缺氧-好氧-一体式MBR 工艺处理养猪污水并回用
摘要: 采用缺氧/好氧/一体式膜生物反应器(MBR) 工艺处理养猪污水，对该工程的调试和运行两个阶段进行跟踪检测，发现调试阶段通过间歇曝气可以满足活性污泥增殖对溶解氧的需求; 正常运行后，该工艺对污水中COD、NH3-N、TN 和TP 的去除率分别可达90%、95%、85% 和72%，出水COD、NH3-N、TN 和TP 分别在100、30、60 和20 mg /L 以下，能满足冲圈、灌溉等回用需求。
关键词: 缺氧/好氧/一体式膜生物反应器; 养猪污水; 再生回用
近年来，集约化大中型畜禽场粪便流失污染已成为较为突出的环境问题［1］。规模化养殖场每天排放的污水量大、集中，且COD、NH3-N 和总磷等浓度高［2］，携带的病原菌危害大［3］，若不经有效处理，势必导致周边水域污染、生态环境恶化。沼气发酵、新型生物发酵床以及UASB 等厌氧技术被广泛应用到高浓度的养殖污水处理［4］，但这些技术很难实现达标排放和回用。
采用缺氧/好氧/一体式膜生物反应器(MBR)工艺对某养猪场污水进行处理，目的是追踪并优化该处理工艺，使污水处理后能回用于猪圈的冲洗、果园的灌溉以及河塘水产养殖。
1 进、出水设计参数
根据多次现场调查、实测结果，确定设计污水处理量为100 m3 /d，进水为厌氧沼气池出水。设计进、出水水质如表1 所示。
表1 设计进、出水水质
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2 处理工艺及设计、运行参数
2. 1 工艺流程
设计采用缺氧/好氧/一体式膜生物反应器处理工艺。缺氧池和好氧池合壁组建，通过溢流孔对污水进行导流。好氧池内安装液位计，自控系统根据液位高低启闭潜水泵以调节曝气池内水量。一体式膜生物反应器为铁制，将风机、出水离心泵、加药槽、流量计等设备置于一室，可以提高设备空间利用率。膜反应器膜面积为400 m2，污水处理系统采用人工和自动双重控制。
污水处理流程如图1 所示。
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图1 工艺流程示意
Fig．1 Flow chart of treatment process
2. 2 设计参数及运行条件
主要构筑物及设备参数见表2。
表2 主要构筑物及设备设计参数
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3 处理效果与分析
3. 1 运行效果与控制
该工程调试期为35 天，缺氧池调试污泥来自厌氧沼气池，曝气池接种污泥来自某造纸厂二沉池。调试启动阶段采取间歇式进水，6～ 10 h 换水一次，换水前停止曝气，静止0．5～1 h，排去上清液，持续3 周。曝气池污泥浓度增加后，对一体式膜生物反应器进行调试，直至整个系统按设计正常运行。调试阶段进水温度为19～23 ℃，pH 值为6～8．5，曝气池启动时MLSS 为8 400 mg /L。
针对调试阶段和调试完成后50 天的水质进行跟踪检测，取样周期为调试阶段每5 天一次，调试结束后10 天一次，跟踪了各个工艺单元对COD 和NH3-N 以及整体工艺对TN、TP 的去除效果。
① 缺氧池对COD 和NH3-N 的去除
缺氧池调试启动阶段，由于污水来自厌氧的沼气池，臭味大且为深绿色，缺氧池对COD 和NH3-N的去除效果不明显，去除率分别为17%～21% 和6．4%～13%。调试20 天后，由于污泥的成熟以及膜反应器回流水的混合，使氨氮浓度下降，COD 和NH3-N 的浓度最高降低50% 和70%。正常运行后，缺氧池内COD 和NH3-N 保持在一定的浓度范围，已处于稳定运行状态。
② 曝气池对COD 和NH3-N的去除
