新型BCO—SBBR組合工藝處理豬場沼液的效果

車建剛+萬金保+鄧覓+梁坤++黃學平

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.13.053[HT9.]

摘要：針對豬場沼液具有可生化性差、碳氮比（C/N）失調的特點，采用新型生物接觸氧化-序批式生物膜反應器（BCO-SBBR）組合工藝對其進行處理，研究該組合工藝在實際工程應用中對化學需氧量（CODCr）、氨態氮（NH3-N）和總磷的去除效果。結果表明，新型BCO-SBBR組合工藝能夠有效去除豬場沼液中的CODCr、NH3-N和總磷，其去除率分別為53%、57.6%和49%。但是，CODCr主要是在BCO中去除的，SBBR由于進水中C/N嚴重失調，對CODCr的去除率很低。因此，采取向SBBR添加原水的方法提高SBBR進水中的C/N，使其對CODCr的去除率增大。在添加原水后，組合工藝對CODCr、NH3-N和總磷的去除率分別為50.0%、81.0%、54.7%，可有效處理豬場沼液。

關鍵詞：生物接觸氧化（BCO）；序批式生物膜反應器（SBBR）；豬場沼液；原水

中圖分類號： X713文獻標志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）13-0193-03[HS）][HT9.SS]

收稿日期：2016-03-14

基金項目：國家自然科學基金（編號：51568048）；國家科技支撐計劃重點項目（編號：2007BAB23C02）；江西省教育廳科技落地計劃（編號：GJJ12001326）；江西省科技計劃（編號：20121BBF60052）；江西省自然科學基金（編號：20132BAB203024）；南昌大學鄱陽湖環境與資源利用教育部重點實驗室開放基金（編號：13005875）。

作者簡介：車建剛（1987—），男，山東威海人，博士研究生，研究方向為水污染控制及資源化技術。E-mail：cjgsjs@126.com。

通信作者：萬金保，教授，博士生導師，從事水污染控制及資源化技術的研究。E-mail：jbwan@ncu.edu.cn。

[ZK）]

近年來，隨著集約化養豬場的快速發展，它們對周圍環境的壓力也越來越大，主要集中體現在沒有足夠的土地和相應的糞污處理設施，以及處理養豬場每天產生的大量糞污和污水工作。因此，目前只有極少數的養豬場建有豬糞污處理設施，絕大部分糞污未經妥善回收利用與處理就直接排放，對環境及人體健康造成了極大的危害。經過厭氧發酵后的沼液可生化性差、碳氮比（C/N）失調，屬于難降解廢水[1-3]。生物接觸氧化工藝被廣泛應用于制藥、印染、造紙、石油化工[4-7]等工業廢水的處理中，且生物接觸氧化工藝也被應用于處理低碳氮比的有機廢水[8]方面。同樣序批式生物膜反應器（SBBR）工藝在處理豬場廢水方面也有相關的報道[9-11]。采用該組合工藝在某豬場進行工程應用研究。實踐證明，該組合工藝具有占地面積小、投資少、運行穩定、管理方便等優點[12-13]。本研究擬通過試驗表明，該工藝能夠有效去除化學[LL]需氧量（CODCr）和氨態氮（NH3-N），有效處理豬場沼液。

1工程概況

某規模化養豬場位于江西省萬年縣，日廢水排放量約為150 m3，該養豬場原建有升流式固體厭氧反應器（USR）和沼氣池，為對豬場廢水進行深度處理以滿足GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》的要求，建造了1套廢水深度處理工程。

1.1廢水水質

該養豬場采用水沖糞的清糞工藝，原水經過升流式固體厭氧反應器（USR）及沼氣池處理后進入調節池，通過提升泵將厭氧發酵液提升至生物接觸氧化池。由表1可見，該豬場沼液的五日生化需氧量（BOD5）/CODCr≈0.18<0.3，可生化性差；且C/N≈1.13～2.44，碳氮比低，屬于難降解廢水。[FL）]

