陳小攀,胡雨聰,徐麗亞,黃瀚坤
(浙江省機電設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310051)
養(yǎng)豬廢水具有懸浮物多、重金屬多、臭味大、有機物和氨氮濃度高等污染特征,而且排放量大、排放點分散,導(dǎo)致廢水處理難度大,處理費用高。未得到妥善處理便直接排放的養(yǎng)豬廢水進(jìn)入外界環(huán)境后,對土壤、水體、大氣環(huán)境造成嚴(yán)重危害,所攜帶病菌等甚至?xí)鸺膊鞑サ雀鞣N生物污染,嚴(yán)重威脅環(huán)境安全。因此,在強調(diào)綠色可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境背景下,積極尋求一條既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的養(yǎng)豬廢水處理工藝是生豬產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵[1]。
MBR由膜組件和生物反應(yīng)器組成,它是通過利用生物反應(yīng)器中微生物的降解作用,達(dá)到去除廢水中的污染物的目的[2],較常規(guī)污水處理工藝而言,處理工藝具有以下特點:①出水水質(zhì)好且穩(wěn)定,可直接回用或補充地下水;②設(shè)備緊湊,占地面積少;③工藝參數(shù)容易控制;④脫氮能力強;⑤污泥產(chǎn)率低,污泥濃度高,節(jié)省能耗;⑥易于實現(xiàn)自動化控制[3]。
目前,養(yǎng)豬廢水處理最大的難點在于廢水的高COD、高氨氮,特別在環(huán)境敏感地區(qū),對處理出水的氮磷有更嚴(yán)格的要求,因此強化MBR處理出水就更顯得迫切和重要[4]。本實驗將FSMBR與分子膜相結(jié)合的小試系統(tǒng),研究其對廢水有機物和氨氮的去除效果,為工程化應(yīng)用提供技術(shù)儲備。
取自某養(yǎng)豬場氧化塘的水樣,水質(zhì)見表1。
表1 實驗用水水質(zhì)Table 1 Test water quality
主要實驗藥劑為:重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液(0.25 mol/L)、試亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸-硫酸銀溶液、硫酸汞、納氏試劑、石酸鉀鈉溶液、銨標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液、銨標(biāo)準(zhǔn)使用溶液、磷酸鹽緩沖溶液、硫酸鎂溶液、氯化鈣溶液、氯化鐵溶液、鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液、亞硫酸鈉溶液、葡萄糖-谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、高氯酸溶液、過硫化鉀溶液、抗壞血酸溶液、鉬酸鹽溶液、磷標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。
根據(jù)計算得出理論狀態(tài)下的最佳氣水比、水力停留時間、MLSS、溫度的最佳工作參數(shù),再分別對四個參數(shù)進(jìn)行單獨研究[6]:
(1)氣水比研究:設(shè)定水力停留時間為16 h、MLSS為3700 mg/L和溫度為26 ℃,設(shè)定氣水比分別為15:1、20:1、25:1、30:1、35:1,測定COD、NH3-H、BOD5,得出去除率,得出去除率最佳的氣水比。
(2)水力停留時間研究:設(shè)定氣水比為30:1、MLSS為3700 mg/L和溫度為26 ℃,設(shè)定水力停留時間分別為12 h、14 h、16 h、18 h、20 h,測定COD、NH3-H、BOD5,得出去除率,得出去除率最佳的進(jìn)水力停留時間。
(3)MLSS研究:設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h和溫度為26 ℃,設(shè)定MLSS分別為3700 mg/L、3900 mg/L、4100 mg/L、4300 mg/L、4500 mg/L,測定COD、NH3-H、BOD5,得出去除率,得出去除率最佳的MLSS。
(4)溫度研究[7]:設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h和MLSS為4500 mg/L,設(shè)定溫度分別為22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃,測定COD、NH3-H、BOD5,得出去除率,得出去除率最佳的工作溫度。
一套FSMBR+分子膜的雙膜裝置,裝置的有效容積為24 L,膜池水深0.6 m,內(nèi)置8片膜,單片膜面積為0.4 m2,過濾孔徑為0.1 μm的無機陶瓷平板膜。
COD的測定采用重鉻酸鉀法,BOD5的測定采用標(biāo)準(zhǔn)稀釋法,NH3-N的測定采用納氏試劑分光光度法。
氣水比、MLSS、水力停留時間和溫度是影響無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)污水處理效果的重要條件,因此分析不同氣水比、MLSS、水力停留時間和溫度處理后的水質(zhì)和處理效率,得出各自最佳的情況,將最佳參數(shù)運用到FSMBR+分子膜系統(tǒng)研究處理后的水質(zhì)情況,對比無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)和FSMBR+分子膜系統(tǒng)在最佳條件下的處理效果。
2.1.1 氣水比
設(shè)定水力停留時間為16 h、MLSS為3700 mg/L、溫度為26 ℃,設(shè)定氣水比分別為15:1、20:1、25:1、30:1、35:1,分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度,分別得出去除率如表2所示。
表2 不同氣水比下無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 2 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different air-water ratios
從表2可以得出,在氣水比為30:1時,出水水質(zhì)情況最佳,達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到44.8 mg/L,去除率達(dá)到84%;NH3-H從50 mg/L降低到10.59 mg/L,去除率達(dá)到78.82%;BOD5從110 mg/L降低到14.4 mg/L,去除率達(dá)到86.9%。
