浸沒(méi)式MBR技術(shù)在養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理中的應(yīng)用

浸沒(méi)式MBR技術(shù)在養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理中的應(yīng)用摘要：采用浸沒(méi)式MBR，并結(jié)合傳統(tǒng)的A/O工藝處理高CODcr和高NH3-N濃度的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，可有效地實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)廢水處理站進(jìn)水水質(zhì)CODcr為9100mg/L、BOD5為3788mg/L、SS為4490mg/L、NH3-N為450mg/L時(shí)，出水CODcr<85mg/L，BOD5<10mg/L，SS<5mg/L，NH3-N<5mg/L，達(dá)到DB31/199－1997一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵字：養(yǎng)豬場(chǎng)廢水高有機(jī)污染物高氨氮濃度浸沒(méi)式MBRTheapplicationofimmergedMBRtechnologyforthehoggerywastewatertreatmentAbstract:Hoggerywastewatercontainsahighorganicmatterandammoniacconcentration,whichcanbeefficientlytreatedbyimmergedMBRandA/Oprocess.TheinletconcentrationofhoggerywastewaterisCODcr9100mg/L，BOD53788mg/L，SS4490mg/L，NH3-N450mg/L;TheoutletwaterhasreachedtheDB31/199－1997first-classstandard(CODcr<85mg/L,BOD5<10mg/L,SS<5mg/L,NH3-N<5mg/L).Keyword:HoggerywastewaterHighorganiccontaminationHighammoniacconcentrationImmergedMBR膜生物反應(yīng)器（MBR）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高效的污水生化處理工藝[1]。在短短的幾十年里，MBR技術(shù)經(jīng)歷了分置式、錯(cuò)流式和浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器三個(gè)階段，其中，浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器是21世紀(jì)公認(rèn)的最有發(fā)展前途的環(huán)境治理技術(shù)之一[2]，也是目前處理高濃度廢水[3]和污水中水回用[4]的理想技術(shù)。畜禽廢水主要有糞便、尿液定期沖洗的“混合系統(tǒng)”和干糞人工鏟除、尿液畜禽棚定期沖洗的“干濕分開(kāi)系統(tǒng)”等兩種，其特性是有機(jī)物、懸浮物和氨氮污染物濃度高，生化性能好，處理難度前者遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者，若不進(jìn)行處理直接排放，必將對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。對(duì)該類廢水，目前常見(jiàn)的處理工藝是“厭氧預(yù)處理+好氧處理”，但該工藝處理后排放廢水難以達(dá)到國(guó)家或當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)某“干濕分離系統(tǒng)”養(yǎng)豬場(chǎng)排放的高濃度廢水（廢水水量20m3/d，CODcr=9100mg/L，BOD5=3788mg/L，SS=4490mg/L，NH3-N=450mg/L），吸收傳統(tǒng)的“厭氧+好氧”處理工藝成果，采用先進(jìn)的浸沒(méi)式生物反應(yīng)器處理技術(shù)。1浸沒(méi)式MBR處理技術(shù)MBR是活性污泥法中的一種，也是利用生物反應(yīng)槽（曝氣槽）內(nèi)含微生物菌群的活性污泥吸附水體中的有機(jī)污染物，并以其為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或增殖材料，使水體中的有機(jī)污染物分解達(dá)到凈化廢水的目的。浸沒(méi)式MBR處理技術(shù)是將吸入泵、曝氣器和生物反應(yīng)池為一體式的最新膜生物反應(yīng)器，膜組件直接放于生物反應(yīng)器中，膜內(nèi)流速由空氣的攪拌提供。對(duì)有機(jī)物、氨氮濃度高的畜禽廢水，采用前置式反硝化生物脫氮工藝（A/O工藝）[6,7]，與浸沒(méi)式MBR工藝結(jié)合，將彌補(bǔ)傳統(tǒng)A/O工藝的不足，并具有以下顯著特點(diǎn)：（1）通過(guò)反硝化脫氮，徹底消除氨氮對(duì)微生物環(huán)境的影響；（2）減少了后續(xù)硝化過(guò)程的外加堿量，和后續(xù)硝化過(guò)程的曝氣量，運(yùn)行費(fèi)用省。