1.2試驗設備

1.2.1生物接觸氧化池

生物接觸氧化池尺寸為8.3 m×4.0 m×5.5 m，內設4道隔墻，隔墻尺寸為4.5 m×4.0 m×5.5 m、2.8 m×4.0 m×5.5 m，有效水深5.1 m，氣水比（指1 h通入的氣體體積與水體積的比值） 1 ∶[KG-*3]25。池底安裝72套Φ 215 mm膜式微孔曝氣器，整個池體為混凝土結構，全部位于地面以上，填料采用組合填料，曝氣設備采用羅茨風機。

該生物接觸氧化池的主要創新之處在于在傳統生物接觸氧化池的基礎上增設4道隔墻，隔墻底部懸空，將池體分成硝化區、反硝化區，廢水由反硝化區上端噴淋管進入，利用污水中的碳源進行反硝化反應，隨后經隔墻底部進入硝化區，由于曝氣作用，廢水會自流入反硝化區，為反硝化反應提供硝酸鹽，如此形成了一個無動力的內循環，提高了脫氮除磷效果。

1.2.2SBBR池

SBBR池有2座，均為地上式鋼混結構，單池尺寸為8.0 m×4.0 m×5.0 m，相比傳統的SBBR池，新增設2道隔墻，分為硝化區、反硝化區，其尺寸分別為8.0 m×1.9 m×5.0 m、8.0 m×1.6 m×5.0 m，排水比（值每個周期排出的水量與池容積的比）為1 ∶[KG-*3]4，潷水深度1.2 m，潷水器型號為PS-50，池底安裝60套Φ 215 mm膜式微孔曝氣器，2座SBBR池分別采用2臺型號為HC60S的回轉式風機供氣，有效水深為4.5 m，池內添設組合生物填料，高度為3.0 m，填料體積96 m3。周期為12 h，其中曝氣4 h、缺氧2 h、曝氣4 h、沉淀1 h、排水1 h。

SBBR內增設的2道隔墻可以使廢水在其中形成內循環，使反應分為缺氧—好氧交替進行，在空間和時間上提高了SBBR的脫氮除磷的能力。

1.3污泥接種

向生物接觸氧化池、SBBR池內分別接種7.5、3 m3由某城鎮污水處理廠提供的含水率約80%的脫水污泥。endprint

1.4采樣與分析

整個工程運行過程中分別在生物接觸氧化池和SBBR池的固定位置取待監測水樣，待沉淀后取其上清液分析CODCr、NH3-N、TP含量等指標。其中CODCr采用重鉻酸鉀滴定法測定，NH3-N含量采用納氏試劑分光光度法測定，TP含量采用鉬銻抗分光光度法測定。

2結果與分析

2.1組合工藝的啟動

調試初期，將接種污泥投入到生物接觸氧化池和SBBR池內，以經過稀釋的豬場沼液為底物，馴化微生物，使其快速附著在填料上。為使微生物盡快培養馴化，向稀釋的豬場沼液中投加一定量的營養物，以補充碳源，污泥經過3 d悶曝氣后，每天定時排掉池內部分廢水，同時補充新鮮廢水，并逐步提升新鮮廢水的補充量，使污泥微生物逐步適應廢水水質。需注意，曝氣階段曝氣強度不宜過大，以免沖刷掉已掛在填料上的生物膜，但也要保持一定的攪拌作用以保證活性污泥與填料的充分接觸。1周后，觀察到填料的表面附著生長了1層黃褐色的生物膜，手感黏稠且質薄，但生物膜未完全覆蓋填料，SV30（指曝氣池混合液在1 000 mL量筒靜止沉降30 min后污泥所占的體積分數）在10%～20%浮動，繼續提高負荷，經過近1個月的調試，生物膜已完全附著生長于填料表面，且連片生長，其SV30穩定在約25%，經鏡檢發現存在很多形狀各異的菌膠團，說明系統對各污染物去除效率比較穩定，認為系統調試結束。

