青島市屠宰污水生物處理裝置

青島市屠宰污水生物處理裝置

屠宰場廢水是我國較大的一類工業(yè)廢水，水量小而分散，以有機污染物為主，濃度變化大，對處理工藝和運行有一定的要求。本文總結(jié)了近十幾年來國內(nèi)外屠宰廢水處理領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用狀況，著重討論了生物處理、自然生態(tài)處理、化學(xué)處理的特點以及工藝的組合應(yīng)用。從我國現(xiàn)階段的情況看，屠宰廢水處理應(yīng)朝著高效、節(jié)能、資源化、易于管理的方向發(fā)展。青島市屠宰污水生物處理裝置

關(guān)鍵字：屠宰廢水，好氧處理，厭氧處理，自然生態(tài)處理，化學(xué)處理

屠宰業(yè)是我國出口創(chuàng)匯和保障供給的支柱產(chǎn)業(yè)之一，屠宰廢水來自牧畜、禽類、魚類宰殺加工，是我國的有機污染源之一。據(jù)調(diào)查，屠宰廢水的排放量約占全國工業(yè)廢水排放量的6%[1]，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，肉類食品加工工業(yè)將會有更大的發(fā)展，屠宰廢水的污染還有不斷加劇的趨勢。

屠宰廢水呈紅褐色，有腥味，含有大量血污、皮毛、碎骨肉、蹄角、油脂和內(nèi)臟雜物。CODCr 、BOD5 、氨氮、SS等指標(biāo)均較高，如CODCr 600~6000mg/l、BOD5 300~3000 mg/l、SS 400~2700mg/l。BOD5/COD≥0.5，可生化性優(yōu)良，無毒性。屠宰廢水受其生產(chǎn)過程的影響明顯，其水質(zhì)水量波動范圍較大。

我國從20世紀(jì)50年代開始考慮屠宰廢水的處理，由于種種原因，直到70年代國內(nèi)屠宰廢水處理仍為一級處理，80年代以后，新的處理工藝和技術(shù)逐漸被開發(fā)并得以應(yīng)用，屠宰廢水的處理程度不斷提高。本文從生物處理、自然生態(tài)處理、化學(xué)處理等方面加以討論。

1生物處理

1.1 好氧生物處理

活性污泥處理系統(tǒng)是當(dāng)前污水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的處理技術(shù)之一。普通活性污泥法處理屠宰廢水很難達(dá)到處理要求，普遍存在以下困難[2]：污水排放量季節(jié)性變化幅度大，難以滿足連續(xù)流曝氣池對水流穩(wěn)定性的要求；全年均可發(fā)生污泥膨脹難以防治；剩余污泥量大、含水率高，沉淀脫水性能差，污泥處置費用高；脫氮除磷的效率僅20%左右，難以滿足高氮屠宰廢水的除氮要求。針對普通活性污泥法存在的問題，一些新的處理工藝開發(fā)和成功應(yīng)用到屠宰廢水的處理領(lǐng)域。

1.1.1 序批式活性污泥系統(tǒng)（SBR）

SBR（Sequencing Batch Reactor）工藝適應(yīng)當(dāng)前好氧生化處理工藝的發(fā)展趨勢，屬簡易、高效、低耗的污水處理工藝，廣泛地應(yīng)用于屠宰廢水的處理中。其主要優(yōu)點有[3]：

流程簡單，無二沉池和污泥回流設(shè)備，節(jié)省了大量用地和設(shè)備。投資省，運行費用低，比普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%，運行費用可降低10~20%。不易發(fā)生污泥膨脹，出水水質(zhì)好；剩余污泥性質(zhì)穩(wěn)定，便于濃縮和脫水。自動控制，反應(yīng)池中交替處于好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，具有較強的脫氮除磷能力。耐沖擊負(fù)荷能力強，高峰負(fù)荷在正常負(fù)荷的2.5倍情況下仍能獲得穩(wěn)定處理效率。

