FSMBR+分子膜工艺处理养猪废水的研究

陈小攀，胡雨聪，徐丽亚，黄瀚坤

(浙江省机电设计研究院有限公司，浙江 杭州 310051)

养猪废水具有悬浮物多、重金属多、臭味大、有机物和氨氮浓度高等污染特征，而且排放量大、排放点分散，导致废水处理难度大，处理费用高。未得到妥善处理便直接排放的养猪废水进入外界环境后，对土壤、水体、大气环境造成严重危害，所携带病菌等甚至会引起疾病传播等各种生物污染，严重威胁环境安全。因此，在强调绿色可持续发展的环境背景下，积极寻求一条既经济又环保的养猪废水处理工艺是生猪产业健康发展的关键[1]。

MBR由膜组件和生物反应器组成，它是通过利用生物反应器中微生物的降解作用，达到去除废水中的污染物的目的[2]，较常规污水处理工艺而言，处理工艺具有以下特点:①出水水质好且稳定，可直接回用或补充地下水；②设备紧凑，占地面积少；③工艺参数容易控制；④脱氮能力强；⑤污泥产率低，污泥浓度高，节省能耗；⑥易于实现自动化控制[3]。

目前，养猪废水处理最大的难点在于废水的高COD、高氨氮，特别在环境敏感地区，对处理出水的氮磷有更严格的要求，因此强化MBR处理出水就更显得迫切和重要[4]。本实验将FSMBR与分子膜相结合的小试系统，研究其对废水有机物和氨氮的去除效果，为工程化应用提供技术储备。

1 实 验

1.1 实验用水

取自某养猪场氧化塘的水样，水质见表1。

表1 实验用水水质Table 1 Test water quality

1.2 实验药剂

主要实验药剂为:重铬酸钾标准液(0.25 mol/L)、试亚铁灵指示剂、硫酸亚铁铵标准溶液、硫酸-硫酸银溶液、硫酸汞、纳氏试剂、石酸钾钠溶液、铵标准贮备溶液、铵标准使用溶液、磷酸盐缓冲溶液、硫酸镁溶液、氯化钙溶液、氯化铁溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液、亚硫酸钠溶液、葡萄糖-谷氨酸标准溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、高氯酸溶液、过硫化钾溶液、抗坏血酸溶液、钼酸盐溶液、磷标准贮备溶液。

1.3 实验方法[5]

根据计算得出理论状态下的最佳气水比、水力停留时间、MLSS、温度的最佳工作参数，再分别对四个参数进行单独研究[6]:

(1)气水比研究:设定水力停留时间为16 h、MLSS为3700 mg/L和温度为26 ℃，设定气水比分别为15:1、20:1、25:1、30:1、35:1，测定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的气水比。

(2)水力停留时间研究:设定气水比为30:1、MLSS为3700 mg/L和温度为26 ℃，设定水力停留时间分别为12 h、14 h、16 h、18 h、20 h，测定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的进水力停留时间。

(3)MLSS研究:设定气水比为30:1、水力停留时间为20 h和温度为26 ℃，设定MLSS分别为3700 mg/L、3900 mg/L、4100 mg/L、4300 mg/L、4500 mg/L，测定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的MLSS。

(4)温度研究[7]:设定气水比为30:1、水力停留时间为20 h和MLSS为4500 mg/L，设定温度分别为22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃，测定COD、NH3-H、BOD5，得出去除率，得出去除率最佳的工作温度。

1.4 实验设备

一套FSMBR+分子膜的双膜装置，装置的有效容积为24 L，膜池水深0.6 m，内置8片膜，单片膜面积为0.4 m2，过滤孔径为0.1 μm的无机陶瓷平板膜。

1.5 测定方法

COD的测定采用重铬酸钾法，BOD5的测定采用标准稀释法，NH3-N的测定采用纳氏试剂分光光度法。

2 实 验

2.1 无机陶瓷平板膜实验

气水比、MLSS、水力停留时间和温度是影响无机陶瓷平板膜MBR系统污水处理效果的重要条件，因此分析不同气水比、MLSS、水力停留时间和温度处理后的水质和处理效率，得出各自最佳的情况，将最佳参数运用到FSMBR+分子膜系统研究处理后的水质情况，对比无机陶瓷平板膜MBR系统和FSMBR+分子膜系统在最佳条件下的处理效果。

2.1.1 气水比

设定水力停留时间为16 h、MLSS为3700 mg/L、温度为26 ℃，设定气水比分别为15:1、20:1、25:1、30:1、35:1，分别测定COD、NH3-H、BOD5出水的浓度，分别得出去除率如表2所示。

