膜生物技术在猪粪废水处理中的应用

膜生物技术在猪粪废水处理中的应用1前言近年来，随着上海市畜禽养殖业的发展和菜篮子工程的实施，集约化、规模化畜禽养殖业迅速崛起。据估算［1，2］，全市畜禽废弃物年排泄量相当于1700万人口的排泄量之多，若按BOD5估算，全市畜禽BOD5的排泄量相当于3000万人口的排泄规模。为了减轻市郊水环境日趋严重的污染问题，畜禽粪便废水的处理显然极其必要。畜禽粪便废水有机物浓度高、氨氮浓度高、恶臭严重，对其处理目前尚缺乏成功的经验。该类废水的处理难度较高，常规的厌氧—好氧处理难以实现氨氮达标排放。本文介绍膜生物技术处理某养猪场排放废水，取得了很好的效果。2处理设施概况奉贤芦泾饲养场废水处理设施设计水量为60m3/h,经实地取样分析，进水水质如表1。表1奉贤芦泾饲养场废水处理设施进水水质和排放要求污染物名称污染物浓度（mg/L）排放标准要求[3]（mg/L）化学耗氧量（CODCr）10000400生化耗氧量(BOD5)5000200固体悬浮物(SS)1000150氨氮（NH3-N）5001003工艺选择及工艺流程畜禽粪便废水是一种高COD和高NH3—N的废水，要实现去除COD和去除NH3—N的目的，达到排放的要求，必须采用具有硝化－反硝化功能的生物脱氮系统，理论上来说采用生化厌氧+好氧处理较适合。但以下几点因素限制了厌氧处理技术在畜禽粪便废水处理中的应用：1）厌氧处理对温度、pH等环境因素很敏感，对操作人员要求高，不适用于畜牧场；2）畜禽粪便废水氨氮浓度高，实际操作中容易造成系统酸化；3）厌氧处理会产生一定量的沼气，由于沼气收集系统造价高、操作要求高，若直接排放存在安全隐患。因此，厌氧+好氧处理不是最合适的选择。而单一的好氧处理对氨氮没有很好的处理效果。为了达到稳定脱氮的效果，设计采用处理能力大、净化功能高的膜生物废水处理技术。废水首先经过螺旋式固液分离机预处理后，清液进入调节池，均衡水质水量后用泵打入处理池，处理后通过膜分离单元的水排放，处理过程产生的污泥排入污泥干化池。该工艺流程如图1。4工艺原理及特点生物处理池中关键的膜分离单元，以一定间隔放置在池后端，池内的活性污泥对废水中的有机物进行降解。降解后的水通过中空丝状膜排放。膜孔孔径为0.1μm,颗粒性物质及活性污泥不能通过该膜孔而被分离。细菌等不会通过膜孔而流失，而是附着后形成生物膜[4]，随着时间的增加，生物膜上能生长世代时间较长、增殖速度慢的硝化菌。由于微生物附着生长并使生物膜具有较少的含水率，单位处理池容积内的生物量可比普通活性污泥高5～20倍，因而具有较大的处理能力。又由于硝化菌的生产繁殖，使处理池不仅能有效地去除有机污染物，且具有一定的硝化脱氮功能。生物处理池采用微孔曝气器曝气，部分污泥回流至池前端，回流比最高可达到9：1。在膜分离装置前，高浓度活性污泥与废水充分混合，有机物在被微生物降解的同时，NH3—N也被亚硝酸菌氧化成NH3-，再回流至池前端利用进水的有机物碳源进行反硝化，最终使NH3-还原成为N2，达到脱氮的作用。在正常运转后，处理池中活性污泥浓度可达8000～12000mg/L。采用膜生物技术的处理工艺与普通活性污泥法相比较，膜生物处理池通过膜分离单元将清水直接抽出，不参加回流的部分污泥可直接被分离，不需要再设置二沉池进行固液分离。这样池内的活性污泥及微生物不会流失，可保持高浓度的微生物菌类，这样保证了稳定的有机物降解率和NH3—N去除率，同时由于处理池中的活性污泥浓度是普通活性污泥法污泥浓度的3～4倍，使其占地面积只有普通活性污泥法处理池的1/4～1/3。5调试及运行状况该废水处理站2000年3月开始调试，取松江张泽养猪场好氧活性污泥进行接种、驯化。进水量在驯化过程中渐次放大，维持2周后投入使用。分4个阶段进行水质监测（见表3）。通过表3可以看到，随着时间的推移，池中的硝化作用逐渐增强，NH3-N指标逐渐达到标准，其间有由于NO3-N累积引起CODCr超标、最后完全达标的过程。膜生物技术脱氮作用是通过硝化菌的不断繁殖实现的。根据各阶段调试的出水水质监测（见图3），2000年8月出水水质分析结果显示，CODCr=150mg/L、BOD5=40mg/L、SS=70mg/L、NH3-N=1mg/L，都大大低于设计标准。上述排放指标达到了《上海市畜禽粪便综合处理工艺技术方案征集任务书》规定的排放标准，而且达到了合流污水接管标准。整套处理设施占地面积200m2，能耗9.6kW，主要为水泵、鼓风机动力消耗，每日开启时间在8h左右，每日耗电量在80kWh。本工艺无需投加药剂，因此日常运行费用主要由电费、人工费组成。表3调试进程阶段日期调试情况103-10～03-20驯化阶段203-21～04-08出水CODCr、BOD5、和SS达标，NH3-N超标（无硝化现象），PH8.5304-09～05-27BOD5和SS达标、CODCr超标（NO3-N累积引起），NH3-N超标（硝化不完全），pH=5.5～6.5405-27～06-06BOD5、NH3-N和SS达标，CODCr超标（NO3-N累积引起）,pH=7.4～7.8506-07以后CODCr、BOD5、NH3-N和SS达标，pH=7.5～8.56结论本处理设施证明了膜生物膜技术在针对高COD、高NO3-N的畜禽粪便废水处理是非常有效的。我们将膜生物处理技术的特点总结如下：1）处理出水水质稳定；2）处理设备占地面积小；3）处理效率高，抗有机负荷冲击能力强；4）动力消耗低；5）由于活性污泥不会流失，因此不会出现污泥膨胀影响正常运行的现象；6）操作管理简单。