EBIS工艺处理养殖废水的工程设计与运行_邵宇.pdf

http:/2023年4月 第14卷 第8期EBIS工艺处理养殖废水的工程设计与运行邵宇1马少杰2袁煜1韩宁波21.宝来利安德巴赛尔石化有限公司，辽宁盘锦124000；2.迈邦（北京）环保工程有限公司，北京102211摘要：简要介绍畜禽养殖废水的特点及常规处理方法，并以云南省红河哈尼族彝族自治州某种猪场应用的一种高效一体化生物处理系统（Energy Biochemical Intelligent control System，EBIS）为例，介绍应用该工艺的具体工程设计并对其运行效果进行检验。结果表明，采用预处理+上流式厌氧污泥床反应器（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket，UASB）+EBIS+芬顿工艺流程处理养殖废水，具有污染物去除率高、运行效果稳定、抗冲击能力强及脱氮除磷效果好等优势，出水水质化学需氧量浓度小于 150 mg/L、出水氨氮浓度小于 35 mg/L、出水总磷浓度小于 8 mg/L，总出水水质优于农田灌溉水质标准（GB 50842021）中旱地作物灌溉用水水质标准。该工艺对处理养殖废水具有明显的适用性，处理效果具有明显优势，可为同类废水处理工程的设计提供一定的参考与借鉴。关键词：养殖废水；EBIS工艺；脱氮除磷中图分类号：X506文献标志码：B文章编号：1674-7909（2023）08-148-40引言畜禽养殖场养殖废水主要由动物尿液、粪便、饲料残渣及冲洗水等组成，部分场区还包括生产过程中产生的生活污水。畜禽养殖场养殖废水具有有机物浓度高、悬浮物多、色度深，以及氨氮、有机磷、细菌含量高等特征，对其进行净化处理难度较大。目前，国内多采用传统的物化法及生物法处理养殖废水1。其中，物理化学处理法主要包括絮凝沉淀法、吸附法、芬顿氧化法、电化学氧化法等，生物法主要包括厌氧生物处理技术、好氧生物处理技术、自然生物处理技术。传统的养殖废水处理工艺所需设备数量多、占地广、投资大、运行成本高2，因此，养殖场急需一种既能高效处理养殖废水，又能降低投资运行成本的先进工艺。某种猪场位于云南省红河哈尼族彝族自治州建水县青龙镇，其养殖废水处理站设计规模为1 000 m3/d，主体采用上流式厌氧污泥床反应器（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket，UASB）+高效一体化生物处理系 统（Energy Biochemical Intelligent control System，EBIS）+芬顿工艺。笔者主要对该废水处理站工程设计进行梳理，并对其运行效果进行检验，以期为同类废水处理工程的设计提供参考与借鉴。1养殖废水处理站设计的进出水水质该种猪场设计年产种猪40万头，设计存栏量约2万头，分为两期进行建设，目前均已建设完成。其中，一期采用干清粪工艺，二期采用水冲粪工艺，并按照畜禽养殖业污染物排放标准（GB 185962001）考虑设计余量。该种猪场养殖废水处理站设计规模为1 000 m3/d，设计进出水水质如表1所示。表1设计进出水水质水质指标CODBOD5SS氨氮TNTPpH值单位mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L进水12 0002 0001 2001 5002506.09.0出水2001001008085.58.52工艺流程该种猪场养殖废水处理工艺流程如图 1 所示。养殖废水通过粗格栅去除大粒径杂物后自流入集水池，后经提升泵提升进入固液分离区去除粪渣等大颗粒固体，在生物吸附絮凝池及初沉池去除大部分悬作者简介：邵宇（1986），男，本科，环保工程师，研究方向：环境保护与污水处理。通信作者：马少杰（1993），男，本科，助理工程师，研究方向：污水处理。