低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器處理畜禽廢水

　　目前，我國(guó)每年的畜禽養(yǎng)殖廢水排放量已經(jīng)超過了100億噸，遠(yuǎn)超過全國(guó)生活廢水與工業(yè)廢水的排放量總和。養(yǎng)殖業(yè)廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，含有大量病原體，隨著雨水徑流進(jìn)入水體，會(huì)導(dǎo)致地表水或地下水水質(zhì)的嚴(yán)重惡化，是威脅飲用水水源安全的重要因素之一。如今，養(yǎng)殖業(yè)廢水的處理技術(shù)主要存在處理效率低、管理運(yùn)行成本高等問題。為有效減少畜禽養(yǎng)殖廢水對(duì)環(huán)境的污染，建設(shè)美麗城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境，研究開發(fā)畜禽廢水高效、低成本的處理技術(shù)迫在眉睫。

　　低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器是通過向生物反應(yīng)器內(nèi)投加載體填料，在填料上形成生物膜，具有更高的處理效率、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、減緩膜污染等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)控制曝氣管路交錯(cuò)曝氣有利于減少能耗，獲得較好的脫氮除磷效果。采用低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器處理畜禽養(yǎng)殖廢水，旨在探討其綜合處理效能。

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置如圖1所示。處理水量30L/h，反應(yīng)器主體尺寸為60cm×40cm×100cm，有效容積為200L，裝置包括進(jìn)水系統(tǒng)、生物反應(yīng)器主體、膜組件、曝氣系統(tǒng)。其中，膜組件位于生物反應(yīng)器主體內(nèi)部下方，用導(dǎo)流板分割成兩個(gè)對(duì)稱區(qū)域，即填料區(qū)和膜區(qū)。填料區(qū)采用半軟性填料，掛膜密度40%。膜區(qū)采用聚偏氟乙烯(PVDF)材料的中空纖維膜組件，膜絲公稱過濾孔徑為0.02μm，單個(gè)膜組件膜面積0.5m2，總膜面積2m2，設(shè)計(jì)膜瞬時(shí)過濾通量為15L/(m3?h)。膜組件及掛膜區(qū)底部分別設(shè)置穿孔曝氣器，通過自動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)切換。反應(yīng)器內(nèi)污泥混合液在自吸泵的負(fù)壓抽吸下經(jīng)過超濾膜出水，設(shè)置運(yùn)行過濾9min，停歇1min，曝氣閥門切換間隔為30s。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)用水

　　實(shí)驗(yàn)原水取自某畜禽養(yǎng)殖廠沼氣池出水，其具體水質(zhì)如表1所示。

　　1.3 分析項(xiàng)目及方法

　　分析項(xiàng)目及方法參照國(guó)家環(huán)保局的水和廢水標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)分析方法，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)及研究方法如表2所示。

　　2、結(jié)果與分析

　　2.1 對(duì)CODCr的去除效果

　　圖2是低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器對(duì)CODCr的去除效果。

　　進(jìn)入復(fù)合膜生物反應(yīng)器的是經(jīng)過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后的沼氣池出水，進(jìn)水CODCr范圍在800～1200mg/L，平均濃度為1000mg/L。從圖2可知，畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)過低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器處理后，出水CODCr平均在100mg/L左右，優(yōu)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18596―2001)中低于400mg/L的要求，平均去除率約為89%。出水CODCr下降明顯且較穩(wěn)定，去除效果良好。分析認(rèn)為，一方面養(yǎng)殖廢水有機(jī)物濃度高，可生化性較好，接種的微生物在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足的條件下，于復(fù)合膜生物反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速生長(zhǎng)繁殖，所以污泥濃度也在逐漸升高;另一方面，浸沒式超濾膜的截留作用，進(jìn)一步減少了污泥流失，而且污泥濃度始終保持在較高水平;第三方面，實(shí)驗(yàn)期間水溫在15～20℃，也有利于微生物的新陳代謝，進(jìn)一步降低了出水的CODCr。

　　2.2 對(duì)氨氮的去除效果

　　圖3顯示的是低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果。從圖3中可知，在設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行期間，進(jìn)水氨氮值保持在200～250mg/L，而出水氨氮始終穩(wěn)定在15mg/L以下，平均去除率達(dá)到94.5%，出水氨氮值優(yōu)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18596―2001)中80mg/L的規(guī)定。低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果較好，原因歸結(jié)于3點(diǎn)：①超濾膜的高效截留作用會(huì)有效減少微生物隨出水的流失，這使得硝化菌在復(fù)合膜生物反應(yīng)器內(nèi)富集成為優(yōu)勢(shì)菌種;②反應(yīng)器內(nèi)部的水溫在20℃左右，為硝化菌最適生長(zhǎng)溫度，有效避免了溫度對(duì)硝化菌生長(zhǎng)的阻礙;③在復(fù)合膜生物反應(yīng)器內(nèi)保持著較高的污泥濃度，F(xiàn)/M值也會(huì)減小，進(jìn)而減弱了異養(yǎng)菌對(duì)DO的競(jìng)爭(zhēng)，更有利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行。

