UASB＋SBR組合工藝在養(yǎng)豬場廢水處理中的應(yīng)用

蔡濤澤，趙明杰，任志煒，栗勇田,3

（1. 秦皇島天大環(huán)保研究院有限公司，河北省河道水質(zhì)凈化及生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 秦皇島 066000；2. 河道水處理和生態(tài)修復(fù)河北省工程研究中心，河北 秦皇島 066000；3. 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072）

0 引言

隨著養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、集約化發(fā)展，養(yǎng)殖廢水排放量逐年增加，據(jù)國家環(huán)境部門統(tǒng)計(jì)，畜禽養(yǎng)殖廠廢水中的COD將超過工業(yè)廢水和生活污水之和[1]。養(yǎng)豬場產(chǎn)生的廢水主要包括豬糞尿液和豬舍清洗廢水中固體懸浮物，有機(jī)物、氨氮濃度極高，若不經(jīng)過處理，直接排入河溝和池塘，會(huì)污染周圍的水系導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，甚至引發(fā)傳染病與寄生蟲病流行，嚴(yán)重威脅水體環(huán)境和居民健康[2-4]。

高濃度養(yǎng)豬場有機(jī)廢水成分復(fù)雜，處理難度高，目前主要通過厭氧生物濾池（AF）、上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧膨脹顆粒反應(yīng)器 （ EGSB）、序批式活性污泥法（SBR）、氧化溝等工藝進(jìn)行組合以提高處理效率[5]。王亮等通過組合工藝UASB-SFSBR-MAP對(duì)豬場養(yǎng)殖廢水進(jìn)行研究，出水水質(zhì)較好，對(duì)COD、NH3-N、TP去除率分別達(dá)到95.1 %、92.7 %和88.8 %，但MAP工藝藥劑投加量大，處理成本和運(yùn)行費(fèi)用較高[12-14]。

焦明月，王正超采用固液分離-ABR-CASS組合工藝對(duì)養(yǎng)豬廢水進(jìn)行處理，出水COD、BOD5、NH3-N、SS指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中ABR厭氧折流板與UASB相比，設(shè)備簡單、容易控制，但是因?yàn)闆]有培養(yǎng)出顆粒污泥，在實(shí)際運(yùn)行中，處理效率低于UASB。此外，CASS工藝在北方冬季低溫對(duì)運(yùn)行存在影響，構(gòu)造相比SBR工藝較為復(fù)雜[15]。

本文以河北省昌黎縣某規(guī)模養(yǎng)豬場廢水處理工程為例，根據(jù)養(yǎng)豬廢水水質(zhì)特點(diǎn)、現(xiàn)場實(shí)際情況及治理需求，綜合運(yùn)用厭氧法與序批式活性污泥法的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)應(yīng)用UASB+SBR組合工藝在原處理設(shè)施基礎(chǔ)上對(duì)養(yǎng)豬場廢水進(jìn)行處理，并對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行考察與分析，為類似畜禽養(yǎng)殖污水處理工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行提供借鑒與參考[6-8]。

1 工程概況

本工程位于河北省秦皇島市昌黎縣某規(guī)模性養(yǎng)豬場，涉及處理10萬頭生豬養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢水。原廢水處理設(shè)施僅采用三格式化糞池的處理方式，該方式容易滲漏而且工藝復(fù)雜，長期使用會(huì)導(dǎo)致化糞池老化坍塌，并且出水水質(zhì)無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)企業(yè)治理需求，工程設(shè)計(jì)采用UASB+SBR為核心的組合工藝在原有處理設(shè)施基礎(chǔ)上對(duì)該養(yǎng)豬場廢水進(jìn)行處理，出水水質(zhì)達(dá)到《GB 18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。

1.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)和水量

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測部門數(shù)據(jù)及企業(yè)環(huán)評(píng)資料判斷，由于該養(yǎng)豬場原處理設(shè)施廢水處理能力不足，處理后的出水主要存在COD和氨氮濃度過高等問題。針對(duì)養(yǎng)豬場廢水水質(zhì)現(xiàn)狀及工程目標(biāo)，設(shè)計(jì)組合工藝及處理設(shè)施，廢水處理水量為 750 m3/d，對(duì)該養(yǎng)豬場廢水實(shí)施進(jìn)一步治理，出水水質(zhì)最終達(dá)到《GB 18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。設(shè)計(jì)養(yǎng)豬廢水處理設(shè)施進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2 工藝流程