资源与环境 148DOI:10.19345/ki.1674-7909.2023.08.025http:/浮物，然后进入生化系统。养殖废水经 EBIS生化系统去除大部分化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical OxygenDemand，BOD5）、悬浮物（Suspended Solids，SS）、氨氮、总氮（Total Nitrogen，TN）、总磷（Total Phosphorus，TP）等污染物。二期新增 UASB 罐辅助生化系统去除污染物。养殖废水在芬顿反应池进一步去除 COD 及TP，在消毒池对各种细菌及病毒进行消杀处理，达标后排放或回用。脱水后的粪渣放置在堆粪棚，待回收利用。废水处理中产生的物化污泥及剩余污泥排入污泥储池，经脱水处理后外运处置。养殖废水固液分离区生物吸附絮凝池初沉池UASB罐EBIS生化池二沉池加药间芬顿反应池终沉池次氯酸钠消毒池加药间达标外排或回用污泥外运脱水机房污泥储池物化污泥物化污泥粪渣回收利用加药间沼气燃烧鼓风机房剩余污泥污泥格栅及集水池图1工艺流程图该养殖废水处理站总占地面积约3 000 m2，总平面布局如图2所示。3主要构筑物及设备3.1格栅及集水池格栅井设置在室外，与集水池合建，设计规模为1 000 m3/d；格栅井尺寸为3.0 m1.0 m2.5 m，集水池尺寸为 16.2 m10.8 m4.5 m。主要设备为粗格栅 1台，污水提升泵 4台（用 3备 1），单台流量为 18 m3/h，扬程为15 m，功率为1.5 kW。3.2固液分离区固液分离设备设置于二层平台，设计规模为1 000m3/d，平台尺寸为 8.5 m5.0 m。主要设备为叠螺式脱水机4台（用3备1），单台处理量3060 kgDS/h（DS为干基污泥），功率为1.29 kW。3.3生物吸附絮凝池生物吸附絮凝池尺寸为9.0 m9.0 m6.0 m，设计规模 1 000 m3/d。絮凝药剂聚合氯化铝（Poly Aluminium Chloride，PAC）、聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）投加至前端，回流初沉池及二沉池污泥至后端，设置曝气搅拌。药剂絮凝时间为1.6 h，生物絮凝时间为8.7 h。主要设备为微孔曝气头140套，单套供气量27 m3/h。3.4初沉池初沉池尺寸为9.0 m6.0 m，有效水深为5.5 m，周进周出辐流式沉淀池，设计规模为1 000 m3/d，表面负荷为0.66 m3/（m2 h）。主要设备为中心传动刮泥机1套，尺寸为 9 m6 m，功率为 0.25 kW；排泥泵 2台（用1备1），单台流量为25 m3/h，扬程为10 m，功率为1.5 kW。3.5UASB罐UASB罐共2套，单套尺寸为12.0 m7.0 m，有效水深为6 m，设计规模为1 000 m3/d。设计温度为25，容积负荷为3 kgCOD/（m3 d），停留时间为32.5 h，污泥产生物吸附絮凝池污泥储池格栅及集水池UASB罐UASB罐EBIS生化池EBIS生化池EBIS生化池初沉池二沉池终沉池芬顿反应池消毒池EBIS生化池配电间储药间加药间鼓风机房堆粪棚固液分离区图2总平面布局图邵 宇，等EBIS工艺处理养殖废水的工程设计与运行149http:/2023年4月 第14卷 第8期率0.1 kgVSS/kgCOD（VSS为挥发性悬浮固体），产气率为0.45 m3/kgCOD，沉淀区表面负荷为0.19 m3/（m2 h）。主要设备为三相分离器、配水系统、沼气收集系统、水封箱各2套；排泥泵2台（用1备1），单台流量为25 m3/h，扬程为10 m，功率为1.5 kW。3.6EBIS生化池EBIS 生化池设计为两级生化系统，池体尺寸为53.0 m15.0 m6.0 m，有效水深为 5.5 m，设计规模为1 000 m3/d。