水解SBR工艺处理规模化猪场粪污研究.doc

水解-SBR工艺处理规模化猪场粪污研究规模化猪场粪污的处理以往大多采用厌氧或厌氧+好氧工艺，既可回收能源甲烷，又能减少污染物。由于大多数规模化猪场尽量收集干粪直接向外出售，导致猪场冲洗水量大而排放废水所含污染物浓度较低，厌氧发酵获取沼气的潜力不大。因此，对于污染物浓度较低的猪场废水，很有必要探寻一种投资省、效果好的处理方法，以满足要求更加严格的废水排放标准。水解处理相对厌氧处理工艺，能显著缩短处理时间，提高处理负荷。水解不仅能将废水中的固态大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子，而且还具有对SS去除率高、能使部分SS在水解反应器中得到消化的特点，并得到了成功的应用1。SBR工艺的主要特点是在一个构筑物中完成生物降解和污泥沉淀两种作用，减少了全套二沉池和污泥回流设施，同时脱氮除磷。结合这两种工艺的优势处理猪场粪污，国内外尚未见研究报道。1试验装置与方法水解反应器由塑料制作，内径为70 mm，高为600 mm，总容积为2.3 L，工作容积为2.0 L，其进水由高位水槽供给，从反应器底部进入，高位溢流出水。SBR反应器由玻璃缸制成，内径为220 mm，高为240 mm，总容积为9.1 L，工作容积为5.0 L。采用空压机曝气，穿孔管布气。SBR进水、排水均采用潜水泵，排泥为人工虹吸抽排，并用时间控制器对曝气、进水、排水进行自动控制。其流程见图1。试验所用废水取自某规模化猪场。试验时水解反应器接种厌氧污泥1.0 L(污泥浓度为28 g/L)，其运行参数按参考文献1确定，并考虑以下因素：HRT太短，会引起冲刷现象，导致污泥流失；HRT太长，有机物降解过多，出水可生化性差，影响后续处理。通过试验摸索，最后确定水解段HRT为2.06.0 h。SBR反应器污泥由实验室驯化培养而得，试验运行参数如表1。表1SBR运行参数反应器有效容积(L)5.0进水量(L/d)3.55.0污泥负荷kgBOD5/(kgMLSSd)0.070.14容积负荷kgBOD5/(m3d)0.570.83HRT(d)1.01.4MLSS(mg/L)3 9607 920SBR运行方式见表2。表2SBR运行方式顺序作用时间(h)进水充水至反应最终容积，反硝化1.0曝气降解有机物，硝化3.0闲置反硝化3.0曝气降解有机物，硝化3.0沉淀活性污泥及SS沉淀1.0排水排出处理后的污水，等待下一周期1.0水质分析项目及方法：COD采用重铬酸钾法；SS采用烘干称重法；BOD采用稀释接种法；TN采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法；TP采用钼锑抗分光光度法；NH3-N采用纳氏试剂比色法。2结果与讨论2.1水解对污染物的去除效果水解对污染物的去除效果见表3。表3水解对污染物的去除效果项目原水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)COD1 56333591 092220730.147.3BOD51 0472277567115345.849.4SS744192832775056.061.1TN63149022.3TP98.544.055.3NH3-N29939628340903.0由表3可见，水解对BOD5、SS的去除率比较接近，并优于对COD的去除效果，说明BOD5主要是随SS被去除。水解对氮的去除效果较差，NH3-N几乎未被去除，TN仅去除22.3%(可能是存在于SS中的氮)。水解对TP的去除效果较好，去除率达55.3%(去除的也可能是存在于SS中的磷)。由表4可知，作用时间均为2.0 h，水解对COD的去除率比沉淀处理高17%，说明水解对COD的去除不仅仅是通过沉淀作用，还有降解和吸附作用的存在。