低能耗復合膜生物反應器處理畜禽廢水

　　目前，我國每年的畜禽養殖廢水排放量已經(jīng)超過(guò)了100億噸，遠超過(guò)全國生活廢水與工業(yè)廢水的排放量總和。養殖業(yè)廢水屬于高濃度有機廢水，含有大量病原體，隨著(zhù)雨水徑流進(jìn)入水體，會(huì )導致地表水或地下水水質(zhì)的嚴重惡化，是威脅飲用水水源安全的重要因素之一。如今，養殖業(yè)廢水的處理技術(shù)主要存在處理效率低、管理運行成本高等問(wèn)題。為有效減少畜禽養殖廢水對環(huán)境的污染，建設美麗城鄉生態(tài)環(huán)境，研究開(kāi)發(fā)畜禽廢水高效、低成本的處理技術(shù)迫在眉睫。

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

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗裝置

　　試驗裝置如圖1所示。處理水量30L/h，反應器主體尺寸為60cm×40cm×100cm，有效容積為200L，裝置包括進(jìn)水系統、生物反應器主體、膜組件、曝氣系統。其中，膜組件位于生物反應器主體內部下方，用導流板分割成兩個(gè)對稱(chēng)區域，即填料區和膜區。填料區采用半軟性填料，掛膜密度40%。膜區采用聚偏氟乙烯(PVDF)材料的中空纖維膜組件，膜絲公稱(chēng)過(guò)濾孔徑為0.02μm，單個(gè)膜組件膜面積0.5m2，總膜面積2m2，設計膜瞬時(shí)過(guò)濾通量為15L/(m3·h)。膜組件及掛膜區底部分別設置穿孔曝氣器，通過(guò)自動(dòng)閥門(mén)實(shí)現切換。反應器內污泥混合液在自吸泵的負壓抽吸下經(jīng)過(guò)超濾膜出水，設置運行過(guò)濾9min，停歇1min，曝氣閥門(mén)切換間隔為30s。

　　1.2 實(shí)驗用水

　　實(shí)驗原水取自某畜禽養殖廠(chǎng)沼氣池出水，其具體水質(zhì)如表1所示。

　　1.3 分析項目及方法

　　分析項目及方法參照國家環(huán)保局的水和廢水標準監測分析方法，各項水質(zhì)指標及研究方法如表2所示。

　　2、結果與分析

　　2.1 對CODCr的去除效果

　　圖2是低能耗復合膜生物反應器對CODCr的去除效果。

　　進(jìn)入復合膜生物反應器的是經(jīng)過(guò)調節池調節后的沼氣池出水，進(jìn)水CODCr范圍在800～1200mg/L，平均濃度為1000mg/L。從圖2可知，畜禽養殖廢水經(jīng)過(guò)低能耗復合膜生物反應器處理后，出水CODCr平均在100mg/L左右，優(yōu)于《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》(GB/T18596—2001)中低于400mg/L的要求，平均去除率約為89%。出水CODCr下降明顯且較穩定，去除效果良好。分析認為，一方面養殖廢水有機物濃度高，可生化性較好，接種的微生物在營(yíng)養物質(zhì)充足的條件下，于復合膜生物反應器內實(shí)現快速生長(cháng)繁殖，所以污泥濃度也在逐漸升高;另一方面，浸沒(méi)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 對氨氮的去除效果

　　圖3顯示的是低能耗復合膜生物反應器對氨氮的去除效果。從圖3中可知，在設備的穩定運行期間，進(jìn)水氨氮值保持在200～250mg/L，而出水氨氮始終穩定在15mg/L以下，平均去除率達到94.5%，出水氨氮值優(yōu)于《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》(GB/T18596—2001)中80mg/L的規定。低能耗復合膜生物反應器對氨氮的去除效果較好，原因歸結于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，這使得硝化菌在復合膜生物反應器內富集成為優(yōu)勢菌種;②反應器內部的水溫在20℃左右，為硝化菌最適生長(cháng)溫度，有效避免了溫度對硝化菌生長(cháng)的阻礙;③在復合膜生物反應器內保持著(zhù)較高的污泥濃度，F/M值也會(huì )減小，進(jìn)而減弱了異養菌對DO的競爭，更有利于硝化反應的進(jìn)行。

