鄧良偉
(農業部沼氣科學研究所，四川成都610041)

　　摘  要：采用水解—SBR工藝進行了規模化豬場糞污處理試驗。水解過程水力停留時間(HRT)為2.0～6.0 h，對COD、BOD5、SS、TN和TP的去除率分別為30.1%～47.3%、45.8%～49.4%、56.0%～61.1%、22.3%和55.3%，NH3-N幾乎沒有去除，水解對COD的去除效率比沉淀處理高17%；SBR的HRT為1.0～1.4 d，對COD、BOD5、SS的去除率分別為52.1%～82.1%、89.0%～95.7%、93.9%～97.3%，但出水中仍殘留相當數量的難降解COD。SBR對氮有較好的去除效果(TN去除率為74.1%)，特別是對高濃度NH3-N的去除取得了相當好的結果(去除率達97%以上)。曝氣量對SBR去除NH3-N有顯著影響，增加曝氣量可以縮短HRT。對比試驗證明，NH3-N的去除不是依靠吹脫作用，而是依靠微生物的降解作用。
　　關鍵詞：水解；SBR；豬場糞污；污水處理
　　中圖分類號：X713
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2001)03-0008-04

Treatment of Piggery Wastes with Hydrolysis-SBR Process
DENG Liang-wei

(Biogas scientific Res.Institute of the Ministry of Agriculture,Chengdu 610041,China)

　　Abstract：Hydrolysis-SBR process was studied on treatment of piggery wastes.When the hydraulic retention time (HRT) of the hydrolysis process is 2.0 ～6.0 h,the removal rates for COD,BOD5,SS,TN and TP are 30.1%～47.3%,45.8%～49.4%,56.0%～61.1%,22.3% and 55.3% respectively,whereas NH3-N is hardly removed.The removal rate for COD by hydrolysis is 17% higher than that by sedimentation at the same HRT.When the HRT of SBR process is 1.0～1.4 d,the removal rates for COD,BOD5 and SS are 52.1%～82.1%,89.0%～95.7% and 93.9%～97.3% respectively,but there is a certain concentration of inert COD in the effluent.SBR process is fairly efficient for TN removal with removal rate of 74.1%,especially for higher concentrations of NH3-N with removal rate in excess of 97%.Increase of aeration rate can decrease HRT.Control test shows that removal of NH3-N relies on biodegradation rather than on air stripping.
　　Keywords:hydrolysis;SBR;piggery wastes;wastewater treatment

　　規模化豬場糞污的處理以往大多采用厭氧或厭氧+好氧工藝，既可回收能源——甲烷，又能減少污染物。由于大多數規模化豬場盡量收集干糞直接向外出售，導致豬場沖洗水量大而排放廢水所含污染物濃度較低，厭氧發酵獲取沼氣的潛力不大。因此，對于污染物濃度較低的豬場廢水，很有必要探尋一種投資省、效果好的處理方法，以滿足要求更加嚴格的廢水排放標準。
　　水解處理相對厭氧處理工藝，能顯著縮短處理時間，提高處理負荷。水解不僅能將廢水中的固態大分子和不易生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子，而且還具有對SS去除率高、能使部分SS在水解反應器中得到消化的特點，并得到了成功的應用［1］。SBR工藝的主要特點是在一個構筑物中完成生物降解和污泥沉淀兩種作用，減少了全套二沉池和污泥回流設施，同時脫氮除磷。結合這兩種工藝的優勢處理豬場糞污，國內外尚未見研究報道。

　　1　試驗裝置與方法

　　水解反應器由塑料制作，內徑為70 mm，高為600 mm，總容積為2.3 L，工作容積為2.0 L，其進水由高位水槽供給，從反應器底部進入，高位溢流出水。SBR反應器由玻璃缸制成，內徑為220 mm，高為240 mm，總容積為9.1 L，工作容積為5.0 L。采用空壓機曝氣，穿孔管布氣。SBR進水、排水均采用潛水泵，排泥為人工虹吸抽排，并用時間控制器對曝氣、進水、排水進行自動控制。其流程見圖1。