表4沉淀、水解对COD的去除效果对比作用方式原水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率(%)沉淀2.0 h2655198225.3水解2.0h2655153342.3与水解相比，尽管厌氧处理能去除70%85%的COD3，但其HRT3 d，装置容积比水解池大10倍，加上沼气贮存、脱水、脱硫，厌氧工艺比水解工艺的基建投资至少高5倍，而且厌氧处理出水的可生化性差，影响进一步的好氧后处理。2.2SBR对污染物的去除效果SBR对水解出水的处理效果见表5。表5SBR对水解出水的处理效果项目SBR进水(mg/L)SBR出水(mg/L)去除率(%)COD1 092220739651652.782.1BOD5567115350.562.389.095.7SS327750202693.997.3NH3-N2834090.6811.597.299.8TN49012774.1TP44.025.442.2表5的结果表明，SBR对COD、BOD5、SS均有比较好的去除效果，但COD、BOD5仍然达不到污水综合排放标准(GB 89781996)的一、二级标准。处理出水的BOD5/COD0.2，说明出水的可生化性很差，这与采用其他好氧法处理的结果比较一致。检索国内外有关猪场粪污水处理资料，发现国外好氧生物处理出水的COD、BOD5也在此范围5、6。Bortone2认为，猪场粪污好氧生化处理出水中含有大约300 mg/L的难降解COD。由此看来，单纯采用生化处理无法实现猪场粪污的达标处理，还必须采用物化方法作进一步处理。SBR对NH3-N具有相当好的去除效果，在进水NH3-N浓度很高(283409 mg/L)的情况下，出水能达到较低的浓度(0.6811.5 mg/L)，去除率达97.2%99.8%，优于国外同类研究结果(国外SBR5、6处理猪场粪污的HRT一般在310 d，最少的也是1.4 d，但其NH3-N只能从350 mg/L降解到50 mg/L，去除率只有85.7%)。SBR反应器对TN也有比较好的去除效果，从490 mg/L降解到127 mg/L，去除率为74.1%，与国外的研究结果相近，对TP的去除效果比较差，去除率只有42.2%，低于国外5的研究结果，这可能与排泥较少有关。2.3曝气量对NH3-N去除效果的影响改变SBR中的曝气量，观察NH3-N的含量变化，结果见图2。曝气量对去除NH3-N的影响明显。开始曝气时，混合液NH3-N浓度在230 mg/L左右。曝气量为20 L/min时，约4 h后NH3-N即降到15 mg/L以下，而曝气量为10 L/min和3.3 L/min时，分别需6 h和12 h方能将NH3-N降解到此值；曝气量为1.6 L/min时，NH3-N降解很慢，12 h后才降到150 mg/L左右。因此，要达到同样的去除效果，只能增大曝气量或延长曝气时间。2.4吹脱对NH3-N去除效果的影响根据NH+4的电离方程：NH+4NH3+H+水中游离氨的比率为：10pHKb/Kw+10pH(1)式中水中游离氨的比率，%Kw 水的电离常数，其值为110-14KbNH+4的电离常数，其值为1.7510-5猪粪原水pH7.3，混合液pH7.5，代入式(1)，求得混合液游离氨的比率为1.7%，说明在混合液pH7.5的情况下，理论上NH3被吹脱去除的效率极低。为进一步证实吹脱对SBR反应器中NH3-N的去除作用，同时做了有污泥和无污泥的对照试验，结果见图3。有污泥组是用2.5 L SBR混合液加2.5 L水解出水进行试验，无污泥组是用2.5 L SBR上清液加2.5 L水解出水进行试验(里面含有很少微生物)，两组试验曝气量一样。