屠宰廢水處理反應(yīng)沉淀一體式矩形環(huán)流生物反應(yīng)器

屠宰廢水含有較高濃度的有機(jī)物(CODCr)、總氮(TN)和懸浮物(SS)，相比生活污水處理難度較大。華潤肉類食品(深圳)有限公司龍崗分公司原有2500m3/d屠宰廢水處理設(shè)施，采用A2/O工藝，目前處理水量已接近飽和。因擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的需要，該廠急需新增約1500m3/d的廢水處理設(shè)施，而目前廠區(qū)內(nèi)空地面積有限，需要選擇一種占地少而又能保證處理效果的工藝進(jìn)行擴(kuò)容。

反應(yīng)沉淀一體式矩形環(huán)流生物反應(yīng)器(RPIR反應(yīng)器)是筆者單位前期開發(fā)的產(chǎn)品，該反應(yīng)器基于經(jīng)典化工傳質(zhì)理論和前人基礎(chǔ)研究，內(nèi)部設(shè)置巧妙的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，提高了氧傳質(zhì)效率，促進(jìn)空氣、微生物(活性污泥)和水體三相的接觸反應(yīng)，同時(shí)又為活性污泥和水體的分離提供了良好的條件。RPIR反應(yīng)器集反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)于一體，有效微生物被截留下來，使生化池中能夠保持較高的活性污泥濃度，因此具備水力停留時(shí)間短、占地面積小、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。

本研究是首次將RPIR反應(yīng)器應(yīng)用于屠宰廢水的處理，新建一條處理規(guī)模為1500m3/d的廢水處理設(shè)施，并結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)分析RPIR反應(yīng)器對屠宰廢水的處理效果。

1、工藝設(shè)計(jì)與方法

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)深圳市對屠宰場廢水的排放要求，并結(jié)合GB13457―1992《肉類加工工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的三級標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)裝置

本設(shè)計(jì)的核心技術(shù)為RPIR好氧反應(yīng)器。RPIR好氧反應(yīng)器原理如圖1所示。RPIR好氧反應(yīng)器通過設(shè)置導(dǎo)流裝置，將生化廢水處理技術(shù)中的生化反應(yīng)區(qū)和污泥沉淀區(qū)整合，并在底部設(shè)置污泥斗。廢水由反應(yīng)器底部進(jìn)入，經(jīng)環(huán)流運(yùn)動(dòng)與反應(yīng)器內(nèi)活性污泥充分混合，之后在兩側(cè)沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離，最終上清液由沉淀區(qū)上部溢流排出，污泥自動(dòng)沉降至反應(yīng)區(qū)，剩余污泥經(jīng)污泥斗定期排出。反應(yīng)區(qū)下部設(shè)有微孔曝氣器，由羅茨風(fēng)機(jī)供氣用于提供溶解氧及反應(yīng)器內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)力。RPIR厭氧反應(yīng)器的原理、結(jié)構(gòu)與好氧反應(yīng)器類似，無曝氣功能，且外形設(shè)計(jì)為圓筒形。

1.3 處理工藝

新系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

RPIR厭氧反應(yīng)器設(shè)置2座，每座尺寸為6.0m×10.5m，有效容積為282.6m3，廢水停留時(shí)間為9.0h，提升泵將廢水分別提升至RPIR厭氧反應(yīng)器1和RPIR厭氧反應(yīng)器2。在厭氧反應(yīng)器出水管口設(shè)置PAC除磷添加點(diǎn)，PAC與廢水一同進(jìn)入有效容積為1000m3的RPIR好氧反應(yīng)器，廢水在池內(nèi)完成好氧過程，停留時(shí)間為16h，保持污泥濃度在6000mg/L左右。選擇流量為43.9m3/h、功率為75kW的羅茨風(fēng)機(jī)充氧。各構(gòu)筑物的停留時(shí)間如表2所示。

1.4 生化池調(diào)試方法

采用臨時(shí)泵從現(xiàn)有污泥濃縮池中抽取污泥至生化池。采用清水稀釋污泥后，RPIR好氧反應(yīng)器首先悶曝2d，第3天進(jìn)水量從小到大逐漸增加，連續(xù)運(yùn)行數(shù)天后活性污泥開始逐漸增多，為了加快這一進(jìn)程，再分批投加污泥，在污泥馴化初期，合理控制曝氣量。RPIR厭氧反應(yīng)器的污泥馴化較為簡單，污泥接種后，直接悶罐發(fā)酵2d，當(dāng)液面出現(xiàn)浮泥時(shí)，及時(shí)清掃，然后再投加污泥，由于厭氧過程污泥生長極為緩慢，因此，污泥投加量較多。

1.5 分析方法

CODCr采用重鉻酸鹽法測定，NH3-N采用納式試劑分光光度法測定，TN采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定，TP采用鉬酸銨分光光度法測定，MLSS采用文獻(xiàn)的方法。每10天進(jìn)行6次水質(zhì)采樣及測定，并統(tǒng)計(jì)10d內(nèi)各水質(zhì)參數(shù)的平均值。

