厌氧消化过程对猪场废水的预处理研究

厌氧消化过程对猪场废水的预处理研究

袁良峰曹国庆

袁良峰曹国庆

合肥工业大学土木与水利工程学院市政工程系

摘要：厌氧消化过程对猪场废水的预处理研究

关键词：厌氧消化过程对猪场废水的预处理研究

1引言

猪场废水长期以来被认为是一种有价值的农作物肥料，如果管理得当，可以将猪场废水中重要的营养物质回收利用于土壤，但这种方法也给环境带来了严重的危害。一般来说猪场废水首先会用离心机分离成固体和液体部分，固体部分通过堆肥作为肥料进行土地利用；液体部分首先会进行厌氧消化，但是厌氧消化过后的猪场废水含有大量的氮磷，通常会结合反硝化和生物除磷过程使得水质达标，但该过程的经济成本高，所以养猪场的管理人员迫切需要低成本且易于操作的工艺。本研究首先分析了中温厌氧消化首先降解猪场废水中的有机物质，有文献报道厌氧消化过程微生物能够降解部分的悬浮物，同时微生物也会释放大量的胞外聚合物使得胶体或者分子类的颗粒物结合在一起，再有微生物表面是带负电荷的，通过电荷作用也能吸附聚集一些悬浮物形成沉淀。所以通过微生物的作用可以去除猪场废水里的悬浮物。由于铁离子一方面能够促进厌氧消化，一方面也能够在水体中形成絮凝剂促进小颗粒的悬浮物形成大颗粒的悬浮物从而增加沉淀速度，所以在本实验中也评估了PFS和氯化铁对厌氧消化过程去除有机物和悬浮物的效能。

2材料与方法

2.1猪场废水，厌氧污泥和药品

实验中使用的猪场废水取自合肥市华泰养猪场的稳定塘，其SS含量为2.64±0.43g/L,TCOD为3.72±0.54g/L，SCOD含量为2.4±0.45g/L，氨氮浓度为0.81±0.12g/L，溶解性的磷浓度为45.23±5.12mg/L。接种的厌氧消化污泥取自实验室的20L厌氧消化反应器。PFS和六水合氯化铁（Fecl3·6H2O）均来自中国国药集团。

2.2实验设计

其次采用厌氧消化过程进行猪场废水的预处理，厌氧消化过程在500mL的盐水瓶中进行，其工作体积为450mL，以猪场废水为底物组的实验设计如图表2.1所示，每组实验一式两份。实验中添加300mg/L的PFS，300mg/L氯化铁以及通过添加300mg/L的PFS和300mg/L氯化铁，来评估PFS和氯化铁对厌氧消化过程的影响。

2.3分析方法

本次实验中SS浓度的测定首先用真空泵将浊液通过0.45?m的滤膜，其中截留在滤膜上的干物质放到105度烘箱中烘干，在通过重量法测定其SS浓度；总悬浮物固体（TSS）和挥发型悬浮物固体（VSS）采用标准重量法；氨氮浓度的测定采用纳式试剂分光光度计法；TCOD和SCOD采用重铬酸钾滴定法。

图2.1不同的化学添加剂对猪场废水厌氧消化过程的影响;（a）悬浮物；（b）溶解性有机物；（c）总有机物；（b）总悬浮物和挥发性悬浮物固体

猪场废水首先会通过格栅过滤其中的悬浮大颗粒物体，如一些饲料或者猪粪残渣等，其次会通过离心机进行固液分离，但是猪场废水通过离心机后悬浮物的分离并不彻底，里面还是会残留很多粒径较小的悬浮物；一般来说这部分悬浮物需要絮凝剂进行固液分离。厌氧消化过程一方面可以利用微生物的絮凝作用降低猪场废水中的SS,一方面也可以利用微生物的分解代谢作用将部分SS降解，因为挥发性固体的比例约为54％。本实验中为了评估PFS和铁离子对厌氧消化过程中SS的分离效果，一方面添加PFS增强厌氧消化的絮凝作用，一方面添加铁离子增强微生物的代谢作用，以及在厌氧消化体系中共同添加PFS和铁离子。如图2.1a所示，空白对照组中SS的去除速率明显低于添加PFS和铁离子的厌氧消化体系，有意思的是这三个厌氧消化体系对于SS的降解速率较为一致。该结果实验表明，厌氧消化体系能够对猪场废水中的悬浮物有一定的去除能力，空白对照组在第20天的时候SS的去除效果达到52.4%，而通过添加PFS的反应体系在第20天的时候SS去除效率62.1%,说明添加絮凝剂能够增强厌氧消化过程的猪场废水的絮凝效果，添加铁离子的反应体系在第20天的时候SS去除效率70.0%,说明铁离子能够增强微生物对于易降解的悬浮物的分解利用，而且铁离子本身也带有絮凝作用，从而比增加PFS的效果要好。但是对于共同添加PFS和铁离子的参照组，SS的去除效果为72.1%，相比单独添加铁离子组的效果只有轻微的提高，说明剩余的SS主要是一些小的分子物质或者胶体，难以被微生物利用或者降解。为了进一步了解猪场废水中的SS构成和去除，分别在第0、5、12和18天分别测定其TSS和VSS,空白对照组TSS和VSS在18天分别降解了38.9%和36.4%，而通过添加PFS的反应体系在第18天的时候TSS和VSS去除效率分别达到47.7%和44.5%，说明添加絮凝剂能够提高厌氧消化过程对猪场废水中TSS和VSS的去除，添加铁离子的反应体系在第20天的时候TSS和VSS去除效率47.4%和65.8%,说明铁离子能够增强微生物对于易降解的悬浮物的分解利用，从而使得VSS的降解明显高于其他俩个厌氧消化体系。而且铁离子本身也带有絮凝作用，从而比仅增加PFS的效果要好。