與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，A/O工藝結(jié)合浸沒(méi)式MBR處理技術(shù)固液分離效率高，無(wú)須二級(jí)沉淀池，設(shè)備簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物占有空間小，自動(dòng)控制穩(wěn)定，耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，污泥產(chǎn)量少，出水水質(zhì)穩(wěn)定等。2工藝技術(shù)路線廢水首先經(jīng)過(guò)細(xì)篩網(wǎng)隔除廢水中的懸浮物和雜物后流入調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)水量，然后用泵打入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液流入MBR處理池，MBR處理池設(shè)計(jì)為A/O處理系統(tǒng)：在前段，進(jìn)水與后段的回流水充分混和進(jìn)行生物反硝化脫氮，在后段進(jìn)行生物降解和硝化，同時(shí)加堿補(bǔ)充氨氮硝化所消耗的堿度，處理后水直接排放。3結(jié)果分析與討論該工程施工安裝歷時(shí)2個(gè)月，于2000年3月投入活性污泥正式開(kāi)始工藝調(diào)試。通過(guò)3個(gè)月的調(diào)試及6個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)得進(jìn)入廢水處理站的平均水質(zhì)與設(shè)計(jì)水質(zhì)基本相符，即CODcr=9100mg/L，BOD5=3788mg/L，SS=4490mg/L，NH3-N=450mg/L。出水水質(zhì)于達(dá)到DB31/199－1997一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)出水水質(zhì)，調(diào)試階段基本共分為5個(gè)階段進(jìn)行，調(diào)試過(guò)程表1，出水水質(zhì)結(jié)果見(jiàn)圖2。表1某養(yǎng)豬場(chǎng)廢水調(diào)試階段說(shuō)明階段時(shí)間段/d現(xiàn)象I0~22馴化階段II23~41出水CODcr、BBOD5和SS達(dá)標(biāo)，NH3-N超標(biāo)，pH>8..5Ⅲ42~90BOD5和SS達(dá)達(dá)標(biāo)，出水CODcr超標(biāo)，NH3-N超標(biāo)，pH=5..5～6.5IV90~100BOD5、NH33-N和SS達(dá)標(biāo)，出水CODcr超標(biāo)，pH=7..4～7.8V>101CODcr、BOOD5、NH3-N和SS達(dá)標(biāo)，pH=77.5～8.5階段I：調(diào)試工作準(zhǔn)備就緒，向MBR池內(nèi)投入有效池容約7.5%的城市活性污泥，用水加滿后，處理系統(tǒng)按設(shè)定的程序開(kāi)始運(yùn)行。階段II：調(diào)試至第23天進(jìn)行第一次取樣，出水CODcr小于100mg/L，但進(jìn)出MBR池的NH3-N濃度相同，出水pH高于進(jìn)水，且有大量的泡沫產(chǎn)生。結(jié)果表明微生物經(jīng)22d馴化后，繁殖速率較高的異養(yǎng)菌增殖迅速，世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌尚未形成優(yōu)勢(shì)菌種。由于氨氮濃度高，廢水呈堿性而產(chǎn)生大量泡沫。階段III：第46天取樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)CODcr又出現(xiàn)回升趨勢(shì)（約300mg/L），而NH3-N濃度明顯下降，出水pH低于進(jìn)水；在接下來(lái)近40d的調(diào)試期間，出水的CODcr穩(wěn)定在250mg/L左右，NH3-N穩(wěn)定在50mg/L左右，pH小于6。產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因可從硝化過(guò)程機(jī)理分析得到解釋。根據(jù)硝化過(guò)程機(jī)理，硝化過(guò)程主要包括以下串級(jí)反應(yīng)，即：由反應(yīng)（1）可知，廢水中1molNH4+在溶解氧和亞硝酸菌的作用下，即可產(chǎn)生2molH+和1mol的NO2—。當(dāng)調(diào)試進(jìn)入階段III時(shí)，廢水中的NH3-N濃度下降，pH降低，說(shuō)明硝化過(guò)程反應(yīng)（1）已開(kāi)始進(jìn)行，即廢水中的亞硝酸菌和硝酸菌開(kāi)始生成。由于硝酸菌的產(chǎn)率約為亞硝酸菌的1/2至1/3[1]，加上在酸性環(huán)境下（pH=6.0～7.2），反應(yīng)（1）的反應(yīng)速度大于反應(yīng)（2），從而使硝化過(guò)程中的串級(jí)反應(yīng)（2）的反應(yīng)速度較小，廢水中H+濃度和NO2—濃度累積。因此，廢水在進(jìn)入調(diào)式階段III時(shí)，廢水中的pH始終較小，出水中的NO2—濃度較高。