水解酸化_CASS工艺处理畜禽养殖业废水
水解酸化
第 27 卷第 8 期 煤 炭 技 术 2008 年 8 月 Coal Technology
Aug ,2008 水解酸化 + CASS 工艺处理畜禽养殖业废水赵一霖 , 宋子岭 , 顾连军 ( 辽宁工程技术大学 环境工程系 , 辽宁 阜新 123000) 摘 :介绍了水解酸化 + CASS 工艺处理畜禽养殖业废水的整个流程及主要设备的选择 ,水解酸化 + CASS 工艺可 要 以在任何进水速率和反应器在完全混合条件下运行而不发生污泥膨胀 ; 具有良好的污泥沉降性能 ; 可变容积运行 提高了水质 ,水量波动的适应性和操作运行的灵活性 ; 通过微处理器容易控制整个过程 ,适宜于处理畜禽养殖业废 水 ,为畜禽养殖业废水处理工程的设计和运行提供了成功经验 。 关键词 : 水解酸化 ; CASS 工艺 ; 污泥处理 中图分类号 :R123 ; X703 文献标识码 :A 文章编号 :1008 - 8725 (2008) 08 - 0136 - 02 Acid Hydrolysis + CASS Process Waste water Livestock and Poultry Industry ZHAO Yi - shen , SONG Zi - ling , GU Lian - jun (Liaoning
Engineering Technology University of Environmental Engineering , Fuxin 123000 , China) 0 引言 随着畜牧业的兴起和发展 ,养殖业在现代农业中占据的 比重越来越大 ,而农业示范区都是以集约化设施养殖为主 , 每年将有大
量的冲洗粪便的污水集中排放 ,如果污水不经过 分复杂 , 在人为强烈干扰下 , 将造成系统不稳定 , 难以控制 , 不属于当地自然种群的引进生物可能留下长期隐患 。因此 , 采用生物控制时必须仔细考虑带来的不利生态后果 。 在水华出现时用船只捕捞藻类 ,收获的藻类可以加工成 鱼食 , 在上海等地有使用 。该法易于控制 , 短期效果显著 , 但在藻类大量繁殖后再去除 ,工作量极大 ,事倍功半 。 20 世纪 90 年代日本开始进行超声波抑藻杀藻技术的研 究 ,目前在千叶湖进行较大规模的试验 。我国清华大学等单 位也进行了一定研究 。初步结果表明 ,适当频率和强度的超 声波处理 5min 就可以严重抑制藻类生长 ( 减少 50 %) 。高 效、 、 迅速 简单 、 无二次污染等显著优点使得超声波抑藻杀藻 具有很大的吸引力 。 超声波泛指频率在 16 kHz 以上的声波 ,是物质介质中的 一种弹性机械波 , 能在水中产生一系列接近于极端的条件 , 如超过重力加速度几万倍的质点加速度 ,空化泡破裂产生的 瞬间高温和高压 ( 4 000 K,500 大气压 ) 、 急剧的放电 , 以及强 烈的冲击波和射流等 。由此衍生的二次波 、 辐射压 、 声捕捉 、 自由基 、 氧化剂等也可能较大程度地改变介质性质 。 超声波可能的抑藻杀藻机理有 : 破坏细胞壁 、 破坏气胞 、 破坏活性酶 。高强度的超声波能破坏生物细胞壁 ,使细胞内 物质流出 ,这一点已在工业上运用 。藻类细胞的特殊构造是 一个占细胞体积 50 %的气胞 ,气胞控制藻类细胞的升降运 。 收稿日期 :2008 - 03 - 17 ; 修订日期 :2008 - 05 - 07 作者简介 : 赵一霖 (1984 - ) ,女 ,武汉人 ,硕士研究生 ,主要从事环境系统工程的研究 ,E - mail :zhaoyilin210 @126. com 。 Abstract : This paper introduces acid hydrolysis + CASS Process wastewater livestock and
poultry industry and the entire process of selection of major equipment , acid hydrolysis + CASS process can be in any water rate and completely mixed in the reactor under the condition of not running in sludge bulking ; good sludge sedi2 mentation performance ; variable volume operation improved water quality , water fluctuations operate with the adaptability and