ATAD工藝對養豬廢液的無害化研究

ATAD工藝對養豬廢液的無害化研究

孫冬冬

(吉林省電力科學研究院有限公司，吉林長春 130000)

摘要[目的]研究ATAD工藝對養豬廢液的無害化處理。[方法]利用ATAD系統處理養豬場廢水中的病原菌，研究進泥濃度、攪拌速度和曝氣量對ATAD系統滅菌效果的影響，同時考察了各菌群數隨時間、溫度的變化情況。[結果]采用ATAD工藝處理養豬廢水的最佳工況：進泥濃度VSS為35 g/L，最佳曝氣量為25～32 L/h，最佳攪拌量為180～190 r/min。[結論]應用ATAD工藝對養豬廢水進行無害化處理，蛔蟲卵的去除率可達100%，總菌群數、糞大腸菌群數、糞鏈球菌群數的去除率可達99.9%以上，無害化效果良好。

關鍵詞ATAD；養豬廢水；無害化

中圖分類號S181

作者簡介孫冬冬(1986-)，女，吉林長春人，工程師，碩士，從事環境工程研究。

收稿日期2015-06-02

Study on the Harmless Processing of Swine Wastewater by ATAD Process

SUN Dong-dong(The Electric Power Research Institute of Jilin Electric Power Limited Company, Changchun, Jilin 130000)

Abstract[Objective] To study harmless processing of swine wastewater ATAD process. [Method]ATAD system was used to treat pathogenic bacteria in swine wastewater. The influences of mud concentration, mixing speed and aeration amount to the sterilization effect of ATAD were studied. Meanwhile, we studied the change of bacteria amount with time and temperature. [Result] The best condition for ATAD treating swine wastewater was that the mud concentration was 35 g/L, and the mixing speed was 180-190 r/min, and the aeration amount was 25-32 L/h. [Conclusion]When applying ATAD process for achieving harmlessness of swine wastewater, the removal rate of ascaris eggs reached 100%, and the removal rates of total bacteria amount, fecal coliform and fecal streptococcus all reached more than 99.9%. The harmlessness effect was satisfactory.

Key words ATAD；Swine wastewater; Harmlessness

畜禽糞便中含有大量病原微生物、寄生蟲卵以及滋生昆蟲如蚊蠅等，使環境中病原體種類增多、菌量增大，常造成人畜共患的傳染病，有時還會發生疫情，給人畜帶來災難性危害。尤其在北方，干旱、大風天氣較多，使得病菌的傳播更易發生[1-3]。由于近年來畜禽養殖業的發展，集約化、規模化畜禽養殖業迅速崛起，已使畜禽養殖業污染成為不容忽視的問題[4]。所以養殖業產生的廢水也已是水體污染的問題之一。

自從歐美各國對處理后發酵微生物中病原菌的數量有了嚴格的法律規定后，ATAD(Autoheated/Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion，ATAD)工藝因其較高的滅菌能力而受到重視。自動升溫好氧消化工藝是在45～65 ℃的高溫下運行，高溫操作的最大優勢在于它具有相當快的生物降解速率，低細胞產率(產污泥量少)及滅菌的效率較高[5-7]。另外，由于高溫下硝化菌的生長受抑制，使ATAD反應器中的pH不會降低，可以保持在7～8[8]；而且，不發生硝化反應還可以減少需氧量。將ATAD工藝有效應用于對養豬廢液的無害化處理具有重要意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗用廢水試驗用廢水來自吉林市溫德養豬場豬糞水。該養豬場中型規模，有近5 000頭豬，豬糞水采用干清糞沖水，排水通過管道進入一口窨井中，統一排放。該廢水有臭味，粘稠，灰黑色。試驗前將養豬廢水進行自然沉淀，將沉淀物和上清液分離，取沉淀物為試驗用。

1.2污泥馴化試驗裝置為總有效容積2.5 L，口徑<5 cm的圓柱形反應器。反應器外裹保溫套，置于恒溫水浴鍋中以維持反應器內溫度，減少散熱帶來的影響。試驗裝置還配有攪拌裝置和曝氣裝置，使嗜熱菌與糞便充分反應，氧氣分散均勻，使系統處于微好氧狀態。將從吉化污水處理廠取來的活性好氧污泥放置于玻璃反應容器中進行馴化，當反應器內溫度自動升高時，調節水浴鍋溫度與反應器內溫度一致，直到反應器內溫度升到最高溫度并保持不變，嗜熱菌馴化成功。

