礦化垃圾生物反應(yīng)床處理畜禽廢水的研究

申海虹

(上海民航新時(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)研究院有限公司建筑分院 上海 200335)

0 引言

我國(guó)目前規(guī)?；膛?chǎng)的廢水處理大部分未達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)不及工業(yè)廢水處理達(dá)標(biāo)率的一半。而且，因?yàn)楹醚跆幚磉\(yùn)行費(fèi)用較高，大部分規(guī)?；膛?chǎng)并未投資建設(shè)，只有厭氧系統(tǒng)[1-3]。

充分利用礦化垃圾的吸附和生物活性，建立AFB處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)消納利用填埋垃圾，同時(shí)達(dá)到處理高難有機(jī)廢水的效果，具有以廢制廢、成本低的優(yōu)勢(shì)，因此具有很好的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景[4-6]。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用畜禽廢水取自上海某乳品公司奶牛場(chǎng)經(jīng)預(yù)曝氣后的污水，其水質(zhì)狀況見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)床進(jìn)水水質(zhì) mg/L(pH值除外)

1.2 小試裝置與方法

AFB實(shí)驗(yàn)裝置(圖1)采用4個(gè)內(nèi)徑為40 cm的塑料圓桶制成，有效總高度為160 cm，內(nèi)裝填埋10 a的礦化垃圾(最大粒徑16 mm)，來(lái)自上海老港垃圾填埋場(chǎng)。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

反應(yīng)床底端設(shè)有碎石層，高度為10 cm，下設(shè)孔徑10 mm的PVC板。

水力負(fù)荷周期為3 h淹水21 h落干、6 h淹水18 h落干、8 h淹水16 h落干，其濕干比(淹水時(shí)間∶落干時(shí)間)均小于1。

1.3 中試裝置與方法

圖2是AFB中試裝置結(jié)構(gòu)，采用兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)床，有效總高度為3 000 mm，垃圾總重量為240 t。每個(gè)反應(yīng)床尺寸為：長(zhǎng)×寬×高=5 m×7 m×3 m。底端設(shè)架空式鋼管支架，其上依次鋪設(shè)一層不銹鋼絲網(wǎng)、竹排和土工布，以利于反應(yīng)床通風(fēng)。反應(yīng)床中礦化垃圾填料最大粒徑20 mm。垃圾底部鋪設(shè)HDPE膜用于收集經(jīng)處理的廢水。進(jìn)水流量由蠕動(dòng)泵控制，采用PVC管鉆兩排孔徑0.2 mm的小孔，噴灑裝置采用多孔板使進(jìn)水盡可能均勻?yàn)⒃谔盍媳砻嫔稀?/p>

圖2 處理畜禽廢水的礦化垃圾生物反應(yīng)床構(gòu)造

AFB處理畜禽廢水工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 礦化垃圾生物反應(yīng)床處理畜禽廢水工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 AFB處理系統(tǒng)的效果

試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明，AFB系統(tǒng)處理畜禽廢水效果顯著且穩(wěn)定。出水呈中性，處理出水中DO的含量超過(guò)了漁業(yè)用水的DO含量標(biāo)準(zhǔn)，COD、BOD5、NH4-N、總磷的平均去除率分別為75.33%、88.71%、94.55%、99.83%。色度達(dá)到污水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978—1996)，SS達(dá)到污水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)得到明顯改善。

表2 系統(tǒng)處理出水水質(zhì)狀況 mg/L(pH值除外)

2.2 有機(jī)污染物的去除

盡管進(jìn)水COD和BOD5值波動(dòng)較大，但出水BOD5值基本穩(wěn)定在4.06～56.9 mg/L，平均去除率為88.71%。進(jìn)水COD值在1 000 mg/L以下，出水COD值基本穩(wěn)定在30～280 mg/L。說(shuō)明該系統(tǒng)對(duì)COD處理能力具有一定的濃度限制(小于1 000 mg/L)。系統(tǒng)在運(yùn)行90 d后，系統(tǒng)處理效果基本穩(wěn)定在91.8%以上。

研究表明，該系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物的去除主要是生化作用，由生長(zhǎng)于介質(zhì)表面的生物膜的生物降解來(lái)完成。在淹水期，污水流經(jīng)系統(tǒng)時(shí)，有機(jī)污染物除部分由厭氧生物降解過(guò)程去除外，大部分吸附于介質(zhì)表面；在落干期，吸附于介質(zhì)表面的有機(jī)質(zhì)由好氧生物降解過(guò)程去除，并騰出吸附空間。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)初期，存在微生物的培養(yǎng)期。

2.3 氮、磷的去除

系統(tǒng)穩(wěn)定后，盡管進(jìn)水NH4-N濃度波動(dòng)較大，但出水質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定在小于10 mg/L，處理效果非常好。礦化垃圾具有較高的陽(yáng)離子交換容量(67.9 meq/100 g)，對(duì)NH4-N的吸附容量很大；同時(shí)，落干期間的硝化作用對(duì)NH4-N的轉(zhuǎn)化是充分的，沒(méi)有在系統(tǒng)內(nèi)形成NH4-N的累積。

