的沼气转化。可见，国内屠宰废水工艺研究与国外存 在一定的差异，亟待提高。本文基于这一理念，结合屠 宰废水的水质特性，详细介绍国外屠宰废水的预处理技 术，常规厌氧处理工艺及其改进工艺，另外还涉及到创 新型处理工艺，以期对国内屠宰废水治理工艺的发展起会排放大量废水，废水中含有血污、油脂、毛、内脏杂物、碎肉、未消化的食料和粪便等污染物，悬浮物浓度 高，呈红褐色，并带有难闻臭味，处理难度大。未经处 理的屠宰废水进入水体后，会导致水体耗氧量增加，水 体溶解氧降低。水体 bod 和氮磷等营养元素的急剧上 升，最终会造成水体水质恶化，水 体生态系统遭到破 坏。因此，环境保 护 机 构 epa 将 其 定 义 为 对 环 境 最 为 有害的污染之一。典型屠宰废水的特性如表 1 所示。表 1 典型屠宰废水的特性屠宰废水前端预处理以混凝沉淀最为常见。混凝剂在屠宰废水中的广泛应用，一方面由于在各个水处理单 元中，混凝有机物相对来说比较容易收集。另一方 面， 混凝剂能够在适宜的 ph 条件下，采用最少的药剂在最 大程度上去除悬浮颗粒。常见的工业废水治理中，硫酸 亚铁的建议投加量仅为 50 300mg / l，硫化亚铁的建议 投加量为 100 400mg / l，石灰投加量为 100 150mg / l。较少的混凝剂投加量无疑减轻了污水运行成本4。al mutairi 等通过添加铝盐和高分子化合物研究混项目资助: 湖南省发改委批准立项项目( 湘发改高技 2012 1493 号)作者简介: 童兴无，副研究员，主要从研究方向为环境保护引用文献格式: 童兴无 屠宰废水治理技术研究进展 j 环境与可持续发展，2014，39( 5) : 204 207参数浓度( g / l)ph6. 8 7. 8cod5. 2 11. 4tss0. 57 1. 69总磷0. 007 0. 0283氨氮0. 019 0. 074蛋白质3. 25 7. 86童兴无 屠宰废水治理技术研究进展205凝沉淀法处理屠宰废水中的有机物，结果表明，化学需氧量( cod) 的最大去除效率在 45% 75% 。当 调 节 水 体 ph 至 4 9，水体投加铝盐 30 70mg / l 时，屠宰废水中 cod，ss 和浊度的去除率分别为 3% 20% ，98%年代，sayed 即着手研究屠宰废水中单级 uasb 的 应 用特性。通过对 uasb 中污泥存在形式的研究，sayed 发 现含絮状污泥的 uasb 反应器( uasbf) 对悬浮颗粒以及 胶体有较好的去除效果，cdo 的去除率能够达到 70% 。 而含颗粒污泥的 uasb 反应器( uasbg) 对这两类物质的 去除效率较低，仅在 55% 左右，但这种形式的 uasb 能够去除废水 中 80% 左右的溶解性物质。不 过 这 两 种 形式的单级 uasb 反应器虽然能够较好的去除废水中的 cod，但仍存在各自局限性，且由于反应器中污泥稳定 性较差，也在无形中约束了这两类单级 uasb 反应器的 应用。为了解决这一问题，sayed 开发两级 uasb 工艺，即前段采用 uasbf 反 应 器，后 续 采 用 uasbg 反 应 器 的组合方式。二级 uasb 工艺不仅提升了屠宰废水中 cod 的去除效率( 最高达到 95% ) ，此外还在提升污泥稳定 性的同时，增强了整体工艺的抗冲击性。( 2 ) 改 进 uasb 处 理 工 艺: 前 置 溶 氧 气 浮 ( daf)uasb 反应器是 针 对 屠宰废水中油脂处理的改进工艺， 采用这类工艺还能够有效减少前段工 艺 逸 散 的 恶 臭。manjunath 研究此类工艺处理屠宰废水时，将 其 与 未 设 置 daf 的 uasb 反 应 器 做 对 比，结 果 发 现 二 级 daf uasb 反应器 去 除 cod 的效果要高于单级 uasb 反 应 器，但是由于屠宰废水被间接稀释，cod 的浓度降低，daf uasb 反应器的去除效 果 要 低 于 uasbf uasbg的去除效果。而与单级 uasb 相比较，屠宰废水在经过 前段 daf 处理后，出水具有较高的生化性，通 过 后 续 uasb 反应器的处理，出水可以直接排入市政管网。通 过与单级 uasb 以及二级 uasb 相比较，改进的 daf uasb 可用相对合理的投资成本获得较高的废水处理效果，具有较高的实用性。表 2 三种处理工艺参数对比 99% ，76% 93% ;而 在 投 加 100 300mg / l 的 高 分子有机物后，水体中的 cod 和 ss 去除率分别为 9% 43% ，95% 96% 。mahtab 在研究多种混凝剂去除屠宰 废水中 cod 的特性时发现，铝盐是去除 cod 的最佳混 凝剂，最 大去除率能够达到 92% ， 最 大 cod 浓 度 为400mg / l。而采用最佳混凝剂配比时，cod 的去除率达 到 96% 。以上研 究 表 明，较低投加量的混凝剂就能够 高效去除屠宰废水中的悬浮物，降低水体浊度，且能够 去除一定程度的 cod。