新型BCO—SBBR組合工藝處理豬場(chǎng)沼液的效果

車(chē)建剛+萬(wàn)金保+鄧覓+梁坤++黃學(xué)平

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.13.053[HT9.]

摘要：針對(duì)豬場(chǎng)沼液具有可生化性差、碳氮比（C/N）失調(diào)的特點(diǎn)，采用新型生物接觸氧化-序批式生物膜反應(yīng)器（BCO-SBBR）組合工藝對(duì)其進(jìn)行處理，研究該組合工藝在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)化學(xué)需氧量（CODCr）、氨態(tài)氮（NH3-N）和總磷的去除效果。結(jié)果表明，新型BCO-SBBR組合工藝能夠有效去除豬場(chǎng)沼液中的CODCr、NH3-N和總磷，其去除率分別為53%、57.6%和49%。但是，CODCr主要是在BCO中去除的，SBBR由于進(jìn)水中C/N嚴(yán)重失調(diào)，對(duì)CODCr的去除率很低。因此，采取向SBBR添加原水的方法提高SBBR進(jìn)水中的C/N，使其對(duì)CODCr的去除率增大。在添加原水后，組合工藝對(duì)CODCr、NH3-N和總磷的去除率分別為50.0%、81.0%、54.7%，可有效處理豬場(chǎng)沼液。

關(guān)鍵詞：生物接觸氧化（BCO）；序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）；豬場(chǎng)沼液；原水

中圖分類(lèi)號(hào)： X713文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A[HK]

文章編號(hào)：1002-1302（2017）13-0193-03[HS）][HT9.SS]

收稿日期：2016-03-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：51568048）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：2007BAB23C02）；江西省教育廳科技落地計(jì)劃（編號(hào)：GJJ12001326）；江西省科技計(jì)劃（編號(hào)：20121BBF60052）；江西省自然科學(xué)基金（編號(hào)：20132BAB203024）；南昌大學(xué)鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（編號(hào)：13005875）。

作者簡(jiǎn)介：車(chē)建剛（1987—），男，山東威海人，博士研究生，研究方向?yàn)樗廴究刂萍百Y源化技術(shù)。E-mail：cjgsjs@126.com。

通信作者：萬(wàn)金保，教授，博士生導(dǎo)師，從事水污染控制及資源化技術(shù)的研究。E-mail：jbwan@ncu.edu.cn。

[ZK）]

近年來(lái)，隨著集約化養(yǎng)豬場(chǎng)的快速發(fā)展，它們對(duì)周?chē)h(huán)境的壓力也越來(lái)越大，主要集中體現(xiàn)在沒(méi)有足夠的土地和相應(yīng)的糞污處理設(shè)施，以及處理養(yǎng)豬場(chǎng)每天產(chǎn)生的大量糞污和污水工作。因此，目前只有極少數(shù)的養(yǎng)豬場(chǎng)建有豬糞污處理設(shè)施，絕大部分糞污未經(jīng)妥善回收利用與處理就直接排放，對(duì)環(huán)境及人體健康造成了極大的危害。經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后的沼液可生化性差、碳氮比（C/N）失調(diào)，屬于難降解廢水[1-3]。生物接觸氧化工藝被廣泛應(yīng)用于制藥、印染、造紙、石油化工[4-7]等工業(yè)廢水的處理中，且生物接觸氧化工藝也被應(yīng)用于處理低碳氮比的有機(jī)廢水[8]方面。同樣序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）工藝在處理豬場(chǎng)廢水方面也有相關(guān)的報(bào)道[9-11]。采用該組合工藝在某豬場(chǎng)進(jìn)行工程應(yīng)用研究。實(shí)踐證明，該組合工藝具有占地面積小、投資少、運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便等優(yōu)點(diǎn)[12-13]。本研究擬通過(guò)試驗(yàn)表明，該工藝能夠有效去除化學(xué)[LL]需氧量（CODCr）和氨態(tài)氮（NH3-N），有效處理豬場(chǎng)沼液。