2.1.2 水力停留時間
設(shè)定氣水比為30:1、MLSS為3700 mg/L、溫度為26 ℃,設(shè)定水力停留時間分別為12 h、14 h、16 h、18 h、20 h,分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度,分別得出去除率如表3所示。
表3 不同水力停留時間下無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 3 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different hydraulic retention times
從表3可以得出,在水力停留時間為20 h時,出水水質(zhì)情況最佳,達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到41.2 mg/L,去除率達(dá)到85.29%;NH3-H從50 mg/L降低到10.6 mg/L,去除率達(dá)到78.8%;BOD5從110 mg/L降低到12.5 mg/L,去除率達(dá)到88.6%。
2.1.3 MLSS
設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、溫度為26 ℃,設(shè)定MLSS分別為3700 mg/L、4100 mg/L、4300 mg/L、4500 mg/L,分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度,分別得出去除率如表4所示。
表4 不同MLSS下無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 4 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different MLSS
從表4可以得出,在MLSS為4500 mg/L時,出水水質(zhì)情況最佳,達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918-2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到38.7 mg/L,去除率達(dá)到86.19%;NH3-H從50 mg/L降低到12.23 mg/L,去除率達(dá)到75.54%;BOD5從110 mg/L降低到11.9 mg/L,去除率達(dá)到89.2%。
2.1.4 溫 度
設(shè)定氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、MLSS為4500 mg/L,設(shè)定溫度分別為22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃,分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度,分別得出去除率如表5所示。
表5 不同溫度下無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)下出水水質(zhì)Table 5 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system at different temperatures
從表5可以得出,在溫度為28 ℃時,出水水質(zhì)情況最佳,達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189918—2002)二級標(biāo)準(zhǔn)。COD從280 mg/L降低到38.6 mg/L,去除率達(dá)到86.21%;NH3-H從50 mg/L降低到10.23 mg/L,去除率達(dá)到79.54%;BOD5從110 mg/L降低到12.1 mg/L,去除率達(dá)到89%。
根據(jù)對無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)的實驗,可以得出無機陶瓷平板膜運行的最佳參數(shù)為,氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、MLSS為4500 mg/L、溫度為28 ℃,再將平板膜與分子膜工藝結(jié)合,構(gòu)建成FSMBR+分子膜工藝,在同樣參數(shù)下進(jìn)行實驗,分別測定COD、NH3-H、BOD5出水的濃度,分別得出去除率如表6所示。
表6 最佳參數(shù)下FSMBR+分子膜系統(tǒng)出水水質(zhì)Table 6 Water quality of FSMBR+ molecular membrane system under optimal parameters
對比無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)出水水質(zhì),新的FSMBR+分子膜系統(tǒng)處理后的水質(zhì)更好,COD從280 mg/L降低到29.6 mg/L,去除率達(dá)到89.43%;NH3-H從50 mg/L降低到5.64 mg/L,去除率達(dá)到88.72%;BOD5從110 mg/L降低到8.9 mg/L,去除率達(dá)到91.91%。
采用無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)處理養(yǎng)豬場氧化塘污水,在氣水比為30:1、水力停留時間為20 h、MLSS為4500 mg/L、溫度為28 ℃條件下,出水的COD、NH3-H、BOD5平均質(zhì)量濃度分別為38.6 mg/L、10.23 mg/L、12.1 mg/L,對應(yīng)的去除率分別為86.21%、79.54%、89%。
新的FSMBR+分子膜系統(tǒng)在同樣的環(huán)境下處理養(yǎng)豬場氧化塘污水,出水的COD、NH3-H、BOD5平均質(zhì)量濃度分別為29.6 mg/L、5.64 mg/L、8.9 mg/L,對應(yīng)的去除率分別為89.43%、88.72%、91.91%,出水的水質(zhì)比采用無機陶瓷平板膜MBR系統(tǒng)處理后的更好。因此新的FSMBR+分子膜系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高出水的水質(zhì),可以用于處理需要更高出水水質(zhì)要求的場合。