IOCSBBR人工湿地组合工艺在猪场废水处理中的应用万金保

给水排水　Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．７　２０１１４７　　　ＩＯＣ—ＳＢＢＲ—人工湿地组合工艺在猪场废水处理中的应用万金保１　陈　琳１　吴永明１，２　顾　平１　何华燕１（１南昌大学环境与化学工程学院，教育部鄱阳湖湖泊生态与生物资源利用实验室，南昌３３００３１；２江西省科学院能源研究所，南昌３３００２９）　　摘要　采用内外循环厌氧反应器（ＩＯＣ）—序批式生物膜反应器（ＳＢＢＲ）—人工湿地组合工艺处理猪场废水，工程规模为１００ｍ３／ｄ，投资９８．８万元，运行费用约为１．１１元／ｍ３。通过向厌氧消化液添加３０％原水，ＳＢＢＲ脱氮除磷能力明显提高；同时利用人工湿地进行深度脱氮除磷。经过一年的调试运行，工艺对ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ５、ＳＳ、ＮＨ３—Ｎ、ＴＰ的去除率分别达到了９６．５％、９３．２％、９６．２％、８９％、８６％，出水各项指标都达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（ＧＢ　１８５９６—２００１）。关键词　猪场废水　内外循环厌氧反应器（ＩＯＣ）　序批式生物膜反应器（ＳＢＢＲ）　人工湿地　脱氮除磷１　工程概况江西省某养猪场生猪养殖规模为１万头，废水排放量为１００ｍ３／ｄ，废水经处理后水质要求达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（ＧＢ　１８５９６—２００１）。２　处理工艺猪场废水具有排放集中、冲击负荷强、有机质浓度高、水解酸化快、沉淀性能好等特点［１］。根据中试结果并结合猪场实际及周边地形情况，确定采用内外循环厌氧反应器（ＩＯＣ）—序批式生物膜反应器（ＳＢ－ＢＲ）—人工湿地组合工艺。猪场废水经过厌氧处理后，微生物消耗了大部分易降解的有机物，使废水的可生化性降低，好氧阶段去除ＣＯＤＣｒ效果不理想，同时由于废水Ｃ／Ｎ的降低、ｐＨ降低，导致后续生物脱氮过程效果不理想，此外，碳源不足也是导致后续除磷效果不佳的原因之一［２，３］。而通过添加碳源、加碱等方式改善好氧进水水质处理成本昂贵。本工程采用对ＳＢ－ＢＲ添加原水解决上述问题，工艺流程见图１，废水水质及排放标准见表１。图１　废水处理工艺流程“十一五”国家科技支撑计划项目（２００７ＢＡＢ２３Ｃ０２）。表１　废水水质及排放标准项目进水排放标准ＣＯＤＣｒ／ｍｇ／Ｌ　５　１２０～１０　８２５　４００ＢＯＤ５／ｍｇ／Ｌ　３　２１０～６　５３５　１５０ＳＳ／ｍｇ／Ｌ　２　０１２～３　５３５　２００ＮＨ３—Ｎ／ｍｇ／Ｌ　３２５～１　４５０　８０ＴＰ／ｍｇ／Ｌ　２１．５～６２．５　８ｐＨ　７．５～９　６～９３　主要构筑物及设备３．１　水解酸化沉淀池１座，圆柱形砖混结构，尺寸７ｍ×４ｍ，有效容积１５０ｍ３，ＨＲＴ＝３６ｈ。汇集经拦渣处理后的废水，在调节废水水质、水量的同时，进行水解酸化作用，减轻后续处理的负荷。３．２　ＩＯＣ反应器１座，钢结构，尺寸１．６ｍ×１４．５ｍ，有效容积２５ｍ３。