膜生物反应器处理猪场污水研究李辉

李辉

广东天泽环保科技有限公司

摘要：猪场污水中富含氮、磷、有机物，已成为我国许多地区的主要污染源。传统处理方法处理费用高，占地面积大，处理效果不理想，猪场污水处理急需经济高效的处理方法。

混凝是废水处理过程中广泛应用的一-种方法，具有经济、简便的优点。膜生物反应器（MBR）是由污水生物处理技术和膜分离技术结合而成的一种新型污水处理工艺。使用膜生物反应器进行污水处理不仅可以大大节约水资源，还可以大大节约能源，节省设备和运行费用，减少设备占地；同时膜生物反应器具有自动化程度高、安装维护方便等特点，有着广阔的应用前景。

本课题对比了不同混凝剂对于猪场污水的处理效果，确定了混凝药剂及最佳投药量；为探讨膜生物反应器处理猪场污水的可行性，对MBR处理猪场污水及厌氧消化液做了试验研究；对膜生物反应器处理猪场污水进行了经济核算。

关键词：膜生物反应器；猪场污水；混凝

引言

我国是世界上养猪数量最多的国家，世界上存栏猪的一半是在中国饲养，随着养猪业20多年来的飞速发展，不仅养猪数量大量增长，养猪业集约化程度也在不断的提高。规模养猪（集中饲养50头以上）已占我国养猪数量的1/4左右。但是由养猪业的发展带来的一系列环境污染问题也日趋严重，污染由分散面源向集中点源转变。由于猪场建设地点一般在城郊一些人口集中但土地相对较少的地方，污水不经处理直接排放的现象普遍存在。这种高浓度有机废水直接排入或雨水冲刷进入江河湖库，大量消耗水体中的溶解氧，使水体变黑发臭。水中含有大量的N、P等营养物是造成水体富营养化的重要原因之一。排入鱼塘及河流使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死亡，严重者导致鱼塘及河流丧失使用功能。养殖污水长时间渗入地下水，使地下水中的硝态氮或亚硝态氮浓度增高，地下水溶解氧含量减少，水体有毒成分增多，导致水质恶化，甚至丧失其使用功能，以至危及周边生活用水水质。且高浓度污水可导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降及板结、盐化，严重影响土壤质量，甚至伤害农作物，造成减产和死亡。国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局于2001年12月28日颁布了《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），该标准已于2003年1月1日起开始实施。根据标准处理后的猪场污水的COD、NH3-N、TP、SS分别要低于400mg/L、80mg/L、8mg/L、200mg/L，这对养猪业来说无疑是一项艰巨的任务。

一、试验材料与方法

影响混凝效果的因素很多、很复杂，如混凝剂种类、pH值、水温、助凝剂种类、混凝搅拌的水力条件和沉淀静置时间等等。为了使大中型猪场污水混凝预处理更加经济高效，需要选择合适的混凝剂，并确定合理的投加浓度。

根据各类混凝剂的研究进展，通过烧杯小试，对比了硫酸铝（Al2（SO4）3）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、硫酸亚铁（FeSO4*7H2O）、阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）、非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）、阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）等絮凝剂混凝猪场污水及猪场污水厌氧消化液后的矾花大小、沉淀速度、清液色度、浊度等，最终确定选取聚合硫酸铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）和阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）作为试验材料，使用时，将CPAM配制成1%的水溶液，将PAC和PFS配制成2%的水溶液。结合现场实际情况，确定试验方法为：取静置沉淀1min去除大颗粒固体后的水样250mL，依次投加混凝剂、助凝剂，快速搅拌15s，静置沉淀15min，取分层后的清液进行相关指标的检测，原水pH值、水温不作调整。猪场污水混凝试验水样取自宁波某水冲粪工艺万头猪场，原水CODcr波动大，所取水样CODcr在814~4880mg/L之间。猪场污水厌氧消化液取自宁波某万头猪场，该猪场采用干清粪工艺，所取水样CODCr分别为1786mg/L和2040mg/L。

鉴于水冲粪工艺水样COD波动范围较大，本试验以CODcr为标准将猪场污水划分CODcr≤2500mg/L的中低浓度猪场污水和CODcr>2500mg/L的高浓度猪场污水两类，试验PAC、PFS、PFS+CPAM对于这两类以及厌氧消化液的混凝效果，并将CODcr降幅及矾花特性作，为评价混凝剂处理效果的指标。

二、反应器装置

试验装置及工艺流程如图1所示，

图7，MBR中TP的去除效果

猪场污水原水SS在600-3800mg/L之间，在膜出水SS末检出，去除率为100%，这是由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。

四、运行成本分析

系统自动运行，不需专人维护，运行成本分为动力费用和药剂费用。

①动力费用

膜生物反应器的耗电量主要为风机和泵的电耗。连续运行的设备为2台鼓风机、1台回流泵，功率分别为1.5kW、0.75kW、0.75kW，1台产水泵按开8min停2min周期运行，功率为0.55kW，2台提升泵、2台排泥泵均为1.5kW，4台每天共运行约3h，则折算总电耗为3.63kWh/h，实际运行计量耗电量为3.26kWh/h，实际处理量为1.28m3/h，系统处理1m3废水耗电量为2.55kWh，按电费0.6元/kWh计算，则处理污水所需要电费为1.53元/m。

②药剂费用

药剂费用主要为混凝剂及化学清洗药剂费用。工业级聚铁的价格约为2500元/t，按照200mg/L的投加量，混凝剂费用为0.5元/m3；按运行周期为3周计算，化学清洗药剂费用为0.05元/m3，药剂费用合计0.55元/m3。

③运行费用

系统运行费用共计2.08元/m3。由于水力停留时间短，处理成本低于常规的A/O、SBR等工艺，并且随着膜制造技术的进步，膜成本的降低，膜组件的投资有望减少，则该系统用于实际工程，在固定投资方面越来越有竞争力。

在本课题的研究中采用MBR系统对猪场污水进行处理，出水达到了行业排放标准，运行费用为2.08元/吨，存栏万头猪场每天废水产生量约为120t，每天处理费用为249.6元，年处理费用为91104元，具有良好的经济可行性。

结束语

通过于猪场污水厌氧消化液和猪场污水原水的混凝和膜生物反应器处理试验研究，得出以下结论：

工程实践表明，投加200mg/L的聚合硫酸铁（PFS）混凝预处理猪场污水，COD、NH3-N、TP平均去除率分别为44.7%、9.8%、31.8%，有效地降低了后续MBR的有机负荷。

在进水COD波动大，COD容积负荷平均为2.9kg（COD）/（m3d）的情况下，猪场污水厌氧消化液经MBR处理后，出水COD比较稳定，平均去除率为89.7%，随着容积负荷的提高，去除率却比较稳定，并且在HRT=28h，容积负荷达5.5kg（COD）/（m3d）的情况下，对COD的去除仍具有很好的效果，去除率达91%，显示了该MBR系统的高效稳定。MBR对猪场污水厌氧消化液高浓度氨氮的平均去除率为37.3%，单独的好氧膜生物反应器对于高浓度氨氮废水的氨氮去除率较低。

参考文献

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