屠宰廢水治理技術(shù)研究進展

童興無

(長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學院，長沙 410000)

1 引 言

國務院實施“定點屠宰、集中檢疫、統(tǒng)一納稅、分散經(jīng)營”的辦法以來，各地生豬定點屠宰場(點)飛速發(fā)展，環(huán)境污染問題亟待解決。許多城市都相應地建立起大型的現(xiàn)代化屠宰場，并配套建設(shè)了相應的污水處理設(shè)施?；钚晕勰嗵幚硐到y(tǒng)是當前污水處理領(lǐng)域應用最廣泛的技術(shù)之一。但普通活性污泥法處理屠宰廢水存在如下難點。一是屠宰廢水季節(jié)性波動幅度大，普通活性污泥抗沖擊負荷能力較低;二是產(chǎn)生的剩余污泥量大，且污泥沉淀脫水性能差，最終導致污泥處置費用增高;三是脫氮除磷效率低，難以滿足日益提高的環(huán)保要求［1－2］。

一般厭氧池能夠有效降低屠宰廢水中的高濃度COD，但是反應速率慢，水力停留時間長，此外占地面積大，對溫度要求高。而且不能有效處理厭氧過程中產(chǎn)生的惡臭以及屠宰廢水自身的臭味。高效厭氧處理系統(tǒng)UASB 工藝以及固定床反應器等能夠滿足高容積負荷的工藝條件，而在應用于屠宰廢水的過程中也受到高含量脂肪油和高濃度懸浮物的影響。此外，屠宰廢水COD濃度相對較低，這也會在一定程度上對該類處理系統(tǒng)造成影響［2］。

目前，國內(nèi)工程案例大多采用UASB 的常規(guī)工藝，國外則更加傾向于二代厭氧反應器的研發(fā)，其發(fā)展重點不再是單純的厭氧處理工藝改進，而更加傾向于有機廢物的沼氣轉(zhuǎn)化?？梢?，國內(nèi)屠宰廢水工藝研究與國外存在一定的差異，亟待提高。本文基于這一理念，結(jié)合屠宰廢水的水質(zhì)特性，詳細介紹國外屠宰廢水的預處理技術(shù)，常規(guī)厭氧處理工藝及其改進工藝，另外還涉及到創(chuàng)新型處理工藝，以期對國內(nèi)屠宰廢水治理工藝的發(fā)展起到借鑒作用［3－5］。

2 屠宰廢水的預處理

屠宰廢水是農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)中的工業(yè)廢水，屠宰過程中會排放大量廢水，廢水中含有血污、油脂、毛、內(nèi)臟雜物、碎肉、未消化的食料和糞便等污染物，懸浮物濃度高，呈紅褐色，并帶有難聞臭味，處理難度大。未經(jīng)處理的屠宰廢水進入水體后，會導致水體耗氧量增加，水體溶解氧降低。水體BOD 和氮磷等營養(yǎng)元素的急劇上升，最終會造成水體水質(zhì)惡化，水體生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。因此，環(huán)境保護機構(gòu)EPA 將其定義為對環(huán)境最為有害的污染之一。典型屠宰廢水的特性如表1 所示。

表1 典型屠宰廢水的特性

屠宰廢水前端預處理以混凝沉淀最為常見?；炷齽┰谕涝讖U水中的廣泛應用，一方面由于在各個水處理單元中，混凝有機物相對來說比較容易收集。另一方面，混凝劑能夠在適宜的pH 條件下，采用最少的藥劑在最大程度上去除懸浮顆粒。常見的工業(yè)廢水治理中，硫酸亞鐵的建議投加量僅為50～300mg/L，硫化亞鐵的建議投加量為100～400mg/L，石灰投加量為100～150mg/L。較少的混凝劑投加量無疑減輕了污水運行成本［4］。

