高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧生物處理技術(shù)研究*

陳慧祥 彭舉威 林孝娟

(1:吉林建筑工程學(xué)院市政與環(huán)境工程學(xué)院，長春 130118;2:長春市財政投資評審中心，長春 130061)

自20世紀(jì)90年代以來，我國畜禽業(yè)發(fā)展迅速，肉類和禽蛋產(chǎn)量均躍居世界第一，各種大型養(yǎng)殖場大量涌現(xiàn)，隨之而來的是越來越嚴(yán)重的養(yǎng)殖糞尿和廢水污染問題.如養(yǎng)殖糞尿排泄物及廢水得不到妥善處置將會對我國城市環(huán)境、飲用水源、農(nóng)業(yè)生態(tài)產(chǎn)生直接威脅和危害，同時也會影響?zhàn)B殖業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展.養(yǎng)殖廢水的處理模式主要有:①還田模式;②自然處理模式;③工廠化處理模式［1］.還田模式對于小型養(yǎng)殖場來說有一定的可行性，對于規(guī)模化養(yǎng)殖場來說需要大量土地來對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行消化，因此就不適用;自然處理模式對于規(guī)模化養(yǎng)殖場來說也需要占用大量的土地，也不適用.因此，對于規(guī)?；B(yǎng)殖場來說，工廠化處理模式具有占地面積小、處理效率高等特點，被越來越多的規(guī)?；B(yǎng)殖場所采用，但由于養(yǎng)殖業(yè)不同于其他行業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不高導(dǎo)致污水處理投資不可能太大，這就需要開發(fā)投資少、處理效果好的工藝［2］.

厭氧生物處理技術(shù)具有動力消耗小、污泥產(chǎn)量少、能產(chǎn)生生物能(沼氣)，以及對某些難降解有機(jī)物有較好的處理效果.因此，厭氧生物處理技術(shù)被大量用于高濃度有機(jī)廢水并得到了迅速發(fā)展［3］.單一的厭氧處理對COD有一定的去除，可氮、磷的去除并不理想，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要與好氧處理相結(jié)合.鄧良偉［4］等采用內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)處理豬場廢水，TP去除率達(dá)53.8%，COD去除率達(dá)80.3%，BOD5去除率達(dá)95.8%，SS去除率達(dá)78%.鄧仕槐［5］等采用氣浮－ABR－CASS－濕地及生態(tài)塘組合工藝，都取得了較好的效果.

1 幾種常用的厭氧生物處理技術(shù)

目前常用于高濃度養(yǎng)殖廢水處理的方法主要有厭氧濾池(AF)法、升流式厭氧污泥床(UASB)法、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)法等.

1.1 厭氧濾池(AF)生物技術(shù)

厭氧濾池(AF)是一種內(nèi)部填充有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器.厭氧微生物一部分附著生長在填料上，形成厭氧生物膜，另一部分在填料空隙間處于懸浮狀態(tài).污水在流動過程中保持與生長有厭氧細(xì)菌的填料相接觸，通過微生物的一系列作用，將高濃度養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)物去除，并產(chǎn)生以甲烷為主的沼氣［3］.通過收集裝置將沼氣收集可用于養(yǎng)殖場日常生活用能、反應(yīng)器保溫、養(yǎng)殖場保溫等.厭氧濾池內(nèi)生物固體濃度高，因此可以獲得較高的有機(jī)負(fù)荷，廢水COD負(fù)荷可高達(dá)(5～15)kg/(m3·d)，當(dāng)有機(jī)物濃度和性質(zhì)適宜時有機(jī)負(fù)荷高達(dá)(10～20)kg/(m3·d).厭氧濾池內(nèi)固體停留時間長，因此可以縮短水力停留時間，耐沖擊負(fù)荷能力也較強(qiáng)，而且啟動時間短，運行管理也較方便［3］.但是，在填料采用不當(dāng)?shù)那闆r下，污水懸浮物濃度較高時容易發(fā)生反應(yīng)器短路和堵塞，這是厭氧濾池不能迅速推廣的一個瓶頸.

