混凝沉淀+氨氮吹脱+水解酸化+A/O工艺处理养殖废水

    祁银攀 张钢强 吕海明

    

    

    

    摘 ?????要：以某养猪场废水处理工程为例，分析了生猪养殖废水水质特点及废水处理工艺、主要建（构）筑物设计参数、实际运行状况及运行费用。针对废水污染物浓度较高、可生化性较好、氨氮、悬浮物浓度高、水质变化大等特点，选择“混凝沉淀+氨氮吹脱+水解酸化+A/O”处理工艺，经过实践运行表明，该系统运行稳定，主要污染物排放指标达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准后达标排放。

    关 ?键 ?词：养殖废水;混凝沉淀;氨氮吹脱;水解酸化

    中图分类号：TQ 09;X703 ?????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）03-0594-04

    Abstract： Taking a wastewater treatment project of a pig farm as an example， the water quality characteristics of the pig breeding wastewater， the wastewater treatment process， the design parameters of the main building （structure）， the actual operating conditions and the operating costs were analyzed. According to the characteristics of high concentration of wastewater pollutants， good biodegradability， high concentration of ammonia nitrogen， high suspended solids and large change in water quality， the process of “coagulation sedimentation + ammonia nitrogen stripping + hydrolysis acidification + A/O” was selected and practiced. The results showed that the system ran stably， and the main pollutant discharge index met the first-class standard in Table 4 of the Integrated Wastewater Discharge Standard （GB8978-1996）.

    Key words： Livestock wastewater; Coagulation sedimentation; Ammonia nitrogen stripping; Hydrolysis acidification

    陜西某养殖有限公司是一家以生猪养殖、销售为一体的公司，年出栏生猪能力可达到1万头。在生猪养殖过程中，猪棚粪通过干湿分离后进行处理，干粪收集后外运堆肥处理，剩余未收集完全的少量干粪残渣及尿液通过水冲洗后产生大量的高COD、高悬浮物和高氨氮废水，这些废水若未经处理，直接排放将会对环境造成较大的污染，给周边生态环境带来严重的破坏。

    1 ?设计规模及水质

    根据陕西某养殖公司提供的资料以及现场调研走访，结合集约化畜禽养殖业干清粪最高允许排水量表进行核算，本工程设计规模为100 m3/d。废水经处理后，主要出水指标达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准后达标排放。具体设计进水和出水水质指标见表1。

    2 ?工艺流程

    养殖场废水主要由尿液、填棚料（桔杆粉或木屑等）、部分残余的粪便和饲料残渣、冲洗水（圈舍冲粪水、饮槽冲洗水、地面清洁用水、设备或设施清洁用水等）组成，有时还包括少量的工人生活生产过程中产生的废水。畜禽废水的产生与养殖种类、品种、性别、生长期、饲料、天气条件等诸多因素有关，不同方式的清粪工艺对废水排放有很大的影响，采用干清粪方式的养殖场废水总量最少，水中污染物浓度也比较低，相较于水冲粪方式下的污染物浓度会低3～6倍[1]，污水主要污染物为：BOD5、CODcr、SS、NH3-N。其中牲畜粪便营养丰富，原粪中除含大量有机物、氮、磷、钾及其它微量元素，废水可生化性较好。本项目采用干清粪的生产管理方式，可使污水与干粪、尿分流，最大限度地保存粪的肥效，减少了污水中污染物的浓度，同时减少污水产生量，同时适当降低了废水处理难度。

    根据本项目生产特点，经过经济、技术比较，拟采用“混凝沉淀+氨氮吹脱”预处理工艺，对生产废水中悬浮物、氨氮进行预处理去除，之后通过“水解酸化+好氧生化”工艺，进一步去除废水中的有机污染物。具体的工艺流程见图1。

    废水首先经过人工格栅，去除其中的大颗粒悬浮物质。之后进入集水井经泵提升至斜筛，截留滤除废水中的猪毛等悬浮性物质。滤后废水自流入混凝反应池，通过投加混凝剂和絮凝剂，使废水中的小颗粒悬浮物凝聚成大颗粒悬浮物[2]后于沉淀池沉淀去除。

