山西市平順縣屠宰污水處理設(shè)備

時(shí)間：2020-01-05作者：濰坊日麗環(huán)保設(shè)備有限公司瀏覽：285

養(yǎng)殖場(chǎng)所產(chǎn)生的廢水具有**物、氨氮和懸浮物濃度高等特點(diǎn)，處理難度較大，如不經(jīng)過(guò)處理直接排放或農(nóng)用將引起嚴(yán)重污染［1 ～ 3］。目前，厭氧技術(shù)能夠有效處理養(yǎng)殖廢水，并可回收沼氣和沼液等資源［4］。該技術(shù)主要包括**式厭氧污泥床、厭氧膨脹顆粒污泥床和厭氧流化床等高效厭氧反應(yīng)器。但上述反應(yīng)器用于處理養(yǎng)殖廢水時(shí)，易出現(xiàn)污泥顆?；щy和堵塞等現(xiàn)象［5］。近年來(lái)，厭氧膜生物反應(yīng)器因其自身的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用潛力而逐漸受到關(guān)注，但膜污染是制約其發(fā)展的主要問(wèn)題。因此，有研究者將可旋轉(zhuǎn)的膜組件引入?yún)捬跄ど锓磻?yīng)器中，以達(dá)到強(qiáng)化膜表面剪切力，控制膜污染的目的［6 ～ 8］。但是，目前采用厭氧旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器（ AnＲMBＲ） 處理畜禽養(yǎng)殖廢水尚未有相關(guān)報(bào)道。

筆者采用AnＲMBＲ 系統(tǒng)處理畜禽養(yǎng)殖廢水（ 以養(yǎng)豬廢水為代表） ，考察其對(duì)實(shí)際養(yǎng)豬廢水的處理效果，并分析膜過(guò)濾性能和反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥特性，旨在為AnＲMBＲ 系統(tǒng)處理畜禽養(yǎng)殖廢水的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1. 1 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行方案

圖1 為AnＲMBＲ 工藝流程。

AnＲMBＲ 系統(tǒng)主要由進(jìn)水罐、厭氧反應(yīng)罐、外置式旋轉(zhuǎn)膜組件和恒溫水浴箱組成。厭氧反應(yīng)罐的有效容積為100 L。10 張盤(pán)式聚醚砜平板膜平行固定于旋轉(zhuǎn)膜組件內(nèi)部，其中心在濾液集水管的中心傳動(dòng)軸上。膜的截留分子質(zhì)量為150 ku，總過(guò)濾面積為0． 12 m2。膜組件上方旋轉(zhuǎn)電機(jī)可帶動(dòng)中心傳動(dòng)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)膜片的往復(fù)式旋轉(zhuǎn)（ 正反向交替式旋轉(zhuǎn)） 以強(qiáng)化膜表面剪切力。膜片的旋轉(zhuǎn)速度為150r /min，往復(fù)式旋轉(zhuǎn)周期為0． 5 h。養(yǎng)豬廢水經(jīng)進(jìn)水泵輸送至厭氧反應(yīng)罐進(jìn)行厭氧生物降解，反應(yīng)罐內(nèi)的厭氧污泥混合液經(jīng)循環(huán)泵**入恒溫水浴箱加熱，以保證反應(yīng)罐內(nèi)的溫度為（ 33 ± 2） ℃，再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)膜組件，經(jīng)膜截留的污泥濃縮液返回至厭氧反應(yīng)罐。膜過(guò)濾出水則通過(guò)出水泵抽吸排出，抽吸頻率為間隔10 min 抽吸8 min。

試驗(yàn)用水取自廈門(mén)市某養(yǎng)豬場(chǎng)排放的養(yǎng)豬廢水。厭氧反應(yīng)器內(nèi)接種的污泥來(lái)自于廈門(mén)市某飲料企業(yè)污水處理站的厭氧污泥。采用PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行，具體運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