而通过混合不同的混凝剂，调节 配比，也能够有效提高水体中 cod 的去除率8 11。水体中混凝剂的毒性研究是国外屠宰废水混凝处理 研究的另一个方向。混凝剂虽然能够有效降低屠宰废水 中影响色度和浊度的胶体物质，但却增加了水体中溶解 性化学需氧量 ( scod) 的含量。水 体 中 scod 含 量 的 增 加，会破坏水体中的生态环境，进而毒害水体生物。研 究发现，当水体的导电率超过 3000 6000hmos / cm 时， 水蚤和小鱼就会发生急性中毒; 当水体导电率超过 1000 3000hmos / cm 时，水蚤会发生慢性中毒。水 体 中 的 毒性研究大都采用发光微生物实验，这类微生物对有机毒物和混合毒物相当敏感，一般来说，这种检测水体中毒性的方式简单，快速，灵敏度高，且相对于化学分析 来说，费用相对较低。水体中 scod 含量的增加，可以采用水体强化软化技术实现水体毒性的降低。基于这一 技术，hossaini 以石灰为软化剂，在不同的 ph 形式下，研究 scod、磷 的 去 除 效 果。 结 果 表 明， ph 为 11. 65时，scod 最大去除量为 93% ，磷的去除率为 94% ，水 体中的电导率随之降低，毒性也随之减弱12 13。3常规屠宰废水处理工艺厌氧生物法是处理屠宰废水的常规工艺。屠宰废水具有较高的 cod 浓度，采用强制曝气生化池处理能耗 高，污泥量大，即 使 采 用消化池也仅能减少 20% 左 右的污泥 量。而厌氧生物法容积负荷能够达到 3kg / m3 ， 可较少占地面积。此外，厌氧法处理屠宰废水，污泥量会减少 50% 80% 。而且厌氧产生的污泥理化性质比较稳定，能够作为农业肥料。另外厌氧池能耗低，产生的 沼气中 ch4 的含 量 约 在 60% 75% ，可作为燃料应用 于日常生活中1，14。3. 1 uasb 处理工艺3. 2 sb 厌氧处理工艺sb 厌氧处理工艺 ( asb) 是另一广泛应用于屠宰 废水处理的工艺。uasb 在处理含较低浓度 ss 的屠宰废 水时，具有较高的处理效率。但进水中 ss 含量达 到 某 一范围时，屠宰废水中部分 cod 不再被厌氧生物利用，( 1) 常规 uasb 处理工艺:uasb 作为厌氧生物法中的高效处理工艺，其在屠宰废水的处理中有着广泛的研究。作为 uasb 工艺研究的代表人物，早在上个世纪 90对比参数处理系统单级uasb 处 理系统daf uasb处理系统uasbf uasbg处理系统有机负荷( kgcod / ( m3 d)3. 54. 015污泥负荷( kgcod / ( kgvssd) )0. 160. 430. 60水力停留时间( h)10. 010. 04. 0cod 去除率( % )70. 090. 090. 0适用进水 cod 浓度 ( mg / l)330 220042 275110 725环境与可持续发展2014 年第 5 期206而在悬浮颗粒的絮凝和吸附作用下流入下一处理单元，这导致 cod 处理效果大幅降低。而如果采用沉淀池继 续处理 ss 则无形中增加投资成本。而 asb 处 理 工 艺 相对于 uasb 工艺来说，投资成本低，操作简单，设计 简易。且具有预处理功能，能够较好 降 低 ss 含 量，从 而使得后续处理达到较好的效果。故而 asb 也是国外 重点研究的处理屠宰废水的工艺4。masse 在早期研究屠宰废 水处理工艺发现，asb能够有效去除屠宰废水中的 臭 气，对 废 水 中 cod 的 去 除率高达 98% ，同时悬浮颗粒的去 除 效 率 达 到 91% 。 其在进一步的研究中将屠宰废水中 ss 提高到进水 cod 浓度的 50% ，经 过 2 天的停留时间后，cod 的 去 除 率 达 90% 以上，同时该 asb 工艺产生的沼气中甲烷含量达 75% 。这种高度甲烷化表明 asb 能够将屠宰废水中 大部分的可溶和悬浮有机物降解。随后 masse 又研究了 不同温度下 asb 处理屠宰废水的特性。通过在 30 、25 和 20 等三种不同条件下研究屠宰废水中 cod 的 去除效果，发现 asb 工艺在这三种条件下 scod 的去 除率均达到 92% 以上。而随着温度的降低，asb 工艺 对废水中 cod 的去除率也随之 降 低，其去除率依次为 90. 8% ，88. 7% ，84. 2% 。但沼气中甲烷的占有率却呈上升 的 趋 势，30 与 20 下 分 别 为 74. 7% 和 78. 2% ， 这是因为随着温度的降低，水体中 co2 和 h2 的溶解度 升高，co2 和 h2 浓度的升高会促进甲烷的合成。一系 列的研究表明，asb 工艺对与屠宰废水的处理有较好 的效果，能够应用于工程实践。具有多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的系 统，大大提高了反应器的处理能力 和 稳 定 性。zhan 等 研 究 sbb 工艺应用于屠宰废水的处理效果时，这种工艺对 屠宰废水中 的 氮 磷 去 除 效 率 较 高。