flexibility through the microprocessor to control the entire process ; suitable for livestock and poultry processing industry wastewater , for livestock and poultry industry wastewater treatment project in the design and operation of a successful experience. Key words :acid hydrolysis ; CASS technology ; sludge treatment 处理 ,随意排入或处置不当 ,经降水的冲洗 、 冲刷就会污染地 面水和地下水 。粪便污水对水体的污染主要是有机污染物 、 氮和磷营养物质所带来的危害 。为了不对环境造成污染 ,确 保农业园区农产品质量和大量粪便污水的回用 ,针对畜禽养 殖业的废水的特点 , 采用合适的工艺对废水进行处理后 ,达 超声波引起的冲击波 、 射流 、 辐射压等可能破坏气胞 。在适 当的频率下 ,气胞甚至能成为空化泡而破裂 。同时 , 空化产 生的高温高压和大量自由基 ,可以破坏藻细胞内活性酶和活 性物质 ,从而影响细胞的生理生化活性 。此外 , 超声波引发 的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物 。 超声波作用受多种因素影响 , 其中最重要的是频率和强度 , 对工艺条件的优化是下一步研究的重点 。 Vol127 ,No18 5 结论 水体富营养化主要是因为水中氮磷浓度偏高 ,导致水中 藻类大量繁殖 ,根治水体富营养化必须除去水中富余氮磷 , 并积极采取各种措施人工捞藻 。 参考文献 : [1 ] 周怀东 ,彭文启 ,等 . 水污染与水环境修复 [ M] . 北京 : 化学工业 出版社 ,2005. [2 ] 金相灿 . 湖泊富营养化控制和管理技术
[ M] . 北京 : 化学工业出 版社 ,2001. [3 ] 郭培章 ,宋群 . 中外水体富营养化治理案例研究 [M] . 北京 : 中国 计划出版社 ,2003. [4 ] 金相灿 . 中国湖泊富营养化 [ M] . 北京 . 中国环境科学出版社 , 1990. [5 ] 卢碌莉 . 湖泊水环境预测及污染的综合治理措施 [J ] . 新疆环境 保护 ,2004. 第 8 期 赵一霖 ,等 : 水解酸化 + CASS 工艺处理畜禽养殖业废水 137? ? 标排放 。 1 试验 1. 1 废水水质及排放要求 表1 项目 COD∏ ? - 1 mg L SS∏ ? - 1 mg L 进水水质 4 500 2 000 1 200 320 出水水质 420 150 200 80 1. 2 工艺流程 图1 CASS 工艺流程图 该方案的一个特点是使用了水解酸化进行预处理 ,水解 处理相对于厌氧处理工艺 , 能显著缩短处理时间 , 提高处理 负荷 。水解不仅能将废水中的固态大分子和不易生物降解 为易于生物降解的小分子 ,而且还具有对 SS 去除率高 、 能使 部分 SS 在水解反应池中得到消化的特点 。CASS 的主要特点 就是在一个构筑物中完成生物降解和污泥沉淀两种作用 ,减 少了二沉池和污泥回流设施 ,同时脱氮除磷 。 1. 3 主要处理结构物的设计 1. 3. 1 集水调节池 对于养殖业废水水量小且间歇排放 ,水量和水质在 24 h 之内波动很大 ,为保证处理设备正常稳定运行 , 并确定合理 的设计规模 ,必须进行水量和水质的调节 。为了节约费用和 工程量 ,我们就把其当作均量池 ,不需要搅拌 、 曝气等 [1 ] 。 1. 3. 2 水解酸化池 水解酸化池实际是利用厌氧反应中的水解酸化阶段 ,而 放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段 。水解酸化池对有机物 的去除 ,特别对悬浮物的去除率显着高于具有相同停留时间 的初沉池 。此系统不需要搅拌器 , 不需水 、 、 气 固三相分离 器 ,降低了造价 ,便于维护 [2 ] 。