AnＲMBＲ 系統(tǒng)啟動(dòng)期間，通過(guò)逐步提高出水泵抽吸水量即提高運(yùn)行的膜通量來(lái)縮短HＲT，以增加運(yùn)行負(fù)荷，并根據(jù)實(shí)際膜過(guò)濾性能及廢水處理效果對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。在工況6 和7 條件下，養(yǎng)豬廢水因混入較多的豬糞，懸浮物和COD 濃度較高，導(dǎo)致系統(tǒng)容積負(fù)荷大幅度提高。

1. 2 分析方法

pH 值采用pH 計(jì)測(cè)定，COD 采用重鉻酸鉀法測(cè)定，產(chǎn)氣量采用濕式流量計(jì)測(cè)定，污泥濃度采用減重法測(cè)定。污泥粒徑采用激光粒度儀進(jìn)行分析，膜過(guò)濾性能采用膜過(guò)濾阻力來(lái)表征。根據(jù)Darcy 定律，膜過(guò)濾阻力按式（ 1） 計(jì)算。

Ｒ = ΔP/μJ（ 1）

式中，Ｒ 為膜過(guò)濾阻力，m － 1 ； ΔP 為跨膜壓差，Pa； J 為膜通量，m3 /（ m2·s） ； μ 為濾液粘度，Pa·s。

2 結(jié)果與討論

2. 1 AnＲMBＲ 系統(tǒng)對(duì)廢水的處理效果

在厭氧生物處理過(guò)程中，較適宜pH 值為6． 8 ～7． 2。若pH 值持續(xù)過(guò)低，說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)可能出現(xiàn)了酸化現(xiàn)象，此時(shí)容積負(fù)荷過(guò)高。在AnＲMBＲ 系統(tǒng)啟動(dòng)初期，即使在較低的容積負(fù)荷下，反應(yīng)器內(nèi)上清液仍頻繁出現(xiàn)pH 值＜ 6． 8 的情況。這可能是由于此時(shí)接種的厭氧微生物尚未適應(yīng)環(huán)境。隨著系統(tǒng)運(yùn)行，容積負(fù)荷逐步提高，反應(yīng)器內(nèi)的pH 值逐漸升高。在工況6 條件下，當(dāng)平均容積負(fù)荷達(dá)到6． 25kgCOD/（ m3·d） 時(shí)，雖然反應(yīng)器內(nèi)上清液曾在*64天和*65 天出現(xiàn)pH 值分別為6． 4 和6． 6，但此后pH 值迅速恢復(fù)至7． 0 以上，表明系統(tǒng)可耐受高容積負(fù)荷。但是，此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的膜通量高達(dá)28． 5L /（ m2·h） ，膜組件出現(xiàn)了嚴(yán)重的膜污染。因此，考慮膜過(guò)濾性能，將*71 天后的膜通量回調(diào)至25． 0L /（ m2·h） 。在此后的約1 個(gè)月內(nèi)，上清液pH 值在7． 0 ～ 8． 2 范圍內(nèi)波動(dòng)，表明反應(yīng)器內(nèi)未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，可適應(yīng)5． 68 kgCOD/（ m3·d） 的容積負(fù)荷。

AnＲMBＲ 系統(tǒng)中COD 的變化如圖2 所示。

由圖2 可以看出，由于膜組件對(duì)**物的截留作用及吸附作用，出水COD 濃度均**反應(yīng)器內(nèi)上清液的COD 濃度。隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，容積負(fù)荷逐漸升高，出水COD 總體呈上升趨勢(shì)，從34． 5 mg /L上升至629． 6 mg /L。但是，容積負(fù)荷的提高對(duì)COD去除率的影響并不顯著。工況1 ～ 6 條件下，COD平均去除率分別為93． 7%、94． 8%、96． 1%、95． 1%、91． 0% 和96． 3%。AnＲMBＲ 系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)豬廢水中COD 的去除主要通過(guò)厭氧微生物降解作用和旋轉(zhuǎn)膜的物理截留作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。從圖2 還可知，膜的截留功能使得系統(tǒng)整體運(yùn)行效果相對(duì)穩(wěn)定。在工況7條件下，出水COD 可控制在296． 3 ～ 629． 6 mg /L 范圍內(nèi)，去除率為91． 5% ～ 96． 4%，均**90%。相較于文獻(xiàn)［9］、［10］，本試驗(yàn)的AnＲMBＲ 系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)豬廢水中COD 的去除率高，處理效果較好。

