T型氧化沟处理规模化猪场粪水厌氧出水的研究刘建国

第30卷第4期2004年8月东华大学学报(自然科学版)JOURNALOFD(〕NGHUAUNIVERSITYVol.30,No.4Aug.2004T型氧化沟处理规模化猪场粪水厌氧出水的研究刘建国`,汪永辉,,李盛凯’,唐振华2l(.东华大学环境科学与工程学院,上海,2。。。51;2.九江市环境监测站,九江,332000)摘要研究了T型氧化沟工艺对猪场粪水厌氧出水处理。当HRT平均为18h,反琦化、稍化运行时间比勺N/Nt为0.40时,处理出水的COD、BODS、NH才一N和SS均能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》。在匀N/Nt为0.17、0.27、。.40、。.47、0.56时,分别比较T型氧化沟对脱氮效果的影响。结果表明,当众〕N/Nt为0.40时,T型氧化沟对高氛氮的猪场粪水有较好的脱氮效果,此时系统达到浦化能力和反硝化潜能的最佳组合。但在试验中T型氧化沟对磷的去除效果不高。关键词:T型氧化沟,猪场粪水,勺N/Nt(反箱化、确化运行时间比)中图分类号:X713随着我国养猪业引人企业化、集约化的生产经营方式,规模化猪场的数量和规模正在逐年增加,这些规模化养猪场在改善人们的生活水平的同时,也造成了严重的环境污染和生态破坏问题。综合国内的猪场粪污处理,主要是着重综合利用,厌氧发酵产沼气以及干粪堆肥,很少进行好氧处理,有些具有好氧设施的,也只是着眼于BODS、COD和55等的去除l[]。对于猪场粪水这种排放量大、氮磷含量高的有机废水,单凭厌氧处理工艺是不能达到对废水的达标排放和利用要求,因此,研究一种既能去除有机污染物,又能去除氮磷的工艺技术具有十分重要的现实意义。T型氧化沟(三沟交替运行式氧化沟)是与自动控制技术相结合的交替工作式氧化沟系统。它由3条沟并排构成,中沟两侧壁分别设过水孔和两条侧沟连通,中沟进行连续曝气,两条侧沟交替作为曝气池和沉淀池,污水由进水分配井交替进人3条沟,出水从两条侧沟末端的出水堰门交替排出。T型氧化沟通过时间强制控制和溶解氧探头反馈控制两种方式的组合,来控制曝气转刷,达到好氧、缺氧、沉淀3种不同的工艺运行条件,从而实现有机物的降解和脱氮除磷。T型氧化沟融会了氧化沟工艺、间歇式及多级串联活性污泥法工艺的特点,具有工艺流程简单、投资省、操作管理简便、出水水质好等优点,比较适合对高浓度猪场粪水进行处理。验流程和电路控制见图1,其基本尺寸为:每条沟道宽16.5。m,廊道宽8。m,水深20em,总长97em,有效容积88.86L。材井幸药一一气{{ùǔ111ǔ将11出水门1tl!!l山广.111.1111111111llllllllllllJ厂.jtI…111rl||l|l人沪.llllllL电1水路控制线路户5`--一-L_________习_______`一一一__________一一~一一-一一J1.恒流泵;2.配水管;3.进水电磁阀;4.出水电磁阀;5.单相串激电机;6.曝气转刷;7.搅拌叶片;8.流通孔;9.排泥点;10.P比可编程控制器;n.出水控制线;12.进水控制线,13.曝气转刷控制线;14.搅拌器控制线图1试验装置1试验设计1.1试验装置及工艺设计T型氧化沟试验装置采用聚乙烯塑料制成,试本试验运行周期为sh,中沟进行连续曝气,两条边沟连续进行搅拌、曝气和沉淀,反硝化阶段同时进水以提供碳源,沉淀出水时该边沟不进水,每条边沟连续反硝化、硝化3h再澄清lh后出水,排泥点设在两边沟进水端。通过控制反硝化、硝化运行时间比枷/知(蜘、坛分别为在一个运行周期内反硝化、硝化的时间体积加权平均值),试验安排5种不同工艺组合,分别分析各种组合对污染物的去除效果。图2为在l个周期内5种运行模式蜘/知的工艺组合,分别为0.17、0.27、0.40、0.47、0.56。