FSMBR+分子膜工藝處理養(yǎng)豬廢水的研究

陳小攀，胡雨聰，徐麗亞，黃瀚坤

(浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310051)

養(yǎng)豬廢水具有懸浮物多、重金屬多、臭味大、有機(jī)物和氨氮濃度高等污染特征，而且排放量大、排放點(diǎn)分散，導(dǎo)致廢水處理難度大，處理費(fèi)用高。未得到妥善處理便直接排放的養(yǎng)豬廢水進(jìn)入外界環(huán)境后，對土壤、水體、大氣環(huán)境造成嚴(yán)重危害，所攜帶病菌等甚至?xí)鸺膊鞑サ雀鞣N生物污染，嚴(yán)重威脅環(huán)境安全。因此，在強(qiáng)調(diào)綠色可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境背景下，積極尋求一條既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的養(yǎng)豬廢水處理工藝是生豬產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵[1]。

MBR由膜組件和生物反應(yīng)器組成，它是通過利用生物反應(yīng)器中微生物的降解作用，達(dá)到去除廢水中的污染物的目的[2]，較常規(guī)污水處理工藝而言，處理工藝具有以下特點(diǎn):①出水水質(zhì)好且穩(wěn)定，可直接回用或補(bǔ)充地下水；②設(shè)備緊湊，占地面積少；③工藝參數(shù)容易控制；④脫氮能力強(qiáng)；⑤污泥產(chǎn)率低，污泥濃度高，節(jié)省能耗；⑥易于實(shí)現(xiàn)自動化控制[3]。

目前，養(yǎng)豬廢水處理最大的難點(diǎn)在于廢水的高COD、高氨氮，特別在環(huán)境敏感地區(qū)，對處理出水的氮磷有更嚴(yán)格的要求，因此強(qiáng)化MBR處理出水就更顯得迫切和重要[4]。本實(shí)驗(yàn)將FSMBR與分子膜相結(jié)合的小試系統(tǒng)，研究其對廢水有機(jī)物和氨氮的去除效果，為工程化應(yīng)用提供技術(shù)儲備。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

取自某養(yǎng)豬場氧化塘的水樣，水質(zhì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)Table 1 Test water quality

1.2 實(shí)驗(yàn)藥劑

主要實(shí)驗(yàn)藥劑為:重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液(0.25 mol/L)、試亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸-硫酸銀溶液、硫酸汞、納氏試劑、石酸鉀鈉溶液、銨標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液、銨標(biāo)準(zhǔn)使用溶液、磷酸鹽緩沖溶液、硫酸鎂溶液、氯化鈣溶液、氯化鐵溶液、鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液、亞硫酸鈉溶液、葡萄糖-谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、高氯酸溶液、過硫化鉀溶液、抗壞血酸溶液、鉬酸鹽溶液、磷標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法[5]

根據(jù)計(jì)算得出理論狀態(tài)下的最佳氣水比、水力停留時(shí)間、MLSS、溫度的最佳工作參數(shù)，再分別對四個(gè)參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)研究[6]:

(1)氣水比研究:設(shè)定水力停留時(shí)間為16 h、MLSS為3700 mg/L和溫度為26 ℃，設(shè)定氣水比分別為15:1、20:1、25:1、30:1、35:1，測定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的氣水比。

(2)水力停留時(shí)間研究:設(shè)定氣水比為30:1、MLSS為3700 mg/L和溫度為26 ℃，設(shè)定水力停留時(shí)間分別為12 h、14 h、16 h、18 h、20 h，測定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的進(jìn)水力停留時(shí)間。

(3)MLSS研究:設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時(shí)間為20 h和溫度為26 ℃，設(shè)定MLSS分別為3700 mg/L、3900 mg/L、4100 mg/L、4300 mg/L、4500 mg/L，測定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的MLSS。

(4)溫度研究[7]:設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時(shí)間為20 h和MLSS為4500 mg/L，設(shè)定溫度分別為22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃，測定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的工作溫度。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

一套FSMBR+分子膜的雙膜裝置，裝置的有效容積為24 L，膜池水深0.6 m，內(nèi)置8片膜，單片膜面積為0.4 m2，過濾孔徑為0.1 μm的無機(jī)陶瓷平板膜。

1.5 測定方法

COD的測定采用重鉻酸鉀法，BOD5的測定采用標(biāo)準(zhǔn)稀釋法，NH3-N的測定采用納氏試劑分光光度法。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 無機(jī)陶瓷平板膜實(shí)驗(yàn)

氣水比、MLSS、水力停留時(shí)間和溫度是影響無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)污水處理效果的重要條件，因此分析不同氣水比、MLSS、水力停留時(shí)間和溫度處理后的水質(zhì)和處理效率，得出各自最佳的情況，將最佳參數(shù)運(yùn)用到FSMBR+分子膜系統(tǒng)研究處理后的水質(zhì)情況，對比無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)和FSMBR+分子膜系統(tǒng)在最佳條件下的處理效果。

