浸没式膜生物反应器处理猪场污水试验研究

摘要

我国是生猪养殖大国，猪的生理特点及现有的生产系统决定了生猪养殖的污水产生量大且污染物浓度高，猪场污水的环境污染问题已严重制约了生猪产业的可持续发展。由于种种原因，大部分猪场周围的农田面积不足甚至无农田对污水进行消纳，对猪场污水进行深度处理成为这些猪场的迫切需要。本文针对猪场污水基础数据和深度处理技术缺乏的问题，对典型清粪方式猪场污水进行了周年监测、并对人工干清粪猪场污水进行膜生物反应器(MBR)小试试验效果研究、MBR出水除磷的研究，在此基础上提出了猪场污水MBR处理与化学除磷处理组合工艺，并进行中试方案设计，主要试验结果如下:
　　1.选择猪场典型人工干清粪、水泡粪和机械干清粪方式，分春、夏、秋、冬四个季节，每个季节连续采样5天，对不同清粪方式猪场污水中化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)浓度进行检测分析。结果表明:人工干清粪、水泡粪和机械干清粪猪场污水的年平均COD浓度分别为(3206±1020) mg/L、(16672±8212) mg/L和(18589±4871)mg/L，TN浓度分别为(328±119) mg/L、(2110±943) mg/L和(6249±2043) mg/L，NH4+-N浓度分别为(185±64) mg/L、(1143±566) mg/L和(2259±1250) mg/L，TP浓度分别为(69±49) mg/L、(299±121) mg/L和(104±75) mg/L。对同一种清粪方式，猪场污水夏秋季节的COD、TN、NH4+-N浓度低于春冬季节，但夏秋季节的TP浓度略高于春冬季节;人工干清粪猪场污水的污染物浓度相对较低，C/N比值较高，可生化性较好，有利于生化处理。
　　2.采用浸没式膜生物反应器处理对其人工干清粪猪场污水的运行参数进行研究，分别选择三个水平的膜区溶解氧浓度(＜1.5、1.5～3、＞3mg/L)、水力停留时间(0.75、1.5、3.0d)、混合液回流比(200％、300％、400％)，通过正交试验，设计形成9个处理组，分3批进行，每批试验运行50d（20d适应期和30d试验期）。试验结果表明:反应器出水平均COD、氨氮、TN、TP浓度分别为(202±201)mg/L，(56.6±54.0) mg/L、(91.6±69.1) mg/L，(19.2±10.0) mg/L，去除率分别为(94.3±5.8)％、(70.0±27.2)％、(70.7±20.7)％、(68.3±17.4)％。MBR对粪大肠菌群数的去除率为(99.9±0.08)％，试验中86.4％的出水粪大肠菌群数能达到《畜禽养殖业水污染物排放标准》的要求。通过COD、氨氮、TP的极差分析，优化出MBR最佳运行参数为:DO1.5～3.0mg/L、HRT3.0d和混合液回流比300％，该组合参数为试验处理4，此运行条件下出水COD、NH4+-N和TP浓度分别为(69.3±48.7) mg/L、(10.0±8.2) mg/L和(14.0±9.9) mg/L，去除率分别为(97.8±1.5)％、(93.8±5.0)％和(81.5±14.2)％。MBR出水出水色度为80～214度，杀菌后出水有望回用于圈舍冲洗，减少猪场生产的水资源消耗。
　　3.如果猪场考虑MBR处理出水排放，则需要进一步除磷，通过分析MBR出水中磷组成，发现77.4％以上的TP以正磷酸盐(PO43-)形式存在，因此对MBR出水以化学除磷方法进行处理;结果表明，当氢氧化钙投加量为9mg/L，PAC为6mg/L，硫酸铁为6.5mg/L，出水磷达到排放标准。综合考虑三种试剂的除磷效果及运行成本，优先选择氢氧化钙。
　　4.基于以上实验研究，形成猪场污水膜生物反应器与化学除磷相结合的组合工艺，并设计出处理能力为10m3/d的膜生物反应器中试方案，为下一步的中试研究提供参考。
　　本论文通过试验获取了我国典型猪场不同清粪方式的污水特性基础数据，并通过人工干清粪猪场污水的膜生物反应器小试效果，以及猪场污水膜生物反应器与化学除磷组合工艺研究，优化出猪场污水膜生物反应器处理优化参数，为猪场污水膜生物反应器处理技术的深入研究提供了基础参数和技术参考依据。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 猪场污水的危害及主要利用途径

1．1．1 猪场污水的危害

1．1．2 猪场污水处理途径

1．2 猪场污水深度处理主要利用途径

1．2．1 还田处理法

1．2．2 人工湿地处理法

1．2．3 AO处理法

1．2．4 序批式活性污泥法

1．2．5 物理化学处理法

1．2．6 膜生物反应器(MBR)

1．3 膜生物反应器的影响因素

1．3．1 污泥停留时间

1．3．2 化学需氧量／总氮

1．3．3 曝气强度

1．3．4 水力停留时间

1．3．5 混合液悬浮固体浓度

1．3．6 混合液回流比

1．3．7 膜污染的影响

1．4 膜生物反应器国内外研究进展

1．5 研究目的与意义

1．6 研究内容与技术路线

1．6．1 研究内容

1．6．2 技术路线

第二章 三种清粪方式出水水质对比

2．1 试验材料与方法

2．1．1 试验时间和地点

2．1．2 人工清粪、机械清粪和水泡粪的猪舍结构

2．1．3 试验日粮

2．1．4 样品分析方法

2．2 试验结果及讨论

2．2．1 三种清粪方式不同季节出水COD含量

2．2．2 三种清粪方式不同季节出水氮含量

2．2．3 三种清粪方式不同季节出水TP含量

2．2．4 三种清粪方式C／N比差异及相应污水处理工艺比较

2．3 小结

第三章 膜生物反应器处理猪场污水小试试验

3．1 试验材料与方法

3．1．1 膜生物反应器

3．1．2 试验污水

3．1．3 试验设计

3．1．4 污泥驯化培养

3．1．5 试验运行

3．1．6 采样及分析方法

3．2 结果

3．2．1 膜生物反应器的运行效果

3．2．2 膜生物反应器对污水中COD的去除效果

3．2．3 膜生物反应器对污水中氮的去除效果

3．2．4 膜生物反应器对污水中粪大肠菌群数的去除效果

3．2．5 膜生物反应器对污水中磷的去除效果

3．2．6 膜生物反应器运行参数优化

3．3 讨论

3．3．1 进水负荷对MBR处理效果的影响

3．3．2 MBR对总磷的去除效果分析

3．3．3 温度对MBR运行效果的影响

3．4 小结

第四章 MBR+后续化学除磷处理人工清粪猪场污水试验研究

4．1 试验材料与方法

4．1．1 试验系统

4．1．2 试验设计

4．2 结果与讨论

4．2．1 膜生物反应器对污水中磷的去除效果

4．2．2 化学沉淀对污水中磷的去除效果

4．2．3 经济性分析

4．3 小结

第五章 膜生物反应器处理污水中试试验设计

5．1 进水水质

5．2 MBR中试设计

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

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