曝气池有效水深为3 m，底部采用微孔曝气器。在调试启动后的10 天内，曝气池采用连续24 h 曝气培养方式，对COD 的去除率可达51%，但曝气池内污泥浓度保持在800～1 100 mg /L，水体溶解氧高达6～8 mg /L。溶解氧过高，有机物含量不足，导致污泥增殖受阻［5］。由于该工程在设计时未预留曝气排空管，从调试的第11～20 天采用间歇式曝气(即曝气1 h，停曝0．5～1 h) 使水中DO 保持在1 ～3．5 mg /L，不仅满足了微生物生长、繁殖的需要，同时也能抑制厌氧菌的生长，防止水体发臭，还避免了曝气设备的更换。在此期间，COD 持续下降，污泥浓度增长较快，至第20 天MLSS 为3 860 mg /L。20天后采取连续进水、连续曝气方式培养污泥，污泥浓度保持在3 450～3 900 mg /L，对COD 和NH3-N 的去除率分别保持在50%～56% 和50%～60%。调试完成后的近2 个月内，对NH3-N 和COD 的去除效果都较为稳定，曝气池出水COD 和NH3-N 分别保持在300 mg /L 和30 mg /L 左右。
③ MBR 的污泥生长情况及对COD、NH3-N的去除
膜生物反应器的调试在曝气池污泥达到一定浓度后启动，接种污泥来自曝气池混合液。膜生物反应器启动后，整个污水处理系统采取全自动连续进水、曝气运行模式。膜区内的MLSS 在10 天内增长较快，之后通过回流和排泥稳定在7～8 g /L 左右。由于污泥浓度增加，对有机物的去除率提高，污泥负荷稳定在1．7 kgCOD/(kg·d) ，COD 去除率由70%提升至90% 以上。虽然硝化细菌的生长世代周期较长、增殖缓慢，但在MBR 这种能够实现完全固液分离的反应器中，细菌可以被截留下来，使得反应器内硝化菌数量逐渐积累，对NH3-N 的去除率也由原来的80%提高到95%。
④整个系统对TN 和TP 的去除
在各单元正式启动之后，对进、出水TN 和TP进行监测，在调试稳定后定期对膜池进行剩余污泥的排除。
该工艺对TN 和TP 均具有较好的去除效果，其中TN 最高去除率为87．4%，系统稳定后平均去除率为85．8%; 对总磷的最高去除率为78%，正常运行后平均为72%。随着系统的稳定和细菌培养时间的增加，世代时间较长的硝化细菌逐渐成熟，硝化能力的加强保证了缺氧池反硝化反应所需的硝酸根离子，促进了脱氮效果的提高。剩余污泥的排除不仅减少了污泥对膜组件的污染，排除了老化的污泥，同时有效地去除了污泥中的磷。
3. 2 项目验收指标
调试完成后水质指标完全达到设计指标要求。验收监测数据见表3。
表3 验收监测出水指标
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4 经济成本分析
电价按0．6元/(kW·h) 计算，清洗药剂主要为0．3%的烧碱、2%的柠檬酸或1%的盐酸(膜孔堵塞、出水量减少时清洗) ，电费和药剂费合计为1．33元/m3。
经济分析见表4。
表4 日常电费和药剂费
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5 结论
①调试阶段是活性污泥的适应和增长期，污水中溶解氧过高会导致活性污泥的自身分解加快，从而达不到污泥增殖的目标。因此，合理的控制曝气量有利于活性污泥的生长和繁殖。
②缺氧/好氧/一体式膜生物反应器工艺运行稳定后，对养殖污水的COD、NH3-N、TN 和TP 的去除率分别可达90%、95%、85．8%和72%，具有较好的处理效果。污水处理成本为1．33 元/m3，具有较强的可操作性。
③缺氧/好氧/一体式膜生物反应器工艺的处理出水水质能较好地满足猪圈冲洗和果园浇灌的需求，但该工艺在TP 的去除上还有待进一步强化。
参考文献:
［1］邓良伟．规模化畜禽养殖废水处理技术现状探析［J］．中国生态农业学报，2006，14(2) : 23-26．
［2］魏传德，陈卫东，曹俊．生猪规模化养殖废水生物处理技术的应用与启示［J］．上海畜牧兽医通讯，2009，(3):40-41．
［3］彭里．畜禽养殖环境污染及治理研究进展［J］．中国生态农业学报，2006，14(2) : 19-22．
［4］陈蕊，高怀友，傅学起，等．畜禽养殖废水处理技术的研究与应用［J］．农业环境科学学报，2006，25 (增刊) : 374-377．
［5］何圣兵，蒋轶锋，王宝贞．MBR 中溶解氧和污泥负荷对污泥产量的影响［J］．水处理技术，2005，(9) : 17-20．
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