1.2 升流式厭氧污泥床(UASB)生物技術(shù)

升流式厭氧污泥床(UASB)是在升流式厭氧濾池的基礎(chǔ)上改良而來的，它取消了濾池內(nèi)的全部填料，并在池子的上部設(shè)置了氣、液、固三相分離器，這就構(gòu)成了一種結(jié)構(gòu)簡單、處理效能高的新型反應(yīng)器—升流式厭氧污泥床反應(yīng)器［3］.圖1為UASB反應(yīng)器工作原理示意圖.

污水從反應(yīng)器底部向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的的污泥床，在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生沼氣，沼氣的產(chǎn)生引起內(nèi)部循環(huán)對于顆粒污泥的形成和維持是有利的，因此，有利于有機(jī)物的降解.升流式厭氧污泥床具有污泥濃度高，平均污泥濃度為(20～40)gVSS/L，水力停留時間長，容積負(fù)荷一般為(6～11)kgCOD/(m3·d)左右.無混合攪拌設(shè)備，靠水流和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也有一定程度的攪動.UASB內(nèi)設(shè)三相分離器，通常不設(shè)沉淀池，被沉淀區(qū)分離出來的污泥重新回到污泥床反應(yīng)區(qū)內(nèi)，而且污泥床不填載體，節(jié)省造價并可避免填料堵塞的問題，正因如此，UASB反應(yīng)器已成為第二代厭氧反應(yīng)器中發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛的裝置.厭氧生物處理法不僅適用于高濃度有機(jī)廢水，進(jìn)水BOD最高濃度可數(shù)以萬計，也適用于低濃度有機(jī)廢水，如城市污水等.王蔚知［6］等采用UASB/SBR/氧化塘工藝處理養(yǎng)豬廢水，經(jīng)UASB處理后COD去除率為82%，BOD去除率為79%，NH3－N去除率為31%.UASB反應(yīng)器對有機(jī)物有較理想的去除率，但是，對氨氮和磷的去除效果不理想.此外，進(jìn)水中懸浮物需要適當(dāng)控制，不宜過高，一般控制在100mg/L以下，防止懸浮物對處理效果的影響.

圖1 UASB反應(yīng)器示意圖

圖2 ABR反應(yīng)器示意圖

1.3 厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)生物技術(shù)

ABR工藝作為第三代新型厭氧反應(yīng)器，是一種高效反應(yīng)器，相對于UASB，AF厭氧處理工藝具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)等諸多優(yōu)點，但實際使用中涉及較少，用于高濃度養(yǎng)殖廢水處理的例子更是未見報道.ABR反應(yīng)器如圖2所示.

由于在反應(yīng)器中安裝了一系列垂直的折流板，將反應(yīng)器分隔成幾個串聯(lián)的反應(yīng)室，每個反應(yīng)室都可以看成是相對獨立的上流式厭氧污泥床(UASB)，每個反應(yīng)室中的水流都可以看成是完全混合的，處理過程中反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體使反應(yīng)器內(nèi)的微生物固體在折流板形成的各個隔室內(nèi)做上下運動，而整個反應(yīng)器內(nèi)的水流則以較慢的速度做水平流動.因此，ABR反應(yīng)器的水力流態(tài)在整體上又可以看成是推流式.ABR反應(yīng)器中，相互串聯(lián)的隔室有利于微生物種群在沿反應(yīng)器長度上的不同隔室中順次實現(xiàn)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分離，從而在單個反應(yīng)器中實現(xiàn)兩相或多相分離.這樣可以使不同類型的微生物在最適宜的條件下生長，實現(xiàn)較高的有機(jī)物降解能力.方圣瓊［7］等采用ABR工藝處理高濃度畜禽養(yǎng)殖廢水，當(dāng)進(jìn)水COD濃度達(dá)到(9 000～10 000)mg/L時，COD的容積負(fù)荷最高為6 kgCOD(m3·d)，水力停留時間48 h左右，去除率在75% ～85%，出水COD濃度在(1 500～2 000)mg/L，產(chǎn)氣率在0.4 m3/(kgCOD).但是，ABR工藝對NH3－N幾乎沒有去除效果.因此，如何改進(jìn)該工藝使其有脫氮的功效是今后研究的一個方向.

