厌氧-两级A_O-MBR-...淀对猪场废水处理的应用研究_梁培瑜.pdf

第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT厌氧厌氧-两级两级A/O-MBR-絮凝沉淀对猪场废水处理絮凝沉淀对猪场废水处理的应用研究的应用研究梁培瑜1，金刚2，邓觅1，朱林1，吴施婧1，吴永明1*（1.江西省科学院，江西 南昌 330096；2.广东维清环境工程有限公司，广东 中山 529437）摘摘 要要:为研究规模化养猪场污水的提标改造技术，依托江西某规模化养猪场原有的上流式厌氧污泥床（UASB）工艺，采用厌氧-两级A/O-MBR-絮凝沉淀相结合的主体工艺，通过工程改造后的运行数据，分析改造工艺对实际猪场污水的处理效果。对改造的工艺流程、设备规格、污水处理效果及运行成本进行了介绍。运行结果表明，废水经该工艺处理后，出水水质达到 鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准（DB 36/8522015）中高效集约发展区的排放限值要求；污水处理设施运行费（含：电费、药剂费和人工费）为3.34元/t，该改造工艺具有较好的应用价值。本研究为高浓度污染物的猪场废水处理达标排放以及设施提标改造提供技术参考。关键词关键词:养猪废水;两级A/O;MBR;工艺改造;应用研究开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X717 文献标识码文献标识码:B 文章编号文章编号:10003770(2023)02-0139-004畜禽养殖废水属于高浓度有机废水，粪尿中的氮、磷及水溶性有机物污染负荷高，是当前水体的主要污染来源之一；由于养殖行业的利润普遍较低，采用投资低、运行费用低、处理效率高的污水处理工艺对于养禽污染治理具有更广泛的应用价值 1-2。厌氧处理技术因其造价低、运行耗能小，产生可利用的沼气等优点，成为我国畜禽养殖废水处理的常用技术；单一的厌氧发酵技术对污染物的处理效果有限，难以满足不断提高的出水要求 3。本次研究以江西省某规模化养猪场的废水处理工艺改造为例，基于原有的上流式厌氧污泥床（UASB）工艺，通过工艺组合进行改造，实现较低运行成本的养殖废水处理并达标排放，为养殖场的高浓度废水处理和改造提供参考。1 废水概况废水概况江西某规模化养猪场为自繁自养场，养殖场可繁育母猪约1 000头，年出栏量约2万头，存栏量约1.2万头，废水排放规模约200 m/d。猪舍采用水冲粪工艺，原有污水处理工艺为上流式厌氧污泥床（UASB）工艺，但在实际运行中经 UASB 工艺处理后的猪场废水无法稳定达标，氮和磷在UASB的厌氧环境下无法彻底转化清除，因此需对现有工艺进行升级改造，尤其需对氮、磷等营养物质进一步进行深度处理，并要求处理后出水水质稳定达到 鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准（DB 36/8522015）中高效集约发展区的污染物最高允许排放浓度限值，即主要水质指标要求 COD150 mg/L、（SS）150 mg/L、（NH3-N）40 mg/L、（TP）5 mg/L。根据实际出水情况及相关工程经验，确定该养猪场污水处理设施的进水水质。项目设计进出水水质见表1。表1设计进出水水质Tab.1Designed influent quality and water-treated quality主要控制指标设计进水设计出水COD/（mg L-1）8 500150（SS）/（mg L-1）2 500150（NH3-N）/（mg L-1）60040（TP）/（mg L-1）705DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.027收稿日期：2022-02-24基金项目：国家自然科学基金（31860154）；江西省重点研发计划项目（20192BBGL70045）；中国科学院STS区域重点项目（KFJ-STS-QYZD-098）；江西省中央引导地方科技发展专项资金项目（20192ZDD01001）作者简介：梁培瑜（1990），男，硕士，助理研究员；电子邮件：通讯作者：吴永明，研究员；电子邮件：139第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术2 废水处理工艺废水处理工艺2.1废水处理工艺流程废水处理工艺流程根据实际工程经验及考虑运行成本，针对猪场废水中高氨氮、高有机污染物、高含磷的特点，提出采用多级A/O的特殊配水工艺，利用微生物在适合浓度条件下进行硝化和反硝化反应以实现低成本去除氨氮；采用厌氧水解和好氧的组合工艺进行去除猪场粪污水高有机物和COD；采用化学除磷法以保障总磷指标达到出水低于5 mg/L的要求。