水解酸化池示意图见图 2 。 图2 水解酸化池示意图 1. 3. 3 CASS 反应池 粪便废水经过厌氧 ( 水解酸化) 处理 ,虽然降解了大部分 有机物 ,但是出水污染物浓度仍然很高 , 还必须经过好氧处 理才能满足排放要求 。由于养殖业污水间歇排放的特点 ,选 用 CASS 工艺 ( 排水为连续或半连续时使用最佳 ) 处理较为合 适 [3 ] 。 CASS 反应池 ( Cyclic Activated Sludge System 简称 CASS) 也 称 CAST 或 CASP 工艺 ,是 SBR 工艺的一种改进型 [4 ] 。 1. 3. 4 接触消毒池 此废水经过处理后 , 水质已经改善 , 但细菌的绝对值仍 然很大 ,存在有毒病原菌的可能 。因此在排放水之前应进行 消毒处理 。接触消毒池示意图见图 3 [5 ] 。 NH3 - N∏ ? mg L BOD5∏ ? - 1 mg L -1 图3 接触消毒池 2 CASS 主要特点 [6 ] (1) 根据生物选择原理 ,利用与主反应区分建或合建 、 位 于系统前端的生物选择器对磷的释放 、 反硝化作用及对进水 中有机物的快速吸附作用 ,增强了系统的稳定性 。 (2) 可变容积的运行提高了系统对水量水质变化的适应 性和操作的灵活性 。 (3) 通过对生物速率的控制 , 使反应器以厌氧 - 缺氧 好氧 - 缺氧 - 厌氧的序批方式运行 ,使其有优良的脱氮除磷 效果 ,降低了运转费用 。 3 结果与分析 3. 1 运行结果分析
(1) 养殖业废水使用了调节池 ,使 BOD 经过水解酸化池 之后降至 1 000 mg∏ 以下 ,同时起到水质均和的作用 。 L (2) 废水经过水解酸化池后 ,可生化降解程度提高 ,使后 续处理 CASS 去除率达到 95 % ,有利于难降解有机物的去除 。 短时间的水解酸化 ( HRT = 210 ～ 610 h) 对畜禽粪污废水中 SS 、 、 有较好的去除效果 ,对 COD 的去除效率比沉淀 COD BOD 处理高 ,对氮的去除效果较差 。 3. 2 运行费用分析 废水处理系统如果正常运行后 , 直接运行成本为 0198∏ 3 3 3 m 元 , 其中电费 0155∏ 元 , 药剂费 0132∏ 元 , 人员工资 m m 3 0111∏ 元 。 m 4 结论 此污水处理站使用 CASS 工艺处理养殖业废水 , 有效地 改变了排放水质 , 大量削减了污染物含量 , 减少废水排放对 环境的危害 。 其主要污染物指标年削减量为 (1 年以 365 计) : -3 BOD 削 减 量 : ( 2 000 - 48175 ) ×10 ×600 ×365 = 427 323175 kg = 427132 t -3 SS 削减量 : ( 1 200 - 180) × 10 × 600 × 365 = 223 380 kg = 223138 t
水解酸化_CASS工艺处理畜禽养殖业废水
水解酸化
第 27 卷第 8 期 煤 炭 技 术 2008 年 8 月 Coal Technology
Aug ,2008 水解酸化 + CASS 工艺处理畜禽养殖业废水赵一霖 , 宋子岭 , 顾连军 ( 辽宁工程技术大学 环境工程系 , 辽宁 阜新 123000) 摘 :介绍了水解酸化 + CASS 工艺处理畜禽养殖业废水的整个流程及主要设备的选择 ,水解酸化 + CASS 工艺可 要 以在任何进水速率和反应器在完全混合条件下运行而不发生污泥膨胀 ; 具有良好的污泥沉降性能 ; 可变容积运行 提高了水质 ,水量波动的适应性和操作运行的灵活性 ; 通过微处理器容易控制整个过程 ,适宜于处理畜禽养殖业废 水 ,为畜禽养殖业废水处理工程的设计和运行提供了成功经验 。 关键词 : 水解酸化 ; CASS 工艺 ; 污泥处理 中图分类号 :R123 ; X703 文献标识码 :A 文章编号 :1008 - 8725 (2008) 08 - 0136 - 02 Acid Hydrolysis + CASS Process Waste water Livestock and Poultry Industry ZHAO Yi - shen , SONG Zi - ling , GU Lian - jun (Liaoning
Engineering Technology University of Environmental Engineering , Fuxin 123000 , China) 0 引言 随着畜牧业的兴起和发展 ,养殖业在现代农业中占据的 比重越来越大 ,而农业示范区都是以集约化设施养殖为主 , 每年将有大