2.1.1 氣水比

設(shè)定水力停留時(shí)間為16 h、MLSS為3700 mg/L、溫度為26 ℃，設(shè)定氣水比分別為15:1、20:1、25:1、30:1、35:1，分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度，分別得出去除率如表2所示。

表2 不同氣水比下無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 2 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different air-water ratios

從表2可以得出，在氣水比為30:1時(shí)，出水水質(zhì)情況最佳，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到44.8 mg/L，去除率達(dá)到84%；NH3-H從50 mg/L降低到10.59 mg/L，去除率達(dá)到78.82%；BOD5從110 mg/L降低到14.4 mg/L，去除率達(dá)到86.9%。

2.1.2 水力停留時(shí)間

設(shè)定氣水比為30:1、MLSS為3700 mg/L、溫度為26 ℃，設(shè)定水力停留時(shí)間分別為12 h、14 h、16 h、18 h、20 h，分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度，分別得出去除率如表3所示。

表3 不同水力停留時(shí)間下無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 3 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different hydraulic retention times

從表3可以得出，在水力停留時(shí)間為20 h時(shí)，出水水質(zhì)情況最佳，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到41.2 mg/L，去除率達(dá)到85.29%；NH3-H從50 mg/L降低到10.6 mg/L，去除率達(dá)到78.8%；BOD5從110 mg/L降低到12.5 mg/L，去除率達(dá)到88.6%。

2.1.3 MLSS

設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時(shí)間為20 h、溫度為26 ℃，設(shè)定MLSS分別為3700 mg/L、4100 mg/L、4300 mg/L、4500 mg/L，分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度，分別得出去除率如表4所示。

表4 不同MLSS下無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 4 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different MLSS

從表4可以得出，在MLSS為4500 mg/L時(shí)，出水水質(zhì)情況最佳，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到38.7 mg/L，去除率達(dá)到86.19%；NH3-H從50 mg/L降低到12.23 mg/L，去除率達(dá)到75.54%；BOD5從110 mg/L降低到11.9 mg/L，去除率達(dá)到89.2%。

2.1.4 溫 度

設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時(shí)間為20 h、MLSS為4500 mg/L，設(shè)定溫度分別為22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃，分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度，分別得出去除率如表5所示。

表5 不同溫度下無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 5 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system at different temperatures

從表5可以得出，在溫度為28 ℃時(shí)，出水水質(zhì)情況最佳，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918—2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到38.6 mg/L，去除率達(dá)到86.21%；NH3-H從50 mg/L降低到10.23 mg/L，去除率達(dá)到79.54%；BOD5從110 mg/L降低到12.1 mg/L，去除率達(dá)到89%。

2.2 FSMBR+分子膜工藝實(shí)驗(yàn)

根據(jù)對無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，可以得出無機(jī)陶瓷平板膜運(yùn)行的最佳參數(shù)為，氣水比為30:1、水力停留時(shí)間為20 h、MLSS為4500 mg/L、溫度為28 ℃，再將平板膜與分子膜工藝結(jié)合，構(gòu)建成FSMBR+分子膜工藝，在同樣參數(shù)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度，分別得出去除率如表6所示。

表6 最佳參數(shù)下FSMBR+分子膜系統(tǒng)出水水質(zhì)Table 6 Water quality of FSMBR+ molecular membrane system under optimal parameters

對比無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)出水水質(zhì)，新的FSMBR+分子膜系統(tǒng)處理后的水質(zhì)更好，COD從280 mg/L降低到29.6 mg/L，去除率達(dá)到89.43%；NH3-H從50 mg/L降低到5.64 mg/L，去除率達(dá)到88.72%；BOD5從110 mg/L降低到8.9 mg/L，去除率達(dá)到91.91%。

3 結(jié) 論

采用無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)處理養(yǎng)豬場氧化塘污水，在氣水比為30:1、水力停留時(shí)間為20 h、MLSS為4500 mg/L、溫度為28 ℃條件下，出水的COD、NH3-H、BOD5平均質(zhì)量濃度分別為38.6 mg/L、10.23 mg/L、12.1 mg/L，對應(yīng)的去除率分別為86.21%、79.54%、89%。

新的FSMBR+分子膜系統(tǒng)在同樣的環(huán)境下處理養(yǎng)豬場氧化塘污水，出水的COD、NH3-H、BOD5平均質(zhì)量濃度分別為29.6 mg/L、5.64 mg/L、8.9 mg/L，對應(yīng)的去除率分別為89.43%、88.72%、91.91%，出水的水質(zhì)比采用無機(jī)陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)處理后的更好。因此新的FSMBR+分子膜系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高出水的水質(zhì)，可以用于處理需要更高出水水質(zhì)要求的場合。