1工程概況

某規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)位于江西省萬(wàn)年縣，日廢水排放量約為150 m3，該養(yǎng)豬場(chǎng)原建有升流式固體厭氧反應(yīng)器（USR）和沼氣池，為對(duì)豬場(chǎng)廢水進(jìn)行深度處理以滿足GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，建造了1套廢水深度處理工程。

1.1廢水水質(zhì)

該養(yǎng)豬場(chǎng)采用水沖糞的清糞工藝，原水經(jīng)過(guò)升流式固體厭氧反應(yīng)器（USR）及沼氣池處理后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過(guò)提升泵將厭氧發(fā)酵液提升至生物接觸氧化池。由表1可見(jiàn)，該豬場(chǎng)沼液的五日生化需氧量（BOD5）/CODCr≈0.18<0.3，可生化性差；且C/N≈1.13～2.44，碳氮比低，屬于難降解廢水。[FL）]

1.2試驗(yàn)設(shè)備

1.2.1生物接觸氧化池

生物接觸氧化池尺寸為8.3 m×4.0 m×5.5 m，內(nèi)設(shè)4道隔墻，隔墻尺寸為4.5 m×4.0 m×5.5 m、2.8 m×4.0 m×5.5 m，有效水深5.1 m，氣水比（指1 h通入的氣體體積與水體積的比值） 1 ∶[KG-*3]25。池底安裝72套Φ 215 mm膜式微孔曝氣器，整個(gè)池體為混凝土結(jié)構(gòu)，全部位于地面以上，填料采用組合填料，曝氣設(shè)備采用羅茨風(fēng)機(jī)。

該生物接觸氧化池的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于在傳統(tǒng)生物接觸氧化池的基礎(chǔ)上增設(shè)4道隔墻，隔墻底部懸空，將池體分成硝化區(qū)、反硝化區(qū)，廢水由反硝化區(qū)上端噴淋管進(jìn)入，利用污水中的碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)，隨后經(jīng)隔墻底部進(jìn)入硝化區(qū)，由于曝氣作用，廢水會(huì)自流入反硝化區(qū)，為反硝化反應(yīng)提供硝酸鹽，如此形成了一個(gè)無(wú)動(dòng)力的內(nèi)循環(huán)，提高了脫氮除磷效果。

1.2.2SBBR池

SBBR池有2座，均為地上式鋼混結(jié)構(gòu)，單池尺寸為8.0 m×4.0 m×5.0 m，相比傳統(tǒng)的SBBR池，新增設(shè)2道隔墻，分為硝化區(qū)、反硝化區(qū)，其尺寸分別為8.0 m×1.9 m×5.0 m、8.0 m×1.6 m×5.0 m，排水比（值每個(gè)周期排出的水量與池容積的比）為1 ∶[KG-*3]4，潷水深度1.2 m，潷水器型號(hào)為PS-50，池底安裝60套Φ 215 mm膜式微孔曝氣器，2座SBBR池分別采用2臺(tái)型號(hào)為HC60S的回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)供氣，有效水深為4.5 m，池內(nèi)添設(shè)組合生物填料，高度為3.0 m，填料體積96 m3。周期為12 h，其中曝氣4 h、缺氧2 h、曝氣4 h、沉淀1 h、排水1 h。

SBBR內(nèi)增設(shè)的2道隔墻可以使廢水在其中形成內(nèi)循環(huán)，使反應(yīng)分為缺氧—好氧交替進(jìn)行，在空間和時(shí)間上提高了SBBR的脫氮除磷的能力。

1.3污泥接種

向生物接觸氧化池、SBBR池內(nèi)分別接種7.5、3 m3由某城鎮(zhèn)污水處理廠提供的含水率約80%的脫水污泥。endprint

1.4采樣與分析

整個(gè)工程運(yùn)行過(guò)程中分別在生物接觸氧化池和SBBR池的固定位置取待監(jiān)測(cè)水樣，待沉淀后取其上清液分析CODCr、NH3-N、TP含量等指標(biāo)。其中CODCr采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定，NH3-N含量采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，TP含量采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1組合工藝的啟動(dòng)