SBR間歇運行的特點使其很適合處理流量變化大甚至間歇排放的工業(yè)廢水，已在亞洲、北美和歐洲等很多國家廣泛應(yīng)用于小型污水領(lǐng)域。很多屠宰場的水量少，且間斷排放，采用SBR工藝，既可節(jié)省基建費用又可靈活操作。SBR工藝處理屠宰廢水CODCr、BOD5的去除率可分別達(dá)到80%、90%以上，而且有較好的脫氮除磷效果，氨氮去除率可達(dá)80%~90%。J.Keller[4]等人在研究SBR處理屠宰廢水脫氮的過程中發(fā)現(xiàn)，通過控制溶解氧的濃度可使約50％的氮通過同步硝化反硝化去除，而控制這種脫氮過程對減少處理費用，提高出水水質(zhì)有重要意義。

隨著SBR工藝的蓬勃發(fā)展，許多SBR改進(jìn)工藝被開發(fā)出來。CASS工藝在SBR反應(yīng)器前部增加了一個生物選擇器，由于實現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水，在屠宰廢水的處理中也得到了廣泛的應(yīng)用。此工藝剩余污泥性質(zhì)穩(wěn)定，產(chǎn)生的剩余污泥量只有傳統(tǒng)活性污泥法的60%左右[5] 。

1.1.2 AB法

AB法是生物吸附活性污泥法的簡稱，處理系統(tǒng)分為負(fù)荷截然不同的A段（Adsorption Stage）和B段（Bio-aeration Stage）。A段和B段的回流系統(tǒng)嚴(yán)格分開，互不相混，形成二種不同的微生物類群。A段污泥負(fù)荷高可達(dá)2~6kgBOD5/(kgMLSS.d)，對廢水主要起生物吸附作用：而B段負(fù)荷較低，不大于0.3 kgBOD5/kgMLSS.d，對廢水主要起生物氧化作用[6]。AB法特別適用于屠宰廢水懸浮有機物濃度高、水質(zhì)水量變化較大的特點，一般不設(shè)初沉池，對BOD5 、CODCr、SS、P和NH3-N的去處率一般均高于常規(guī)活性污泥法，且可節(jié)省基建投資約20%、能耗15%左右[7]。

1.1.3 氧化溝

氧化溝對水質(zhì)、水溫、水量的變動有較強的適應(yīng)性，污泥齡長，可以產(chǎn)生硝化反硝化反應(yīng)，有脫氮功能。污泥產(chǎn)率低，污泥穩(wěn)定，勿需消化。表1[7]給出了國外采用氧化溝工藝處理屠宰廢水的參數(shù)與除污染效果。

表1  氧化溝工藝處理屠宰廢水的參數(shù)與效果

1.1.4 生物濾池

好氧生物膜法主要用于去除污水中溶解性有機污染物，小型生物處理系統(tǒng)采用生物膜法有節(jié)能、強化抗沖擊能力、少維護、管理簡單等優(yōu)點。研究與應(yīng)用較多的是生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等。生物濾池曾是屠宰廢水基本的處理方法之一，其特點是耐沖擊負(fù)荷，效果穩(wěn)定，一般采用兩級串聯(lián)運行。由于屠宰廢水中蛋白質(zhì)含量很高，微生物大量繁殖易使濾池堵塞，因此濾池前需有其他預(yù)處理設(shè)施。

1.1.5 水解酸化－好氧生物處理

針對屠宰廢水中含有大量高分子有機物的特點，為提高好氧生物處理效果、縮短廢水停留時間、減少反應(yīng)池容積，研究者在好氧生物處理前加入酸化處理，開發(fā)出酸化－好氧生物處理工藝[2,6,8]。酸化過程的設(shè)置將動物性復(fù)雜大分子有機物降解成小分子溶解性有機物和有機酸，為后續(xù)好氧反應(yīng)器提供優(yōu)質(zhì)的底物，提高了整個處理系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力和穩(wěn)定性；同時類似于消化池的固體降解過程實現(xiàn)了污水酸化和污泥消化的集中處理，污泥產(chǎn)量低。

張森林[2]對酸化-SBR工藝的研究表明，在保證處理效果的同時（見表2），此工藝總投資、占地面積和能耗比傳統(tǒng)活性污泥工藝減少20%~30%，處理成本降低50%以上。萬秀林等人[6]采用兼氧-AB工藝在低溫條件下處理屠宰廢水也取得良好的處理效果，廢水各項主要污染物去除率均達(dá)90％以上。

表2   SBR處理屠宰廢水試驗和工業(yè)裝置全流程運行結(jié)果均值[2]

