养猪沼液处理工艺

目前我国规模化养猪场的废水一般采用厌氧—好氧组合工艺进行处理，然而由于厌氧处理后的沼液中含有大量难降解有机物，且其氮磷含量高、碳氮比较低，因此当采用接触氧化法、SBR 法、氧化沟法等这些传统的废水处理方法时，处理效果均不太理想，并有运行不稳定，建设运行成本较高，没有考虑除磷等缺点，难以在工程中实际运用。养猪沼液中含有高浓度的氮磷，经适当处理后可以成为优良的有机肥料，具有广阔的发展前景。但养猪沼液中含有的重金属物质以及致病菌等有害物质也制约了养猪沼液的资源化利用。膜生物反应器（MBR）占地面积小、处理效果好、运行稳定，可对微生物进行截留，从而保证出水的安全性，而对难降解有机物也具有较好的降解效果。笔者以实际养猪沼液为处理目标，先用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）进行化学絮凝，以去除进水中的磷以及重金属等有毒有害物质，再用MBR 工艺解决了养猪沼液回用的安全性问题，使工艺出水具有了资源化利用的潜力。实验考察了MBR 对污染物的去除效果及MBR 膜污染情况，供日后工程应用时参考。

1 试验部分
 
1.1 试验水质
 
养猪沼液取自某规模化养猪场UASB 出水，该水水质变化较大，其全年水质、水量情况见表 1。

表 1 养猪沼液水质参数

1.2 实验材料
 
聚合氯化铝：购自巩义市振宇净水材料厂，黄色粉末状固体，Al2O3质量分数约为30%。

聚丙烯酰胺： 购自国药集团，相对分子质量>300 万，有效成分>85%。

1.3 化学絮凝
 
以PAC 为絮凝剂、PAM 为助凝剂，对养猪沼液进行化学絮凝处理。根据烧杯实验确定投加量，并考虑到絮凝去除TP 的同时还去除了废水中的部分COD，使废水的碳氮比更低从而影响反硝化效果，因此选取适宜的PAC、PAM 投加质量浓度分别为1 200、50 mg/L。将混凝剂溶于水后投入废水中，快速搅拌2 min，慢速搅拌15 min，沉淀1.5 h 后取上清液。由于试验是在夏天进行，因此原水沼液中的污染物浓度相对较低，溶解性COD（SCOD）、NH3-N、TP的质量浓度分别为350～550、450～560、50～63 mg/L，经化学絮凝处理后SCOD、NH3-N、TP 的质量浓度分别为300～450、450～550、18～26 mg/L，对SCOD 和TP的平均去除率分别为18.9%和61.3%，对氨氮基本没有去除效果。出水浊度为110～120 NTU，之后进入A/O-MBR 继续处理。

1.4 试验装置
 
A/O-MBR 一体化试验装置如图 1 所示。反应器采用板厚10 mm 的有机玻璃制成，总有效体积为6.7 L，有效水深为140 mm。系统采用连续进水间歇出水的方式，抽8 min 停2 min，进出水均由液位计控制。试验采用国内某公司产聚偏氟乙烯中空纤维膜，有效膜面积为0.02 m2，膜池底部采用穿孔管曝气供氧和进行膜面冲刷。

1.5 试验与分析方法
 
由于养猪沼液中氮磷浓度较高，因此采用梯度增加原水浓度的方法对污泥进行驯化。先将混凝后的出水按较低比例和生活污水混合并作为A/OMBR的进水，驯化一段时间后再不断增加混凝出水的比例直至完全投加混凝出水。生活污水取自上海曲阳污水厂的进水，污泥取自该污水厂的回流污泥，闷曝2 d 后，进水开始驯化，反应器中初始MLSS 约为4.1 g/L。

试验从8 月2 日开始启动，8 月13 日和8 月26日调整进水比例，系统稳定运行后，反应器总HRT为35 h，污泥混合液的回流比为400%，系统不排泥，缺氧池和膜池的DO 分别保持在0.2～0.5 mg/L和3 mg/L 左右，水温为22～25 ℃，pH 在7～8。氨氮、硝态氮、亚硝态氮、TN 和TP 等水质指标的测试方法参照文献进行，SCOD（取滤后水）用HACH 快速消解仪测定，DO 和浊度分别采用HACHHQ40d 便携式溶氧仪和HACH 2100P 浊度计测定。