這與第77天的MBR出水中NO2—高達(dá)123mg/L的分析結(jié)果十分吻合。同時(shí)，由于出水pH較低，反應(yīng)（1）得到抑制，使出水NH3-N基本保持在50mg/L左右。眾所都知，NO2—屬還原性物質(zhì)，理論上1mg/LNO2--N將產(chǎn)生1.141mg/LCODcr[1]，為證實(shí)NO2—對(duì)出水CODcr的貢獻(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室采用測(cè)定BOD5預(yù)處理的方法將NO2—影響消除，測(cè)得CODcr<100mg/L。該結(jié)果表明，階段III出水CODcr穩(wěn)定在250mg/L左右主要是由NO2—累積引起。實(shí)驗(yàn)室利用該養(yǎng)豬場(chǎng)的污泥和出水進(jìn)行小試，發(fā)現(xiàn)如果控制pH>7.5，則出水NH3-N<5mg/L，而NO2—濃度不變。這也說(shuō)明階段III的硝酸菌濃度由于受廢水中酸環(huán)境和硝酸菌生成速率的制約，尚未達(dá)到需要濃度。因此，在進(jìn)入階段III時(shí)，廢水的pH始終小于6，出水的CODcr穩(wěn)定在250mg/L。為了提高環(huán)境pH，促進(jìn)硝化反應(yīng)，在調(diào)試進(jìn)入第79天時(shí)，向廢水中投加NaOH，但實(shí)際投加量遠(yuǎn)大于理論加堿量（理論加堿量=硝化所需堿度—進(jìn)水堿度）。這于MBR池較大和NH4+的緩沖作用有關(guān)。所以加堿量逐日提高（350～550g/t廢水），至第87天出水pH才有明顯上升趨勢(shì)。在階段III的初期，泡沫仍較多，池內(nèi)活性污泥隨泡沫溢出。當(dāng)進(jìn)入第50天時(shí)，開(kāi)始投加消泡劑（約1.5～2.0g/L），污泥濃度開(kāi)始增加，廢水中泡沫大大減少。階段IV：該階段持續(xù)時(shí)間約10d，主要特征是pH保持在7以上，NH3-N<5mg/L；由于廢水中pH控制較差，出水中CODcr雖有明顯下降，但仍稍為超標(biāo)。這也從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，對(duì)高氨氮、高CODcr污染物廢水處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)的自動(dòng)化程度將直接對(duì)出水產(chǎn)生重大影響。階段V：調(diào)試開(kāi)進(jìn)入第100天，加藥系統(tǒng)、自動(dòng)控制和反饋系統(tǒng)完全正常，MBR出水全部達(dá)到DB31/199－1997一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，硝化系統(tǒng)已完善，加堿量逐日減少（230～140g/t廢水），泡沫產(chǎn)生大量減少，系統(tǒng)不需添加消泡劑。4結(jié)論采用膜分離活性污泥法處理廢水在國(guó)內(nèi)進(jìn)行的試驗(yàn)及工程性試驗(yàn)較多[3,4]，但實(shí)際工程項(xiàng)目很少。本文采用前置式反硝化生物脫氮A/O工藝，將浸沒(méi)式MBR裝置O級(jí)生化池處理畜牧廢水這種含高有機(jī)物、高氨氮的廢水，在國(guó)內(nèi)尚屬首次。對(duì)于高濃度有機(jī)廢水，采用膜法處理廢水的投資與普通生化法基本相當(dāng)，但出水水質(zhì)穩(wěn)定、污泥量小、占地面積緊湊，運(yùn)行和管理簡(jiǎn)單。本項(xiàng)目以干濕分離系統(tǒng)的畜禽廢水為對(duì)象，進(jìn)水CODcr為9100mg/L，BOD5為3788mg/L，SS為4490mg/L，NH3-N為450mg/L，經(jīng)浸沒(méi)式MBR工藝處理后，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的調(diào)試及6個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，共經(jīng)歷了5個(gè)階段，出水CODcr<85mg/L，BOD5<10mg/L，SS<5mg/L，NH3-N<5mg/L，達(dá)到DB31/199－1997一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，該養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理項(xiàng)目的成功為浸沒(méi)式MBR工藝處理畜牧廢水提供了寶貴的工程實(shí)踐。參考文獻(xiàn)1.許振良.膜法水處理技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.219～2602.彭躍蓮，劉忠洲.膜生物反應(yīng)器在廢水處理中的應(yīng)用.水處理技術(shù)，1999，25（4）：63～693.GunderP，etal.Replacementofsecondaryclarificationbymembraneseparationresultswithplateandhollowfibermodules.Wat.Sci.Tech.，1998，38（4～