图3的结果显示，有污泥试验组NH3-N降解迅速，6 h内即从193 mg/L降解到1.3 mg/L，去除率为99.3%，平均1 h降解32 mg/L；在前3 h，也就是NH3-N浓度50 mg/L时，平均1 h降解49 mg/L。而无污泥试验组NH3-N降解缓慢，6 h内从145 mg/L降解到125 mg/L，去除率为13%，平均1 h降解3.3 mg/L，仅为前者的1/10。无污泥试验组的NH3-N去除率比理论计算值高，是因为混合液中还残存有微生物。理论计算和试验均说明，吹脱对NH3-N去除作用很小，SBR对HN3-N去除主要依靠微生物的作用。3结论短时间的水解(HRT2.06.0 h)对猪场粪污中SS、COD、BOD5及TP均有较好的去除效果，对COD的去除效率比沉淀处理高17%，对氮的去除效果较差。SBR对水解出水中有机污染物有较好的去除效果，但出水中仍残留相当数量的难降解COD，是生化处理力所不能及的，还必须进行物化处理。SBR对水解出水中的氮有良好的去除效果，特别是对NH3-N的去除效率相当高。在HRT为1.01.4 d 时，实际曝气6 h，对NH3-N的去除率达97.2%以上。在进水NH3-N浓度很高(283409 mg/L)时，出水能达到较低的浓度(0.6811.5 mg/L)。曝气量对NH3-N去除有明显的影响，曝气量越大，NH3-N的降解越快。理论计算和对比试验证实，吹脱在SBR中对NH3-N的去除作用很小，SBR对NH3-N的去除主要依靠微生物的作用。水解曝气生物滤池污水处理工艺简介水解曝气生物滤池污水处理工艺，是一种新的工艺型式，是将污水处理过程中二个污水处理单元（反应器）组合而成的一种新技术。它与传统的好氧生物处理工艺相比较，具有能耗低、水力停留时间短、污泥产量少等特点。特别是水解反应器具有改善污水可生化性的特点，曝气生物滤池具有处理负荷高、出水水质好的优势，两者的结合，更凸现新工艺技术的优势。污水先经过粗格栅，以去除污水中大块的悬浮物，再流入提升泵房的集水池，由潜污泵提升至旋流沉砂池进水渠上的细格栅，进一步去除细小悬浮物，并经计量后进入旋流沉砂池，以去除污水中的细小砂粒。沉淀下来的砂粒经砂水分离器分离，干砂外运。砂水分离后的污水流入提升泵房集水池。经沉砂池处理后的污水自流入水解酸化池。水解酸化池将截留污水中大部分的悬浮物并将其中的部分有机物进行降解，且可将大分子的有机物水解为小分子的有机物。水解酸化池的出水自流入C/N上向流曝气生物滤池进行有机物的降解和硝化处理。C/N滤池出水进入N滤池进行脱氮处理，N滤池出水进入清水池，至此即可达到排放标准，或排放或回用（若有需要可设消毒池）。 水解工艺水解工艺属于升流式污泥床反应器技术范畴，水解池按其内介质分区为污泥床区和清水区，待处理污水以及滤池反冲洗时脱落的微生物膜由反应器底部进入池内，并通过布水系统及特殊的池型构造与污泥床快速而均匀的混合。污泥床较厚，类似于过滤层，从而将进水中的颗粒物质与胶体物质迅速截留和吸附。污泥床内含有高浓度的兼性微生物，在池内缺氧条件下，被截留下来的有机物质在大量水解菌作用下，将不溶性有机物水解为溶解性物质，将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质（如有机酸类）；同时，生物滤池反冲洗时排出的剩余污泥菌体外多糖粘质层发生水解，使细胞壁打开，使污泥液态化，重新回到污泥处理系统中被好氧菌代谢，达到剩余污泥减容化的目的。由于水解池的污泥龄较长，在污水处理的同时，污泥得以消化。水解工艺应用于城市污水处理中，具有如下特点： （1）在城市污水处理中，多功能的水解池较功能专一的传统初沉池对各类有机物的去除率高；（2）水解菌世代期短，对污染物的降解过程迅速，其将污水中固体、大分子、难于生物降解的有机物质转化为易于生物降解的小分子有机物质，使得在后续的好氧单元可以用较短的时间和较低的电耗完成净化过程，具有效率高能耗低的特点；（3）构造简单，便于维护。