    混凝沉淀池出水自流入后端中间水池，通过加碱调节pH=11经循环泵提升至氨氮吹脱塔，进行氨氮吹脱，吹脱产生的氨气通过硫酸进行吸收形成硫酸铵进行回收利用，经吹脱氨氮后的废水自流入后端调节池，在调节池内进行均质、均量混合，同时通过加酸调节废水pH值至中性，之后由泵提升至水解酸化池，通过水解作用并在产酸菌的反应下，将废水中的大分子有机物通过水解作用分解成小分子，进一步提高废水可生化性[3]，水解酸化池出水自流进入后续A/O池。

    在A/O生化系统中，反硝化细菌利用有机物作为碳源进行反硝化作用将硝态氮转化为氮气，去除废水中的氨氮，在好氧段在硝化细菌的作用下将氨氮转化为亚硝酸盐以及硝酸盐，同时利用好氧微生物新陈代谢作用将废水中的有机物分解成二氧化碳和水，从而降解有机污染物并且去除氨氮。A/O池出水自流进入后端竖流式二沉池进行固液分离，底部污泥通过污泥回流泵回流至前端好氧池，上清液出水自流进入消毒池，通过投加次氯酸钠药剂杀死废水中的致病菌类物质，出水通过标准排放口进行计量监测后达标排放。

    二沉池泥水分离后的生化污泥部分回流至前端A/O生化系统，补充微生物量，剩余的少量生化污泥和前端排放的物化污泥排至污泥储池进行预浓缩处理，上清液溢流至前端集水井，浓缩后的污泥经污泥泵输送至板框压滤机进行压滤脱水处理，经压滤后形成含水率约为80%的干化污泥，定期进行外运处置。

    3 ?主要工艺单体设计

    3.1 ?格栅/集水井

    格栅用于去除废水中粗大的漂浮物，集水井用于收集生产废水，同时集水井前端内设沉砂斗，用于去除养殖场内随沟渠排放的无机泥沙，定期清砂处理。设计尺寸为4.0 m×1.5 m×3.0 m，设计停留时间为40 min，设计有效水深为2.0 m。集水井前端设置人工格栅，SS304材质，栅隙5 mm，池内设置空气穿孔搅拌，放置池底悬浮物沉积，对设备运行产生影响，设置潜水排污泵2台，1用1备。

    3.2 ?筛网/混凝沉淀池

    混凝沉淀池主要用于去除废水中悬浮性的SS以及非溶解性的COD。设计尺寸6.0 m×2.0 m×4.0 m，设计有效水深为3.5 m，筛网置于混凝反应池之上，倾斜角度为60°，收集的粪渣定期清理，混凝池停留时间为5 min，絮凝池停留时间为20 min，沉淀池采用平流沉淀，沉淀区表面负荷为0.82 m3/（m2h）。设计PAC投加量为100 mg/L，设计PAM投加量为2.0 mg/L，混凝沉淀池出水设置液碱投加装置，设计液碱（40%）投加量为300 mg/L。

    3.3 ?氨氮吹脱塔

    氨氮吹脱塔通过在碱性条件下，增加游离氨比重，同时在鼓风曝气作用下，游离氨易于从水中逸出被硫酸吸收而去除[4-6]。设备采用一体式玻璃钢塔，置于调节池之上，采用一级吹脱+吸收工艺，吹脱后的氨气通过硫酸进行转化为硫酸铵进行回收利用。吹脱塔底部设置集水槽，塔体内部采用拉西环填料，气水比为4 500∶1，设计进水氨氮浓度≤400 mg/L，设计出水浓度≤80 mg/L。

    3.4 ?调节池

    氨氮吹脱塔出水自流入在调节池均质、均量，同时加酸调节pH值至中性，缓冲水质水量的突变给后续生化处理带来的冲击。设计尺寸为6.0 m×5.0 m×3.0 m，设计有效水深为2.5 m，设计停留时间为18 h。设置穿孔搅拌装置及硫酸投加装置，设计硫酸（98%）投加量为100 mg/L。

    3.5 ?水解酸化池

    水解酸化池采用升流式水解酸化反应器，采用脉冲布水器进行布水，污水自反应器底部的布水孔均匀的自下而上通过污泥层上升至反应器顶部的过程中实现水解酸化功能[7]。单个布水孔服务面积为0.6 m2。设计上升流速为1.0 m/h。设计尺寸为4.0 m×3.0 m×6.0 m，设计停留时间为12 h，设计有效水深为5.5 m。