2、結(jié)果與討論

2.1 CODCr去除效果分析

CODCr濃度變化及去除率如圖3所示。進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度為496.5~4480mg/L，經(jīng)RPIR好氧反應(yīng)器處理后，出水CODCr平均質(zhì)量濃度為110.8mg/L(遠(yuǎn)低于排放限值280mg/L)，總平均去除率達(dá)94.1%，其中RPIR好氧反應(yīng)器對CODCr的平均去除率達(dá)86.5%，起主要作用。盡管RPIR好氧反應(yīng)器的停留時(shí)間僅有16h，但是由于氧傳質(zhì)作用強(qiáng)，有益微生物較多，微生物能高效降解含碳有機(jī)物，新系統(tǒng)對CODCr的年削減量為970.9t。

2.2 NH3-N去除效果分析

新系統(tǒng)對NH3-N的去除效果如圖4所示?？傔M(jìn)水NH3-N質(zhì)量濃度較高，平均值為163.3mg/L。廢水經(jīng)過氣浮池、RPIR厭氧反應(yīng)器1、RPIR厭氧反應(yīng)器2和RPIR好氧反應(yīng)器處理后，出水NH3-N質(zhì)量濃度為16.0mg/L。新系統(tǒng)對NH3-N的總?cè)コ蕿?/span>82.4%~95.9%，平均去除率為90.1%，年削減量為80.6t。RPIR好氧反應(yīng)器去除NH3-N的能力強(qiáng)，主要在于它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠高效截流有益菌體，創(chuàng)造有利于污泥齡較長的微生物生存的環(huán)境。結(jié)合理論指導(dǎo)及現(xiàn)場運(yùn)行情況，在確保NH3-N得到高效降解的前提下，通過調(diào)控風(fēng)機(jī)頻率保證RPIR好氧反應(yīng)器的溶解氧質(zhì)量濃度維持在2.0mg/L即可，充分實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。

2.3 TN去除效果分析

新系統(tǒng)對TN的去除效果如圖5所示。總進(jìn)水TN平均質(zhì)量濃度為258.3mg/L。原水經(jīng)氣浮池、RPIR厭氧反應(yīng)器1、RPIR厭氧反應(yīng)器2和RPIR好氧反應(yīng)器處理后，出水TN質(zhì)量濃度為24.9~119.5mg/L，平均值為81.5mg/L。新系統(tǒng)對TN的平均去除率為68.4%，年削減量為94.9t。通常，生化反應(yīng)去除TN的機(jī)理是由NH3-N轉(zhuǎn)換的硝態(tài)氮在缺氧環(huán)境下再轉(zhuǎn)換為氮?dú)狻?/span>RPIR好氧反應(yīng)器前端并無缺氧過程，因此，推測脫氮效果主要為RPIR好氧反應(yīng)器的生化反應(yīng)。類似觀點(diǎn)在前人的研究中已有所表述，劉長青等研究AmOn一體式工藝與RPIR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)類似，導(dǎo)流板的作用也將反應(yīng)器分隔為好氧硝化區(qū)和缺氧反硝化區(qū)；方芳等提倡間歇式曝氣創(chuàng)造出有氧-缺氧的環(huán)境，類似于RPIR的曝氣區(qū)和沉淀區(qū)的更新交替，可以加強(qiáng)硝化和反硝化作用。

2.4 TP去除效果分析

新系統(tǒng)對TP的去除效果如圖6所示。系統(tǒng)進(jìn)水的TP質(zhì)量濃度為20.8~54.4mg/L，平均值為28.8mg/L。為了提高除磷效果，本工藝在RPIR厭氧反應(yīng)器出水管口設(shè)置化學(xué)藥劑除磷點(diǎn)，經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后，廢水與藥劑一同混合進(jìn)入RPIR好氧反應(yīng)器，最終出水TP質(zhì)量濃度為2.3~9.9mg/L，平均值為3.8mg/L，TP去除率達(dá)78.0%~92.2%，平均去除率達(dá)85.9%。經(jīng)計(jì)算，本系統(tǒng)對TP的年削減量達(dá)13.7t。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，可發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)的TP去除效果與進(jìn)水TP濃度及RPIR好氧反應(yīng)器的排泥頻率有密切的相關(guān)性。

