FSMBR+分子膜工藝處理養豬廢水的研究

陳小攀，胡雨聰，徐麗亞，黃瀚坤

(浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310051)

養豬廢水具有懸浮物多、重金屬多、臭味大、有機物和氨氮濃度高等污染特征，而且排放量大、排放點分散，導致廢水處理難度大，處理費用高。未得到妥善處理便直接排放的養豬廢水進入外界環境后，對土壤、水體、大氣環境造成嚴重危害，所攜帶病菌等甚至會引起疾病傳播等各種生物污染，嚴重威脅環境安全。因此，在強調綠色可持續發展的環境背景下，積極尋求一條既經濟又環保的養豬廢水處理工藝是生豬產業健康發展的關鍵[1]。

MBR由膜組件和生物反應器組成，它是通過利用生物反應器中微生物的降解作用，達到去除廢水中的污染物的目的[2]，較常規污水處理工藝而言，處理工藝具有以下特點:①出水水質好且穩定，可直接回用或補充地下水；②設備緊湊，占地面積少；③工藝參數容易控制；④脫氮能力強；⑤污泥產率低，污泥濃度高，節省能耗；⑥易于實現自動化控制[3]。

目前，養豬廢水處理最大的難點在于廢水的高COD、高氨氮，特別在環境敏感地區，對處理出水的氮磷有更嚴格的要求，因此強化MBR處理出水就更顯得迫切和重要[4]。本實驗將FSMBR與分子膜相結合的小試系統，研究其對廢水有機物和氨氮的去除效果，為工程化應用提供技術儲備。

1 實 驗

1.1 實驗用水

取自某養豬場氧化塘的水樣，水質見表1。

表1 實驗用水水質Table 1 Test water quality

1.2 實驗藥劑

主要實驗藥劑為:重鉻酸鉀標準液(0.25 mol/L)、試亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵銨標準溶液、硫酸-硫酸銀溶液、硫酸汞、納氏試劑、石酸鉀鈉溶液、銨標準貯備溶液、銨標準使用溶液、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-谷氨酸標準溶液、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、磷標準貯備溶液。

1.3 實驗方法[5]

根據計算得出理論狀態下的最佳氣水比、水力停留時間、MLSS、溫度的最佳工作參數，再分別對四個參數進行單獨研究[6]:

(1)氣水比研究:設定水力停留時間為16 h、MLSS為3700 mg/L和溫度為26 ℃，設定氣水比分別為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)水力停留時間研究:設定氣水比為30:1、MLSS為3700 mg/L和溫度為26 ℃，設定水力停留時間分別為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水力停留時間。

(3)MLSS研究:設定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h和溫度為26 ℃，設定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]:設定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h和MLSS為4500 mg/L，設定溫度分別為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 實驗設備

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，內置8片膜，單片膜面積為0.4 m2，過濾孔徑為0.1 μm的無機陶瓷平板膜。

1.5 測定方法

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

2 實 驗

2.1 無機陶瓷平板膜實驗

氣水比、MLSS、水力停留時間和溫度是影響無機陶瓷平板膜MBR系統污水處理效果的重要條件，因此分析不同氣水比、MLSS、水力停留時間和溫度處理后的水質和處理效率，得出各自最佳的情況，將最佳參數運用到FSMBR+分子膜系統研究處理后的水質情況，對比無機陶瓷平板膜MBR系統和FSMBR+分子膜系統在最佳條件下的處理效果。

2.1.1 氣水比

設定水力停留時間為16 h、MLSS為3700 mg/L、溫度為26 ℃，設定氣水比分別為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 不同氣水比下無機陶瓷平板膜MBR系統下出水水質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，出水水質情況最佳，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB189918-2002)二級標準。COD從280 mg/L降低到44.8 mg/L，去除率達到84%；NH3-H從50 mg/L降低到10.59 mg/L，去除率達到78.82%；BOD5從110 mg/L降低到14.4 mg/L，去除率達到86.9%。

2.1.2 水力停留時間

設定氣水比為30:1、MLSS為3700 mg/L、溫度為26 ℃，設定水力停留時間分別為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 不同水力停留時間下無機陶瓷平板膜MBR系統下出水水質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，在水力停留時間為20 h時，出水水質情況最佳，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB189918-2002)二級標準。COD從280 mg/L降低到41.2 mg/L，去除率達到85.29%；NH3-H從50 mg/L降低到10.6 mg/L，去除率達到78.8%；BOD5從110 mg/L降低到12.5 mg/L，去除率達到88.6%。

2.1.3 MLSS

設定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、溫度為26 ℃，設定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下無機陶瓷平板膜MBR系統下出水水質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，出水水質情況最佳，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB189918-2002)二級標準。COD從280 mg/L降低到38.7 mg/L，去除率達到86.19%；NH3-H從50 mg/L降低到12.23 mg/L，去除率達到75.54%；BOD5從110 mg/L降低到11.9 mg/L，去除率達到89.2%。

2.1.4 溫 度

設定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、MLSS為4500 mg/L，設定溫度分別為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 不同溫度下無機陶瓷平板膜MBR系統下出水水質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，出水水質情況最佳，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB189918—2002)二級標準。COD從280 mg/L降低到38.6 mg/L，去除率達到86.21%；NH3-H從50 mg/L降低到10.23 mg/L，去除率達到79.54%；BOD5從110 mg/L降低到12.1 mg/L，去除率達到89%。

2.2 FSMBR+分子膜工藝實驗

根據對無機陶瓷平板膜MBR系統的實驗，可以得出無機陶瓷平板膜運行的最佳參數為，氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、MLSS為4500 mg/L、溫度為28 ℃，再將平板膜與分子膜工藝結合，構建成FSMBR+分子膜工藝，在同樣參數下進行實驗，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 最佳參數下FSMBR+分子膜系統出水水質Table 6 Water quality of FSMBR+ molecular membrane system under optimal parameters

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

3 結 論

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

新的FSMBR+分子膜系統在同樣的環境下處理養豬場氧化塘污水，出水的COD、NH3-H、BOD5平均質量濃度分別為29.6 mg/L、5.64 mg/L、8.9 mg/L，對應的去除率分別為89.43%、88.72%、91.91%，出水的水質比采用無機陶瓷平板膜MBR系統處理后的更好。因此新的FSMBR+分子膜系統可以進一步提高出水的水質，可以用于處理需要更高出水水質要求的場合。