因此，利用原有UASB工艺并增加一套污水深度处理处理工艺进行改造，形成厌氧-两级A/O-MBR-絮凝沉淀相结合的处理工艺，废水处理设计水量仍为200 m/d，工艺流程如图1所示。猪场排放废水经重力流进入集水池进行暂时蓄存后进行固液分离，其中干粪进行回收利用，废液则进入调节池，在原有的UASB厌氧反应器进行厌氧发酵处理；随后进入两级A/O生物处理系统，通过缺氧、好氧等生物作用，去除废水中大部分易降解有机物和NH3-N；通过MBR膜生物反应工艺，提高反应池内活性污泥的浓度，进一步降低废水中有机污染物、悬浮物等含量；最后在除磷絮凝池中投加除磷剂和絮凝剂，通过絮凝沉淀去除废水中含磷物质，降低出水TP，进一步保障出水水质稳定达标。2.2废水处理工艺说明废水处理工艺说明2.2.1预处理段预处理段预处理段是在猪场原有的污水处理设施的基础上进行改造，主要完成对猪场废水的收集和固液分离。经预处理段后的废水固态物含水量可降到70%，使粪渣有利于后续资源化利用；其中调节池用于调节水质和水量，使其能均匀的进入后续处理设施。预处理段主要构筑物包括集水池、固液分离机平台和调节池。集水池、调节池均利用原有设施，固液分离平台设计尺寸2.5 m2.5 m1.85 m。2.2.2厌氧处理段厌氧处理段UASB工艺反应器一种高效厌氧处理系统，具有能够承受高有机负荷和有较长的污泥停留时间，以及无需搅拌、无污泥回流、HRT短等特点，被广泛应用于高负荷有机废的处理，但也存在对废水中的氮、磷处理效果有限的问题。因此项目保留和利用原有UASB工艺设备，将其作为猪场废水生化处理的前端工艺，主要用于去除废水中的SS、易生化降解有机物、部分NH3-N和TP，以保证后续生化处理工艺的进水要求。UASB反应器直径=9 m，设计水位高度5.5 m。2.2.3生化处理段生化处理段生化处理段采用活性污泥法的两级A/O工艺，即在 A/O工艺后再增加一个二级缺氧和好氧反应器。两级A/O工艺通过分段进水保证反硝化反应中碳源充足，使反硝化反应进行的更彻底，并增强抗冲击负荷能力，在提高脱氮效率同时可有效节约运行成本4。两级 A/O 工艺分为 A1/O1 段、A2/O2 段，A1/O1段为前置反硝化工艺，目的是充分利用进水中的有机物来满足反硝化所需的碳源，同时反硝化产生的碱度可以用来中和硝化反应的部分酸度；利用二级A2/O2段，可以进一步去除剩余硝氮及有机物。其中A1反应池1座，尺寸4.85 m7.85 m4.5 m；O1反应池1座，尺寸4.85 m11.75 m4.5 m；A2反应池1座，尺寸3.95 m5.75 m4.5 m；O2反应池2座，尺寸分别为 3.95 m5.75 m4.5 m、4.95 m3.95 m4.5 m。2.2.4深度处理段深度处理段采用MBR膜处理器进行深度处理，MBR可以保证生化系统有较高的污泥浓度，更有利于污染物的去除，能在提升生化除磷效果的同时降低后续化学除磷的运行费用；同时MBR处理系统将传统污水固液分离机集水池调节池UASB反应器厌氧沉淀池一级A池二级O池MBR池一级O池二级A池除磷絮凝池终沉池清水池达标出水除磷剂、PAC、PAM干粪堆间污泥浓缩池叠螺机叠螺机干粪定期排泥上清液回流猪场废水回流回流回流预处理段厌氧处理段生化处理段深度处理段预处理段厌氧处理段生化处理段深度处理段排泥排泥排泥排泥图1废水处理工艺流程Fig.1The wastewater treatment process of anaerobic-two-stage A/O-MBR-chemical flocculation140梁培瑜等，厌氧-两级A/O-MBR-絮凝沉淀对猪场废水处理的应用研究处理的曝气池与二沉池合二为一，取消传统二沉池，可大幅度减少占地面积，节省土建投资5。MBR 处理工艺选用进口中空纤维膜，采用特定曝气及产水方式保证池内微生物浓度，达到高效处理效果。最后在污水处理出水前，采用化学除磷和絮凝沉淀法对出水进一步处理。向污水中投加无机金属盐除磷剂（聚合铁铝盐）和絮凝剂（聚合氯化铝PAC、聚丙烯酰胺PAM），使其与污水中溶解性的磷酸盐类混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，最终絮凝沉淀，进一步减少污染物，尤其是对剩余无机磷的去除6-7。深度处理段包括：MBR池1座，设计尺寸4.85 m2.5 m4.5 m；化学除磷反应池和絮凝沉淀池各1座，尺寸均为1.75 m1.0 m4.5 m。