　　2.3 TP的去除效果

　　圖4顯示的是低能耗復合膜生物反應器對總磷的去除效果。如圖4所示，出水總磷的濃度在3～8mg/L，穩定后出水總磷的濃度在4～6mg/L，平均去除率為78%，對總磷去除效果較好，基本達到了《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》(GB/T18596—2001)中低于8mg/L的要求。設備對總磷的去除效果在前期波動(dòng)較大，而在后期相對比較穩定。這主要是因為，一方面受進(jìn)水水質(zhì)總磷濃度變化的影響，由圖4可見(jiàn)，設備進(jìn)水在開(kāi)始的前20d總磷數值出現比較大的變化，而設備出水總磷數據也相應出現明顯的波動(dòng)，在20d后進(jìn)水總磷基本穩定，出水也進(jìn)一步穩定;另一方面，隨著(zhù)設備的逐步穩定，復合膜反應器內的污泥總量和污泥濃度隨著(zhù)運行天數的增加而進(jìn)一步增加，同時(shí)反應器內部污泥中對去除總磷有重要作用的微生物數量也不斷增加，所以隨著(zhù)時(shí)間的拉長(cháng)，總磷的去除效果更加穩定。

　　2.4 對SS的去除效果

　　復合膜生物反應器采用膜分離技術(shù)實(shí)現泥水分離，由于膜組件的膜孔徑為超濾級0.02μm，故可將反應器內全部的懸浮物和污泥較好地截留，還能夠截留絕大部分細菌、微生物、病毒等。圖5是對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，遠遠優(yōu)于一般傳統的污水處理工藝。即使進(jìn)水SS出現波動(dòng)時(shí)，設備出水SS依然低于5mg/L，運行效果非常穩定，具備較強的抗沖擊負荷能力。

　　2.5 膜污染控制及恢復

　　低能耗膜生物反應器對膜污染的控制，主要來(lái)源于非連續的短時(shí)曝氣吹掃以及膜區絮流沖刷產(chǎn)生的表面錯流，測試運行以恒流量運行，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)驗結果表明，在反應器初期運行的7d，跨膜壓差增長(cháng)顯著(zhù)，跨膜壓差日均增長(cháng)0.45kPa，由初始-6kPa增至-10kPa，之后隨著(zhù)生化系統的穩定，跨膜壓差趨于穩定而緩慢地增長(cháng)，日均增長(cháng)在0.25kPa。測試期間，膜運行整體比較穩定，最高運行跨膜壓差為-25kPa，在正常運行-30kPa以?xún)�。測試期60d后，采用質(zhì)量分數1.5g/L的次氯酸鈉對膜組件進(jìn)行浸泡清洗10h，經(jīng)清洗后測試發(fā)現，跨膜壓差恢復率達到95%以上，可見(jiàn)，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，以及膜面和膜孔內微生物的滋生。

　　3、結論

　　1)采用低能耗復合膜生物反應器處理畜禽養殖廢水，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?xún)�、TP為4～6mg/L、SS為0～5mg/L，優(yōu)于《畜禽養殖業(yè)污染物排放標準》(GB/T18596—2001)，且已經(jīng)達到《農田灌溉水質(zhì)標準》(GB5084—2005)。

　　2)低能耗膜生物反應器通過(guò)物理作用可以有效控制膜污染，微生物生長(cháng)代謝的溶解性有機物及微生物滋生是造成跨膜壓差增長(cháng)的主要原因，通過(guò)一定濃度的次氯酸鈉浸泡可有效恢復膜性能，跨膜壓差恢復率達到95%以上。(來(lái)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)