養(yǎng)豬場廢水經(jīng)過化糞池初步處理后，首先通過水力篩處理設(shè)施，將懸浮物、沉淀物等固態(tài)或膠態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行分離，能夠有效降低水中懸浮物（SS）濃度[9]，同時(shí)防止長期運(yùn)行過程中雜質(zhì)堆積阻塞后續(xù)處理步驟中的水泵及管路。經(jīng)過過濾后的廢水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過對(duì)廢水水質(zhì)水量的控制，提高污水可生化性。調(diào)節(jié)池中的廢水通過水泵提升至UASB反應(yīng)器內(nèi)，在無氧條件下，依靠厭氧細(xì)菌分解作用，有效降低溶解性COD濃度[10]。同時(shí)，在三相分離器的作用下，反應(yīng)器內(nèi)污泥快速沉降，上層清液經(jīng)過出水堰進(jìn)入SBR池內(nèi)進(jìn)一步處理，經(jīng)過進(jìn)水、曝氣、靜沉、閑置、排水后，通過控制間歇曝氣時(shí)間及池內(nèi)活性污泥濃度，進(jìn)一步改善水體水質(zhì)，降低水中COD和氨氮濃度[11]。電控系統(tǒng)控制潷水器中的清水進(jìn)入消毒池，在池內(nèi)通入一定濃度的次氯酸鈉水溶液進(jìn)行消毒處理后達(dá)標(biāo)排放。

廢水處理設(shè)施運(yùn)行過程中，通過人工定期清理水力篩篩網(wǎng)上的雜質(zhì)。UASB反應(yīng)器和SBR池所產(chǎn)生的污泥通過排泥管路集中收集到污泥濃縮池，進(jìn)行重力分離，剩余污泥通過污泥泵進(jìn)入污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，污泥濃縮池及污泥脫水機(jī)產(chǎn)生的清液回流至調(diào)節(jié)池循環(huán)處理，污泥脫水最終產(chǎn)生的泥餅定期外運(yùn)至化肥廠進(jìn)行資源化利用。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 主要構(gòu)筑物功能及設(shè)備設(shè)施

3.1 水力篩

水力篩型號(hào)RHG-0818，碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸10000 mm×15000 mm×20000 mm，重量800 kg，篩網(wǎng)尺寸1800 mm×800 mm，篩板縫隙為1 mm，進(jìn)水口法蘭直徑100 mm，出水口法蘭直徑125 mm，篩板采用304不銹鋼。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池為地埋式鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸9000 mm ×7000 mm×2500 mm，有效水深3 m，有效容積156.25 m3，水力停留時(shí)間5 h。配備1臺(tái)提升泵，水泵流量為40 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率4 kW，效率55%，轉(zhuǎn)數(shù)為2900 r/min。

3.3 UASB反應(yīng)器

設(shè)置UASB反應(yīng)器2座，反應(yīng)器外殼為防腐碳鋼材質(zhì)，單座反應(yīng)池尺寸8000 mm×6000 mm×6000mm，有效容積184.09 m3，容積負(fù)荷10 kgCOD/（m3·d），污泥產(chǎn)率0.1 kgMLSS/（kgCOD），水力負(fù)荷 0.7 m3/m2·h，有效水深6 m，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間18.4 h。三相分離器中水力停留時(shí)間1.5～2 h，沉積區(qū)水力表面負(fù)荷＜1.0 m/h，傾斜壁底角為50°。三相分離器出水槽共4條，尺寸3000 mm× 500 mm×500 mm，水力坡度0.01，UASB排水管選用DN150鋼管排水，排泥管采用DN200鋼管排泥。