水解池内不装设填料，不设三相分离器，由于上层污泥床的层流顶托作用，可以依靠水的静压排泥，从而降低造价，便于维护；（4）在污水处理的同时，也完成了对污泥的稳定化处理，使得污水、污泥处理一元化，简化了流程，节省了投资。曝气生物滤池工艺曝气生物滤池是一种膜法生物处理工艺，微生物附着在载体表面，污水在流经载体表面时，通过有机营养物质的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物质进行氧化分解，使污水得以净化。生物膜的吸附作用主要是由于在生物膜的表面附着一层薄薄的水层，水中的有机物被生物膜所氧化（其浓度要比滤池进水中有机物的浓度低很多），当废水在滤料表面流动时，有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜表面的水中去，被生物膜所吸附。空气中的氧通过水层而进入生物膜。生物膜上的微生物在氧的参与作用下对有机物进行分解和机体的新陈代谢，产生了包括二氧化碳等无机物，它们又沿着相反的方向，即从生物膜经过附着水层排到流动着的废水及空气中去。生物滤池中废水的净化过程是很复杂的，它包括废水中复杂的传质过程。生物膜是由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统，细胞镶嵌在胞外聚合物的基质中，并且附着在固体表面。生物膜发育形成而条件和时间序列大致为：（1）存在着可用于聚居的固体表面；（2）一种有机分子膜快速形成；（3）聚结的细胞松散的附着；（4）聚居的细菌牢固的附着；（5）微生物群落形成，产生胞外聚合物；（6）群落向上和向外扩展，形成规则和不规则结构；（7）生物膜成熟，新的菌种进入生物膜并生长，有机和无机碎片被结合，并且溶液度形成，导致了生物膜空间的异相结构；（8）生物膜可能被吞噬细菌的原生动物捕食；（9）成熟的生物膜可以脱落，使这种循环交替的重复进行；（10）形成一种顶级群落。生物膜形成的关键是在其载体表面的固定。影响微生物在载体，表面附着、生长的因素很多，归纳为三类，即微生物的自身性质（种类、培养条件、浓度、活性等）、载体表面性质（表面亲水性、表面负荷、表面化学组成、表面粗糙度等）以及环境条件（pH、离子强度、水流剪切力、温度等）。对于曝气生物滤池工艺而言，载体即滤料是工艺的核心，对滤料的选择和采用有着非常严格的要求，如机械强度、物理形态、稳定性、比重、亲水性、表面电性、孔隙度、表面粗糙度、价格等。当载体已经通过优化确定后，在微生物调试过程中，主要是为微生物在载体表面的附着、生长、繁殖，提供良好的环境条件。曝气生物滤池反应器净化有机污染物的过程是由附着生长在载体表面的微生物来完成的，而这些微生物又都生活在各自形成的特定环境中，与环境条件关系极为密切，反应器能否高效运行，取决于影响反应器运行的主要因素，在工程中就是设法为微生物创造适宜的生活环境。影响反应器运行最主要因素包括：进水底物浓度、营养物质、溶解氧、酸碱度、温度、毒性抑制、水力停留时间与负荷率等。我公司近年来对该技术进行了消化吸收，并结合我国的实际情况进行了改进和开发，在国内率先应用于生活污水和工业废水处理工程，已完成了多个示范工程。我们自行研制和开发的上向流曝气生物滤池（简称UBAF）技术是在充分吸取国外曝气生物滤池（BAF）优点的基础上而发展起来的，它的最大特点是使用一种新型的类球形轻质陶粒填料，在其表面及内腔空间生长有微生物膜，污水由下向上流经滤料层时，微生物膜吸收污水中的有机物作为其自身新陈代谢的营养物质，并在滤料层下部实行强制曝气供氧的条件下（气与水为同向、上向流），使废水中的有机物得到好氧降解，并进行硝化作用。曝气生物滤池定期利用处理后的出水对其进行反冲洗，以排除滤料表面增殖的老化微生物膜，保证微生物的活