该 研 究 中 进 水 cod 为 3930 148mg / l，ss 含量为 1010 150mg / l，总氮含量 379 44mg / l，总 磷 含 量 23 4mg / l。sbb 工 艺 四 个处理步骤中进水时间 7min，反 应 时 间 393min，闲 置 时间 30min，排出时间 50min。整体实验持续 120 天，有 机负荷 1. 18kgcod / ( m3 d) ，最终研究结果显示池体 中的悬浮填料形成的菌胶团直径能够达到 100 500m，屠 宰 废 水 中 cod、 tn、 tp 的去除率分别为 94% 、92% 、95% 。这一结论表明 sbb 工艺能够较高效率处 理屠宰废水，且 sbb 工艺简单，占地面积小，较适合小型屠宰废水处理4。4. 2高级氧化处理工艺利用现有的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，而高级氧化法( advanced oxidation process，简称 aops) 可将其直接矿 化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类 激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势， 能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。高级氧化技术亦即深度氧化技术，其特点是产 生具有强氧化作用的羟基自由基( oh) ，在高温高压、 电、声、催化剂等条件下，使难降解大分子有机物氧化 成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，分为光化学氧化、催化湿式氧化、声 化学氧化、臭氧 氧 化、电 化 学 氧 化、fenton 氧 化 等2。barrera 在利用光催化氧化法处理屠宰废水时，采用真空 紫外光谱( vuv) 和灭菌紫外光谱 ( uvc) 两 种 光 谱 的 不 同组 合， 降 解 废 水 中 的 cod。 研 究 结 果 显 示， vuv、 uvc 对水体中有机碳的去除率分别达到 6. 2% 和 5. 5% 。 后续试验中，按照一定比例添加强氧化剂 h2o2，配比uvc / h2o2 和 vuv / h2o2 两种处理方式，结 果 显 示 总 有机碳的去 除 率 达 到 10. 8% 和 12. 2% ，处 理 效 率 提 高 了两倍。以上结果表明，高级氧化技术，如紫外光催化 氧化技术，能够降低屠宰废水中 cod，但 处 理 效 率 偏低，而这一新技术的实际应用还需要大量的研究工作。 此外，光化学法处理有机物时会产生多种芳香族有机中 间体，致使有机物降解不够彻底，这成为了光化学氧化 需要克服的问题15。4新型屠宰废水处理工艺好氧处理工艺因屠宰废水的特性，一般好氧生物处理工艺在处理 该类废水时常因处理效果差，而在好氧池后增加一些处理工艺如生物接触氧化工艺，则能够使出水达到排放标 准。而接触氧化法高效节能，运行管理方便，可应用于 一些屠宰场处理设施的改造。chen 在 研 究 屠 宰 废 水 接 触氧化处理时，接触池的进水由污泥沉淀池引入，cod 为 150 200mg / l，ss 含量为 80100mg / l，经过处理后， cod 降至 40 mg / l，ss 含 量 降 低 至 20mg / l。这 类 好 氧生物处理法的缺陷在于处理工艺复杂，整 体 占 地 面 积 大，不适于一般小型屠宰厂的污水处理。膜法 sb( sbb) 是目前正在研究和应用的一种 改 进型 sb 好氧生物处理工艺。sbb 是在 sb 反应器内 装填纤维填料、活性炭、陶粒等填料而开发出来的一种 新型复合式生物膜反应器，填料给微生物提供了更为有 利的生存 环 境。在纵向上微生物 构成一个由细菌、真 菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营养级组成的复杂生态系统，在横向上顺水流到载体的方向构成了一个 悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的4. 14. 3电化学处理工艺电化学氧化法是指通过电极反应氧化去除污水中污染物的过程，该法也可分为直接氧化和间接氧化。直接氧化主要依靠水分子在阳极表面上放电产生的 oh 的 氧化作用，oh 亲电进攻吸附在阳极上的有机物而发 生氧化反应去除污染物。kazem 采用电化学氧化法处理屠宰废水时，研究过不同的 ph 值、反应时间和电极对童兴无 屠宰废水治理技术研究进展207屠宰废水中 cod，ss，总磷等去除效率的影响。该项研究表明，在铝电极一侧，ph 为 2 3，cod 的去除率能 达到 95. 6% ，此外 95. 3% 的 油 脂 也 被 去 除。而 在 铁 电 极一 侧， ph 在 3 左 右， 总磷的去除率达到 89. 6% 。 budiyono 则专注与电化学法对屠宰废水中悬浮颗粒和油 脂的去除效果，他以铁和铝做电极，研究了不同悬浮颗 粒 浓度下的去除效 果。 