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        淺談屠宰廢水處理技術與應用進展

        更新時間:2021-08-16 10:44 來源:水博網 作者: 閱讀:563 網友評論0

        屠宰場廢水是我國較大的一類工業廢水,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。本文總結了近十幾年來國內外屠宰廢水處理領域的技術發展和應用狀況,著重討論了生物處理、自然生態處理、化學處理的特點以及工藝的組合應用。從我國現階段的情況看,屠宰廢水處理應朝著高效、節能、資源化、易于管理的方向發展。

        屠宰業是我國出口創匯和保障供給的支柱產業之一,屠宰廢水來自牧畜、禽類、魚類宰殺加工,是我國最大的有機污染源之一。據調查,屠宰廢水的排放量約占全國工業廢水排放量的6%,隨著經濟的發展和人民生活水平的提高,肉類食品加工工業將會有更大的發展,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、油脂和內臟雜物。CODCr 、BOD5 、氨氮、SS等指標均較高,如CODCr 600~6000mg/l、BOD5 300~3000 mg/l、SS 400~2700mg/l。BOD5/COD≥0.5,可生化性優良,無毒性。屠宰廢水受其生產過程的影響明顯,其水質水量波動范圍較大。

        我國從20世紀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逐漸被開發并得以應用,屠宰廢水的處理程度不斷提高。本文從生物處理、自然生態處理、化學處理等方面加以討論。

        1.生物處理

        1.1 好氧生物處理

        活性污泥處理系統是當前污水處理領域應用最廣泛的處理技術之一。普通活性污泥法處理屠宰廢水很難達到處理要求,普遍存在以下困難:污水排放量季節性變化幅度大,難以滿足連續流曝氣池對水流穩定性的要求;全年均可發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和成功應用到屠宰廢水的處理領域。

        1.1.1 序批式活性污泥系統(SBR)

        SBR(Sequencing Batch Reactor)工藝適應當前好氧生化處理工藝的發展趨勢,屬簡易、高效、低耗的污水處理工藝,廣泛地應用于屠宰廢水的處理中。其主要優點:

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

        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廢水,已在亞洲、北美和歐洲等很多國家廣泛應用于小型污水領域。很多屠宰場的水量少,且間斷排放,采用SBR工藝,既可節省基建費用又可靈活操作。SBR工藝處理屠宰廢水CODCr、BOD5的去除率可分別達到80%、90%以上,而且有較好的脫氮除磷效果,氨氮去除率可達80%~90%。J.Keller等人在研究SBR處理屠宰廢水脫氮的過程中發現,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,提高出水水質有重要意義。

        隨著SBR工藝的蓬勃發展,許多SBR改進工藝被開發出來。CASS工藝在SBR反應器前部增加了一個生物選擇器,由于實現了連續進水,在屠宰廢水的處理中也得到了廣泛的應用。此工藝剩余污泥性質穩定,產生的剩余污泥量只有傳統活性污泥法的60%左右。

        1.1.2 AB法

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

        1.1.3 氧化溝

        氧化溝對水質、水溫、水量的變動有較強的適應性,污泥齡長,可以產生硝化反硝化反應,有脫氮功能。污泥產率低,污泥穩定,勿需消化。表1給出了國外采用氧化溝工藝處理屠宰廢水的參數與除污染效果。

        表1 氧化溝工藝處理屠宰廢水的參數與效果

        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,小型生物處理系統采用生物膜法有節能、強化抗沖擊能力、少維護、管理簡單等優點。研究與應用較多的是生物濾池、生物轉盤等。生物濾池曾是屠宰廢水最基本的處理方法之一,其特點是耐沖擊負荷,效果穩定,一般采用兩級串聯運行。由于屠宰廢水中蛋白質含量很高,微生物大量繁殖易使濾池堵塞,因此濾池前需有其他預處理設施。

        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、減少反應池容積,研究者在好氧生物處理前加入酸化處理,開發出酸化-好氧生物處理工藝。酸化過程的設置將動物性復雜大分子有機物降解成小分子溶解性有機物和有機酸,為后續好氧反應器提供優質的底物,提高了整個處理系統的抗沖擊負荷能力和穩定性;同時類似于消化池的固體降解過程實現了污水酸化和污泥消化的集中處理,污泥產量低。

        張森林對酸化-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活性污泥工藝減少20%~30%,處理成本降低50%以上。萬秀林等人采用兼氧-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90%以上。