2.5 SS去除效果分析

RPIR好氧反應(yīng)器的出水SS質(zhì)量濃度如圖7所示。出水SS質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值100mg/L，分布在10~29mg/L之間，平均值為17mg/L。通常情況下，廢水經(jīng)過好氧處理后，后端需要具有足夠大的沉淀池或較長的廢水停留時(shí)間才能保證出水具有較低的SS值。RPIR的沉淀區(qū)具有特殊的導(dǎo)流板，使環(huán)流混合液在沉淀區(qū)能夠靜置下來，省去了沉淀池等構(gòu)筑物，大大節(jié)省了占地空間。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，出水SS濃度受好氧區(qū)污泥濃度和溶解氧的影響較大，污泥濃度越高(現(xiàn)場測定7500mg/L以上)，出水SS濃度隨之增高；溶解氧的質(zhì)量濃度越高(高于4.0mg/L)，產(chǎn)生的泡沫導(dǎo)致污泥上浮，出水的SS濃度也會(huì)增高。因此，在系統(tǒng)運(yùn)行中，保持污泥濃度為6000mg/L，溶解氧的質(zhì)量濃度為2.0mg/L，對出水SS濃度具有重要的意義。

2.6 新系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性分析

每10天監(jiān)測RPIR好氧反應(yīng)器的MLSS、MLVSS和SV30，連續(xù)監(jiān)測7個(gè)月，結(jié)果如圖8所示。RPIR好氧反應(yīng)器內(nèi)MLSS與MLVSS的質(zhì)量濃度分別為6000、3650mg/L左右，SV30處于35%~45%之間。其中，第7次監(jiān)測到MLSS的質(zhì)量濃度為7100mg/L，SV30達(dá)56%，明顯偏高，其原因是此次取樣前后幾天內(nèi)，RPIR好氧反應(yīng)器曝氣區(qū)內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度高達(dá)4.4mg/L，導(dǎo)致好氧微生物大量繁殖，污泥濃度增加。第13次監(jiān)測到MLSS的質(zhì)量濃度為3421mg/L，SV30只有16%，這是因?yàn)樵摱螘r(shí)間新系統(tǒng)進(jìn)水中含大量的豬血，有機(jī)物大分子濃度顯著增高，系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)受到?jīng)_擊，部分污泥失去活性，但10d后污泥活性即恢復(fù)正常?？梢姡?/span>RPIR工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，但在實(shí)際運(yùn)行中，仍需避免血水等高分子有機(jī)物大量進(jìn)入系統(tǒng)。

3、系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

A2O工藝是處理屠宰廢水的主流工藝之一，本廠原有系統(tǒng)采用此工藝，生化池的有效容積為2350m3，生化區(qū)噸水占地面積為0.29m2。A2O工藝對CODCr、NH3-N的去除效果可以達(dá)90%以上，但其硝化液回流需要耗費(fèi)較高的能量，且后續(xù)的沉淀池增加了占地面積，并不適用于用地面積緊張的廢水處理廠的擴(kuò)容改造。

相比于原有系統(tǒng)，新系統(tǒng)生化區(qū)噸水占地面積為0.16m2，針對1500m3/d的廢水處理規(guī)模，可節(jié)約建設(shè)面積212.75m2，直接節(jié)省投資160萬。原有系統(tǒng)和新系統(tǒng)的生化池耗電量分別為1.4、1.1kW?h/t。新系統(tǒng)采用RPIR技術(shù)，在保證CODCr、NH3-N、TN、TP和SS處理效果的前提下，省去了沉淀池，生化區(qū)的噸水占地面積大大減??；并且由于RPIR反應(yīng)器污泥進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，無需回流泵工作，同時(shí)可節(jié)約電耗。

對比除磷劑PAC的投加量可知，原系統(tǒng)與新系統(tǒng)的投加量均分布在90~100mg/L之間，新工藝的生化除磷效果與原系統(tǒng)的生化除磷效果相似，新系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于RPIR好氧反應(yīng)器能高效去除NH3-N、CODCr。

4、結(jié)論

(1)RPIR反應(yīng)器對屠宰廢水具有較好的處理能力，對CODCr、NH3-N、TN和TP的平均去除率分別達(dá)94.1%、90.1%、68.4%和85.9%，出水平均質(zhì)量濃度分別為110.8、16.0、81.5、3.8mg/L。出水SS平均質(zhì)量濃度為17mg/L。其中，出水CODCr、NH3-N、SS優(yōu)于GB13457―1992二級標(biāo)準(zhǔn)。RPIR曝氣反應(yīng)區(qū)MLSS的質(zhì)量濃度可以穩(wěn)定維持在6000mg/L左右，SV30保持在35%~45%之間。

(2)與原有廢水處理系統(tǒng)(A2O)相比，新系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于節(jié)約建設(shè)面積212.75m2，生化區(qū)處理單位廢水占地面積僅為0.16m2，RPIR好氧反應(yīng)器的廢水停留時(shí)間僅有16h。

(3)RPIR反應(yīng)器具有簡化廢水處理流程、節(jié)能的顯著優(yōu)勢。將反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)巧妙地整合一起，利用環(huán)流效應(yīng)，省去污泥回流泵，可節(jié)約能耗，而將反應(yīng)器分割成硝化和反硝化區(qū)域，強(qiáng)化了反應(yīng)器去除NH3-N和TN能力。(來源：深圳市清研環(huán)境科技有限公司，深圳清華大學(xué)研究院，華潤肉類食品(深圳)有限公司龍崗分公司)