EBIS工艺处理养殖废水的工程设计与运行
作者: 邵宇 马少杰 袁煜 韩宁波
摘 要:简要介绍畜禽养殖废水的特点及常规处理方法,并以云南省红河哈尼族彝族自治州某种猪场应用的一种高效一体化生物处理系统(Energy Biochemical Intelligent control System,EBIS)为例,介绍应用该工艺的具体工程设计并对其运行效果进行检验。结果表明,采用预处理+上流式厌氧污泥床反应器(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket,UASB)+EBIS+芬顿工艺流程处理养殖废水,具有污染物去除率高、运行效果稳定、抗冲击能力强及脱氮除磷效果好等优势,出水水质化学需氧量浓度小于150 mg/L、出水氨氮浓度小于35 mg/L、出水总磷浓度小于8 mg/L,总出水水质优于《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)中旱地作物灌溉用水水质标准。该工艺对处理养殖废水具有明显的适用性,处理效果具有明显优势,可为同类废水处理工程的设计提供一定的参考与借鉴。
关键词:养殖废水;EBIS工艺;脱氮除磷
中图分类号:X506 文献标志码:B 文章编号:1674-7909(2023)08-148-4
0 引言
畜禽养殖场养殖废水主要由动物尿液、粪便、饲料残渣及冲洗水等组成,部分场区还包括生产过程中产生的生活污水。畜禽养殖场养殖废水具有有机物浓度高、悬浮物多、色度深,以及氨氮、有机磷、细菌含量高等特征,对其进行净化处理难度较大。目前,国内多采用传统的物化法及生物法处理养殖废水[1]。其中,物理化学处理法主要包括絮凝沉淀法、吸附法、芬顿氧化法、电化学氧化法等,生物法主要包括厌氧生物处理技术、好氧生物处理技术、自然生物处理技术。传统的养殖废水处理工艺所需设备数量多、占地广、投资大、运行成本高[2],因此,养殖场急需一种既能高效处理养殖废水,又能降低投资运行成本的先进工艺。
某种猪场位于云南省红河哈尼族彝族自治州建水县青龙镇,其养殖废水处理站设计规模为1 000 m3/d,主体采用上流式厌氧污泥床反应器(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket,UASB)+高效一体化生物处理系统(Energy Biochemical Intelligent control System,EBIS)+芬顿工艺。笔者主要对该废水处理站工程设计进行梳理,并对其运行效果进行检验,以期为同类废水处理工程的设计提供参考与借鉴。
1 养殖废水处理站设计的进出水水质
该种猪场设计年产种猪40万头,设计存栏量约2万头,分为两期进行建设,目前均已建设完成。其中,一期采用干清粪工艺,二期采用水冲粪工艺,并按照《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)考虑设计余量。该种猪场养殖废水处理站设计规模为1 000 m3/d,设计进出水水质如表1所示。
2 工艺流程
该种猪场养殖废水处理工艺流程如图1所示。①养殖废水通过粗格栅去除大粒径杂物后自流入集水池,后经提升泵提升进入固液分离区去除粪渣等大颗粒固体,在生物吸附絮凝池及初沉池去除大部分悬浮物,然后进入生化系统。②养殖废水经EBIS生化系统去除大部分化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、五日生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand,BOD5)、悬浮物(Suspended Solids,SS)、氨氮、总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)等污染物。二期新增UASB罐辅助生化系统去除污染物。养殖废水在芬顿反应池进一步去除COD及TP,在消毒池对各种细菌及病毒进行消杀处理,达标后排放或回用。③脱水后的粪渣放置在堆粪棚,待回收利用。废水处理中产生的物化污泥及剩余污泥排入污泥储池,经脱水处理后外运处置。