EBIS系统分为一级低氧曝气区、二级低氧曝气区，停留时间分别为 47.42、57.02 h。污泥浓度为 58 g/L，容积负荷为 0.8 kgCOD/（m3d），污泥 负 荷 为 0.067 kgBOD5/（kgMLSS d），TN 负 荷 为0.03 kg/（kgMLSS d）（MLSS 为悬浮固体）。配备可提升微孔曝气系统 2 套、空气推流器 6 套，利用空气将低氧区末端水回流至低氧区前端，形成混合液大循环，循环倍数高于 20 倍3。曝气风机采用罗茨鼓风机 3 台（用 2 备 1），单台风机风量为 27.96 m3/min，功率为 45 kW，出口压强为 0.07 MPa。配备独特的溶氧控制系统 3 套（用 2 备 1），实时跟踪精确控制溶氧。3.7二沉池二沉池尺寸为9.0 m6.0 m，有效水深为5.5 m，为周进周出辐流式沉淀池，设计规模为1 000 m3/d，表面负荷为0.66 m3/（m2 h）。主要设备为中心传动刮泥机1套，尺寸为9 m6 m，功率为0.25 kW；污泥回流泵2台（用1备1），单台流量为25 m3/h，扬程为10 m，功率为1.5 kW4。3.8芬顿反应池芬顿反应池尺寸为9.0 m8.4 m6.0 m，设计规模为1 000 m3/d。总反应时间为9.1 h，分为pH值调节池1座，停留时间为0.8 h；硫酸亚铁反应池1座，停留时间为0.8 h；氧化反应池2座，停留时间为5.9 h；中和池1座，停留时间为0.8 h；絮凝池1座，停留时间为0.8 h。主要设备为pH值调节池、硫酸亚铁反应池、絮凝池合建在一起，并配套1台2.2 kW桨式搅拌器；氧化反应池，配备3.7 kW桨式搅拌器及穿孔曝气管；中和池设置旋混曝气头搅拌。30%稀硫酸投加量为 1.50 mg/kg，硫酸亚铁投加量为2.00 mg/kg，过氧化氢投加量为0.50 mg/kg，石灰投加量为1.50 mg/kg，PAC投加量为1.00 mg/kg，PAM阴离子投加量为0.03 mg/kg 5。3.9终沉池终沉池尺寸为9.0 m6.0 m，有效水深为5.5 m，为周进周出辐流式沉淀池，设计规模为1 000 m3/d，表面负荷为0.66 m3/（m2 h）。主要设备为中心传动刮泥机 1套，尺寸为 9 m6 m，功率为 0.25 kW；排泥泵 2台（用1备1），单台流量为25 m3/h，扬程为10 m，功率为1.5 kW。3.10次氯酸钠消毒池次氯酸钠消毒池设计规模为1 000 m3/d，池体尺寸为9.0 m1.6 m6.0 m，有效水深为5.0 m，停留时间为1.7 h。设置穿孔曝气管，曝气搅拌。3.11污泥储池及脱水机污泥储池设计规模为 1 000 m3/d，池体尺寸为9.0 m5.0 m6.0 m，有效容积为 247.5 m3。主要设备为排泥泵 2台（用 1备 1）、叠螺式脱水机 2台（用 1备1），单台处理量为 3060 kgDS/h，功率为 1.29 kW。PAM阳离子投加量为5 g/kgDS。3.12加药间加药设备放置于加药间，加药间平面尺寸为18.5 m5.4 m，内部设置 6 格配药池，分别为 PAC 溶药池、硫酸亚铁溶药池、PAM 阳离子溶药池、PAM 阴离子溶药池、石灰溶药池（2 格），单格配药池有效容积为 7.2 m3。配备 3 个加药桶，分别为过氧化氢加药桶、次氯酸钠加药桶、硫酸加药桶，单个加药桶有效容积 3 m3。每格配药池配套 1 台 2.2 kW 桨式搅拌器。PAC、硫酸亚铁、过氧化氢、次氯酸钠、硫酸各配备加药计量泵 2台（用1备1），PAM 阳离子加药计量泵 2 台（用 1 备 1），PAM 阴离子加药泵 5 台（用 4 备1），石灰加药泵5台（用4备1）。4成本分析该污水处理站投入运行后，不考虑人工费、折旧费和污泥处置费，仅考虑药剂费和电费运行成本，具体如表2所示。