2. 2 產(chǎn)氣性能

圖3 為AnＲMBＲ 系統(tǒng)的產(chǎn)氣量變化?？芍?，隨著AnＲMBＲ 系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)水容積負(fù)荷增加，每日產(chǎn)氣量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。*97 天，當(dāng)容積負(fù)荷為6． 67 kgCOD/（ m3·d） 時(shí)，產(chǎn)氣量達(dá)到較高值（ 445L /d） 。Song 等人［10］在處理養(yǎng)豬廢水的研究中也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似規(guī)律，即沼氣產(chǎn)量與進(jìn)水容積負(fù)荷存在線性關(guān)系，產(chǎn)氣量在一定程度上會(huì)隨著容積負(fù)荷的增加而增大。在工況7 條件下，雖然進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致了產(chǎn)氣量有所波動(dòng)，但是AnＲMBＲ 系統(tǒng)在該階段的產(chǎn)氣量較高，平均值為140 L /d，即平均容積產(chǎn)氣率為1． 4 m3 /（ m3·d） ，其產(chǎn)氣性能與趙青玲［11］采用UASB 處理養(yǎng)豬廢水的產(chǎn)氣性能類(lèi)似。

2. 3 膜過(guò)濾性能

圖4 為AnＲMBＲ 系統(tǒng)運(yùn)行期間的膜過(guò)濾阻力?？梢钥闯?，在工況1 ～ 4 期間，除了*10 天膜過(guò)濾阻力突然小幅上升至4． 27 × 1012 m － 1 以外，該階段的膜過(guò)濾阻力相對(duì)穩(wěn)定，均能控制在1． 78 × 1012 m － 1以下。這表明AnＲMBＲ 系統(tǒng)在該階段并未發(fā)生嚴(yán)重的膜污染，膜過(guò)濾性能良好。但是，在工況5 期間，當(dāng)膜通量從25． 0 L /（ m2·h） 上升至32． 5 L /（ m2·h） 時(shí)，膜過(guò)濾阻力急劇上升，*51 天上升至17． 9 × 1012 m － 1，說(shuō)明膜污染嚴(yán)重。為了控制膜污染的發(fā)展，在*52 天（ 工況6） 將膜通量降低至28． 5L /（ m2·h） ，但是此工況下的膜過(guò)濾阻力仍呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，甚至*65 天上升至82． 0 × 1012 m － 1。

在工況5 和6 條件下，為保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在*51、58、65、71 天分別對(duì)膜組件進(jìn)行離線水洗以恢復(fù)膜通量?；诠r5 和6 下膜組件的運(yùn)行情況，在*71 天將系統(tǒng)運(yùn)行的膜通量恢復(fù)至25． 0 L /（ m2·h） ，此后膜過(guò)濾阻力相對(duì)穩(wěn)定，可控制在3． 3× 1012 m － 1以下?？梢钥闯觯驹囼?yàn)中當(dāng)膜通量≤25． 0 L /（ m2·h） 時(shí)，AnＲMBＲ 系統(tǒng)的膜組件可以通過(guò)自身的往復(fù)式旋轉(zhuǎn)來(lái)強(qiáng)化膜表面的水力剪切力，從而控制膜污染的發(fā)展。因此，該系統(tǒng)在處理養(yǎng)豬廢水時(shí)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，膜通量可維持在25． 0 L /（ m2·h） ，此膜通量數(shù)值與白玲等人［6］采用浸沒(méi)式厭氧雙軸旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器處理模擬啤酒廢水的膜通量水平相同。