2 高濃度養(yǎng)殖廢水厭氧處理與其他工藝的組合研究

近年來，人們在不斷研究和探索高濃度養(yǎng)殖廢水的厭氧處理時發(fā)現(xiàn)，單一的厭氧處理對廢水中COD有一定的去除，但氮、磷等營養(yǎng)元素的去除并不是很理想，時常會出現(xiàn)經(jīng)厭氧處理的高濃度養(yǎng)殖廢水氨氮含量依然很高，達(dá)不到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18596－2001)的排放要求.因此，要使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，就需要配合其他的好氧工藝進(jìn)行后續(xù)處理.

在厭氧—好氧工藝處理養(yǎng)殖廢水方面，鄧仕槐［5］等采用ABR—CASS—濕地及生態(tài)塘工藝處理豬場養(yǎng)殖廢水，處理后出水主要指標(biāo)分別為:COD為(45～55)mg/L，BOD為(20～25)mg/L，SS為(25～30)mg/L，NH3－N為(4～5)mg/L，達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》.COD，BOD，SS，NH3－N的去除率分別達(dá)到:99%，99%，99%，98%;同時還可以收集到大量沼氣.由此可見，各種厭氧—好氧的組合工藝不僅實現(xiàn)了生物資源的利用，同時也消除了對環(huán)境的污染，是一種很有發(fā)展前途的技術(shù).

3 結(jié)語

(1)厭氧生物處理技術(shù)具有動力消耗低、污泥產(chǎn)量少及能產(chǎn)生生物能(沼氣)等特點，被大量應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水和某些難降解有機(jī)物的處理，在去除有機(jī)污染物的同時又能回收生物能，是一項經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益都很好的技術(shù);

(2)厭氧生物處理技術(shù)對N，P的去除效果較差、啟動過程較長、有機(jī)物去除不徹底.因此，單一的厭氧處理技術(shù)用于高濃度養(yǎng)殖廢水的處理達(dá)不到理想的結(jié)果，常常達(dá)不到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，所以需要結(jié)合好氧技術(shù)進(jìn)行組合方式處理［8］;

(3)為了更加有效地治理高濃度養(yǎng)殖廢水，開發(fā)出更簡便、應(yīng)用性更強(qiáng)、處理成本低的工藝和方法顯得尤為重要，是目前應(yīng)當(dāng)給予重視的一個問題，對于這方面的技術(shù)研究有待于進(jìn)一步探索和開發(fā).

［1］鄧良偉.規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀探析［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，14(2):23－26.

［2］楊 鵬，張克強(qiáng)，杜連柱，喬汪硯.厭氧消化—仿生態(tài)塘—藻網(wǎng)濾床組合工藝處理豬場廢水［J］.環(huán)境工程，2011，29(4):11－17.

［3］任南琪，王愛杰.厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:9－13.

［4］鄧良偉，陳鉻銘.IC工藝處理豬場廢水實驗研究［J］.中國沼氣，2001，19(2):12－15.

［5］鄧仕槐，李遠(yuǎn)偉，鄭仁宏，周 鵬，張小平.畜禽養(yǎng)殖廢水的混合處理工藝［J］.環(huán)境工程，2006，24(4):29－30.

［6］王蔚知.UASB/SBR/氧化塘工藝處理養(yǎng)豬廢水［J］.環(huán)境污染與防治，2008，30(4):103 －104.

［7］方圣瓊，張宏旺.ABR處理高濃度禽畜養(yǎng)殖廢水的關(guān)于研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2011，17(15):22－24.

［8］Giseppe Bortone.Integrated anaerobic/aerobic biological treatment for intensives swine production［J］.Bioresource Technology，2009，100:5424－5430.