　　試驗所用廢水取自某規模化豬場。試驗時水解反應器接種厭氧污泥1.0 L(污泥濃度為28 g/L)，其運行參數按參考文獻［1］確定，并考慮以下因素：HRT太短，會引起沖刷現象，導致污泥流失；HRT太長，有機物降解過多，出水可生化性差，影響后續處理。通過試驗摸索，最后確定水解段HRT為2.0～6.0 h。SBR反應器污泥由實驗室馴化培養而得，試驗運行參數如表1。

　　SBR運行方式見表2。

　　水質分析項目及方法：COD采用重鉻酸鉀法；SS采用烘干稱重法；BOD采用稀釋接種法；TN采用過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法；TP采用鉬銻抗分光光度法；NH3-N采用納氏試劑比色法。

　　2　結果與討論

　　2.1水解對污染物的去除效果
　　水解對污染物的去除效果見表3。

　　由表3可見，水解對BOD5、SS的去除率比較接近，并優于對COD的去除效果，說明BOD₅主要是隨SS被去除。水解對氮的去除效果較差，NH₃-N幾乎未被去除，TN僅去除22.3%(可能是存在于SS中的氮)。水解對TP的去除效果較好，去除率達55.3%(去除的也可能是存在于SS中的磷)。由表4可知，作用時間均為2.0 h，水解對COD的去除率比沉淀處理高17%，說明水解對COD的去除不僅僅是通過沉淀作用，還有降解和吸附作用的存在。

　　與水解相比，盡管厭氧處理能去除70%～85%的COD^［3］，但其HRT＞3 d，裝置容積比水解池大10倍，加上沼氣貯存、脫水、脫硫，厭氧工藝比水解工藝的基建投資至少高5倍，而且厭氧處理出水的可生化性差，影響進一步的好氧后處理。
　　2.2　SBR對污染物的去除效果
　　SBR對水解出水的處理效果見表5。

　　表5的結果表明，SBR對COD、BOD5、SS均有比較好的去除效果，但COD、BOD5仍然達不到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的一、二級標準。處理出水的BOD5/COD＜0.2，說明出水的可生化性很差，這與采用其他好氧法處理的結果比較一致。檢索國內外有關豬場糞污水處理資料，發現國外好氧生物處理出水的COD、BOD5也在此范圍^［5、6］。Bortone^［2］認為，豬場糞污好氧生化處理出水中含有大約300 mg/L的難降解COD。由此看來，單純采用生化處理無法實現豬場糞污的達標處理，還必須采用物化方法作進一步處理。
　　SBR對NH₃-N具有相當好的去除效果，在進水NH3-N濃度很高(283～409 mg/L)的情況下，出水能達到較低的濃度(0.68～11.5 mg/L)，去除率達97.2%～99.8%，優于國外同類研究結果(國外SBR^［5、6］處理豬場糞污的HRT一般在3～10 d，最少的也是1.4 d，但其NH₃-N只能從350 mg/L降解到50 mg/L，去除率只有85.7%)。SBR反應器對TN也有比較好的去除效果，從490 mg/L降解到127 mg/L，去除率為74.1%，與國外的研究結果相近，對TP的去除效果比較差，去除率只有42.2%，低于國外^［5］的研究結果，這可能與排泥較少有關。
　　2.3曝氣量對NH₃-N去除效果的影響
　　改變SBR中的曝氣量，觀察NH₃-N的含量變化，結果見圖2。
　　曝氣量對去除NH₃-N的影響明顯。開始曝氣時，混合液NH₃-N濃度在230 mg/L左右。曝氣量為20 L/min時，約4 h后NH₃-N即降到15 mg/L以下，而曝氣量為10 L/min和3.3 L/min時，分別需6 h和12 h方能將NH₃-N降解到此值；曝氣量為1.6 L/min時，NH₃-N降解很慢，12 h后才降到150 mg/L左右。因此，要達到同樣的去除效果，只能增大曝氣量或延長曝氣時間。