2. 4 厭氧污泥特性

圖5 為AnＲMBＲ 系統(tǒng)運(yùn)行期間污泥濃度及顆粒粒徑的變化。

從圖5 可以看出，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，污泥濃度逐漸上升，由初始的5． 9 g /L 上升至30． 7 g /L。An-ＲMBＲ 系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行初期，污泥體積平均粒徑隨著微生物的馴化生長(zhǎng)而逐漸增大，但33 d 后則呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，由154． 8 μm 逐漸減小至91． 2 μm。膜組件長(zhǎng)期往復(fù)式旋轉(zhuǎn)的剪切作用和進(jìn)水懸浮物的增多可能是導(dǎo)致污泥粒徑減小的原因。此外，反應(yīng)器內(nèi)重金屬的累積也可能是污泥粒徑減小的另一誘因。馬明海等人［12］發(fā)現(xiàn)，重金屬Zn、Cu 和Pb 的投加會(huì)導(dǎo)致部分好氧顆粒污泥解體，污泥粒徑顯著減小。該AnＲMBＲ 系統(tǒng)處理的廢水為養(yǎng)殖廢水，含有Zn、Cu、Pb 和Cd 等重金屬［13］，因此隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，由于膜截留作用和污泥吸附作用，重金屬在反應(yīng)器內(nèi)逐漸累積，可能導(dǎo)致了污泥顆粒變小。

Kornboonraksa 等人［2］在采用膜生物反應(yīng)器處理養(yǎng)豬廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，與其他污泥性質(zhì)相比，污泥濃度和粒徑對(duì)膜過(guò)濾性能具有顯著影響。污泥濃度的增加和粒徑的減小會(huì)加劇膜污染。當(dāng)AnＲMBＲ 系統(tǒng)運(yùn)行至中后期，在污泥濃度上升和污泥粒徑減小的情況下，膜過(guò)濾性能受到了潛在威脅，此時(shí)膜通量的提高將會(huì)加大嚴(yán)重膜污染發(fā)生的概率。這可能是47 ～ 70 d，當(dāng)膜通量由25． 0 L /（ m2·h） 分別增加至32． 5 和28． 5 L /（ m2·h） 時(shí)膜過(guò)濾阻力迅速上升的原因。因此，基于污泥特性的變化情況，膜通量的提高應(yīng)受到限制。在本試驗(yàn)過(guò)程中，為了保證良好的膜過(guò)濾性能，膜通量較終應(yīng)控制在25． 0 L /（ m2·h）以下。

3 結(jié)論

① 采用AnＲMBＲ 系統(tǒng)處理以養(yǎng)豬廢水為代表的畜禽養(yǎng)殖廢水，在5． 68 kgCOD/（ m3·d） 的容積負(fù)荷條件下，AnＲMBＲ 系統(tǒng)對(duì)COD 的平均去除率為94． 7%，平均容積產(chǎn)氣率為1． 4 m3 /（ m3·d） ，除污效果和產(chǎn)氣性能較好。

② 當(dāng)AnＲMBＲ 系統(tǒng)的膜通量為25． 0 L /（ m2·h） 時(shí)，膜過(guò)濾阻力在3． 3 × 1012 m － 1 以下，表明系統(tǒng)有效控制了膜污染，運(yùn)行性能穩(wěn)定。綜上所述，AnＲMBＲ 系統(tǒng)能夠處理以養(yǎng)豬廢水為代表的畜禽養(yǎng)殖廢水。

③ 在AnＲMBＲ 系統(tǒng)運(yùn)行的中后期，污泥濃度上升，顆粒粒徑減小，限制了膜通量的提高。


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