調(diào)試初期，將接種污泥投入到生物接觸氧化池和SBBR池內(nèi)，以經(jīng)過(guò)稀釋的豬場(chǎng)沼液為底物，馴化微生物，使其快速附著在填料上。為使微生物盡快培養(yǎng)馴化，向稀釋的豬場(chǎng)沼液中投加一定量的營(yíng)養(yǎng)物，以補(bǔ)充碳源，污泥經(jīng)過(guò)3 d悶曝氣后，每天定時(shí)排掉池內(nèi)部分廢水，同時(shí)補(bǔ)充新鮮廢水，并逐步提升新鮮廢水的補(bǔ)充量，使污泥微生物逐步適應(yīng)廢水水質(zhì)。需注意，曝氣階段曝氣強(qiáng)度不宜過(guò)大，以免沖刷掉已掛在填料上的生物膜，但也要保持一定的攪拌作用以保證活性污泥與填料的充分接觸。1周后，觀察到填料的表面附著生長(zhǎng)了1層黃褐色的生物膜，手感黏稠且質(zhì)薄，但生物膜未完全覆蓋填料，SV30（指曝氣池混合液在1 000 mL量筒靜止沉降30 min后污泥所占的體積分?jǐn)?shù)）在10%～20%浮動(dòng)，繼續(xù)提高負(fù)荷，經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的調(diào)試，生物膜已完全附著生長(zhǎng)于填料表面，且連片生長(zhǎng)，其SV30穩(wěn)定在約25%，經(jīng)鏡檢發(fā)現(xiàn)存在很多形狀各異的菌膠團(tuán)，說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)各污染物去除效率比較穩(wěn)定，認(rèn)為系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束。

2.2組合工藝對(duì)CODCr的去除效果

生物接觸氧化池和SBBR池自啟動(dòng)運(yùn)行連續(xù)取樣監(jiān)測(cè)。經(jīng)過(guò)近40 d系統(tǒng)成功啟動(dòng)，反應(yīng)器對(duì)CODCr的去除效果見(jiàn)圖1。

調(diào)試初期，將經(jīng)過(guò)稀釋的沼液引入組合工藝中，悶曝3 d，每天定時(shí)定量排出部分廢水，同時(shí)補(bǔ)充等量的新鮮沼液，由圖1可知調(diào)試階段及運(yùn)行正常階段CODCr變化情況。組合工藝對(duì)CODCr的去除情況大致可分為2個(gè)階段：第1階段為0～40 d，第2階段為41～60 d。第1階段為組合工藝啟動(dòng)階段，初期CODCr去除率整體呈上升趨勢(shì)，但去除率不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，這可能是由于污泥投放初期，微生物在填料上形成的生物膜量較少，且生物膜的附著率也較低；同時(shí)，微生物整體處于適應(yīng)階段，因此對(duì)CODCr的去除不穩(wěn)定。第2階段為組合工藝的穩(wěn)定運(yùn)行階段，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除率相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)進(jìn)水CODCr濃度平均為1 472 mg/L，出水CODCr濃度為 689 mg/L，CODCr平均去除率約為53%，可見(jiàn)該組合工藝能夠有效去除廢水中的有機(jī)物。

[FK（W11][TPCJG1.tif][FK）]

雖然組合工藝對(duì)CODCr的去除率比較高，但是研究發(fā)現(xiàn)這其中絕大部分是由生物接觸氧化池貢獻(xiàn)的，SBBR池對(duì)CODCr的貢獻(xiàn)較小。這可能是由于沼液經(jīng)過(guò)生物接觸氧化池處理后，出水碳氮比嚴(yán)重失調(diào)，導(dǎo)致SBBR池不能有效處理廢水。因此，根據(jù)前人研究成果[11]，采取向SBBR池中加入30%豬場(chǎng)原水的措施對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充碳源。添加原水后，SBBR池對(duì)CODCr的去除率見(jiàn)圖2。