2.2組合工藝對CODCr的去除效果

生物接觸氧化池和SBBR池自啟動運行連續取樣監測。經過近40 d系統成功啟動，反應器對CODCr的去除效果見圖1。

調試初期，將經過稀釋的沼液引入組合工藝中，悶曝3 d，每天定時定量排出部分廢水，同時補充等量的新鮮沼液，由圖1可知調試階段及運行正常階段CODCr變化情況。組合工藝對CODCr的去除情況大致可分為2個階段：第1階段為0～40 d，第2階段為41～60 d。第1階段為組合工藝啟動階段，初期CODCr去除率整體呈上升趨勢，但去除率不穩定，波動較大，這可能是由于污泥投放初期，微生物在填料上形成的生物膜量較少，且生物膜的附著率也較低；同時，微生物整體處于適應階段，因此對CODCr的去除不穩定。第2階段為組合工藝的穩定運行階段，此時系統對CODCr的去除率相對穩定，此時進水CODCr濃度平均為1 472 mg/L，出水CODCr濃度為 689 mg/L，CODCr平均去除率約為53%，可見該組合工藝能夠有效去除廢水中的有機物。

[FK（W11][TPCJG1.tif][FK）]

雖然組合工藝對CODCr的去除率比較高，但是研究發現這其中絕大部分是由生物接觸氧化池貢獻的，SBBR池對CODCr的貢獻較小。這可能是由于沼液經過生物接觸氧化池處理后，出水碳氮比嚴重失調，導致SBBR池不能有效處理廢水。因此，根據前人研究成果[11]，采取向SBBR池中加入30%豬場原水的措施對其進行補充碳源。添加原水后，SBBR池對CODCr的去除率見圖2。

[FK（W12][TPCJG2.tif][FK）]

制約SBBR池高效處理豬場沼液的關鍵因素主要有2個：可生化性低及C/N低。因此，通過向SBBR池內添加原水，提高C/N比，增強硝化/反硝化作用，同時維持pH值在一定的范圍內，能夠有效去除有機物和氨態氮。由圖2可知，添加原水后SBBR池進水CODCr平均濃度為780 mg/L，穩定運行后，出水CODCr平均濃度為363 mg/L，CODCr平均去除率可達到50.0%以上。

2.3組合工藝對NH3-N的去除效果

由圖3可知，調試初期組合工藝對NH3-N的去除率隨著進水NH3-N濃度變化而波動，隨著微生物的生長及馴化，NH3-N的去除率逐漸穩定，但是SBBR池對NH3-N的去除效果變差，導致組合工藝對NH3-N的去除率不高，這是由于微生物在反應器中不能有效利用低C/N的豬場沼液進行反硝化作用，中和硝化作用產生的酸，使反應器中的pH值降低，最終引起NH3-N的去除能力下降。系統穩定運行時，NH3-N平均去除率為57.6%左右。然而，對SBBR池引入原水后，組合工藝對氨氮的去除效率明顯提高，平均去除率可達到74%以上，反應器中廢水的C/N提高，反硝化作用能夠有效進行，能夠有效中和硝化作用產生的酸，保證反應器中的堿度，保證氨氮的去除效率穩定。待系統穩定運行后，NH3-N平均去除率為81.0%左右。同時，曝氣過程中SBBR池產生的泡沫少，沉淀出水時上清液呈現棕褐色，且能看到微小的氣泡產生，這說明反應器內在進行反硝化作用。

2.4組合工藝對TP的去除效果

由圖4可知，在調試初期（即0～40 d）組合工藝對TP的去除率變化較大，效果不穩定；在41～60 d對TP的去除效果趨于穩定，平均去除率穩定在49%。這說明組合工藝對TP具有良好的去除效果，且抗沖擊負荷能力強。添加原水后，組合工藝出水TP濃度比較穩定，TP的平均去除率約為547%。添加原水后，組合工藝去除TP的效果比未添加的好，這可能是由于貯磷菌的生長取決于發酵基質的供應情況，因此磷的去除取決于廢水中易降解有機物的多少[14-15]，添加原水后，反應器中的易降解有機物增多，能夠滿足貯磷菌的能量需求。

3結論

（1）經過3個月的調試及1年的穩定運行，BCO-SBBR組合工藝運行穩定，能夠有效去除豬場沼液的CODCr、NH3-N及TP，平均去除率分別為50.0%、81.0%和54.7%。（2）添加原水后，SBBR對豬場沼液CODCr、NH3-N、TP的去除效果均提高，并且運行穩定。（3）該組合工藝單獨處理豬場沼液出水不能滿足GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》的要求，因此配合該工程中的其他工藝能夠有效處理豬場沼液，最終滿足GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》的要求。endprint

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