　　2.3 TP的去除效果

　　圖4顯示的是低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器對(duì)總磷的去除效果。如圖4所示，出水總磷的濃度在3～8mg/L，穩(wěn)定后出水總磷的濃度在4～6mg/L，平均去除率為78%，對(duì)總磷去除效果較好，基本達(dá)到了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18596―2001)中低于8mg/L的要求。設(shè)備對(duì)總磷的去除效果在前期波動(dòng)較大，而在后期相對(duì)比較穩(wěn)定。這主要是因?yàn)?，一方面受進(jìn)水水質(zhì)總磷濃度變化的影響，由圖4可見，設(shè)備進(jìn)水在開始的前20d總磷數(shù)值出現(xiàn)比較大的變化，而設(shè)備出水總磷數(shù)據(jù)也相應(yīng)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，在20d后進(jìn)水總磷基本穩(wěn)定，出水也進(jìn)一步穩(wěn)定;另一方面，隨著設(shè)備的逐步穩(wěn)定，復(fù)合膜反應(yīng)器內(nèi)的污泥總量和污泥濃度隨著運(yùn)行天數(shù)的增加而進(jìn)一步增加，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)部污泥中對(duì)去除總磷有重要作用的微生物數(shù)量也不斷增加，所以隨著時(shí)間的拉長(zhǎng)，總磷的去除效果更加穩(wěn)定。

　　2.4 對(duì)SS的去除效果

　　復(fù)合膜生物反應(yīng)器采用膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)泥水分離，由于膜組件的膜孔徑為超濾級(jí)0.02μm，故可將反應(yīng)器內(nèi)全部的懸浮物和污泥較好地截留，還能夠截留絕大部分細(xì)菌、微生物、病毒等。圖5是對(duì)SS的去除效果。由圖可知，超濾處理后出水SS濃度低于5mg/L，去除率基本保持在99%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般傳統(tǒng)的污水處理工藝。即使進(jìn)水SS出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，設(shè)備出水SS依然低于5mg/L，運(yùn)行效果非常穩(wěn)定，具備較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　2.5 膜污染控制及恢復(fù)

　　低能耗膜生物反應(yīng)器對(duì)膜污染的控制，主要來源于非連續(xù)的短時(shí)曝氣吹掃以及膜區(qū)絮流沖刷產(chǎn)生的表面錯(cuò)流，測(cè)試運(yùn)行以恒流量運(yùn)行，期間未進(jìn)行日常的藥劑清洗及水力反洗。用跨膜壓差表征膜污染程度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在反應(yīng)器初期運(yùn)行的7d，跨膜壓差增長(zhǎng)顯著，跨膜壓差日均增長(zhǎng)0.45kPa，由初始-6kPa增至-10kPa，之后隨著生化系統(tǒng)的穩(wěn)定，跨膜壓差趨于穩(wěn)定而緩慢地增長(zhǎng)，日均增長(zhǎng)在0.25kPa。測(cè)試期間，膜運(yùn)行整體比較穩(wěn)定，最高運(yùn)行跨膜壓差為-25kPa，在正常運(yùn)行-30kPa以內(nèi)。測(cè)試期60d后，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5g/L的次氯酸鈉對(duì)膜組件進(jìn)行浸泡清洗10h，經(jīng)清洗后測(cè)試發(fā)現(xiàn)，跨膜壓差恢復(fù)率達(dá)到95%以上，可見，造成膜污染的原因主要是微生物的代謝產(chǎn)物在膜表面形成的凝膠層，以及膜面和膜孔內(nèi)微生物的滋生。

　　3、結(jié)論

　　1)采用低能耗復(fù)合膜生物反應(yīng)器處理畜禽養(yǎng)殖廢水，在進(jìn)水CODCr為800～1200mg/L、NH3-N為200～250mg/L、TP為15～30mg/L、SS為1000～1200mg/L時(shí)，出水CODCr為100mg/L左右、NH3-N為15mg/L以內(nèi)、TP為4～6mg/L、SS為0～5mg/L，優(yōu)于《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18596―2001)，且已經(jīng)達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084―2005)。

　　2)低能耗膜生物反應(yīng)器通過物理作用可以有效控制膜污染，微生物生長(zhǎng)代謝的溶解性有機(jī)物及微生物滋生是造成跨膜壓差增長(zhǎng)的主要原因，通過一定濃度的次氯酸鈉浸泡可有效恢復(fù)膜性能，跨膜壓差恢復(fù)率達(dá)到95%以上。(來源：光大環(huán)保技術(shù)裝備(常州)有限公司，立升凈水科技有限公司)