试验污泥取自某生活污水处理厂的曝气池污泥,再经过实验室驯化培养而成,试验月天T(水力停留时间)平均为18h,收稿日期:2003一06一064期刘建国,等:T型氧化沟处理规模化猪场粪水厌氧出水的研究77凡压55(活性污泥)平均浓度为5Zoom留L,SRT(泥龄)平均为30d,试验期间水温为16一22℃。运行模式l艺侧/如一0.17运行模式2t图/tN=0.27运行模式3t俐/tN~0.40运行模式4t川/tN~0.47运行模式5t侧/tN=0.56卿卿卿卿螂卿1.0hZ一0h1.OhIOhZOh1.0h卿卿瞰娜卿卿1.5h1.5h1.0hl.sh1.5h1.0h卿卿咖卿螂螂2`0h10h10h2.0h10h1.0h卿缈卿卿螂卿225h0.75h10h2.25ho一75h】.oh卿卿瞰卿螂螂2.5h0.5h1.0h2.5h0.5hI.oh图21个周期内5种运行模式俪/知的工艺组合1.2试验原水及水质分析方法试验用水取自上海市郊某规模化猪场厌氧消化池的出水,该猪场粪污采用水冲洗清粪方式,粪污先经过格栅再进行固液分离,分离后的粪水进人厌氧池进行消化处理,厌氧出水的平均水质情况如表1所示。表1猪场粪水厌氧出水的平均水质情况项目CODBO残NH才一NTNTPSSmg.--L,PH值厌氧出水205092038041631370本试验采用的水质分析方法图:COD采用重铬酸钾法;BODs采用稀释接种法;55采用烘干称重法;TN采用过硫酸钾氧化一紫外分光光度法;TP采用铝锑抗分光光度法;NH才一N采用纳氏试剂比色法;NO子一N采用酚二磺酸分光光度法;IX〕采用。xi330型便携式溶解氧仪(WTW)。2试验结果与分析2.IT型氧化沟对COD、BODS、SS的处理效果当运行模式t,t/N一0.40时,T型氧化沟对厌氧出水COD、BODs、55的处理效果见表2。表ZT型氧化沟对COD、BO残、SS的处理效果项目氧化沟进水(/grn·L一`)氧化沟出水(/呱·L一,)去除率(%)(刀D1艾〕比SS(平均)1378~2236614~10061370295~37961.7~82.10972.7~84.688.6~93.592.0注:当运行模式t侧/Nt一0.40时东华大学学报《自然科学版)第30卷oo50伟、é勺ù200150100ǎ一,曰·切日à\侧说020304t耐如不同俪t/、对出水TN、N(万一N的浓度变化0.50石图3NU旷一N、力)。当D。比N。大很多时,说明系统反硝化能力强,但系统提供的NO丁一N量不足,脱氮效果不高;反之当D,比Nn小很多时,系统的硝化能力强于反硝化能力,脱氮效果同样不佳。图4是由试验数据计算得出的不同t,/坛组合时的D。和从。由图4可以看出当t田t/N一0.40时,D。和N。最接近,此时系统达到硝化能力和反硝化潜能的最佳组合,脱氮能力较强,试验中在t、/如为。.40时比其他几组t、/如的组合有更高的脱氮效果就是这个原因。00ū产6-去一Dpǎ一lǎ,曰à·助已à、之00一34由表2的结果表明,T型氧化沟对猪场粪水厌氧出水的COD、BODs、55均有较好的去除效果,且都能达到文献[3j标准。由表2可知T型氧化沟出水的BODs/C()D为0.2左右,说明出水的可生化性比较差,出水中还含有大量难降解C(〕D,这与国外采用好氧处理结果比较一致[’]。2.25种不同的工艺组合t,t/N对脱氮效果的影响在污水处理系统中氮的去除可以通过氨的挥发、细菌的同化作用和异化作用来实现。当pH值为7.6,温度为20℃时,可忽略氨的挥发对氮的去除作用。试验中泥龄较长,内源呼吸进行比较彻底,故同化作用也可忽略不计。所以氮的去除主要是通过细菌的异化作用,表现为硝化和反硝化。在试验中向进水补充NaHCq,维持中沟的pH值约为7.0一7.8,以达到硝化作用所适宜的pH值水平。为了研究不同的硝化反硝化时间比t、/如对T型氧化沟脱氮的影响,试验安排5种工艺组合t,/如。图3表示当5种工艺组合tND/如分别为0.17、0.27、0.40、0.47、0.56时,出水TN、NH才一N、N研一N的浓度变化。由图3可以看出,出水中NH才一N的浓度随着t川/如值的增大而增大,即NH才一N的去除率随着t、/如值的增大而呈下降趋势,这说明系统的硝化能力随着t,/坛的减小而得到提高。