该养殖废水处理站总占地面积约3 000 m2,总平面布局如图2所示。
3 主要构筑物及设备
3.1 格栅及集水池
格栅井设置在室外,与集水池合建,设计规模为1 000 m3/d;格栅井尺寸为3.0 m×1.0 m×2.5 m,集水池尺寸为16.2 m×10.8 m×4.5 m。主要设备为粗格栅1台,污水提升泵4台(用3备1),单台流量为18 m3/h,扬程为15 m,功率为1.5 kW。
3.2 固液分离区
固液分离设备设置于二层平台,设计规模为1 000m3/d,平台尺寸为8.5 m×5.0 m。主要设备为叠螺式脱水机4台(用3备1),单台处理量30~60 kgDS/h(DS为干基污泥),功率为1.29 kW。
3.3 生物吸附絮凝池
生物吸附絮凝池尺寸为9.0 m×9.0 m×6.0 m,设计规模1 000 m3/d。絮凝药剂聚合氯化铝(Poly Aluminium Chloride,PAC)、聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)投加至前端,回流初沉池及二沉池污泥至后端,设置曝气搅拌。药剂絮凝时间为1.6 h,生物絮凝时间为8.7 h。主要设备为微孔曝气头140套,单套供气量2~7 m3/h。
3.4 初沉池
初沉池尺寸为Φ9.0 m×6.0 m,有效水深为5.5 m,周进周出辐流式沉淀池,设计规模为1 000 m3/d,表面负荷为0.66 m3/(m2·h)。主要设备为中心传动刮泥机1套,尺寸为Φ9 m×6 m,功率为0.25 kW;排泥泵2台(用1备1),单台流量为25 m3/h,扬程为10 m,功率为1.5 kW。
3.5 UASB罐
UASB罐共2套,单套尺寸为Φ12.0 m×7.0 m,有效水深为6 m,设计规模为1 000 m3/d。设计温度为25 ℃,容积负荷为3 kgCOD/(m3·d),停留时间为32.5 h,污泥产率0.1 kgVSS/kgCOD(VSS为挥发性悬浮固体),产气率为0.45 m3/kgCOD,沉淀区表面负荷为0.19 m3/(m2·h)。主要设备为三相分离器、配水系统、沼气收集系统、水封箱各2套;排泥泵2台(用1备1),单台流量为25 m3/h,扬程为10 m,功率为1.5 kW。
3.6 EBIS生化池
EBIS生化池设计为两级生化系统,池体尺寸为53.0 m×15.0 m×6.0 m,有效水深为5.5 m,设计规模为1 000 m3/d。EBIS系统分为一级低氧曝气区、二级低氧曝气区,停留时间分别为47.42、57.02 h。污泥浓度为5~8 g/L,容积负荷为0.8 kgCOD/(m3·d),污泥负荷为0.067 kgBOD5/(kgMLSS·d),TN负荷为0.03 kg/(kgMLSS·d)(MLSS为悬浮固体)。配备可提升微孔曝气系统2套、空气推流器6套,利用空气将低氧区末端水回流至低氧区前端,形成混合液大循环,循环倍数高于20倍[3]。曝气风机采用罗茨鼓风机3台(用2备1),单台风机风量为27.96 m3/min,功率为45 kW,出口压强为0.07 MPa。配备独特的溶氧控制系统3套(用2备1),实时跟踪精确控制溶氧。
3.7 二沉池
二沉池尺寸为Φ9.0 m×6.0 m,有效水深为5.5 m,为周进周出辐流式沉淀池,设计规模为1 000 m3/d,表面负荷为0.66 m3/(m2·h)。主要设备为中心传动刮泥机1套,尺寸为Φ9 m×6 m,功率为0.25 kW;污泥回流泵2台(用1备1),单台流量为25 m3/h,扬程为10 m,功率为1.5 kW[4]。
3.8 芬顿反应池
芬顿反应池尺寸为9.0 m×8.4 m×6.0 m,设计规模为1 000 m3/d。总反应时间为9.1 h,分为pH值调节池1座,停留时间为0.8 h;硫酸亚铁反应池1座,停留时间为0.8 h;氧化反应池2座,停留时间为5.9 h;中和池1座,停留时间为0.8 h;絮凝池1座,停留时间为0.8 h。主要设备为pH值调节池、硫酸亚铁反应池、絮凝池合建在一起,并配套1台2.2 kW桨式搅拌器;氧化反应池,配备3.7 kW桨式搅拌器及穿孔曝气管;中和池设置旋混曝气头搅拌。30%稀硫酸投加量为1.50 mg/kg,硫酸亚铁投加量为2.00 mg/kg,过氧化氢投加量为0.50 mg/kg,石灰投加量为1.50 mg/kg,PAC投加量为1.00 mg/kg,PAM阴离子投加量为0.03 mg/kg[5]。