Al－Mutairi 等通過添加鋁鹽和高分子化合物研究混凝沉淀法處理屠宰廢水中的有機物，結(jié)果表明，化學需氧量(COD)的最大去除效率在45%～75%。當調(diào)節(jié)水體pH 至4－9，水體投加鋁鹽30～70mg/L 時，屠宰廢水中COD，SS 和濁度的去除率分別為3%～20%，98%～99%，76%～93%;而在投加100～300mg/L 的高分子有機物后，水體中的COD 和SS 去除率分別為9%～43%，95%～96%。Mahtab 在研究多種混凝劑去除屠宰廢水中COD 的特性時發(fā)現(xiàn)，鋁鹽是去除COD 的最佳混凝劑，最大去除率能夠達到92%，最大COD 濃度為400mg/L。而采用最佳混凝劑配比時，COD 的去除率達到96%。以上研究表明，較低投加量的混凝劑就能夠高效去除屠宰廢水中的懸浮物，降低水體濁度，且能夠去除一定程度的COD。而通過混合不同的混凝劑，調(diào)節(jié)配比，也能夠有效提高水體中COD 的去除率［8－11］。

水體中混凝劑的毒性研究是國外屠宰廢水混凝處理研究的另一個方向?；炷齽╇m然能夠有效降低屠宰廢水中影響色度和濁度的膠體物質(zhì)，但卻增加了水體中溶解性化學需氧量(SCOD)的含量。水體中SCOD 含量的增加，會破壞水體中的生態(tài)環(huán)境，進而毒害水體生物。研究發(fā)現(xiàn)，當水體的導電率超過3000～6000μhmos/cm 時，水蚤和小魚就會發(fā)生急性中毒;當水體導電率超過1000～3000μhmos/cm 時，水蚤會發(fā)生慢性中毒。水體中的毒性研究大都采用發(fā)光微生物實驗，這類微生物對有機毒物和混合毒物相當敏感，一般來說，這種檢測水體中毒性的方式簡單，快速，靈敏度高，且相對于化學分析來說，費用相對較低。水體中SCOD 含量的增加，可以采用水體強化軟化技術(shù)實現(xiàn)水體毒性的降低。基于這一技術(shù)，Hossaini 以石灰為軟化劑，在不同的pH 形式下，研究SCOD、磷的去除效果。結(jié)果表明，pH 為11.65時，SCOD 最大去除量為93%，磷的去除率為94%，水體中的電導率隨之降低，毒性也隨之減弱［12－13］。

3 常規(guī)屠宰廢水處理工藝

厭氧生物法是處理屠宰廢水的常規(guī)工藝。屠宰廢水具有較高的COD 濃度，采用強制曝氣生化池處理能耗高，污泥量大，即使采用消化池也僅能減少20%左右的污泥量。而厭氧生物法容積負荷能夠達到3kg/m3，可較少占地面積。此外，厭氧法處理屠宰廢水，污泥量會減少50%～80%。而且厭氧產(chǎn)生的污泥理化性質(zhì)比較穩(wěn)定，能夠作為農(nóng)業(yè)肥料。另外厭氧池能耗低，產(chǎn)生的沼氣中CH4的含量約在60%～75%，可作為燃料應用于日常生活中［1，14］。

3.1 UASB 處理工藝

(1)常規(guī)UASB 處理工藝:UASB 作為厭氧生物法中的高效處理工藝，其在屠宰廢水的處理中有著廣泛的研究。作為UASB 工藝研究的代表人物，早在上個世紀90年代，Sayed 即著手研究屠宰廢水中單級UASB 的應用特性。通過對UASB 中污泥存在形式的研究，Sayed 發(fā)現(xiàn)含絮狀污泥的UASB 反應器(UASBf)對懸浮顆粒以及膠體有較好的去除效果，CDO 的去除率能夠達到70%。而含顆粒污泥的UASB 反應器(UASBg)對這兩類物質(zhì)的去除效率較低，僅在55%左右，但這種形式的UASB 能夠去除廢水中80%左右的溶解性物質(zhì)。不過這兩種形式的單級UASB 反應器雖然能夠較好的去除廢水中的COD，但仍存在各自局限性，且由于反應器中污泥穩(wěn)定性較差，也在無形中約束了這兩類單級UASB 反應器的應用。為了解決這一問題，Sayed 開發(fā)兩級UASB 工藝，即前段采用UASBf 反應器，后續(xù)采用UASBg 反應器的組合方式。二級UASB 工藝不僅提升了屠宰廢水中COD的去除效率(最高達到95%)，此外還在提升污泥穩(wěn)定性的同時，增強了整體工藝的抗沖擊性。