注：工藝參數(shù)：酸化池LV為4.8kgCOD/m3.d;HRT為4.0h；SBR LV為1.25kgCOD/m3.d,T為6~8h,水溫25℃。運行條件與實驗條件相近。括號中數(shù)字為推算值，運行成本（計回用水收入）0.1元/m3。

1.2、厭氧生物處理

一般地，厭氧生物處理CODCr濃度在大于1,000mg/l的中高濃度工業(yè)廢水具有優(yōu)勢，一些研究認(rèn)為，對CODCr濃度小于1,000mg/l的廢水采用厭氧處理也是*可行的[9]。同好氧處理相比，厭氧處理可以回收生物能源，無能耗或低能耗，容積負(fù)荷率高，對環(huán)境的要求低；剩余污泥產(chǎn)量僅為好氧系統(tǒng)的1/10~1/6且非常穩(wěn)定；投資費用低、管理簡易，有廣闊的應(yīng)用潛力。

1.2.1 普通厭氧消化池

普通厭氧消化池是美國和澳大利亞處理屠宰廢水廣泛的的方法之一。厭氧消化池處理屠宰廢水的成本低，操作和維護簡便，有機物去除率高，但其反應(yīng)速率慢，水力停留時間長，占地面積大，對溫度要求高，低于21℃其效率將會大大下降；且大型厭氧消化系統(tǒng)一旦由于低溫而使系統(tǒng)癱瘓就很難恢復(fù)[10]。所以普通厭氧消化工藝不適合在土地緊張或常年溫度偏低的地方選用。

1.2.2 厭氧序批式活性污泥系統(tǒng)（ASBR）

ASBR較其他厭氧處理工藝處理屠宰廢水具有不需要脫氣和回流設(shè)備，有機物和SS去除率高的優(yōu)勢，因而被譽為屠宰廢水處理中很有發(fā)展前途的工藝[11]。ASBR消化過程中產(chǎn)生的生物氣可用于系統(tǒng)的攪拌，也可作為能源直接用于處理過程。D.I.Masse[12]研究表明 ASBR處理屠宰廢水的適宜條件是：采用間歇攪拌，溫度25~35℃，反應(yīng)時間24h，污泥負(fù)荷0.2~0.5kg/(kgMLSS.d)，在此條件下CODCr和SS的去除率分別達(dá)到98％和91％。 

1.2.3 高效厭氧反應(yīng)器

近年來隨著高效厭氧生物反應(yīng)器的研究深入，運用高效厭氧生物反應(yīng)器處理屠宰廢水成為熱點。高效厭氧反應(yīng)器通過強化傳質(zhì)和提高污泥濃度成功地實現(xiàn)了在很短的時間內(nèi)達(dá)到良好的去除效果，高效厭氧反應(yīng)器較傳統(tǒng)厭氧消化池的優(yōu)勢是負(fù)荷能力高、水力停留時間短、占地小。國內(nèi)外應(yīng)用高效厭氧反應(yīng)器處理屠宰廢水的主要有[13]：上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧濾池（AF）、厭氧流化床（AFB）、厭氧折流床反應(yīng)器（ABR）、厭氧固定膜反應(yīng)器（AFFR）、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）等。