3.9 终沉池
终沉池尺寸为Φ9.0 m×6.0 m,有效水深为5.5 m,为周进周出辐流式沉淀池,设计规模为1 000 m3/d,表面负荷为0.66 m3/(m2·h)。主要设备为中心传动刮泥机1套,尺寸为Φ9 m×6 m,功率为0.25 kW;排泥泵2台(用1备1),单台流量为25 m3/h,扬程为10 m,功率为1.5 kW。
3.10 次氯酸钠消毒池
次氯酸钠消毒池设计规模为1 000 m3/d,池体尺寸为9.0 m×1.6 m×6.0 m,有效水深为5.0 m,停留时间为1.7 h。设置穿孔曝气管,曝气搅拌。
3.11 污泥储池及脱水机
污泥储池设计规模为1 000 m3/d,池体尺寸为9.0 m×5.0 m×6.0 m,有效容积为247.5 m3。主要设备为排泥泵2台(用1备1)、叠螺式脱水机2台(用1备1),单台处理量为30~60 kgDS/h,功率为1.29 kW。PAM阳离子投加量为5 g/kgDS。
3.12 加药间
加药设备放置于加药间,加药间平面尺寸为18.5 m×5.4 m,内部设置6格配药池,分别为PAC溶药池、硫酸亚铁溶药池、PAM阳离子溶药池、PAM阴离子溶药池、石灰溶药池(2格),单格配药池有效容积为7.2 m3。配备3个加药桶,分别为过氧化氢加药桶、次氯酸钠加药桶、硫酸加药桶,单个加药桶有效容积3 m3。每格配药池配套1台2.2 kW桨式搅拌器。PAC、硫酸亚铁、过氧化氢、次氯酸钠、硫酸各配备加药计量泵2台(用1备1),PAM阳离子加药计量泵2台(用1备1),PAM阴离子加药泵5台(用4备1),石灰加药泵5台(用4备1)。
4 成本分析
该污水处理站投入运行后,不考虑人工费、折旧费和污泥处置费,仅考虑药剂费和电费运行成本,具体如表2所示。
采用该工艺流程吨水用电2.78 kW·h,用电成本为1.81元/t,药剂成本为1.22元/t。在规模化养殖废水处理中,该污水处理站整体用电量适中,但为保证出水水质稳定而持续较大量投加药剂,药剂成本偏高,可在后续运行中摸索最佳的药剂投加量,从而降低运行成本。
5 运行效果
该污水处理站2020年12月进水量在900~1 000 m3/d,基本达到满负荷;目前仍正常运行,出水水质达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)中旱地作物灌溉用水水质标准。实际进水中,受猪场种猪存栏量及猪舍清理频率影响,进水水质波动较大。各单元进出水水质如表3所示。
虽然进水水质波动较大,但出水水质稳定达标。出水COD浓度小于150 mg/L,去除率达到98%;出水氨氮浓度小于35 mg/L,去除率达到96%;出水TP浓度小于8 mg/L,去除率达到95%,总体出水水质远低于设计值。在进水水质、水量波动较大的条件下,总出水水质优于《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)中旱地作物灌溉用水水质标准,表明UASB+EBIS+芬顿工艺对养殖废水具有良好的处理效果。
6 结论
①云南省红河哈尼族彝族自治州某种猪场污水处理站设计规模1 000 m3/d,采用“格栅→固液分离区→生物吸附絮凝池→初沉池→UASB罐→EBIS生化池→芬顿反应池”的工艺流程处理养猪废水,出水COD浓度小于150 mg/L,出水氨氮浓度小于35 mg/L,出水TP浓度小于8 mg/L,总出水水质优于《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)中旱地作物灌溉用水水质标准。
②总运行成本虽因使用设备和投加药剂较多而较高,但其不受进水波动影响,可最大限度发挥出水稳定达标的优点。
参考文献:
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