好氧循環(huán)流化床膜生物工藝（ACMBR）處理畜禽養(yǎng)殖廢水

石耀威　張洪鵬　魏曉明　羅紅梅　趙洪葉

(北京聯(lián)合創(chuàng)業(yè)環(huán)保工程股份有限公司,北京 100161)

好氧循環(huán)流化床膜生物工藝（ACMBR）處理畜禽養(yǎng)殖廢水

石耀威張洪鵬魏曉明羅紅梅趙洪葉

(北京聯(lián)合創(chuàng)業(yè)環(huán)保工程股份有限公司,北京 100161)

本文設(shè)計(jì)了一套新型的畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝——ACMBR工藝。ACMBR工藝實(shí)現(xiàn)了好氧、缺氧和厭氧污水處理的一體化，綜合利用好氧、厭氧和兼氧等菌種的協(xié)同作用，科學(xué)、高效地處理畜禽養(yǎng)殖廢水。ACMBR對(duì)高濃度CODcr和高濃度氨氮有很強(qiáng)的耐受能力，去除效率高，CODcr平均去除率高達(dá)97.31%，氨氮平均去除率高達(dá)96.47%。ACMBR工藝具有占地面積小，處理效率高，建設(shè)費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適合遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。

ACMBR工藝畜禽養(yǎng)殖廢水一體化協(xié)同作用

1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水排放量

畜禽養(yǎng)殖廢水主要包括有尿液、殘余的糞便、飼料殘?jiān)蜎_洗水等組成。據(jù)2010年《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要水污染物排放量：化學(xué)需氧量1268.26萬(wàn)t，總氮102.48萬(wàn)t，總磷16.04萬(wàn)t。歷年《全國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示：2013年僅規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)COD排放量達(dá)312.1萬(wàn)t；氨氮排放量31.3萬(wàn)t；2014年規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)COD氨氮排放量分別為289.4萬(wàn)t、28.7萬(wàn)t。

2 養(yǎng)殖廢水特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

養(yǎng)殖廢水的具有高氨氮、高COD、高含固率典型的“三高”特點(diǎn)（見(jiàn)表1），處理費(fèi)用高、難度大。

表1　養(yǎng)殖廢水水質(zhì)變化范圍

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70%的養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)污水處理設(shè)施，80%有設(shè)施無(wú)運(yùn)營(yíng)，90%出水不達(dá)標(biāo)。養(yǎng)殖廢水處理不達(dá)標(biāo)或未處理的原因：①成本高；②養(yǎng)殖廢水具有典型的“三高”特點(diǎn)，處理難度大；③排放量大，沖擊負(fù)荷大；④固液混雜，收集與處理困難。

3 ACMBR工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

針對(duì)我國(guó)目前養(yǎng)殖廢水現(xiàn)狀，為了快速高效的處理高負(fù)荷，高氨氮的畜禽養(yǎng)殖廢水。本公司設(shè)計(jì)了一套ACMBR反應(yīng)器如圖1所示。

圖1　ACMBR反應(yīng)器示意圖

ACMBR工藝是一種膜生物技術(shù)和三相流化床技術(shù)相結(jié)合的新型污水處理技術(shù)，其主要分為好氧區(qū)、缺氧（厭氧）區(qū)和膜生物反應(yīng)器組器三大部分。主要特點(diǎn)：（1）獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使污水進(jìn)入反應(yīng)器后在缺氧區(qū)、好氧區(qū)循環(huán)流動(dòng)，不但創(chuàng)造了厭氧菌、兼氧菌和好氧菌協(xié)同分解有機(jī)物的環(huán)境，而且增大了微生物和有機(jī)物的接觸機(jī)會(huì)。（2）MBR膜的應(yīng)用，一方面代替了二沉池，減少了占地面積；另一方面截留了微生物，使反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在較高水平，提高了有機(jī)物和氮磷的去除率。

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試方法

4.1 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)日處理污水量為5m3/d。根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2版）》污水處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各部分構(gòu)筑物尺寸大小如表2所示。

表2.主要構(gòu)筑物尺寸

4.2 測(cè)試方法

依據(jù)相關(guān)國(guó)家政策，養(yǎng)殖場(chǎng)所污水排放需達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001）中的指標(biāo)要求，同時(shí)為了考察ACMBR對(duì)污染物去除效果及運(yùn)行參數(shù)對(duì)ACMBR運(yùn)行效果的影響，實(shí)驗(yàn)期間測(cè)試指標(biāo)及測(cè)試方法和所需儀器見(jiàn)表3。

表3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試方法

4.3 工藝流程

ACMBR工藝分為前處理工藝和核心工藝，前處理包括：豎流沉淀池、中間調(diào)節(jié)池；其核心是好氧循環(huán)流化床膜生物反應(yīng)器（ACMBR反應(yīng)器），實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2　ACMBR工藝流程