ＩＯＣ反应器是在厌氧内循环反应器（ＩＣ）基础上，改进反应器结构，增加反应器外循环而成，由污泥床反应区、精细处理区、布水器、三相分离器、气体提升管、污泥回流管和气液分离器等组成。３．３　ＳＢＢＲ池２座，钢筋混凝土结构，尺寸６ｍ×３ｍ×５ｍ，ＳＢＢＲ是在ＳＢＲ内装填不同的填料而开发出来的一种新型复合式生物膜反应器［４］。设计容积负荷为０．１ｋｇＢＯＤ５／（ｍ３·ｄ），内壁涂防渗材料，采用固定式填料，投配率为３０％，布置膜片式曝气器。DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2011.07.012４８　　　给水排水　Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．７　２０１１３．４　人工湿地对ＳＢＢＲ池出水进行深度脱氮除磷处理，人工湿地分为３格，总面积约１　３３４ｍ２，为表面流人工湿地，分别种植芦苇、菖蒲、美人蕉等植物。４　系统的调试与运行４．１　ＩＯＣ反应器的启动ＩＯＣ反应器接种污泥取自南昌市某啤酒厂的ＵＡＳＢ厌氧污泥，接种量约为１５ｍ３。ＩＯＣ反应器启动初期，采用高频率、短时间的脉冲进水方式，通过调节进水流量，控制ＨＲＴ，逐渐增加容积负荷，启动期间水温在２０～２５℃，进水ｐＨ为７．５～８．２；经过４２ｄ驯化，ＣＯＤＣｒ去除率稳定在８５％左右。同时观察到，反应器新颗粒污泥开始形成，圆形或椭圆形，厌氧颗粒污泥逐渐增大，表面呈黑色且观察到大量细微气泡，说明产甲烷菌活性已被激活。４．２　ＳＢＢＲ池的启动ＳＢＢＲ池接种污泥取自南昌市朝阳污水处理厂二沉池的活性污泥，采用接种驯化法，以稀释的猪场废水为基质，利用闷曝＋间歇曝气的方法培养驯化生物膜，ＳＢＢＲ池经过２４ｄ的运行，ＣＯＤＣｒ、ＮＨ３—Ｎ去除率稳定在８５％、９０％，挂膜启动成功。４．３　组合工艺运行及优化在ＩＯＣ反应器、ＳＢＢＲ池成功启动后，以猪场废水原水作为ＩＯＣ反应器进水，将ＩＯＣ反应器出水作为ＳＢＢＲ池进水，２个工艺组合运行。ＩＯＣ反应器采用间隔连续进水方式，控制平均进水量为４．５ｍ３／ｈ，平均进水时间２２．２ｈ／ｄ；ＳＢＢＲ池一个运行周期为１２ｈ，调整缺氧停留时间以及缺氧、好氧的交替次数，每个周期时间安排为进水０．５ｈ、曝气２．５ｈ、缺氧１．５ｈ、曝气２ｈ、缺氧１．５ｈ、曝气２ｈ、缺氧１．５ｈ、排水０．５ｈ。曝气阶段ＳＢＢＲ池内ＤＯ控制在１．５～３ｍｇ／Ｌ。４．３．１　ＩＯＣ反应器运行情况由图２可知，ＩＯＣ反应器正常运行时，ＣＯＤＣｒ进水平均浓度为８　９２８ｍｇ／Ｌ，正常的出水平均浓度１　１６７ｍｇ／Ｌ，平均去除率达到８７％，总体上去除效果比较理想。由图３可知，运行调试期间氨氮平均进水浓度为２５０～６５０ｍｇ／Ｌ，经过ＩＯＣ反应器的处理后经常出现出水氨氮浓度大于进水的情况。这是由于反应器内部在厌氧下进行的氨化反应造成的。图２　ＩＯＣ反应器对ＣＯＤＣｒ的去除效果图３　ＩＯＣ反应器对氨氮的去除效果由图４可知，ＩＯＣ反应器对磷的去除率呈现负增长，且出水中磷的含量有逐渐增高的趋势。这是由于聚磷菌厌氧释磷，此外消化液ｐＨ降低时，也会增加释磷。图４　ＩＯＣ反应器对ＴＰ的去除效果４．３．２　ＳＢＢＲ池运行情况由图５可见，初期厌氧消化液的水质波动较为剧烈，进水ＣＯＤＣｒ也较高，但ＳＢＢＲ池对ＣＯＤＣｒ去除率仍能维持在４０％～６０％。