2 结果与讨论
 
2.1 MBR 对SCOD 的去除
 
MBR 对SCOD 的去除效果如图 2 所示。

由图 2 可见，随着进水中SCOD 的递增，出水SCOD 呈现缓慢增加的趋势，但SCOD 的去除率变化不明显，一直处于60%~80%之间（平均去除率为70.6%）。系统稳定后，在进水SCOD 为330～400 mg/L的情况下，出水SCOD 维持在120 mg/L 以下（平均97.9 mg/L），说明水中还残留了部分难降解COD，而这部分COD 仅靠生物作用难以去除。虽然运用MBR 工艺仅靠微生物作用对难降解有机物的去除效果有限，但由于膜的截留、吸附等作用进一步去除了混凝后出水中的有机物，因此在一定程度上保证了最终出水水质的稳定。

2.2 MBR 对氮的去除
 
MBR 对氨氮的去除效果见图 3。

由图 3 可以看出，系统稳定后，在进水氨氮为450～500 mg/L 条件下，出水中的氨氮一直在5 mg/L以下，平均去除率为99.4%。这是由于MBR 工艺中膜对微生物的截留作用，使得硝化菌不易流失，能够不断生长富集，因此MBR 系统对氨氮的硝化效果很好。另外，进水氨氮浓度的增加会使出水氨氮浓度有一定波动，但很快就会恢复正常，显示了MBR 工艺有着很强的抗氨氮冲击能力。

MBR 对亚硝氮、硝氮、TN 的去除效果见图 4。

 由图 4 可以看出，MBR 的出水中氨氮大多数转化为硝态氮，亚硝态氮含量很少（低于4 mg/L）。另外，反应器对TN 的去除效果较差，去除率均低于30%，这是由于进水中的SCOD/TN 为0.7～0.8，较低的碳氮比弱化了反硝化效果所致。

试验过程中还发现，进水的高氨氮以及较差的反硝化效果直接导致了反应器中的碱度偏低，在试验初期未投加碱的情况下，混合液的pH 降至5.5，出水中氨氮浓度升高，一部分氨氮也只停留在亚硝化阶段。之后在进水中投加了碳酸氢钠，使混合液pH 稳定在7～8 之间，出水也趋于稳定，可见碱度的控制对于系统的稳定性具有非常大的影响。

反应器运行期间，MLSS 维持在4～5 g/L 之间，MLVSS/MLSS 也稳定在0.7 左右，这是由于虽然有机物浓度在增加，但HRT 也随着COD 增加而增加，因此有机物的容积负荷一直稳定在0.3～0.4 kg/（m3·d），使得污泥浓度变化较小。MBR 出水中未检出SS，浊度在2 NTU 以下，出水呈浅黄色。另外由于反应器不排泥，因此MBR 对TP 基本没有去除效果，出水中的TP 浓度与进水相比变化不大。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

2.3 膜污染变化
 
MBR 膜采用恒通量出水，当跨膜压差（TMP）到达40 kPa 时进行水力反冲洗。试验进行中，当8 月3日、8 月13 日进水污染物浓度梯度增加后，跨膜压差迅速上升，增长速率为5.7 kPa/d，不得不进行水力反冲洗，这可能是因为进水浓度的变化使得微生物为了适应新环境而分泌出大量的胞外聚合物（EPS），EPS 吸附在膜表面和膜孔内，堵塞膜孔引起吸附性污染，使膜阻力增加，需要更大的TMP 来维持恒通量。而当系统稳定运行后，跨膜压差则缓慢增加，增长速率仅为0.7 kPa/d，仅通过水力反冲洗就可以使膜通量得到较好的恢复，系统出水稳定。

3 结论
 
（1）以化学絮凝作为预处理，采用A/O-MBR 工艺处理高氮磷、低碳氮比的养猪沼液，在1 个月的启动期内通过梯度增加浓度来驯化污泥，稳定后出水SCOD 和氨氮去除效果较为理想。

（2）化学絮凝可去除部分的TP，但混凝出水中碳氮比较低，MBR 对TN 的去除率低于30%，同时导致系统对碱度的需求较大，需要额外投加药剂以保持系统的稳定。

（3）进水污染物浓度的递增会加速膜污染，而保证膜通量、降低膜污染是MBR 维持高效、优良的处理效果的关键，因此有必要研究膜污染的影响因素。