        表2 SBR處理屠宰廢水試驗和工業裝置全流程運行結果均值

        注:工藝參數: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的中高濃度工業廢水具有優勢,一些研究認為,對CODCr濃度小于1,000mg/l的廢水采用厭氧處理也是完全可行的。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,容積負荷率高,對環境的要求低;剩余污泥產量僅為好氧系統的1/10~1/6且非常穩定;投資費用低、管理簡易,有廣闊的應用潛力。

        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最廣泛的的方法之一。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一旦由于低溫而使系統癱瘓就很難恢復。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(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備,有機物和SS去除率高的優勢,因而被譽為屠宰廢水處理中很有發展前途的工藝。ASBR消化過程中產生的生物氣可用于系統的攪拌,也可作為能源直接用于處理過程。D.I.Masse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℃,反應時間24h,污泥負荷0.2~0.5kg/(kgMLSS.d),在此條件下CODCr和SS的去除率分別達到98%和91%。

        1.2.3 高效厭氧反應器

        近年來隨著高效厭氧生物反應器的研究深入,運用高效厭氧生物反應器處理屠宰廢水成為熱點。高效厭氧反應器通過強化傳質和提高污泥濃度成功地實現了在很短的時間內達到良好的去除效果,高效厭氧反應器較傳統厭氧消化池最大的優勢是負荷能力高、水力停留時間短、占地小。國內外應用高效厭氧反應器處理屠宰廢水的主要有:上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧濾池(AF)、厭氧流化床(AFB)、厭氧折流床反應器(ABR)、厭氧固定膜反應器(AFFR)、內循環反應器(IC)等。

        UASB反應器以其結構緊湊、簡單、無需攪拌和填料載體,負荷能力高等優點而廣受青睞。Ayoob Torkian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UASB的性能。I.Ruiz和Rafael Borja等人分別將UASB與AF串聯使用處理屠宰廢水,使反應器同時具有UASB和AF反應器的特點。利用AF保持生物量和耐沖擊負荷的優點,減輕了對UASB三相分離器的固液分離性能要求,提高了系統抵御有機負荷、水力負荷和溫度變化沖擊的能力。隨著系統附著生物量從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通過使用一種新型高效三相分離器也達到了提高UASB耐負荷沖擊能力和處理效果的目的。AF處理屠宰廢水的穩定性好,在有機負荷為20~25kgCOD/m3.d時,CODCr的去除率可達80~90%,但是AF極易堵塞,必須定時沖洗。R.del Pozo利用AFFR處理屠宰廢水,系統采用波紋管狀填料,即使處理高固體濃度的廢水也不易堵塞,對間歇運行的適應性優于UASB,有機負荷8kgCOD/m3.d時,CODCr去除率達85~95%。IC反應器也是近二十年來發展起來的高效厭氧反應器,鄧良偉采用IC工藝實驗得出屠宰廢水總磷的去除率可達53.8%,CODCr去除率80.3%,BOD5去除率達97.6%,SS去除率為78%。

        1.2.4 厭氧生物的預處理

        屠宰廢水中含有的大量的SS和油脂,如不加以去除直接進入厭氧系統,會大大降低厭氧反應的速度和甲烷的產量,進入UASB還會引起污泥上浮和流失。因此在進入厭氧系統前對屠宰廢水進行去除SS和油脂的預處理是十分必要和有效的,而最常用的方法就是氣浮。N.T.Manjuanth在UASB前采用壓力氣浮作為預處理單元,結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速率及產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,還需進一步處理。

        2.自然生態處理

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

        2.1 穩定塘工藝

        屠宰廢水在進入氧化塘處理前,必須經預處理,如先經沉淀池處理再經厭氧濾池進行降解,最后進入氧化塘系統,這樣才能實現氧化塘的處理效果,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,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系統處理屠宰廢水,從建造和運行角度而言是最經濟的,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用于美國,此系統的優點是簡單、成本低,但操作不當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系統中的物理、化學和生物三者的協同作用來處理污水。其特點是投資少、效果好、運行維護方便 ,建設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污水處理廠的5~10倍左右。單獨采用人工濕地處理屠宰廢水,難以達標,如果與物化預處理和生物預處理結合,既可以節省投資,也可以降低運行費用。

        3.化學處理

        3.1化學絮凝處理

        長期以來處理屠宰廢水的方法主要是生物法。在北方地區的冬季,由于氣溫較低,細菌繁殖較慢,處理效果極難符合要求。為了解決這一問題,研究人員探索采用化學絮凝法處理屠宰廢水的新途徑,通過投加一定濃度的化學藥劑促使污水的各種顆粒沉降、膠體脫穩,對部分溶解性的污染物也有一定的去除能力,它能在很短的時間內削減污染負荷。其優點有:

