膜生物技术在猪粪废水处理中的应用
1 前言
近年来，随着上海市畜禽养殖业的发展和"菜篮子工程"的实施，集约化、规模化畜禽养殖业迅速崛起。据估算［1，2］，全市畜禽废弃物年排泄量相当于1700万人口的排泄量之多，若按BOD5估算，全市畜禽BOD5的排泄量相当于3000万人口的排泄规模。为了减轻市郊水环境日趋严重的污染问题，畜禽粪便废水的处理显然极其必要。畜禽粪便废水有机物浓度高、氨氮浓度高、恶臭严重，对其处理目前尚缺乏成功的经验。该类废水的处理难度较高，常规的厌氧—好氧处理难以实现氨氮达标排放。本文介绍膜生物技术处理某养猪场排放废水，取得了很好的效果。
2 处理设施概况
奉贤芦泾饲养场废水处理设施设计水量为60m3/h, 经实地取样分析，进水水质如表1。
表1 奉贤芦泾饲养场废水处理设施进水水质和排放要求
3工艺选择及工艺流程
畜禽粪便废水是一种高COD和高NH3—N的废水，要实现去除COD和去除NH3—N的目的，达到排放的要求，必须采用具有硝化－反硝化功能的生物脱氮系统，理论上来说采用生化厌氧+好氧处理较适合。但以下几点因素限制了厌氧处理技术在畜禽粪便废水处理中的应用：1）厌氧处理对温度、pH等环境因素很敏感，对操作人员要求高，不适用于畜牧场；2）畜禽粪便废水氨氮浓度高，实际操作中容易造成系统酸化；3）厌氧处理会产生一定量的沼气，由于沼气收集系统造价高、操作要求高，若直接排放存在安全隐患。
因此，厌氧+好氧处理不是最合适的选择。而单一的好氧处理对氨氮没有很好的处理效果。为了达到稳定脱氮的效果，设计采用处理能力大、净化功能高的膜生物废水处理技术。废水首先经过螺旋式固液分离机预处理后，清液进入调节池，均衡水质水量后用泵打入处理池，处理后通过膜分离单元的水排放，处理过程产生的污泥排入污泥干化池。该工艺流程如图1。
4工艺原理及特点
生物处理池中关键的膜分离单元，以一定间隔放置在池后端，池内的活性污泥对废水中的有机物进行降解。降解后的水通过中空丝状膜排放。膜孔孔径为0.1μm,颗粒性物质及活性污泥不能通过该膜孔而被分离。
细菌等不会通过膜孔而流失，而是附着后形成生物膜[4]，随着时间的增加，生物膜上能生长世代时间较长、增殖速度慢的硝化菌。由于微生物附着生长并使生物膜具有较少的含水率，单位处理池容积内的生物量可比普通活性污泥高5～20倍，因而具有较大的处理能力。又由于硝化菌的生产繁殖，使处理池不仅能有效地去除有机污染物，且具有一定的硝化脱氮功能。
生物处理池采用微孔曝气器曝气，部分污泥回流至池前端，回流比最高可达到9：1。在膜分离装置前，高浓度活性污泥与废水充分混合，有机物在被微生物降解的同时，NH3—N也被亚硝酸菌氧化成NH3-，再回流至池前端利用进水的有机物碳源进行反硝化，最终使NH3-还原成为N2，达到脱氮的作用。在正常运转后，处理池中活性污泥浓度可达8000～12000mg/L。
采用膜生物技术的处理工艺与普通活性污泥法相比较，膜生物处理池通过膜分离单元将清水直接抽出，不参加回流的部分污泥可直接被分离，不需要再设置二沉池进行固液分离。这样池内的活性污泥及微生物不会流失，可保持高浓度的微生物菌类，这样保证了稳定的有机物降解率和NH3—N去除率，同时由于处理池中的活性污泥浓度是普通活性污泥法污泥浓度的3～4倍，使其占地面积只有普通活性污泥法处理池的1/4～1/3。
5调试及运行状况
该废水处理站2000年3月开始调试，取松江张泽养猪场好氧活性污泥进行接种、驯化。进水量在驯化过程中渐次放大，维持2周后投入使用。分4个阶段进行水质监测（见表3）。通过表3可以看到，随着时间的推移，池中的硝化作用逐渐增强，NH3-N指标逐渐达到标准，其间有由于NO3-N累积引起CODCr超标、最后完全达标的过程。膜生物技术脱氮作用是通过硝化菌的不断繁殖实现的。
根据各阶段调试的出水水质监测（见图3），2000年8月出水水质分析结果显示， CODCr=150 mg/L、BOD5=40 mg/L、SS=70 mg/L、NH3-N=1mg/L，都大大低于设计标准。
上述排放指标达到了《上海市畜禽粪便综合处理工艺技术方案征集任务书》规定的排放标准，而且达到了合流污水接管标准。整套处理设施占地面积200 m2，能耗9.6kW，主要为水泵、鼓风机动力消耗，每日开启时间在8h左右，每日耗电量在80 kWh。 本工艺无需投加药剂，因此日常运行费用主要由电费、人工费组成。
表3 调试进程
6 结论
本处理设施证明了膜生物膜技术在针对高COD、高NO3-N的畜禽粪便废水处理是非常有效的。我们将膜生物处理技术的特点总结如下：
1）处理出水水质稳定；
2）处理设备占地面积小；
3）处理效率高，抗有机负荷冲击能力强；
4）动力消耗低；
5）由于活性污泥不会流失，因此不会出现污泥膨胀影响正常运行的现象；
6）操作管理简单。