UASB反應(yīng)器以其結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、無需攪拌和填料載體，負(fù)荷能力高等優(yōu)點而廣受青睞。Ayoob Torkian[14]實驗表明UASB處理屠宰廢水是非常有效的方法，在13～30kgCODCr/m3.d的負(fù)荷下，CODCr的去除率為75～90％。然而UASB也存在一些問題，如污泥易流失，顆粒污泥難于形成，系統(tǒng)難于啟動等。針對這些問題，研究人員不斷采用新的方案以改進(jìn)UASB的性能。I.Ruiz[15]和Rafael Borja[16]等人分別將UASB與AF串聯(lián)使用處理屠宰廢水，使反應(yīng)器同時具有UASB和AF反應(yīng)器的特點。利用AF保持生物量和耐沖擊負(fù)荷的優(yōu)點，減輕了對UASB三相分離器的固液分離性能要求，提高了系統(tǒng)抵御有機負(fù)荷、水力負(fù)荷和溫度變化沖擊的能力。隨著系統(tǒng)附著生物量從0.5gVSS.L-1增至5gVSS.L-1，CODCr的去除率也升至90.2~93.4％。Claudia E.T.Caixeta[17]通過使用一種新型高效三相分離器也達(dá)到了提高UASB耐負(fù)荷沖擊能力和處理效果的目的。AF處理屠宰廢水的穩(wěn)定性好，在有機負(fù)荷為20～25kgCOD/m3.d時，CODCr的去除率可達(dá)80～90％，但是AF極易堵塞，必須定時沖洗[18]。R.del Pozo[19]利用AFFR處理屠宰廢水，系統(tǒng)采用波紋管狀填料，即使處理高固體濃度的廢水也不易堵塞，對間歇運行的適應(yīng)性優(yōu)于UASB，有機負(fù)荷8kgCOD/m3.d時，CODCr去除率達(dá)85～95％。IC反應(yīng)器也是近二十年來發(fā)展起來的高效厭氧反應(yīng)器，鄧良偉[20]采用IC工藝實驗得出屠宰廢水總磷的去除率可達(dá)53.8％，CODCr去除率80.3％，BOD5去除率達(dá)97.6%，SS去除率為78％。

1.2.4 厭氧生物的預(yù)處理

屠宰廢水中含有的大量的SS和油脂，如不加以去除直接進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，會大大降低厭氧反應(yīng)的速度和甲烷的產(chǎn)量，進(jìn)入UASB還會引起污泥上浮和流失[21,22]。因此在進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)前對屠宰廢水進(jìn)行去除SS和油脂的預(yù)處理是十分必要和有效的，而常用的方法就是氣浮。N.T.Manjuanth[23]在UASB前采用壓力氣浮作為預(yù)處理單元，結(jié)果表明氣浮可以去除原水50％的污染物，同時氣浮后厭氧處理的反應(yīng)速率及產(chǎn)甲烷量均較未處理的原水有所提高。

厭氧處理的缺陷是出水的NH3-N、硫化物等還原性污染物還較多，沒有脫氮能力，有時出水的BOD5偏高，還需進(jìn)一步處理。

2自然生態(tài)處理

自然生態(tài)處理是在自然條件通過環(huán)境生物凈化廢水的一種方法，目前已成為研究與應(yīng)用的熱點，其中穩(wěn)定塘、土地處理、人工濕地研究與應(yīng)用多。它們的共同特點是能耗低，管理簡便，運行費用低，可實現(xiàn)多種生態(tài)系統(tǒng)的組合，有利于廢水的綜合利用。

2.1 穩(wěn)定塘工藝

屠宰廢水在進(jìn)入氧化塘處理前，必須經(jīng)預(yù)處理，如先經(jīng)沉淀池處理再經(jīng)厭氧濾池進(jìn)行降解，進(jìn)入氧化塘系統(tǒng)，這樣才能實現(xiàn)氧化塘的處理效果，否則懸浮物和有機物濃度過高，氧化塘的處理效果不理想。通常在氧化塘正常運行的條件下CODCr的有效臨界點為262.6mg/l[24]，一旦超過臨界點氧化塘中植物的受傷程度越大，凈化作用就越小。

采用厭氧塘、兼性塘和好氧塘串聯(lián)系統(tǒng)處理屠宰廢水，從建造和運行角度而言是經(jīng)濟的，并且處理效果令人滿意、可靠。除了開始運行時有些氣味外，不會產(chǎn)生其他問題。

2.2 土地處理

采用噴灌土地的方法處理屠宰廢水主要應(yīng)用于美國，此系統(tǒng)的優(yōu)點是簡單、成本低，但操作不當(dāng)可能會引起地表水和地下水的污染，過量的脂肪可能會造成土壤堵塞，因此該方法對廢水預(yù)處理的要求較高。

2.3 人工濕地處理

人工濕地是通過對濕地生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物三者的協(xié)同作用來處理污水[25]。其特點是投資少、效果好、運行維護方便 [26]，建設(shè)成本相同能力污水處理廠的1/5左右。但其占地面積是傳統(tǒng)污水處理廠的5～10倍左右[27]。單獨采用人工濕地處理屠宰廢水，難以達(dá)標(biāo)，如果與物化預(yù)處理和生物預(yù)處理結(jié)合，既可以節(jié)省投資，也可以降低運行費用。