3.4 SBR池

S B R好氧池4套，碳鋼防腐，單個(gè)尺寸 7000 mm×4000 mm×5500 mm，有效容積141.26 m3，污泥濃度4 g/L，水力停留時(shí)間6 h，污泥負(fù)荷0.1 3 k g B O D5/（k g M L S S·d）。 配備鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），型號(hào)為YH-125S，轉(zhuǎn)速1550 r/min，口徑為DN125，出風(fēng)量9.55 m3/min，電機(jī)功率18.5 kW，機(jī)組重量330 kg。配備好氧污泥回流泵4臺(tái)，流量80 m3/h，功率5.5 kW；旋轉(zhuǎn)式潷水器型號(hào)為XBS-50，處理水量50 t/h，出水堰長度1300 mm，過水流速≤30 L/ms，潷水深度 2500 mm，預(yù)埋出水管為DN150，電機(jī)功率0.55 kW。

3.5 消毒池

消毒池為地埋式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸4000 mm ×2000 mm×2300 mm，有效水深2 m，停留時(shí)間3 h，配備1臺(tái)計(jì)量泵投加藥物，計(jì)量泵口徑 20 mm，揚(yáng)程4.5 m，流量43 L/min，功率45 kW；次氯酸鈉加藥量為7 mg/L。

3.6 污泥濃縮池

污泥濃縮池為地埋式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體尺寸4000 mm×4000 mm×4180 mm，有效水深3.5 m，有效容積13.35 m3，有效停留時(shí)間為20 h；污泥提升泵型號(hào)為NL50A-12，轉(zhuǎn)數(shù)為1450 r/min，流量31.25 m3/h，揚(yáng)程12～14 m，效率41%，電機(jī)功率 3 kW，立式泵全長1310 mm，機(jī)泵重量為80 kg。

3.7 污泥脫水機(jī)

配套帶式壓榨過濾機(jī)，泥餅含水率65%～ 75%，濾網(wǎng)寬1000 mm，電動(dòng)機(jī)型號(hào)JZTY31-4，功率2.2 kW；控制器最大沖洗耗水量6 m3/h·mm，沖洗壓力＞0.4 Mpa，氣動(dòng)部分輸入壓力0.5～ 1 MPa，處理能力50～500 kg/h·m2，尺寸5050 mm ×1890 mm×2365 mm，重量4500 kg。

4 運(yùn)行效果

2020年6月，該工程項(xiàng)目正式投入使用，穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)月后，于7—9月對(duì)廢水處理設(shè)施進(jìn)出水口進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，采樣頻率為3次/月，具體進(jìn)出水指標(biāo)見表2。

表2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)表2可知，進(jìn)水各項(xiàng)污染物濃度波動(dòng)較大，通過UASB+SBR的工藝處理后COD、BOD5、SS和NH3-N的平均去除率分別為98.1%、97.5%、91.9%、78.6%。該組合工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)各類污染物去除效果明顯，出水主要污染物指標(biāo)均達(dá)到《GB 18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。

5 經(jīng)濟(jì)成本分析

該工程廢水處理設(shè)施占地面積為1500 m2，建設(shè)總投資800萬。運(yùn)維費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)以及檢修維護(hù)費(fèi)用等，其中該工程的總運(yùn)行功率為33.75 kW，噸水平均耗電費(fèi)用為1.08元，根據(jù)運(yùn)行階段消耗的復(fù)合藥劑量計(jì)算，噸水藥劑費(fèi)用為0.15元，配備中心控制室、設(shè)備電器維護(hù)人員1人，人員工資按照每月3000元計(jì)算，噸水人工費(fèi)用為0.4元，儀器檢修維護(hù)、材料更新及污泥外運(yùn)費(fèi)用按照每年5～8萬元計(jì)算，噸水平均維護(hù)費(fèi)用為0.18元。綜上，工程總運(yùn)行維護(hù)成本為1.81元/m3。

6 結(jié)語

根據(jù)某規(guī)模養(yǎng)豬場廢水特征及治理需求，采用了UASB+SBR為核心的組合工藝進(jìn)行處理。運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝出水穩(wěn)定，水質(zhì)提升效果明顯，廢水中COD、BOD5、SS和NH3-N的平均去除率分別為98.1%、97.5%、91.9%、78.6%，出水主要污染物指標(biāo)均達(dá)到《GB 18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。該工程占地小、處理效率高、自動(dòng)化程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥處置方便、處理設(shè)施維護(hù)簡單方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用僅為1.81元/m3，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可為類似廢水處理工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行提供參考和借鑒。