(2)改進UASB 處理工藝:前置溶氧氣浮(DAF)UASB 反應器是針對屠宰廢水中油脂處理的改進工藝，采用這類工藝還能夠有效減少前段工藝逸散的惡臭。Manjunath 研究此類工藝處理屠宰廢水時，將其與未設(shè)置DAF 的UASB 反應器做對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二級DAF－UASB 反應器去除COD 的效果要高于單級UASB 反應器，但是由于屠宰廢水被間接稀釋，COD 的濃度降低，DAF－UASB 反應器的去除效果要低于UASBf－ UASBg的去除效果。而與單級UASB 相比較，屠宰廢水在經(jīng)過前段DAF 處理后，出水具有較高的生化性，通過后續(xù)UASB 反應器的處理，出水可以直接排入市政管網(wǎng)。通過與單級UASB 以及二級UASB 相比較，改進的DAF－UASB 可用相對合理的投資成本獲得較高的廢水處理效果，具有較高的實用性。

表2 三種處理工藝參數(shù)對比

3.2 SBR 厭氧處理工藝

SBR 厭氧處理工藝(ASBR)是另一廣泛應用于屠宰廢水處理的工藝。UASB 在處理含較低濃度SS 的屠宰廢水時，具有較高的處理效率。但進水中SS 含量達到某一范圍時，屠宰廢水中部分COD 不再被厭氧生物利用，而在懸浮顆粒的絮凝和吸附作用下流入下一處理單元，這導致COD 處理效果大幅降低。而如果采用沉淀池繼續(xù)處理SS 則無形中增加投資成本。而ASBR 處理工藝相對于UASB 工藝來說，投資成本低，操作簡單，設(shè)計簡易。且具有預處理功能，能夠較好降低SS 含量，從而使得后續(xù)處理達到較好的效果。故而ASBR 也是國外重點研究的處理屠宰廢水的工藝［4］。

Masse 在早期研究屠宰廢水處理工藝發(fā)現(xiàn)，ASBR能夠有效去除屠宰廢水中的臭氣，對廢水中COD 的去除率高達98%，同時懸浮顆粒的去除效率達到91%。其在進一步的研究中將屠宰廢水中SS 提高到進水COD濃度的50%，經(jīng)過2 天的停留時間后，COD 的去除率達90%以上，同時該ASBR 工藝產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量達75%。這種高度甲烷化表明ASBR 能夠?qū)⑼涝讖U水中大部分的可溶和懸浮有機物降解。隨后Masse 又研究了不同溫度下ASBR 處理屠宰廢水的特性。通過在30℃、25℃和20℃等三種不同條件下研究屠宰廢水中COD 的去除效果，發(fā)現(xiàn)ASBR 工藝在這三種條件下SCOD 的去除率均達到92%以上。而隨著溫度的降低，ASBR 工藝對廢水中COD 的去除率也隨之降低，其去除率依次為90.8%，88.7%，84.2%。但沼氣中甲烷的占有率卻呈上升的趨勢，30℃與20℃下分別為74.7%和78.2%，這是因為隨著溫度的降低，水體中CO2 和H2 的溶解度升高，CO2 和H2 濃度的升高會促進甲烷的合成。一系列的研究表明，ASBR 工藝對與屠宰廢水的處理有較好的效果，能夠應用于工程實踐。