量的冲洗粪便的污水集中排放 ,如果污水不经过 分复杂 , 在人为强烈干扰下 , 将造成系统不稳定 , 难以控制 , 不属于当地自然种群的引进生物可能留下长期隐患 。因此 , 采用生物控制时必须仔细考虑带来的不利生态后果 。 在水华出现时用船只捕捞藻类 ,收获的藻类可以加工成 鱼食 , 在上海等地有使用 。该法易于控制 , 短期效果显著 , 但在藻类大量繁殖后再去除 ,工作量极大 ,事倍功半 。 20 世纪 90 年代日本开始进行超声波抑藻杀藻技术的研 究 ,目前在千叶湖进行较大规模的试验 。我国清华大学等单 位也进行了一定研究 。初步结果表明 ,适当频率和强度的超 声波处理 5min 就可以严重抑制藻类生长 ( 减少 50 %) 。高 效、 、 迅速 简单 、 无二次污染等显著优点使得超声波抑藻杀藻 具有很大的吸引力 。 超声波泛指频率在 16 kHz 以上的声波 ,是物质介质中的 一种弹性机械波 , 能在水中产生一系列接近于极端的条件 , 如超过重力加速度几万倍的质点加速度 ,空化泡破裂产生的 瞬间高温和高压 ( 4 000 K,500 大气压 ) 、 急剧的放电 , 以及强 烈的冲击波和射流等 。由此衍生的二次波 、 辐射压 、 声捕捉 、 自由基 、 氧化剂等也可能较大程度地改变介质性质 。 超声波可能的抑藻杀藻机理有 : 破坏细胞壁 、 破坏气胞 、 破坏活性酶 。高强度的超声波能破坏生物细胞壁 ,使细胞内 物质流出 ,这一点已在工业上运用 。藻类细胞的特殊构造是 一个占细胞体积 50 %的气胞 ,气胞控制藻类细胞的升降运 。 收稿日期 :2008 - 03 - 17 ; 修订日期 :2008 - 05 - 07 作者简介 : 赵一霖 (1984 - ) ,女 ,武汉人 ,硕士研究生 ,主要从事环境系统工程的研究 ,E - mail :zhaoyilin210 @126. com 。 Abstract : This paper introduces acid hydrolysis + CASS Process wastewater livestock and
poultry industry and the entire process of selection of major equipment , acid hydrolysis + CASS process can be in any water rate and completely mixed in the reactor under the condition of not running in sludge bulking ; good sludge sedi2 mentation performance ; variable volume operation improved water quality , water fluctuations operate with the adaptability and flexibility through the microprocessor to control the entire process ; suitable for livestock and poultry processing industry wastewater , for livestock and poultry industry wastewater treatment project in the design and operation of a successful experience. Key words :acid hydrolysis ; CASS technology ; sludge treatment 处理 ,随意排入或处置不当 ,经降水的冲洗 、 冲刷就会污染地 面水和地下水 。粪便污水对水体的污染主要是有机污染物 、 氮和磷营养物质所带来的危害 。为了不对环境造成污染 ,确 保农业园区农产品质量和大量粪便污水的回用 ,针对畜禽养 殖业的废水的特点 , 采用合适的工艺对废水进行处理后 ,达 超声波引起的冲击波 、 射流 、 辐射压等可能破坏气胞 。在适 当的频率下 ,气胞甚至能成为空化泡而破裂 。同时 , 空化产 生的高温高压和大量自由基 ,可以破坏藻细胞内活性酶和活 性物质 ,从而影响细胞的生理生化活性 。此外 , 超声波引发 的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物 。 超声波作用受多种因素影响 , 其中最重要的是频率和强度 , 对工艺条件的优化是下一步研究的重点 。 Vol127 ,No18 5 结论 水体富营养化主要是因为水中氮磷浓度偏高 ,导致水中 藻类大量繁殖 ,根治水体富营养化必须除去水中富余氮磷 , 并积极采取各种措施人工捞藻 。 参考文献 : [1 ] 周怀东 ,彭文启 ,等 . 水污染与水环境修复 [ M] . 北京 : 化学工业 出版社 ,2005. [2 ] 金相灿 . 湖泊富营养化控制和管理技术