在中后期，随着进水厌氧消化液的ＣＯＤＣｒ浓度降低，ＳＢＢＲ池的ＣＯＤＣｒ去给水排水　Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．７　２０１１４９　　　除率也随之降低至１０％以下。表明针对可生化性较差的厌氧消化液，ＳＢＢＲ池直接处理对ＣＯＤＣｒ去除能力较弱，严重时还会导致处理效果异常。图５　ＳＢＢＲ池对ＣＯＤＣｒ的去除效果从图６可知，ＳＢＢＲ池对氨氮的去除效果优于ＣＯＤＣｒ，去除率基本保持在８０％，最高可达９０％。但氨氮去除率均随反应器的运行呈不同程度的下降趋势，这是由于微生物在反应器中不能利用低Ｃ／Ｎ的厌氧消化液进行有效的反硝化作用，中和硝化过程产生的酸，最终导致氨氮去除能力的下降。图６　ＳＢＢＲ池对氨氮的去除效果ＳＢＢＲ池进水总磷浓度波动较大，出水却相当稳定，出水总磷浓度基本在１０～１６ｍｇ／Ｌ，平均去除率达到７１．５％（见图７）。说明ＳＢＢＲ工艺在厌氧／好氧相互交替的运行工况下对总磷具有良好的去除效果，并具有较高的抗冲击负荷能力。４．３．３　添加原水对ＳＢＢＲ池处理效果的影响根据上述分析可知，厌氧消化液的可生化性差和低Ｃ／Ｎ是制约ＳＢＢＲ池持续高效处理厌氧消化液的关键因素。通过向厌氧消化液内添加原水，提高Ｃ／Ｎ，增强反硝化作用，同时维持适宜的ｐＨ进行图７　ＳＢＢＲ池对ＴＰ的去除效果亚硝化反应，提高氨氮去除效果。经小试，得到配水比为３０％（引入３０％原水以补充碳源）时ＳＢＢＲ池出水氨氮浓度最低，对厌氧消化液的处理效果最佳。添加原水后，ＳＢＢＲ池对ＣＯＤＣｒ去除率达到４１．７％～８３．１％（见图８）。中间由于降雨原因，猪场原水浓度下降，导致ＩＯＣ反应器出水浓度下降，ＳＢＢＲ池的ＣＯＤＣｒ去除率也下降，但随着进水ＣＯＤＣｒ浓度的回升，ＳＢＢＲ池处理能力得到了迅速恢复；同时，从外观上看，曝气过程ＳＢＢＲ池泡沫少，沉淀后上清液呈棕褐色，在闲置阶段，可见微小气泡逸出，说明反应器内存在较强烈的反硝化作用。原因是添加原水后系统内的ｐＨ基本稳定在７以上，提高了反硝化速率，原水中易降解的有机物为反硝化提供了碳源，从而提高了ＣＯＤＣｒ的去除率。图８　添加原水后ＳＢＢＲ池对ＣＯＤＣｒ的去除效果添加原水后，ＳＢＢＲ池对氨氮的去除效果见图９。氨氮的去除率大幅度提高，达到５３．６％～９７．６％，废水的Ｃ／Ｎ提高，反硝化作用增强，产生的碱度弥补了硝化阶段消耗的碱度且有剩余，缓冲作用强，保证氨氮的去除效率。如图１０可知，ＳＢＢＲ池对添加了原水的厌氧消５０　　　给水排水　Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．７　２０１１图９　添加原水后ＳＢＢＲ池对氨氮的去除效果图１０　添加原水后ＳＢＢＲ池对ＴＰ的去除效果化液的总磷去除效果要比未添加的好，去除率增大到６９．７％～８５．７％。主要原因是硝态氮的稀释降低了其对除磷作用的干扰，从而提高了磷的去除率。４．４　人工湿地运行情况组合型人工湿地ＣＯＤＣｒ平均去除率达５９．２％以上，氨氮平均去除率达３５．７％（见图１１、图１２）。人工湿地内好氧微环境，影响亚硝酸菌和硝酸菌的数量和分布，在人工湿地床内沿垂直方向自上而下是好氧、缺氧、厌氧的环境，使得人工湿地具有较强的氨氮去除能力。图１３表明，组合型人工湿地对磷的平均去除率达到５５．