4 新型屠宰廢水處理工藝

4.1 好氧處理工藝

因屠宰廢水的特性，一般好氧生物處理工藝在處理該類廢水時常因處理效果差，而在好氧池后增加一些處理工藝如生物接觸氧化工藝，則能夠使出水達到排放標準。而接觸氧化法高效節(jié)能，運行管理方便，可應用于一些屠宰場處理設(shè)施的改造。Chen 在研究屠宰廢水接觸氧化處理時，接觸池的進水由污泥沉淀池引入，COD為150～200mg/L，SS 含量為80100mg/L，經(jīng)過處理后，COD 降至40 mg/L，SS 含量降低至20mg/L。這類好氧生物處理法的缺陷在于處理工藝復雜，整體占地面積大，不適于一般小型屠宰廠的污水處理。

膜法SBR(SBBR)是目前正在研究和應用的一種改進型SBR 好氧生物處理工藝。SBBR 是在SBR 反應器內(nèi)裝填纖維填料、活性炭、陶粒等填料而開發(fā)出來的一種新型復合式生物膜反應器，填料給微生物提供了更為有利的生存環(huán)境。在縱向上微生物構(gòu)成一個由細菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物等多個營養(yǎng)級組成的復雜生態(tài)系統(tǒng)，在橫向上順水流到載體的方向構(gòu)成了一個懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型和附著厭氧型的具有多種不同活動能力、呼吸類型、營養(yǎng)類型的系統(tǒng)，大大提高了反應器的處理能力和穩(wěn)定性。Zhan 等研究SBBR 工藝應用于屠宰廢水的處理效果時，這種工藝對屠宰廢水中的氮磷去除效率較高。該研究中進水COD為3930 ±148mg/L，SS 含量為1010 ±150mg/L，總氮含量379 ±44mg/L，總磷含量23 ±4mg/L。SBBR 工藝四個處理步驟中進水時間7min，反應時間393min，閑置時間30min，排出時間50min。整體實驗持續(xù)120 天，有機負荷1.18kgCOD/(m3·d)，最終研究結(jié)果顯示池體中的懸浮填料形成的菌膠團直徑能夠達到100～500μm，屠宰廢水中COD、TN、TP 的去除率分別為94%、92%、95%。這一結(jié)論表明SBBR 工藝能夠較高效率處理屠宰廢水，且SBBR 工藝簡單，占地面積小，較適合小型屠宰廢水處理［4］。

4.2 高級氧化處理工藝

利用現(xiàn)有的生物處理方法，對可生化性差、相對分子質(zhì)量從幾千到幾萬的物質(zhì)處理較困難，而高級氧化法(Advanced Oxidation Process，簡稱AOPs)可將其直接礦化或通過氧化提高污染物的可生化性，同時還在環(huán)境類激素等微量有害化學物質(zhì)的處理方面具有很大的優(yōu)勢，能夠使絕大部分有機物完全礦化或分解，具有很好的應用前景。高級氧化技術(shù)亦即深度氧化技術(shù)，其特點是產(chǎn)生具有強氧化作用的羥基自由基(·OH)，在高溫高壓、電、聲、催化劑等條件下，使難降解大分子有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和反應條件的不同，分為光化學氧化、催化濕式氧化、聲化學氧化、臭氧氧化、電化學氧化、Fenton 氧化等［2］。Barrera 在利用光催化氧化法處理屠宰廢水時，采用真空紫外光譜(VUV)和滅菌紫外光譜(UVC)兩種光譜的不同組合，降解廢水中的COD。研究結(jié)果顯示，VUV、UVC 對水體中有機碳的去除率分別達到6.2%和5.5%。后續(xù)試驗中，按照一定比例添加強氧化劑H2O2，配比UVC/ H2O2 和VUV/H2O2 兩種處理方式，結(jié)果顯示總有機碳的去除率達到10.8%和12.2%，處理效率提高了兩倍。以上結(jié)果表明，高級氧化技術(shù)，如紫外光催化氧化技術(shù)，能夠降低屠宰廢水中COD，但處理效率偏低，而這一新技術(shù)的實際應用還需要大量的研究工作。此外，光化學法處理有機物時會產(chǎn)生多種芳香族有機中間體，致使有機物降解不夠徹底，這成為了光化學氧化需要克服的問題［15］。