　　2.4吹脫對NH3-N去除效果的影響
　　根據NH⁺4的電離方程：
　　NH⁺4←→?NH₃+H⁺
　　水中游離氨的比率為：
　　α＝10^pH／K_b/K_w+10^pH(1)
　　式中α——水中游離氨的比率，%
　　　　K_w ——水的電離常數，其值為1×10^-14
　　　　K_b——NH+4的電離常數，其值為1.75×10^-5
　　豬糞原水pH＝7.3，混合液pH＝7.5，代入式(1)，求得混合液游離氨的比率為1.7%，說明在混合液pH＝7.5的情況下，理論上NH3被吹脫去除的效率極低。
　　為進一步證實吹脫對SBR反應器中NH3-N的去除作用，同時做了有污泥和無污泥的對照試驗，結果見圖3。

　　有污泥組是用2.5 L SBR混合液加2.5 L水解出水進行試驗，無污泥組是用2.5 L SBR上清液加2.5 L水解出水進行試驗(里面含有很少微生物)，兩組試驗曝氣量一樣。圖3的結果顯示，有污泥試驗組NH₃-N降解迅速，6 h內即從193 mg/L降解到1.3 mg/L，去除率為99.3%，平均1 h降解32 mg/L；在前3 h，也就是NH₃-N濃度＞50 mg/L時，平均1 h降解49 mg/L。而無污泥試驗組NH3-N降解緩慢，6 h內從145 mg/L降解到125 mg/L，去除率為13%，平均1 h降解3.3 mg/L，僅為前者的1/10。無污泥試驗組的NH3-N去除率比理論計算值高，是因為混合液中還殘存有微生物。
　　理論計算和試驗均說明，吹脫對NH3-N去除作用很小，SBR對HN3-N去除主要依靠微生物的作用。

　　3　結論

　　①短時間的水解(HRT＝2.0～6.0 h)對豬場糞污中SS、COD、BOD5及TP均有較好的去除效果，對COD的去除效率比沉淀處理高17%，對氮的去除效果較差。
　　②SBR對水解出水中有機污染物有較好的去除效果，但出水中仍殘留相當數量的難降解COD，是生化處理力所不能及的，還必須進行物化處理。
　　③SBR對水解出水中的氮有良好的去除效果，特別是對NH₃-N的去除效率相當高。在HRT為1.0～1.4 d 時，實際曝氣6 h，對NH₃-N的去除率達97.2%以上。在進水NH₃-N濃度很高(283～409 mg/L)時，出水能達到較低的濃度(0.68～11.5 mg/L)。
　　④曝氣量對NH₃-N去除有明顯的影響，曝氣量越大，NH₃-N的降解越快。
　　⑤理論計算和對比試驗證實，吹脫在SBR中對NH₃-N的去除作用很小，SBR對NH₃-N的去除主要依靠微生物的作用。

　　參考文獻：
　　［1］王凱軍.厭氧(水解)—好氧處理工藝的理論與實踐［J］.中國環境科學，1998，18(4)：337-340.
　　［2］Arora M L,Barth E F，Umphres M B.Technology evaluation of sequencimg batch reactors［J］.Journal WPCF,1985,57(8):867-875.
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　　［4］張忠祥.我國城市畜禽養殖業的污水防治［J］.城市環境與城市生態，1996，9(1)：48-54.
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　　［6］Su Jung-Jeng,Kung Cheng-Ming,Lin Jing,et al.Utilization of sequencing batch reactor for In situ pigggery wastewater treatment［J］.J Environ Sci Health,1997,A32(2):391-405.

　　作者簡介：鄧良偉(1966-)，男，四川安岳人，農業部沼氣科學研究所助理研究員，碩士，主要從事廢水處理研究、工程設計與調試。
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　　收稿日期：2000-06-28
　　修回日期：2000-10-10