礦化垃圾對(duì)磷的吸附能力極強(qiáng)，出水質(zhì)量濃度平均值為0.079 mg/L，平均去除率達(dá)99.83%。經(jīng)測(cè)定絕大多數(shù)磷仍積聚在0～25 cm表層內(nèi)，表明磷在礦化垃圾中的擴(kuò)散、移動(dòng)作用極弱，礦化垃圾作為一個(gè)“磷庫(kù)”，具有相當(dāng)大的貯存能力。

2.4 中試效果

根據(jù)表3，AFB對(duì)畜禽廢水COD、NH4-N去除效果顯著，達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。AFB經(jīng)掛膜后正常運(yùn)行6個(gè)月，運(yùn)行狀況比較穩(wěn)定，采用4 h淹水(早8點(diǎn)至12點(diǎn))和20 h落干(濕干比為1∶5)，未出現(xiàn)生物膜及氣體的阻塞現(xiàn)象，可見(jiàn)生物膜的細(xì)菌生長(zhǎng)和脫落存在著相對(duì)平衡的關(guān)系。

表3 礦化垃圾生物反應(yīng)床處理畜禽廢水運(yùn)行效果記錄

3 工程設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)分析

3.1 建設(shè)與投資分析

畜禽廢水處理規(guī)模以50 t/d計(jì)，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)為：COD 8 000 mg/L、BOD54 000 mg/L、NH4-N 1 000 mg/L。

(1)預(yù)處理設(shè)計(jì)。設(shè)置格柵井和波型網(wǎng)板過(guò)濾機(jī)(表4)，柵間距為15 mm，網(wǎng)板間隙為0.50 mm，以避免水泵堵塞。

表4 預(yù)處理構(gòu)筑物及設(shè)備情況

(2)調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)。調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)水量，調(diào)節(jié)池構(gòu)筑物及設(shè)備情況見(jiàn)表5。污水提升泵2臺(tái)(1用1備)，泵流量5 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率0.75 kW。

表5 調(diào)節(jié)池構(gòu)筑物及設(shè)備情況

(3)初沉池設(shè)計(jì)。表面負(fù)荷為1.0 m3/(m2·h)，有效容積為27 m3，尺寸為4 000 mm×3 500 mm×4 000 mm，污水停留時(shí)間為2 h。初沉污泥泵流量10 m3/h，揚(yáng)程10 m，功率0.75 kW。

(4)厭氧濾池設(shè)計(jì)。水力停留時(shí)間為36 h，厭氧池有效容積為100 m3，池中設(shè)擋流墻和攪拌機(jī)，使水流呈完全混合態(tài)。池內(nèi)掛組合填料，截留污泥。攪拌機(jī)型號(hào)：TD1.0/8，共4臺(tái)。

(5)AFB設(shè)計(jì)。采用間隙進(jìn)水方式，每次進(jìn)水48 min，落干132 min。內(nèi)填礦化垃圾1 000 t，分成2級(jí)。有效容積650 m3，尺寸11 000 mm×20 000 mm×3 000 mm，高度3 m，底部鋪有排水管，每天進(jìn)水6.4 h，落干時(shí)間17.6 h。

(6)二沉池設(shè)計(jì)。

二沉池有效容積為27 m3，水力停留時(shí)間為2 h，尺寸4 000 mm×3 500 mm×3 500 mm。污泥泵流量10 m3/h，揚(yáng)程10 m，功率0.75 kW。

(7)污泥量。約為20～50 kg(含水率98%)。

(8)總投資估算。各階段投資估算見(jiàn)表6。

表6 工藝設(shè)計(jì)各階段土建及設(shè)備投資估算 萬(wàn)元

3.2 運(yùn)行成本估算

(1)電費(fèi)。選用設(shè)備電力負(fù)荷見(jiàn)表7。

表7 設(shè)備電力負(fù)荷

總電力負(fù)荷為5.8 kW，工業(yè)用電按0.80元/度計(jì)，電耗為：5.8×0.80×24/50=2.23元/(日·t)

(2)人工工資。奶牛場(chǎng)污水處理站不需專職工人，僅需兼職1人。每月兼職人員工資為3 000元，3 000/30/50=2.0元/(日·t)。

4 結(jié)論

(1)ARB處理畜禽廢水小試色度、SS、COD、BOD5及NH3-N、總磷的平均去除率分別為64.7%、54.29%、75.33%、88.71%、94.55%、99.83%；處理出水中COD、BOD5、NH4-N的平均濃度達(dá)到了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的要求。

(2)ARB處理畜禽廢水中試COD、NH4-N去除率分別達(dá)到92%和98%以上，礦化垃圾生物反應(yīng)床運(yùn)行穩(wěn)定。

(3)50 t/d規(guī)模的ARB畜禽廢水處理系統(tǒng)投資估算42.7萬(wàn)元，直接運(yùn)行費(fèi)用4.23元/t，具有較好的經(jīng)濟(jì)適用性。