１％，由植物和微生物共同完成。植物吸收废水中的无机磷，将其同化为有机成分，通过对植物的收割来除磷；微生物可将磷同化为细胞物质。４．５　运行效果经过近４个月的调试及１年的优化运行，ＩＯＣ－ＳＢＢＲ—人工湿地组合工艺运行稳定，出水水质达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（ＧＢ　１８５９６—２００１），ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ５、ＳＳ、ＮＨ３—Ｎ、ＴＰ的平均去除率分别图１１　人工湿地对ＣＯＤＣｒ去除效果图１２　人工湿地对氨氮去除效果图１３　人工湿地对ＴＰ去除效果达到了９６．５％、９３．２％、９６．２％、８９％、８６％。５　经济效益该工程总投资９８．８万元，总装机功率为３５ｋＷ，实际运行功率为１２．５ｋＷ，耗电约为１３５ｋＷ·ｈ／ｄ，电价按０．６元／（ｋＷ·ｈ）计，则电费为８１元／ｄ；由于给水排水　Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．７　２０１１５１　　　厌氧预处理技术在绍兴污水处理厂升级改造中的应用研究虞伟权　曹　祺　戴海润（绍兴水处理发展有限公司，绍兴３１２０７４）　　摘要　采用ＡＢＲ工艺对绍兴污水处理厂原水经混凝沉淀处理出水开展了水解酸化中试研究。结果表明，在ＨＲＴ　１０～１１ｈ、ｐＨ≤９、反应水温２５～３５℃、进水ＳＳ＜２００ｍｇ／Ｌ、ＭＬＳＳ为２０～４０ｇ／Ｌ的条件下，ＣＯＤＣｒ的去除率达到４０％～５０％，Ｂ／Ｃ提升了１９．２％，污染物种类由８４种减少到４４种。关键词　印染废水　水解酸化　厌氧折流板反应器　升级改造１　工程背景绍兴污水处理厂是以处理印染废水为主的城市污水处理厂，进水中印染废水占８０％以上，生活污水占１０％，化工废水３％，其余企业排污占７％左右。主要进水指标为ＣＯＤＣｒ１　２００～２　０００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ５４００～６００ｍｇ／Ｌ，Ｂ／Ｃ　０．２５～０．５，ＳＳ　４００～６００ｍｇ／Ｌ，ｐＨ　７～１１，ＮＨ３—Ｎ　４０～５０ｍｇ／Ｌ，ＴＰ　４～７ｍｇ／Ｌ，色度２５０～４００倍，具有污染物浓度高、ｐＨ波动大、色度高、Ｂ／Ｃ低且逐年下降等特点。现建有一、二、三期工程，总处理能力达９０万ｍ３／ｄ。其中，一期工程采用混凝沉淀—厌氧—好氧工艺，设计处理水量３０万ｍ３／ｄ（实际２２万ｍ３／ｄ），设计厌氧池和好氧池为推流式，其设计ＨＲＴ分别为１０ｈ和１４ｈ；二期工程采用混凝沉淀—氧化沟（普通单沟）工艺，设计处理水量３０万ｍ３／ｄ（实际４３万ｍ３／ｄ），氧化沟设计ＨＲＴ　５８ｈ（实际４０ｈ）；三期工程采用混凝沉淀—厌氧—氧化沟（Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟的改良，进水端设有兼氧池）工艺，设计处理能力２０万ｍ３／ｄ（实际能达到２５万ｍ３／ｄ），设计厌氧池为内置沉淀池的类氧化沟形式的反应器，设计厌氧池、氧化沟和氧化沟内兼氧池的ＨＲＴ分别为１２．５ｈ、３６ｈ和３．６ｈ。设计进、出水质指标见表１。从实际运行情况来看，一、二、三期工程