结 果 表 明， 在 ss 浓 度 为1250mg / l 和 2100mg / l 的 条 件 下，电 化 学 法 对 ss 的 去 除率分别 为 97. 2% 和 99. 6% 。综 上 可 知，在 尽 可 能 降 低能耗的情况下，电化学法对屠宰废水有较好的去除效 果和良好的应用前景14 16。悬浮颗粒和较高 cod 的去除，以 uasb 和 asb 工艺为代表的厌氧处理法能够较好的去除水体 中 的 cod 和 悬 浮颗粒物，这类工艺应用广泛，其更深层次的发展方向 将更偏向于沼气中甲烷的高 占 有 率，也 即 实 现 cod 较 高水平的甲烷化。而以 sbb 为代表的好氧工艺和以紫 外光催化氧化、电化学氧化为代表的高级氧化技术在处 理屠宰废水时亦能取得较高的处理效果，但当前的研究 不够深入，需要开发和优化现有工艺，以期克服各自的 缺陷。参考文献:1 董阔 屠宰场废水处理及中水回用方案设计 d 吉林大学，20132 邓香平 序批式生物膜反应器脱氮除磷试验研究 d 南昌大学，20083 任敏 浅谈屠宰场污水处理技术 j 中国新技术新产品，2013( 4) : 1044 万金保 sbb 工艺研究进展 j 工业水处理，2008，28( 9) : 5 75 王伟鹏，刘光明 某屠宰厂废水处理工艺流程设计 j 广州化 工，2013，41( 8) : 1596 张显龙，胡娜 某屠宰厂废水处理工艺流程设计 j 工业水处 理，2012，32( 4) : 83 857 李慧，李涛 屠宰废水处理工程的设计及运行 j 中国给水排 水，2012，28( 24) : 64 668 yeomiek tae， nahyoo mi， ahnkyu hong treatment of household wastewater using an intermittent layer tandem bane bioreactor j desalination，1999，124: 193 2049 barber wp， starkey dc the use of the aero baffled reactor ( ab ) for the wastewater treatment: a review j wates，1999，33( 7) : 1559 157810 bachmann a， beard vl， mccarty pli comparison of fixed filtrate to swath modified sludge blanket reactor j pollute techno ev，1983，10: 384 40211 baber wp，stuekey dc start up strategies for an aerobic baffied reaetors treat a synthenie suerose feed j proe bt international conf on anaerobic digestion，1997，15: 40 4712 grobieki a， stuekey dc hydrodynamic charaeteristics of the anaerobic baffied reaetor wat es 1992，26( 3) : 371 37813 m c goronszy advaneements in cyelic activated sludge technology iawq yearbook，1999: 24 2514 shim gary，owan james m， carr j scott continue emergence of heat drying: technology update proceedings 14th annual wef residuals and bios lids management conferee c usa，2000: 562 56715 brain hemphill f1uidbed tcehno1ogy for s1udgedes tuition j water / engineering management 1988，12: 37 4016 aleman james e， irvine obert l storage indeed filtration using sequencing bathe reactor operation j wates，1980，14: 1483 1488结论与展望5国务院实施 “定点屠宰、集中检疫、统一纳税、分散经营” 的办法 以 来，各地生猪定点屠宰场 ( 点) 飞 速发展，环境污染问题亟待解决。许多城市都相应地建 立起大型的现代化屠宰场，并配套建设了相应的污水处 理设施。活性污泥处理系统是当前污水处理领域应用最 广泛的技术之一。但普通活性污泥法处理屠宰废水存在 如下难点: 一是屠宰废水季节性波动幅度大，普通活性 污泥抗冲击负荷能