[ M] . 北京 : 化学工业出 版社 ,2001. [3 ] 郭培章 ,宋群 . 中外水体富营养化治理案例研究 [M] . 北京 : 中国 计划出版社 ,2003. [4 ] 金相灿 . 中国湖泊富营养化 [ M] . 北京 . 中国环境科学出版社 , 1990. [5 ] 卢碌莉 . 湖泊水环境预测及污染的综合治理措施 [J ] . 新疆环境 保护 ,2004. 第 8 期 赵一霖 ,等 : 水解酸化 + CASS 工艺处理畜禽养殖业废水 137? ? 标排放 。 1 试验 1. 1 废水水质及排放要求 表1 项目 COD∏ ? - 1 mg L SS∏ ? - 1 mg L 进水水质 4 500 2 000 1 200 320 出水水质 420 150 200 80 1. 2 工艺流程 图1 CASS 工艺流程图 该方案的一个特点是使用了水解酸化进行预处理 ,水解 处理相对于厌氧处理工艺 , 能显著缩短处理时间 , 提高处理 负荷 。水解不仅能将废水中的固态大分子和不易生物降解 为易于生物降解的小分子 ,而且还具有对 SS 去除率高 、 能使 部分 SS 在水解反应池中得到消化的特点 。CASS 的主要特点 就是在一个构筑物中完成生物降解和污泥沉淀两种作用 ,减 少了二沉池和污泥回流设施 ,同时脱氮除磷 。 1. 3 主要处理结构物的设计 1. 3. 1 集水调节池 对于养殖业废水水量小且间歇排放 ,水量和水质在 24 h 之内波动很大 ,为保证处理设备正常稳定运行 , 并确定合理 的设计规模 ,必须进行水量和水质的调节 。为了节约费用和 工程量 ,我们就把其当作均量池 ,不需要搅拌 、 曝气等 [1 ] 。 1. 3. 2 水解酸化池 水解酸化池实际是利用厌氧反应中的水解酸化阶段 ,而 放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段 。水解酸化池对有机物 的去除 ,特别对悬浮物的去除率显着高于具有相同停留时间 的初沉池 。此系统不需要搅拌器 , 不需水 、 、 气 固三相分离 器 ,降低了造价 ,便于维护 [2 ] 。
水解酸化池示意图见图 2 。 图2 水解酸化池示意图 1. 3. 3 CASS 反应池 粪便废水经过厌氧 ( 水解酸化) 处理 ,虽然降解了大部分 有机物 ,但是出水污染物浓度仍然很高 , 还必须经过好氧处 理才能满足排放要求 。由于养殖业污水间歇排放的特点 ,选 用 CASS 工艺 ( 排水为连续或半连续时使用最佳 ) 处理较为合 适 [3 ] 。 CASS 反应池 ( Cyclic Activated Sludge System 简称 CASS) 也 称 CAST 或 CASP 工艺 ,是 SBR 工艺的一种改进型 [4 ] 。 1. 3. 4 接触消毒池 此废水经过处理后 , 水质已经改善 , 但细菌的绝对值仍 然很大 ,存在有毒病原菌的可能 。因此在排放水之前应进行 消毒处理 。接触消毒池示意图见图 3 [5 ] 。 NH3 - N∏ ? mg L BOD5∏ ? - 1 mg L -1 图3 接触消毒池 2 CASS 主要特点 [6 ] (1) 根据生物选择原理 ,利用与主反应区分建或合建 、 位 于系统前端的生物选择器对磷的释放 、 反硝化作用及对进水 中有机物的快速吸附作用 ,增强了系统的稳定性 。 (2) 可变容积的运行提高了系统对水量水质变化的适应 性和操作的灵活性 。 (3) 通过对生物速率的控制 , 使反应器以厌氧 - 缺氧 好氧 - 缺氧 - 厌氧的序批方式运行 ,使其有优良的脱氮除磷 效果 ,降低了运转费用 。 3 结果与分析 3. 1 运行结果分析
(1) 养殖业废水使用了调节池 ,使 BOD 经过水解酸化池 之后降至 1 000 mg∏ 以下 ,同时起到水质均和的作用 。 L (2) 废水经过水解酸化池后 ,可生化降解程度提高 ,使后 续处理 CASS 去除率达到 95 % ,有利于难降解有机物的去除 。 短时间的水解酸化 ( HRT = 210 ～ 610 h) 对畜禽粪污废水中 SS 、 、 有较好的去除效果 ,对 COD 的去除效率比沉淀 COD BOD 处理高 ,对氮的去除效果较差 。 3. 2 运行费用分析 废水处理系统如果正常运行后 , 直接运行成本为 0198∏ 3 3 3 m 元 , 其中电费 0155∏ 元 , 药剂费 0132∏ 元 , 人员工资 m m 3 0111∏ 元 。 m 4 结论 此污水处理站使用 CASS 工艺处理养殖业废水 , 有效地 改变了排放水质 , 大量削减了污染物含量 , 减少废水排放对 环境的危害 。 其主要污染物指标年削减量为 (1 年以 365 计) : -3 BOD 削 减 量 : ( 2 000 - 48175 ) ×10 ×600 ×365 = 427 323175 kg = 427132 t -3 SS 削减量 : ( 1 200 - 180) × 10 × 600 × 365 = 223 380 kg = 223138 t