1.3試驗方法ATAD工藝可對養豬廢水中的有機物進行降解，該試驗主要考察進泥濃度、曝氣量和攪拌速度對反應體系中病原菌去除率的影響效果。這些指標用來反映ATAD反應器的運行情況：總菌群數采用稀釋倍數法；蛔蟲卵采用離心法；糞大腸菌群數采用多管發酵法；糞鏈球菌采用多管發酵法。

2 試驗結果與分析

2.1進泥濃度對ATAD工藝滅菌效果的影響試驗結果表明，在進泥濃度為35 g/L時，總菌群數的去除率最大，糞大腸菌群、糞鏈球菌群及蛔蟲卵的去除率也相對較高，無害化效果理想(表1)。ATAD工藝主要利用高溫環境下生長的噬熱菌降解有機物產生熱量，從而使病原菌滅活。進泥濃度的大小決定了進入反應體系的有機物含量的多少，進泥濃度越大，有機物含量就越高，噬熱菌代謝分解有機物產生的熱量就越多，ATAD反應體系的溫度就越高。但是試驗結果顯示，進泥濃度過高也會制約ATAD工藝對病原菌的去除。分析原因其主要是因為在ATAD反應器的有效容積內以及固定的攪拌速度和曝氣量下，進泥濃度過高會影響氧的傳質效率，使得有機物、氧氣和微生物不能充分接觸[9-12]。

2.2攪拌速度對ATAD工藝滅菌效果的影響試驗結果表明，攪拌速度為180～190 r/min時，總菌群數的去除率最大；攪拌速度為150～160 r/min時，糞大腸菌群和糞鏈球菌的去除率最大(表2)。但是，在試驗條件下，發現攪拌速度達到200 r/min及以上時，泡沫現象較嚴重且不易于保溫。因此該試驗的最佳攪拌速度確定為180～190 r/min。攪拌強度是ATAD系統中很重要的控制指標之一。攪拌在ATAD系統中使微生物和氧氣與反應中期起主要作用的嗜熱菌等微生物進行充分接觸，有利于有機物的快速分解；攪拌還可以打碎反應器內的塊狀污泥和微生物，增大好氧反應面積，減少水力停留時間，從而加快污泥穩定化時間[13-18]。

表1　不同進泥濃度下的病原菌去除率

表2　不同攪拌速度下的病原菌去除率

2.3曝氣量對ATAD工藝滅菌效果的影響試驗結果表明，曝氣量為25～32 L/h時，各菌群去除率最大，無害化效果最好(表3)。ATAD系統中主要的生化反應：①微生物在酶的作用下對有機物的降解；②有胞外酶引起的細菌解體作用。其中后者在病原菌滅活及VSS去除中起著關鍵作用。細菌細胞解體后，分解為易于降解的物質和難降解的物質兩部分。當電子受體和氧氣分子共存時，易降解的蛋白質就進一步轉化成小分子的物質，如短鏈的羧酸(乙酸、丙酸、丁酸等)。這些羧酸同時可以用于合成作用，產生生物污泥。所以在ATAD工藝系統中，提供適量的氧氣以滿足微生物的內源反應是很關鍵的，曝氣量的大小直接關系到VSS的降解速率、微生物的減量程度，關系到ATAD工藝系統的運行效果[19-21]。

表3　不同曝氣量下的病原菌去除率

2.4反應時間和反應溫度對ATAD工藝滅菌效果的影響由表4～7可知，以上4個指標在30～40 ℃的條件下值最大；在20 ℃時，由于溫度過低，抑制了菌種的生長，使得菌種增長緩慢；在30、40 ℃下，各菌群數均在一定程度上有所增加；在50 ℃時，由于溫度過高，抑制了菌種生長甚至殺死了菌種，使得菌種數量大量減少。在同等溫度條件下，當放置一段時間(20 d)后，由于營養物質缺乏和生長條件下降等原因，也會致使菌種大量減少死亡。

表4　總菌群數隨時間溫度的變化　個/ml

表5　糞大腸菌群數隨時間溫度的變化　個/L

表6　 糞鏈球菌群數隨時間溫度的變化　個/L

表7 蛔蟲卵數隨時間溫度的變化　個/L

3 結論

ATAD工藝是一種無需外加熱源，能實現自動升溫的，能夠實現病原菌滅活的污泥穩定化處理工藝[11]。試驗通過ATAD系統對吉林市溫德養豬場的養豬廢水中病原菌進行處理，研究進泥量、攪拌速度和曝氣量對ATAD系統滅菌效果的影響，確定了對該養豬廢液采用ATAD工藝進行滅菌和穩定處理的最佳運行條件范圍。