5 實(shí)驗(yàn)調(diào)試運(yùn)行方法

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在北京市順義區(qū)大孫各莊鎮(zhèn)東華山村沼氣站，實(shí)驗(yàn)原料以養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞廢水為例，實(shí)驗(yàn)接種污泥來(lái)自高碑店污水廠，取10m3高碑店污水廠二沉池污泥加入ACMBR反應(yīng)器中，加入清水至18m3，悶曝（只曝氣不進(jìn)出水）消耗掉污泥中自帶的有機(jī)物并留下活力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)的菌種。三天后開(kāi)始加入少量豬糞廢水，培養(yǎng)馴化污泥，每天進(jìn)水2m3（COD濃度6000mg/L左右），持續(xù)兩周左右；之后加大進(jìn)水量，每天進(jìn)水3m3（CODcr濃度仍為6000mg/L左右）持續(xù)兩周；測(cè)量污泥濃度達(dá)到10g/L后，正常運(yùn)行，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)出水pH、CODcr、氨氮和反應(yīng)器內(nèi)溶解氧變化。

6 結(jié)果分析

分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，進(jìn)出水pH值始終在6～8之間，適合于微生物生存，不需要加入任何化學(xué)藥劑調(diào)節(jié)。反應(yīng)器內(nèi)溶解氧，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)流量控制，內(nèi)筒DO在1～5mg/L，適合好氧菌生存；外筒DO始終保持在0～1.0mg/L之間，適合兼氧菌和厭氧菌生存。

圖3　進(jìn)出水COD濃度變化

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間進(jìn)出水CODcr濃度變化如圖3所示，實(shí)驗(yàn)前期進(jìn)水CODcr濃度在6000mg/L左右，出水CODcr在100mg/L十分穩(wěn)定；第39d開(kāi)始加大COD進(jìn)水濃度至20000mg/L，出水CODcr仍十分穩(wěn)定，說(shuō)明ACMBR對(duì)高濃度CODcr有很強(qiáng)的耐受性且對(duì)COD去除有很好的效果，平均去除率高達(dá)97.31%，第46d去除率達(dá)到最高，為99.47%。后期為了考察ACMBR工藝對(duì)沼液處理是否仍有效果，從第60天開(kāi)始進(jìn)水換成了豬糞厭氧發(fā)酵后排出的沼液，但進(jìn)純沼液2d后，出水CODcr濃度開(kāi)始急速上漲（從187mg/L漲到689mg/ L），隨后系統(tǒng)崩潰。說(shuō)明沼液中可能存在某種物質(zhì)對(duì)微生物有毒性，影響微生物正常生長(zhǎng)，破壞了系統(tǒng)穩(wěn)定從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

圖4　進(jìn)出水氨氮濃度變化

圖4為ACMBR工藝運(yùn)行期間氨氮進(jìn)出水濃度變化，從圖中可以明顯看出，該工藝對(duì)氨氮除去有很好的效果，平均氨氮去除率高達(dá)96.47%，最高可達(dá)99.50%，當(dāng)氨氮濃度高達(dá)2000mg/L時(shí)，出水氨氮僅僅稍微上升，降低濃度后仍能恢復(fù)正常狀態(tài)，說(shuō)明ACMBR有很強(qiáng)的耐受性，且在不超過(guò)一定范圍時(shí)，具有很強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力；但是當(dāng)加入沼液后，出水氨氮急劇上升，并且不可恢復(fù)，直到最后系統(tǒng)崩潰。猜測(cè)可能是沼液中存在某種物質(zhì)，抑制了微生物分解氨氮，導(dǎo)致氨氮積累從而抑制微生物的活性，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

7 結(jié)論

（1）ACMBR結(jié)合了三相流化床和膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)很好地實(shí)現(xiàn)了好氧、兼氧和厭氧污水處理一體化，極大程度的發(fā)揮了好氧菌、厭氧菌和兼氧菌的協(xié)同作用。

（2）ACMBR工藝對(duì)高濃度CODcr有很強(qiáng)的耐受能力，且CODcr去除效率高，平均CODcr去除率高達(dá)97.31%，最高可達(dá)99.47%。適用于處理豬糞水等富含有機(jī)物的養(yǎng)殖污水。

（3）ACMBR工藝對(duì)氨氮的耐受能力和去除率非常高，在氨氮濃度為2000mg/L條件下，仍能正常運(yùn)行，平均去除率高達(dá)96.47%，最高可達(dá)99.50%。

（4）ACMBR工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，非常適合中小型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污水處理。

[1] 秦偉，郭曦.養(yǎng)殖場(chǎng)廢水處理初探[J].四川農(nóng)機(jī)，2006（1）：35-37.

[2] 林選才，劉慈慰.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2版）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.