3 主要设备及参数主要设备及参数工艺的主要设备及规格参数见表2。4 工艺调试运行情况工艺调试运行情况系统调试完成后投入运行，根据试运行监测结果，废水经整套系统处理后，最终出水 COD、SS、NH3-N、TP达到129.2、30.4、31.2、4.0 mg/L，达到 鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准（DB 36/8522015）中高效集约发展区的污染物最高允许排放浓度限值要求。污水处理系统各构筑单元主要污染物去除效果及去除率分析见表3。5 技术经济分析技术经济分析该工程运行的主要费用包括电费、药剂费和人工费。其中电费以 0.80 元/kWh 计，每天电费 467元，即处理每吨废水的电费为 2.33 元/t；药剂费含MBR膜清洗药剂（主要为次氯酸钠）、除磷药剂（聚合铁铝盐）、絮凝剂（PAM和PAC）的使用费用，其对应的价格分别按照3 000、1 600、8 500元/t计算，每吨废水消耗的MBR膜清洗药剂、除磷药剂、絮凝剂的费用分别 0.03、0.6、0.044 元/t，共计 0.674 元/t；人工费按 1名兼职管理人员，兼职工资按 20 00元/月算，则污水处理人工费约为 0.33元/t。因此总运行成本为3.34元/t。由于本工程利用了原用设施作为前处理工艺段，并采用两级A/O-MBR-絮凝沉淀处理工艺进行改造，该工艺在处理高浓度废水，如生活垃圾焚烧发电厂渗滤液、餐厨废水、屠宰废水等已表现出良好的处理能力8-9；且本工程实际运行成本相比较低，在猪场废水的处理改造中具有更经济性和推广价值。6 结结 论论对规模化养猪场200 m/d高浓度废水处理工艺采用厌氧-两级 A/O-MBR-絮凝沉淀相结合的处理表2主要工艺设备及规格Tab.2Main process equipment and specifications序号一1234二1三1234四123五12设备仪表预处理段固液分离机集水池提升泵调节池提升泵液位计厌氧处理段厌氧反应器生化处理段潜水搅拌器A1混合液回流泵A2混合液回流泵鼓风机深度处理段MBR膜处理器电极式液位计加药装置污泥处理部分叠螺机污泥泵型号规格处理量720 t/h，功率4.75 kWQ=10 m3/h，H=10 m，功率0.75 kWQ=15 m3/h，H=22 m，功率2.2 kW最大池深5 mQ=200 m3/d，直径=9 m，设计水位高度5.5 m，设计沼气产率为0.5 m3/（kg COD）叶桨直径260 mm，叶桨转速960 r/min，推力290 N，功率1.5 kWQ=30 m3/h，H=8.5 m，功率1.5 kWQ=40 m3/h，H=10 m，功率2.2 kW风量12.78 m/min，功率18.5 kW；配套曝气盘300个，215膜面积450 m2，膜片尺寸1 240 mm2 070 mm30 mm；每组18片膜电极式，五杆，池深4.5 m一体化加药装置，一箱一泵一搅拌，出水压力：0.32.5 MPa，Q=0170 L/h处理量1 m3/hQ=18 m3/h，H=14 m，功率1.5 kW数量1台2台2台2套1套1台1台1台2台1套1套3套1台1台备注配套潜水泵、挤压机、水机、洗网机等一用一备一用一备集水池和调节池各1套配套射流循环泵、配水系统等A1、A2池各1台鼓风机一用一备配套产水泵、反洗泵、清洗水箱等包括除磷剂、PAC和PAM等的投加141第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术工艺进行改造，最终出水水质达到DB 36/8522015中高效集约发展区的污染物最高允许排放浓度限值要求。对污水处理的电费、药剂费和人工费三项运行费用进行计算，总运行成本为 3.34元/t。本工程的改造方案在猪场废水的处理改造中具有较好的应用和推广价值。参考文献：1陈静.我国生猪养殖企业粪污资源化利用行为及影响因素研究D.北京:中国农业科学院,2019.2邓觅,吴永明,万莉,等.江西省规模化猪场粪污治理现状与问题分析J.中国畜牧杂志,2016,14:67-71+77.3史风梅,徐洪涛,卢玢宇,等.温度对养殖废水厌氧发酵初期产酸的影响及其原因分析J.农业工程学报,2018,34(S1):42-47.4郑耀辉.两级A/O处理高氨氮发酵制药废水中的工程实践J.化学工程与装备,2019,6:314-317.5肖磊,罗衎,何金锋,等.A/O+MBR工艺对盐化城污水厂提标改造的中试研究J.工业水处理,2019,39(11):70-72.6贾军峰,吴俊奇,王真杰,等.