当减少反硝化的操作时间时,出水NO矛一N浓度升高,NH才一N浓度降低,此时系统的反硝化潜能较低而硝化能力较强。在这5种组合中出水TN的浓度有着明显的差异,当t,八N太高或太低时出水TN的浓度都会升高,当t,/如为0.40时出水TN的平均浓度为136.9mg/L,系统脱氮效果最好。G..AEkama等人曾就脱氮系统提出Denitrifieationpotential和Nitrifieationeapability两个概念〔5],即D。和N。(D。是指系统将N研一N转化为N:的能力,Nn是指系统实际氧化氨氮的能著30000八曰ūJ口6芍J4ǎōǎ,闷à·助日17027040,47与NI细图4不同俪/如时的环和凡值2.3T型氧化沟脱氮除磷的综合效果当运行模式t,t/N一0.40时,T型氧化沟对厌氧出水NH才一N、TN、TP的处理效果见表3。表3T型暇化沟对Nl对一N、TN、即的处理效果项目氧化沟进水(/毗·L一`)氧化沟出水(/叱·L一`)NH才一NTN(平均)TP(平均)312.0~509.042.8一72.2去除率(%)78.7~88.3416.031.0137.067.117.443.9注:当运行模式如/细~。.40时由表3可以看出T型氧化沟对氮的去除效果较好,特别是对NH才一N的去除效果很好,出水达到文献[3」标准。但T型氧化沟对TP的处理效果不高,去除率仅为43.9%,出水中TP平均为17.4m创L,没有达到排放标准,这是因为猪场粪水中磷的含量太高;同时在试验中反硝化阶段以)一般控4期刘建国,等:T型氧化沟处理规模化猪场粪水厌氧出水的研究制在0.15一0.45mg·L一’之间,不能保证严格的厌氧环境,不利于生物除磷;另外因SRT控制在30d左右,试验中排泥较少,也影响磷的去除。3结论要参数。(3)试验发现T型氧化沟对含磷很高的猪场粪水去除能力不强,平均去除效率仅为43.9写,不能做到达标排放,建议增加后续处理,如进行物化处理除磷等,从而做到达标排放。(1)T型氧化沟对猪场粪水厌氧出水中的有机污染物有较好的处理效果,特别是对NH才一N的处理效果好,在进水NH才一N的浓度高达312一509mg/L时,出水NH才一N的浓度小于80mg/L。出水除磷超标外,COD、BO玖、NH才一N和55均能达到文献[3]标准。(2)分别比较反硝化和硝化运行时间比t,t/N为0.17、0.27、0.40、0.47、0.56时,综合考虑T型氧化沟对猪场粪水厌氧出水NH才一N和TN的处理效果。结果表明,当tNDt/N为0.40时,T型氧化沟对高氨氮的猪场粪水有较好的脱氮效果,此时系统达到硝化能力和反硝化潜能的最佳组合。同时也说明t,/如为影响T型氧化沟脱氮效果的重参考文献邓良伟,姚爱莉,梅自立.SBR工艺处理猪场粪污的试验研究.中国沼气,2000,18(l):8一11国家环保局.水和废水分析方法.北京:中国环境科学出版社,1989:252一365国家环境保护总局.畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001).北京:中国标准出版社,2001TakahsiOsada,KiyyonriH昭a,YasuoHarada.RSJ刀ovalofnitorgenandphOPhoursforms俪neawsteawterbytheaetivatedsludgeunits侧thintemrittentaeartionPcoress.WatRes,1991,25(11):1377一1388EkamaGA,SiebiratIP,MaraisGVRConsideartionsinthepocressdesi,ofnutirentreomvalaetivatdesludgePoreesses.Wat段i,1983,15:283一318ǐIJǐesJ11八乙尸.L厂`L刁JǐesJnO4厂LL.LTreatmentOfAnaerobicallyDiges