根據上述試驗數據與結論，認為類似吉林市溫德養豬場的養豬廢液通過ATAD系統的處理，可以很好解決廢水中各菌群的滅菌問題，蛔蟲卵的去除率達100%，總菌群數的去除率達99.5%以上，糞大腸菌群的去除率達99.97%以上，糞鏈球菌的去除率達99.8%以上，出水未檢出沙門氏菌，均超過了國家排放要求，保護環境；ATAD系統與其他工藝相比，可大幅度節約成本。但是，由于ATAD技術在國內比較新，仍需要解決理論研究與實際應用間的差距，并對其進行經濟方面評價的前提下，才能確定養豬場養豬廢水采用ATAD工藝進行減量化處理的可行性。

參考文獻

[1] 孫勝龍,高龍君，隋延婷，等.吉林省畜禽養殖業的環境問題及防治技術[J].生態環境,2004,13(3):452-545.

[2] 馬彥濤,薛金鳳.養豬廢水處理技術進展[J].環境與可持續發展,2009(5):29-31.

[3] 宋煒,付永勝,李小華.豬場廢水處理技術研究進展[J].養豬，2006(2)：44-45.

[4] 成文，盧平.養豬場廢水處理工藝研究[J].環境污染與防治，2000(1)：24-27.

[5] 彭永臻,陳瀅，王淑瑩，等.污泥好氧消化的研究進展[J].中國給水排水,2003,19(2):36-39.

[6] JEWELL W J,KABICK R M.Autoheated aerobic thermophilic digestion with aeration[J].Journal WPCF, 1980, 52(3):512-523.

[7] LAYDEN N M,MAVINIC D S，KELLY H G，et al.Autothermal thermophilic aerobic digestion(ATAD)-Part I:Review of origins, design, and process operation[J].Environ Eng Sci,2007,6:665-678.

[8] LAYDEN N M.An evaluation of autothermal thermophilic aerobic digestion (ATAD) of municipal sludge in Ireland[J].Environ Eng Sci,2007,6:19-29.

[9] 張艷萍,彭永臻，牛奕娜，等.污泥自熱高溫好氧消化工藝及影響因素[J].城市環境與城市生態,2005,18(3):31-33.

[10] CHEUNBARN T,PAGILLA K R.Temperature and SRT effects on aerobic thermophilic sludge treatment[J].J Environmental Engineering,1999, 125(7):626-628.

[11] SURAMPALLI R Y,BANERJI S K.Micro-biological stabilization of sludge by aerobic digestion and storage[J].Environ Eng,1993,119(3):493-505.

[12] 馮磊，程潔紅，朱南文．污泥的自動升溫高溫好氧消化工藝介紹[J]．給水排水，2006，32(1)：19-29.

[13] 梁鵬，黃霞，錢易，等．污泥減量化技術的研究進展[J]．環境污染治理技術與設備，2003，4(1)：21-28.

[14] 程潔紅.自熱式高溫(微)好養消化對城市污水污泥處理研究[D].上海：同濟大學， 2006.

[15] 程潔紅,馮磊.反應溫度對自熱式高溫好氧消化(ATAD)中試系統運行的影響[J].環境工程,2006(2):24-29.

[16] SURAMPALLI R Y,BANERJI S K.Micro-biological stabilization of sludge by aerobic digestion and storage[J].Environ Eng,1993,119(3):493-505.

[17] 蔣然,黃少斌.污泥熱消化工藝的特征及應用[J].四川環境，2006,22(12):6-9.

[18] 張崢嶸,黃少斌，蔣然，等.單級預熱式自動升溫高溫好氧消化工藝處理剩余活性污泥[J].化工進展,2007,12(26):1798-1803.

[19] 宋玉棟,胡洪營.污泥自熱式高溫好氧消化技術研究進展[J].環境污染治理技術與設備,2006,7(6):13-18.

[20] 程潔紅,張善發.曝氣量對自熱式高溫好氧消化(ATAD)中試工藝運行的影響[J].水處理技術,2006(5):19-34.

[21] 李洵,劉景明，周穎，等.曝氣量對自熱式高溫好氧消化污泥減量的影響[J].工業水處理,2008,28(1):57-59.