    3.6 ?A/O池

    A/O池在反硝化细菌、硝化细菌和好氧微生物的作用下，将废水中的氨氮、有机物等最终分别转化为氮气、二氧化碳和水等物质而去除。设计尺寸为11.0 m×2.5 m×4.5 m，设计有效水深为4.0 m，设计总停留时间为26 h，其中缺氧池为8 h，好氧池为18 h，污泥浓度为3 500 mg/L。设计混合液回流比500%，污泥回流比100%，气水比20∶1，好氧池采用活性污泥法，曝气管采用管式微孔曝气器，设计单根曝气管通气量为6 m3/（m·h）。

    3.7 ?二沉池

    二沉池采用竖流沉淀池，用于进行泥水分离。设计尺寸为3.0 m×2.5 m×4.0 m，设计有效水深为3.5 m，沉淀区表面负荷为0.7 m3/ （m2h），泥斗角度为60°，设置污泥回流泵用于回流和排放生化污泥，设置污泥回流泵2台，1用1备。

    3.8 ?消毒池

    消毒池采用次氯酸钠进行消毒，用于杀死废水中的致病菌微生物。设计尺寸为3.0 m×1.0 m×4.0 m，设计有效水深为3.0 m，设计停留时间为1 h，采用穿孔花墙折流形式进行过水，设计次氯酸钠（10%）投加量为100 mg/L。

    4 ?运行情况

    本系统2017年6月投入调试试运行，系统进水量约为80 m3/d，系统进水指标基本接近设计值。经过1个月左右的污泥驯化和调试，污水站出水COD、NH3-N等指标能够稳定达标，尤其是A/O池对COD去除效果超出设计预期，最终出水COD能稳定在80 mg/L左右。

    但当进入到冬季时，当气温降低时，氨氮吹脱塔去除效果有一定降低，前端预处理实际水温大约在10 ℃左右，对氨氮吹脱去除效果产生较大影响，极易造成后端生化处理系统硝化/反硝化运行负荷过大，出水氨氮容易出现超标可能。经现场沟通，将现场的热水锅炉引入一根支管到氨氮吹脱塔前端中间水池，当冬季温度较低时，开通该热水盘管进行加热，保证氨氮吹脱塔进水温度在20 ℃以上。经过上述调整后，系统出水各项指标在冬、夏两季均能稳定达标。目前本工程已经正常达标运行一年多，反馈效果良好。

    5 ?技术经济分析

    本项目工程总投资约为130万元，其中土建投资70万元，设备安装投资60万元，吨水投资约为1.3万元/m3。

    本项目主要的运行费用包括污水站日常运行过程中直接消耗的人工、电费、药剂费、生产用水等，其它折旧、日常维修及大修等不計。具体运行费用测算明细见表2。

    6 ?结 论

    采用“混凝沉淀+氨氮吹脱+水解酸化+A/O”工艺处理养殖废水，主要出水指标达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中一级标准后达标排放，该工程的长期稳定运行，表明该处理工艺对于生猪养殖类企业废水处理系统的设计具有很好的指导意义。

    经过工程实践表明，该类养殖废水可生化性较好，“水解酸化+好氧系统”去除率可以稳定达到90%以上。在氨氮吹脱过程中须控制好进水pH以及适当调节温度，保证氨氮吹脱塔最佳处理效果，减轻后续处理负荷，避免氨氮吹脱塔预处理效果不佳，而影响最终出水效果。

    参考文献：

    [1]朱杰，黄涛.畜禽养殖废水达标处理新工艺[M].北京：化学工业出版社，2010：15-16.

    [2]石宝友，汤鸿箫.聚合铝与有机高分子复合絮凝剂的絮凝性能及吸附特性.环境科学，2000， 21（1）：18-22.

    [3][美]R.E斯皮思，著.工业废水的厌氧生物技术[M].李亚新，译（马志毅，校）.北京：中国建筑工业出版社，2001：312-340.

    [4]周明罗，陈建中，刘志勇.吹脱法处理高浓度氨氮废水[J].广州环境科学，2005， 20（3）：9-11.

    [5]张亦鸣， 刘永红， 李耀中. 印染-生活混合废水PVA生物处理工艺研究[J]. 当代化工， 2018， 47 （02）： 225-227+231.

    [6]林奇.吹脱法处理中低浓度氨氮废水[J].福建环境，2000， 17 （6）：35-37.

    [7]HJ 2047-2015.水解酸化反应器污水处理工程技术规范[S].