膜生物反应器处理奶牛场污水效果研究

摘要

我国大部分奶牛场周围农田面积有限，无法采用种养结合的方式对粪污养分进行循环利用。废弃物污染的有效防治成为制约奶牛场持续发展的关键因素，污水的处理问题尤其突出。论文针对奶牛场液体废弃物处理难题，开展膜生物反应器(MBR)处理奶牛场污水效果研究，探讨将MBR用于奶牛场高浓度污水深度处理的可行性，并对其运行参数进行优化。全文主要结论如下: 设计并试制了容积为10m3的MBR对奶牛场污水进行运行效果研究，基于不同进水COD浓度、水力停留时间(HRT)、溶解氧(DO)和脱氮菌的添加形成五个组合工艺进行试验。MBR系统调试一个月后，正式进行试验，每个组合工艺持续运行一个月左右。结果表明当进水COD和NH4+-N浓度为7135～7860mg/L和181～390mg/L，反应系统HRT为4天、DO为1.5～3mg/L时，在北方冬季平均气温为-3.4℃时加入脱氮菌后出水COD和NH4+-N质量浓度为357±53mg/L和20±5mg/L，对应的去除率分别为95±1％和91±3％。MBR对总氮(TN)去除主要依靠微生物的降解作用，投加脱氮菌后，TN的去除率由54％增加到80％以上。运行期问MBR对总磷(TP)、总铜(Cu)和总锌(Zn)的去除效果稳定，进水浓度为51.92±11.51mg/L、3.46±0.63mg/L和3.08±0.68mg/L，去除率分别达85±8％、95±2.9％和97±0.7％。微生物群落多样性分析发现，变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门在污泥样品中占主导地位，而且变形菌门和拟杆菌门的相对含量之间具有极显著负相关。 由于采用干清粪工艺的奶牛场污水经固液分离后COD浓度一般高达20000mg/L以上，本文基于前期试验结果，采用简单高效的化学絮凝方式对奶牛场污水进行前处理。将聚合氯化铝(PAC)与三种离子型聚丙烯酰胺(PAM)复合絮凝以及二种离子型PAM单独絮凝前处理的效果进行比较，结果表明处理500mL奶牛场污水，当非离子型PAM单独使用，且浓度为1g/L、投加量为2.5mL时絮凝效果最佳。在此条件下，进水COD、NH4+-N和TP浓度分别为42083±1752mg/L、531±7.17mg/L和205±4.08mg/L时，相应的去除率分别为69.48±4.10％、13.11±8.59％和85.05±1.27％。絮凝上清液经过MBR处理，出水COD、NH4+-N和TP的平均浓度分别为644.6mg/L、41.58mg/L和4.65mg/L。 基于以上试验结果，提出絮凝+MBR组合工艺对高浓度奶牛场污水进行处理，并设计日处理量为50m3的污水处理系统。对于COD浓度25000mg/L、NH4+-N浓度1000mg/L的奶牛场污水，处理后可达标排放或用于奶牛场内冲洗回用，运行成本为6.13元/m3。该工艺有望为解决奶牛场污水难题提供新的技术方案。