        工藝簡單,一次投資省遠遠低于常規生化法,易上馬,見效快。運行簡單,反應時間短,構筑物占地小,處理費用低?;炷齽┰蠌V泛,成本低廉,以廢治廢,效果顯著。處理效果受溫度影響小,處理效果穩定;適應水量和水質的波動,可根據來水的不同而調節藥劑用量,且能同時除臭??蛇m應不同的處理規模,可與生物處理相結合。

        3.2 工藝運行與藥劑

        化學絮凝法處理屠宰廢水常與氣浮及沉淀單元配合使用,如在處理屠宰廢水的氣浮單元操作中加入混凝劑,CODCr的去除率可達32%~90%。也有研究者在絮凝之后采用電氣浮代替溶氣氣浮,不僅提高了氣浮效率,而且部分有機物在電解時直接被氧化,減少了絮凝劑用量,但普通電氣浮方法的能耗大,如采用脈沖電流可大量降低電耗。

        近幾年來人們不斷尋找廉價有效的混凝劑用于處理屠宰廢水,馬東奎研究表明PFS對屠宰廢水的CODCr去除率最高。李亞峰試驗了五種混凝劑處理屠宰廢水的效果,也得到相似的結果,見表3。

        表3 不同混凝劑處理屠宰廢水的效果

        混凝劑和助凝劑的配合使用可以達到更好的處理效果。M.I.Aguilar用硫酸鐵作混凝劑處理屠宰廢水采用了5種助凝劑進行對比研究,幾種助凝劑的使用均使懸浮物去除率達到95%以上,其中陰離子聚丙烯酰胺作助凝劑,懸浮物的去除率高達99%。無機復鹽高分子絮凝劑和天然微生物絮凝劑的使用可降低藥劑的用量,尤其是天然絮凝劑對環境十分友好,將是今后藥劑開發的方向。

        3.3 化學處理的局限性

        化學絮凝法處理屠宰廢水的局限性在于:單純投加化學藥劑的化學絮凝法藥劑用量大,雖對水中的懸浮物和膠體有明顯的處理效果,除磷效果好,但對屠宰廢水中的可溶性有機物(如醇類、糖類、酸類)處理效果較差;污泥產量高,且為富含金屬離子的化學污泥,不能作為動物飼料也不能用于農田堆肥或填土,比單純的好氧法產生的剩余污泥更難處理。此外,大量化學藥劑投加到水體后對環境是否產生影響還有待考察。

        這種處理方法實質上是污染物質形態的改變,并沒有實現污染物的減量化、無害化,容易造成二次污染。

        4.工藝的組合應用

        在屠宰廢水處理工藝中,好氧處理和厭氧處理以及化學絮凝處理各有其優缺點,筆者認為,在處理較低濃度(CODCr≤1,000mg/l)屠宰廢水時,可直接采用生物處理,這樣可在保證處理水質的條件下,縮短處理流程,節省基建費用;在處理較高濃度(CODCr>1,000mg/l)的屠宰廢水時,幾種工藝的組合使用可確保廢水處理達標。如水解好氧生物處理工藝工程投資僅為同等規?;钚晕勰喾ǖ?0%,占地減少20%,處理成本降低42%。國內已使用的組合工藝有:酸化-SBR工藝,酸化-AB法,酸化-生物接觸氧化工藝,UASB-AF工藝,厭氧-過濾工藝,射流曝氣-生物接觸氧化工藝,厭氧塘-兼氧塘-好氧塘工藝,兼氧-AB法,化學混凝-生物處理工藝等。處理工藝的優化組合有利于各種工藝揚長避短,節省處理費用,保證出水水質。

        5.結束語

        屠宰廢水處理的工藝很多,自然生態處理、生物處理、化學處理均有應用,各種工藝均有其優點和局限性,應根據進水水質的特點、處理和排放要求并綜合考慮經濟、管理因素選擇最佳的處理工藝,并注意不同工藝的組合使用。例如主體構筑物可采用厭氧、好氧處理,再輔以自然生態處理,這樣既能保證出水水質,又相對節省能源,降低運行費用。我國目前屠宰廢水的處理多以小水量廢水處理站為主,在目前環保投資較少的情況下,屠宰廢水處理構筑物應朝著高效、節能、集約化、規?;?、易于管理的方向發展以降低處理費用。同時環保部門應加強對各屠宰場廢水處理站的監督與管理,保證已建廢水處理站的正常運行。

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