厌氧池—好氧生物滤池—缺氧池处理养猪废水的中试试验研究

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目前,由于市场需求巨大,我国的生猪养殖数量呈持续上升趋势,而配套的养猪废水处理设施的建设却始终停滞不前,全国范围内已发生多起养猪废水污染环境的事件。随着养猪废水排放量的继续攀升,形势势必进一步恶化。养猪废水是一种典型的高氨氮高悬浮物的有机废水,未经处理的养猪废水随意排放可污染水体与土地,引发严重的生态问题,环境影响恶劣。当前的大多数处理工艺技术不能满足市场的要求,第一,处理设施不完善,因此处理效果较差,不能满足排放标准。第二,在实用性上有明显缺陷,成本高,而且难以维护。因此,许多养猪场的废水都处于不合理排放状态,这种现象在偏远或者不发达地区尤为明显。为了解决养猪废水处理实际应用中存在的脱氮难、成本高等问题,本研究尝试采用厌氧池-好氧生物滤池-缺氧池的处理方案处理养猪废水,为解决上述问题提供一个可行性方案。  好氧生物滤池,简称生物滤池,作为生物膜法工艺典型代表,在城镇生活污水、食品加工废水、造纸废水等多种类型废水的处理方面均有应用。生物滤池可采用多种材料为填料,集生物氧化和截留悬浮固体于一体,节省了后续二次沉淀池,在保证处理效果的前提下可使处理工艺简化。与超氧化和微生物燃料电池等技术相比,操作性更强。生物滤池中填料表面可附着大量生物膜,具有去除SS、COD、BOD以及硝化、脱氮除磷、去除AOX(可溶性卤化物)的毒害作用。生物膜的表面均带负电荷,可吸附大量带正电荷的NH4+,在处理养猪废水这类高氨氮有机废水方面具有很大的潜力。  为了分析验证厌氧处理、好氧硝化以及缺氧反硝化相结合的工艺流程处理高氨氮高悬浮物的养猪废水的可行性。本次研究工作在主要任务有:完成试验装置的建设工作,根据厌氧、好氧和反硝化反应器的主要特点及其生化反应类型,选用合理的方式启动各个反应器,并对其启动过程进行研究;探明生物滤池对氨氮和有机物的去除效率,以及供氧、和进水负荷对出水水质的影响;通过对各个反应器的启动过程和不同的运行条件下稳定运行后的进出水水质的检测,分析系统中各单元对废水中污染物的去除效果及其影响因素,并尝试建立起系统各单元对污染物去除的内在机制;在获得基本技术数据的基础上,计算分析不同运行条件下系统的能耗情况以及分析工程设计的合理性,探讨该工艺在后续的发展应用过程中的技术经济价值和阻碍。  养猪场采用的是水冲粪工艺,产生的废水量因猪生长阶段不同而不同,该猪场的废水有具有瞬间排放量大,冲击负荷大等特点;固液混杂,废水中含氮磷量高,有机质浓度高,处理难度大。原水中COD浓度在6780-13700 mg/L之间,厌氧池成功启动后,出水中COD浓度在1200-2600 mg/L,去除率在85%以上,大大降低了后续处理单元的进水负荷。好氧生物滤池用自然挂膜法启动,填料为不同粒径的建筑碎石。采用湿-干交替的运行模式,落空后采用微动力通风供氧。每三小时为一个处理周期,周期起始时进水,进水后停留半小时后开始排水。排水完毕至周期终点期间通风三次,每次5分钟,进风量约为80 m3/次。启动过程中进水负荷为16 cm/次。成功启动后,生物滤池中COD和NH4+-N的去除率分别达到82%和76%左右。启动初期,填料对NH4+的吸附占主导作用,后期主要是微生物的硝化作用。生物滤池中氧气百分含量和进出水DO的变化值说明生物滤池内部环境满足好氧微生物的基本生长需求,生化氧化反应进行良好。在较低进水负荷条件下,NH4+-N的去除率较高,可达80%。进水负荷超过48 cm时,出水中NH4+-N的浓度随着进水负荷的提升而增加。缺氧池对NH4+-N的去除作用不明显,而对TN的去除起到非常关键的作用。在完成脱氮需求时,需进行回流处理。当回流比从0%增加到400%时,缺氧池出水中NH4+-N和COD的浓度不断下降。系统整体COD去除率一直保持在90%以上时,COD浓度最低可降至170mg/L。回流比在小于300%时,增加回流比对NH4+-N、TN去除效果影响显著。  无回流条件下,污水处理仅需一个周期,其中包括一次水力提升,即厌氧池到好氧生物滤池的过程,系统能耗为0.2375 KW· h/m3。回流比每增加100%,生物滤池工作周期增加一次,能耗增加0.2375 KW· h/m3。在300%回流比的运行条件下,系统的脱氮性能最高,此时单位能耗为0.95 Kw·h/m3。将提升泵所做的有用功除以提升泵的工作能耗,经计算,污水回流过程回流泵做有效功的效率仅为2.4%。然而,当此工艺规模化后,单位运行成本势必大大降低,在未来的生产实践中有非常大的发展空间。
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