表2 不同气水比下无机陶瓷平板膜MBR系统下出水水质Table 2 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different air-water ratios

从表2可以得出，在气水比为30:1时，出水水质情况最佳，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189918-2002)二级标准。COD从280 mg/L降低到44.8 mg/L，去除率达到84%；NH3-H从50 mg/L降低到10.59 mg/L，去除率达到78.82%；BOD5从110 mg/L降低到14.4 mg/L，去除率达到86.9%。

2.1.2 水力停留时间

设定气水比为30:1、MLSS为3700 mg/L、温度为26 ℃，设定水力停留时间分别为12 h、14 h、16 h、18 h、20 h，分别测定COD、NH3-H、BOD5出水的浓度，分别得出去除率如表3所示。

表3 不同水力停留时间下无机陶瓷平板膜MBR系统下出水水质Table 3 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different hydraulic retention times

从表3可以得出，在水力停留时间为20 h时，出水水质情况最佳，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189918-2002)二级标准。COD从280 mg/L降低到41.2 mg/L，去除率达到85.29%；NH3-H从50 mg/L降低到10.6 mg/L，去除率达到78.8%；BOD5从110 mg/L降低到12.5 mg/L，去除率达到88.6%。

2.1.3 MLSS

设定气水比为30:1、水力停留时间为20 h、温度为26 ℃，设定MLSS分别为3700 mg/L、4100 mg/L、4300 mg/L、4500 mg/L，分别测定COD、NH3-H、BOD5出水的浓度，分别得出去除率如表4所示。

表4 不同MLSS下无机陶瓷平板膜MBR系统下出水水质Table 4 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system under different MLSS

从表4可以得出，在MLSS为4500 mg/L时，出水水质情况最佳，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189918-2002)二级标准。COD从280 mg/L降低到38.7 mg/L，去除率达到86.19%；NH3-H从50 mg/L降低到12.23 mg/L，去除率达到75.54%；BOD5从110 mg/L降低到11.9 mg/L，去除率达到89.2%。

2.1.4 温 度

设定气水比为30:1、水力停留时间为20 h、MLSS为4500 mg/L，设定温度分别为22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃，分别测定COD、NH3-H、BOD5出水的浓度，分别得出去除率如表5所示。

表5 不同温度下无机陶瓷平板膜MBR系统下出水水质Table 5 The effluent quality of the inorganic ceramic flat membrane MBR system at different temperatures

从表5可以得出，在温度为28 ℃时，出水水质情况最佳，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189918—2002)二级标准。COD从280 mg/L降低到38.6 mg/L，去除率达到86.21%；NH3-H从50 mg/L降低到10.23 mg/L，去除率达到79.54%；BOD5从110 mg/L降低到12.1 mg/L，去除率达到89%。

2.2 FSMBR+分子膜工艺实验

根据对无机陶瓷平板膜MBR系统的实验，可以得出无机陶瓷平板膜运行的最佳参数为，气水比为30:1、水力停留时间为20 h、MLSS为4500 mg/L、温度为28 ℃，再将平板膜与分子膜工艺结合，构建成FSMBR+分子膜工艺，在同样参数下进行实验，分别测定COD、NH3-H、BOD5出水的浓度，分别得出去除率如表6所示。

表6 最佳参数下FSMBR+分子膜系统出水水质Table 6 Water quality of FSMBR+ molecular membrane system under optimal parameters

对比无机陶瓷平板膜MBR系统出水水质，新的FSMBR+分子膜系统处理后的水质更好，COD从280 mg/L降低到29.6 mg/L，去除率达到89.43%；NH3-H从50 mg/L降低到5.64 mg/L，去除率达到88.72%；BOD5从110 mg/L降低到8.9 mg/L，去除率达到91.91%。

3 结 论

采用无机陶瓷平板膜MBR系统处理养猪场氧化塘污水，在气水比为30:1、水力停留时间为20 h、MLSS为4500 mg/L、温度为28 ℃条件下，出水的COD、NH3-H、BOD5平均质量浓度分别为38.6 mg/L、10.23 mg/L、12.1 mg/L，对应的去除率分别为86.21%、79.54%、89%。

新的FSMBR+分子膜系统在同样的环境下处理养猪场氧化塘污水，出水的COD、NH3-H、BOD5平均质量浓度分别为29.6 mg/L、5.64 mg/L、8.9 mg/L，对应的去除率分别为89.43%、88.72%、91.91%，出水的水质比采用无机陶瓷平板膜MBR系统处理后的更好。因此新的FSMBR+分子膜系统可以进一步提高出水的水质，可以用于处理需要更高出水水质要求的场合。