礦化垃圾生物反應床處理畜禽廢水的研究

申海虹

(上海民航新時代機場設計研究院有限公司建筑分院 上海 200335)

0 引言

我國目前規?；膛龅膹U水處理大部分未達到國家一級排放標準，遠不及工業廢水處理達標率的一半。而且，因為好氧處理運行費用較高，大部分規?；膛霾⑽赐顿Y建設，只有厭氧系統[1-3]。

充分利用礦化垃圾的吸附和生物活性，建立AFB處理系統，可實現消納利用填埋垃圾，同時達到處理高難有機廢水的效果，具有以廢制廢、成本低的優勢，因此具有很好的現實意義和應用前景[4-6]。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗水質

實驗用畜禽廢水取自上海某乳品公司奶牛場經預曝氣后的污水，其水質狀況見表1。

表1 反應床進水水質 mg/L(pH值除外)

1.2 小試裝置與方法

AFB實驗裝置(圖1)采用4個內徑為40 cm的塑料圓桶制成，有效總高度為160 cm，內裝填埋10 a的礦化垃圾(最大粒徑16 mm)，來自上海老港垃圾填埋場。

圖1 實驗裝置

反應床底端設有碎石層，高度為10 cm，下設孔徑10 mm的PVC板。

水力負荷周期為3 h淹水21 h落干、6 h淹水18 h落干、8 h淹水16 h落干，其濕干比(淹水時間∶落干時間)均小于1。

1.3 中試裝置與方法

圖2是AFB中試裝置結構，采用兩個串聯的反應床，有效總高度為3 000 mm，垃圾總重量為240 t。每個反應床尺寸為：長×寬×高=5 m×7 m×3 m。底端設架空式鋼管支架，其上依次鋪設一層不銹鋼絲網、竹排和土工布，以利于反應床通風。反應床中礦化垃圾填料最大粒徑20 mm。垃圾底部鋪設HDPE膜用于收集經處理的廢水。進水流量由蠕動泵控制，采用PVC管鉆兩排孔徑0.2 mm的小孔，噴灑裝置采用多孔板使進水盡可能均勻灑在填料表面上。

圖2 處理畜禽廢水的礦化垃圾生物反應床構造

AFB處理畜禽廢水工藝流程見圖3。

圖3 礦化垃圾生物反應床處理畜禽廢水工藝流程

2 結果與討論

2.1 AFB處理系統的效果

試驗結果(表2)表明，AFB系統處理畜禽廢水效果顯著且穩定。出水呈中性，處理出水中DO的含量超過了漁業用水的DO含量標準，COD、BOD5、NH4-N、總磷的平均去除率分別為75.33%、88.71%、94.55%、99.83%。色度達到污水排放一級標準(GB 8978—1996)，SS達到污水排放二級標準，出水水質得到明顯改善。

表2 系統處理出水水質狀況 mg/L(pH值除外)

2.2 有機污染物的去除

盡管進水COD和BOD5值波動較大，但出水BOD5值基本穩定在4.06～56.9 mg/L，平均去除率為88.71%。進水COD值在1 000 mg/L以下，出水COD值基本穩定在30～280 mg/L。說明該系統對COD處理能力具有一定的濃度限制(小于1 000 mg/L)。系統在運行90 d后，系統處理效果基本穩定在91.8%以上。

研究表明，該系統對有機污染物的去除主要是生化作用，由生長于介質表面的生物膜的生物降解來完成。在淹水期，污水流經系統時，有機污染物除部分由厭氧生物降解過程去除外，大部分吸附于介質表面；在落干期，吸附于介質表面的有機質由好氧生物降解過程去除，并騰出吸附空間。在系統運轉初期，存在微生物的培養期。

2.3 氮、磷的去除

系統穩定后，盡管進水NH4-N濃度波動較大，但出水質量濃度基本穩定在小于10 mg/L，處理效果非常好。礦化垃圾具有較高的陽離子交換容量(67.9 meq/100 g)，對NH4-N的吸附容量很大；同時，落干期間的硝化作用對NH4-N的轉化是充分的，沒有在系統內形成NH4-N的累積。