4.3 電化學處理工藝

電化學氧化法是指通過電極反應氧化去除污水中污染物的過程，該法也可分為直接氧化和間接氧化。直接氧化主要依靠水分子在陽極表面上放電產(chǎn)生的·OH 的氧化作用，·OH 親電進攻吸附在陽極上的有機物而發(fā)生氧化反應去除污染物。Kazem 采用電化學氧化法處理屠宰廢水時，研究過不同的pH 值、反應時間和電極對屠宰廢水中COD，SS，總磷等去除效率的影響。該項研究表明，在鋁電極一側(cè)，pH 為2－3，COD 的去除率能達到95.6%，此外95.3%的油脂也被去除。而在鐵電極一側(cè)，pH 在3 左右，總磷的去除率達到89.6%。Budiyono 則專注與電化學法對屠宰廢水中懸浮顆粒和油脂的去除效果，他以鐵和鋁做電極，研究了不同懸浮顆粒濃度下的去除效果。結(jié)果表明，在SS 濃度為1250mg/L 和2100mg/L 的條件下，電化學法對SS 的去除率分別為97.2%和99.6%。綜上可知，在盡可能降低能耗的情況下，電化學法對屠宰廢水有較好的去除效果和良好的應用前景［14－16］。

5 結(jié)論與展望

國務院實施“定點屠宰、集中檢疫、統(tǒng)一納稅、分散經(jīng)營”的辦法以來，各地生豬定點屠宰場(點)飛速發(fā)展，環(huán)境污染問題亟待解決。許多城市都相應地建立起大型的現(xiàn)代化屠宰場，并配套建設(shè)了相應的污水處理設(shè)施。活性污泥處理系統(tǒng)是當前污水處理領(lǐng)域應用最廣泛的技術(shù)之一。但普通活性污泥法處理屠宰廢水存在如下難點:一是屠宰廢水季節(jié)性波動幅度大，普通活性污泥抗沖擊負荷能力較低;二是產(chǎn)生的剩余污泥量大，且污泥沉淀脫水性能差，最終導致污泥處置費用增高;三是脫氮除磷效率低，難以滿足日益提高的環(huán)保要求。

目前國內(nèi)工程案例大多采用升流式厭氧污泥床(UASB)的常規(guī)工藝，國外則更加傾向于二代厭氧反應器的研發(fā)，其發(fā)展重點不再是單純的厭氧處理工藝改進，而更加傾向于有機廢物的沼氣轉(zhuǎn)化?？梢?，國內(nèi)屠宰廢水工藝研究與國外存在一定的差異，亟待提高。本文基于這一理念，結(jié)合屠宰廢水的水質(zhì)特性，詳細介紹國外屠宰廢水的預處理技術(shù)，常規(guī)厭氧處理工藝及其改進工藝，另外還涉及到創(chuàng)新型處理工藝，以期對國內(nèi)屠宰廢水治理工藝的發(fā)展起到借鑒作用。

研究表明，屠宰廢水處理工藝的研究重點在高濃度懸浮顆粒和較高COD 的去除，以UASB 和ASBR 工藝為代表的厭氧處理法能夠較好的去除水體中的COD 和懸浮顆粒物，這類工藝應用廣泛，其更深層次的發(fā)展方向?qū)⒏蛴谡託庵屑淄榈母哒加新?，也即實現(xiàn)COD 較高水平的甲烷化。而以SBBR 為代表的好氧工藝和以紫外光催化氧化、電化學氧化為代表的高級氧化技術(shù)在處理屠宰廢水時亦能取得較高的處理效果，但當前的研究不夠深入，需要開發(fā)和優(yōu)化現(xiàn)有工藝，以期克服各自的缺陷。

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