不同化学药剂的除磷效果及经济性分析J.应用化工,2020,6:1381-1385.7刘海龙,付晶淼,郭雪峰.农村污水阳离子聚丙烯酰胺强化絮凝研究J.水处理技术,2019,42(09):37-40.8朱霞,李鹤超,任洪强.UASB-A2/O-MBR组合工艺处理餐厨废水工程J.水处理技术,2019,45(02):124-128.9于鹏飞,孙明,纪鑫奇,等.混凝沉淀UASBMBR耦合工艺处理屠宰废水J.环境污染与防治,2018,40(07):737-742.Application Research of Anaerobic-Two Stage A/O-MBR-Chemical Flocculation Process on the Swine Wastewater TreatmentLIANG Peiyu1,JIN Gang2,DENG Mi1,ZHU Lin1,WU Shijing1,WU Yongming1*(1.Jiangxi Academy of Sciences,Nanchang 330096,China;2.Guangdong Weiqing Environmental Engineering Co.,Ltd,Zhongshan 529437,China)Abstract:The wastewater treatment process of anaerobic-two-stage A/O MBR-chemical flocculation was used for upgrading the existing wastewater treatment station in a large-scale pig farm in Jiangxi province.The technological process,equipment specification,treatment efficiency,and operation costs were introduced.The running results showed that the effluent quality meets the limit of maximum daily average emission concentration in the Wastewater discharge standard of Poyang Lake eco-economic district in Jiangxi Province(DB 36/852-2015).The operation cost was estimated at 3.34 yuan/t,including the electricity,chemicals,and labor costs.The upgrading wastewater treatment process can be conducted to actual application in swine wastewater treatment.Keywords:swine wastewater;two stage A/O;MBR;process modification;application research表3各污水处理构筑物出水水质及去除率Tab.3Effluent quality and removal rate of each sewage treatment structures主要构筑物原水集水池固液分离机调节池UASB反应器一级A/O池二级A/O池MBR池除磷絮凝沉淀池设计出水标准/（mgL-1）项目出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%出水水质/（mgL-1）去除率/%COD7 950.37 754.82.5%4 791.738.2%4 609.23.8%14 58.968.3%609.158.3%320.847.3%146.154.5%129.211.5%150SS2 592.82 529.32.5%1 429.343.5%748.247.7%517.530.8%256.850.4%149.141.9%35.876.0%30.415.1%150NH3-N513.1500.42.5%502.2-0.4%495.91.3%4901.2%254.748.0%72.971.4%35.151.8%31.211.3%40TP60.5592.5%54.97.0%541.5%49.97.6%26.846.2%12.951.7%11.411.6%4.065.3%5142