图2.1b～2.1c显示了猪场废水厌氧消化过程中的SCOD和TCOD变化情况。通过序批实验发现，空白对照组和参照组中的SCOD和TCOD降解均分为两个阶段：快速降解阶段和稳定阶段。空白对照组在快速降解阶段（0～10天），SCOD和TCOD去除率分别为26.3％和36.5％。在稳定期，SCOD和TCOD浓度在1180和1823mg/L的浓度下几乎保持稳定。所以猪场废水中残留的溶解有机物是难降解的，如腐殖质。添加铁离子的厌氧消化反应体系在SCOD快速降解阶段（0～10天）明显要快于添加PFS的厌氧消化反应体系和空白对照组，SCOD去除率分别为46.2％和33.9％。在稳定期，SCOD浓度在844和766mg/L的浓度下几乎保持稳定。在共同添加PFS和铁离子的参照组中的SCOD和TCOD浓度的变化和仅添加铁离子的反应体系较为一致，在第10天SCOD和TCOD去除率分别为54.1％和42％。在第19天SCOD和TCOD去除率分别为64.3％和60.5％。以上的结果表明其中TCOD的降解规律和上面SS的去除效果较为一致，厌氧消化过程对能有效的去除中猪场废水中的有机物和悬浮物，通过添加絮凝剂和铁离子能分别提高厌氧消化过程的降解作用，从而能提高猪场废水中有机物的去除。但是不论是空白对照组还是参照组，最终的SCOD浓度还是很接近的，这说明经过厌氧消化过后的猪场废水中的有机物大部分是惰性的，难以被微生物利用。

3.2厌氧消化后猪场废水的悬浮物粒径变化

图2.2a所示依次为未处理的猪场废水，厌氧消化20天的空白对照出水，添加PFS的厌氧消化20天的出水，添加铁离子的厌氧消化20天的出水以及共同添加PFS和铁离子的出水；由图可以明显的看出添加PFS和铁离子的厌氧消化体系的出水要优于空白对照组。由图2.2b可以看出，空白对照组，添加PFS和铁离子的厌氧消化体系的出水中的SS的平均粒径要比原水要大，其中原水的体积平均粒径在31.7?m，厌氧消化出水的空白对照的悬浮物体积平均粒径在48.8?m添加PFS的出水的体积平均粒径为57.4?m，添加铁离子的出水体积平均粒径为83.1?m，共同添加PFS和铁离子的厌氧消化体系的出水体积平均粒径64.8?m。该实验结果也证明了微生物具备絮凝的能力，而添加PFS和铁离子能促进絮凝效果。

4.本章小结

厌氧消化过程能够有效的分离猪场废水中的SS，主要依靠微生物的絮凝作用以及微生物的降解作用；经过20天的厌氧消化，SS的分离效果达到52.4%，其猪场废水中的有机物也得到明显的降低；在厌氧消化过程中添加絮凝剂PFS能够增强絮凝效果，经过20天的厌氧消化，SS的分离效果达到62.1%；在厌氧消化过程中添加铁离子能够增强微生物的降解作用，经过20天的厌氧消化，SS的分离效果达到70.0%；经过20天的厌氧消化，空白对照组，添加PFS和铁离子的厌氧消化体系的出水中的SS的平均体积粒径要比原水要大，该实验结果证明了微生物具备絮凝的能力，而添加PFS和铁离子能促进絮凝效果。