采用该工艺流程吨水用电 2.78 kW h，用电成本为 1.81 元/t，药剂成本为 1.22 元/t。在规模化养殖废水处理中，该污水处理站整体用电量适中，但为保证出水水质稳定而持续较大量投加药剂，药剂成本偏高，可在后续运行中摸索最佳的药剂投加量，从而降低运行成本。5运行效果该 污 水 处 理 站 2020 年 12 月 进 水 量 在 9001 000 m3/d，基本达到满负荷；目前仍正常运行，出水水质达到 农田灌溉水质标准（GB 50842021）中旱地作物灌溉用水水质标准。实际进水中，受猪场种猪存栏量及猪舍清理频率影响，进水水质波动较大。各单元进出水水质如表3所示。150http:/虽然进水水质波动较大，但出水水质稳定达标。出水COD浓度小于150 mg/L，去除率达到98%；出水氨氮浓度小于35 mg/L，去除率达到96%；出水TP浓度小于8 mg/L，去除率达到95%，总体出水水质远低于设计值。在进水水质、水量波动较大的条件下，总出水水质优于 农田灌溉水质标准（GB 50842021）中旱地作物灌溉用水水质标准，表明UASB+EBIS+芬顿工艺对养殖废水具有良好的处理效果。6结论云南省红河哈尼族彝族自治州某种猪场污水处理站设计规模1 000 m3/d，采用“格栅固液分离区生物吸附絮凝池初沉池UASB罐EBIS生化池芬顿反应池”的工艺流程处理养猪废水，出水COD浓度小于150 mg/L，出水氨氮浓度小于35 mg/L，出水TP浓度小于8 mg/L，总出水水质优于 农田灌溉水质标准（GB 50842021）中旱地作物灌溉用水水质标准。总运行成本虽因使用设备和投加药剂较多而较高，但其不受进水波动影响，可最大限度发挥出水稳定达标的优点。参考文献：1 杨景源.规模化畜禽养殖废水处理技术探讨J.环境与发展，2019（6）：88-89.2 马晓冬，张星梓，胡玉洪，等.畜禽养殖废水处理方法的研究进展J.再生资源与循环经济，2019（1）：31-33.3 邵宇，闫鑫玉，周立波，等.EBIS（改良 AO）工艺在石化废水处理上的研究及应用 J.环境与发展，2019（12）：69-70.4 闪红光.环境保护设备选用手册-水处理设备 M.北京：化学工业出版社，2002.5 孙秀君.EF-H2O2-FeOX法深度处理畜牧业养殖废水技术研究 J.唐山学院学报，2019（3）：22-25.表2污水处理站主要运行成本一览表项目电费30%稀硫酸硫酸亚铁过氧化氢石灰PACPAM阴离子PAM阳离子次氯酸钠合计运行成本/（元/d）1 807.4160.00150.0067.5075.00250.0051.00557.709.003 027.61水运行成本/（元/t）1.810.060.150.070.080.250.050.560.013.03备注总电耗2 780.63 kW h/d，电价取0.65元/（kW h）投加量为1.50 mg/kg，400元/t投加量为2.00 mg/kg，750元/t投加量为0.50 mg/kg，1 350元/t投加量为1.50 mg/kg，500元/t投加量为1.00 mg/kg，2 500元/t投加量为0.03 mg/kg，17 000元/t投加量为5.00 g/kgMLSS，22 000元/t投加量为0.10 mg/kg，900元/t表3各单元实际进出水水质项目COD/（mg/L）氨氮/（mg/L）TN/（mg/L）TP/（mg/L）pH值粪大肠杆菌/（个/L）进水7 05010 5408951 1259051 13513018469初沉池出水6 2407 0408651 0758801 130759569UASB出水1 9802 5509401 1559551 160223669二沉池出水13119332880173169系统出水56138235800.16.86910 000邵 宇，等EBIS工艺处理养殖废水的工程设计与运行151