礦化垃圾對磷的吸附能力極強，出水質量濃度平均值為0.079 mg/L，平均去除率達99.83%。經測定絕大多數磷仍積聚在0～25 cm表層內，表明磷在礦化垃圾中的擴散、移動作用極弱，礦化垃圾作為一個“磷庫”，具有相當大的貯存能力。

2.4 中試效果

根據表3，AFB對畜禽廢水COD、NH4-N去除效果顯著，達到《畜禽養殖業污染物排放標準》。AFB經掛膜后正常運行6個月，運行狀況比較穩定，采用4 h淹水(早8點至12點)和20 h落干(濕干比為1∶5)，未出現生物膜及氣體的阻塞現象，可見生物膜的細菌生長和脫落存在著相對平衡的關系。

表3 礦化垃圾生物反應床處理畜禽廢水運行效果記錄

3 工程設計及經濟分析

3.1 建設與投資分析

畜禽廢水處理規模以50 t/d計，設計進水水質為：COD 8 000 mg/L、BOD54 000 mg/L、NH4-N 1 000 mg/L。

(1)預處理設計。設置格柵井和波型網板過濾機(表4)，柵間距為15 mm，網板間隙為0.50 mm，以避免水泵堵塞。

表4 預處理構筑物及設備情況

(2)調節池設計。調節池用于調節水量，調節池構筑物及設備情況見表5。污水提升泵2臺(1用1備)，泵流量5 m3/h，揚程15 m，功率0.75 kW。

表5 調節池構筑物及設備情況

(3)初沉池設計。表面負荷為1.0 m3/(m2·h)，有效容積為27 m3，尺寸為4 000 mm×3 500 mm×4 000 mm，污水停留時間為2 h。初沉污泥泵流量10 m3/h，揚程10 m，功率0.75 kW。

(4)厭氧濾池設計。水力停留時間為36 h，厭氧池有效容積為100 m3，池中設擋流墻和攪拌機，使水流呈完全混合態。池內掛組合填料，截留污泥。攪拌機型號：TD1.0/8，共4臺。

(5)AFB設計。采用間隙進水方式，每次進水48 min，落干132 min。內填礦化垃圾1 000 t，分成2級。有效容積650 m3，尺寸11 000 mm×20 000 mm×3 000 mm，高度3 m，底部鋪有排水管，每天進水6.4 h，落干時間17.6 h。

(6)二沉池設計。

二沉池有效容積為27 m3，水力停留時間為2 h，尺寸4 000 mm×3 500 mm×3 500 mm。污泥泵流量10 m3/h，揚程10 m，功率0.75 kW。

(7)污泥量。約為20～50 kg(含水率98%)。

(8)總投資估算。各階段投資估算見表6。

表6 工藝設計各階段土建及設備投資估算 萬元

3.2 運行成本估算

(1)電費。選用設備電力負荷見表7。

表7 設備電力負荷

總電力負荷為5.8 kW，工業用電按0.80元/度計，電耗為：5.8×0.80×24/50=2.23元/(日·t)

(2)人工工資。奶牛場污水處理站不需專職工人，僅需兼職1人。每月兼職人員工資為3 000元，3 000/30/50=2.0元/(日·t)。

4 結論

(1)ARB處理畜禽廢水小試色度、SS、COD、BOD5及NH3-N、總磷的平均去除率分別為64.7%、54.29%、75.33%、88.71%、94.55%、99.83%；處理出水中COD、BOD5、NH4-N的平均濃度達到了《畜禽養殖業污染物排放標準》中的要求。

(2)ARB處理畜禽廢水中試COD、NH4-N去除率分別達到92%和98%以上，礦化垃圾生物反應床運行穩定。

(3)50 t/d規模的ARB畜禽廢水處理系統投資估算42.7萬元，直接運行費用4.23元/t，具有較好的經濟適用性。