[FK（W12][TPCJG2.tif][FK）]

制約SBBR池高效處理豬場(chǎng)沼液的關(guān)鍵因素主要有2個(gè)：可生化性低及C/N低。因此，通過(guò)向SBBR池內(nèi)添加原水，提高C/N比，增強(qiáng)硝化/反硝化作用，同時(shí)維持pH值在一定的范圍內(nèi)，能夠有效去除有機(jī)物和氨態(tài)氮。由圖2可知，添加原水后SBBR池進(jìn)水CODCr平均濃度為780 mg/L，穩(wěn)定運(yùn)行后，出水CODCr平均濃度為363 mg/L，CODCr平均去除率可達(dá)到50.0%以上。

2.3組合工藝對(duì)NH3-N的去除效果

由圖3可知，調(diào)試初期組合工藝對(duì)NH3-N的去除率隨著進(jìn)水NH3-N濃度變化而波動(dòng)，隨著微生物的生長(zhǎng)及馴化，NH3-N的去除率逐漸穩(wěn)定，但是SBBR池對(duì)NH3-N的去除效果變差，導(dǎo)致組合工藝對(duì)NH3-N的去除率不高，這是由于微生物在反應(yīng)器中不能有效利用低C/N的豬場(chǎng)沼液進(jìn)行反硝化作用，中和硝化作用產(chǎn)生的酸，使反應(yīng)器中的pH值降低，最終引起NH3-N的去除能力下降。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，NH3-N平均去除率為57.6%左右。然而，對(duì)SBBR池引入原水后，組合工藝對(duì)氨氮的去除效率明顯提高，平均去除率可達(dá)到74%以上，反應(yīng)器中廢水的C/N提高，反硝化作用能夠有效進(jìn)行，能夠有效中和硝化作用產(chǎn)生的酸，保證反應(yīng)器中的堿度，保證氨氮的去除效率穩(wěn)定。待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，NH3-N平均去除率為81.0%左右。同時(shí)，曝氣過(guò)程中SBBR池產(chǎn)生的泡沫少，沉淀出水時(shí)上清液呈現(xiàn)棕褐色，且能看到微小的氣泡產(chǎn)生，這說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)在進(jìn)行反硝化作用。

2.4組合工藝對(duì)TP的去除效果

由圖4可知，在調(diào)試初期（即0～40 d）組合工藝對(duì)TP的去除率變化較大，效果不穩(wěn)定；在41～60 d對(duì)TP的去除效果趨于穩(wěn)定，平均去除率穩(wěn)定在49%。這說(shuō)明組合工藝對(duì)TP具有良好的去除效果，且抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。添加原水后，組合工藝出水TP濃度比較穩(wěn)定，TP的平均去除率約為547%。添加原水后，組合工藝去除TP的效果比未添加的好，這可能是由于貯磷菌的生長(zhǎng)取決于發(fā)酵基質(zhì)的供應(yīng)情況，因此磷的去除取決于廢水中易降解有機(jī)物的多少[14-15]，添加原水后，反應(yīng)器中的易降解有機(jī)物增多，能夠滿足貯磷菌的能量需求。

3結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)3個(gè)月的調(diào)試及1年的穩(wěn)定運(yùn)行，BCO-SBBR組合工藝運(yùn)行穩(wěn)定，能夠有效去除豬場(chǎng)沼液的CODCr、NH3-N及TP，平均去除率分別為50.0%、81.0%和54.7%。（2）添加原水后，SBBR對(duì)豬場(chǎng)沼液CODCr、NH3-N、TP的去除效果均提高，并且運(yùn)行穩(wěn)定。（3）該組合工藝單獨(dú)處理豬場(chǎng)沼液出水不能滿足GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，因此配合該工程中的其他工藝能夠有效處理豬場(chǎng)沼液，最終滿足GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。endprint

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