浸没式MBR技术在养猪场废水处理中的应用
膜生物反应器(MBR)是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的污水生化处理工艺¨，是活性污泥法的一种，原理是利用生物反应槽(曝气槽)内含微生物菌群的活性污泥吸附水体中的有机污染物，并以其为营养物质或增殖材料，使水体中的有机污染物分解达到净化废水的目的。MBR技术经历了分置式、错流式和浸没式膜生物反应器3个阶段，其中，浸没式膜生物反应器是21世纪公认的最有发展前途的环境治理技术之一，也是目前处理高浓度废水和污水中水回用的理想技术。近年来，膜生物反应器(MBR)由于处理效果好、占地面积少、负荷高和抗冲击负荷能力强等优点日益受到污水处理界的关注，并应用于废水的处理，取得了很好的效果。
本实验采用前置式反硝化生物脱氮工艺(A／O工艺)与浸没式MBR工艺结合，对养猪场废水的处理效果进行了研究，实验结果显示对主要污染物的去除均达到DB31／199-1997一级标准，说明使用浸没式膜生物反应器处理畜禽养殖废水在理论上是可行的。实验吸收传统的“厌氧+好氧”处理工艺成果，采用浸没式生物反应器处理技术对该养猪厂产生的废水进行实验性处理，目的是为畜禽废水处理提供工程实践基础。
1材料与方法
1.1猪场废水
实验废水取自“干湿分离系统”养猪场排放的高浓度有机废水，废水水量60m3／d，实验废水水质为COD=9100mg／L，BOD=3788mg／L，SS：4490mg／L，NH3一N=450mg／L。
1.2方法
浸没式MBR处理技术是将吸入泵、曝气器和生物反应池为一体式的最新膜生物反应器，膜组件直接放于生物反应器中，MBR反应器内流速由空气的搅拌提供。中空纤维膜组件置于MBR中，污水浸没膜组件，通过自吸泵的抽吸，利用膜丝内腔的抽吸负压来运行。
膜组件材质为聚乙烯。膜组件公称孔径为0．4微米，是悬浮固体、胶体等的有效屏障；中空纤维膜丝较细，有较好的柔韧性，能保持较长的寿命，即使有膜丝破损的现象发生，由于膜丝内径仅为270微米，可被污泥迅速阻住，对处理水质完全没有影响。MBR处理池设计为A／O处理系统：在前段，进水与后段的回流水充分混和进行生物反硝化脱氮，在后段进行生物降解和硝化，同时加碱补充氨氮硝化所消耗的碱度，处理后水直接排放，如果需要，也可进一步消毒处理进行中水回用。
鼓风机曝气的目的是在提供微生物生长所必须的溶解氧之外，还使上升的气泡及其产生的紊动水流清洗膜丝表面，阻止污泥聚集，保持膜通量稳定，设计气水比为30:1。MBR中产生的剩余污泥由气提泵定量提升至污泥干化池，污泥在其中浓缩，并使污泥减容，上清液回流至调节池。MBR主要设计参数：有效水深为2.7m，有效容积为34.7m3。
1.3工艺流程与调试
废水首先经过细筛网除去污水中较大颗粒的杂质和悬浮物，防止泵的阻塞和损伤，减轻负荷。废水来水具有一定的作用水头，重力自流到细格栅，格栅出水重力自流入调节池。调节池用以调节水量、均化水质，使后续处理工艺在相对稳定的条件下工作，同时调节池中风机曝气除臭降温，还可防止悬浮物沉积。调节池出水由移送泵提升至斜板沉淀池。沉淀池主要实现泥水分离，上清液流人MBR反应池连续运行处理。工艺流程见图1。因采用浸没式MBR法处理该养猪场废水，处理完后消毒可在养猪厂内进行中水的回用，如：绿化、灌溉、冲洗厕所等用途，初步确定设计水量为60m3／d，实验污水水质如表1所示。调节池主要设计参数：有效水深为2．0m，有效容积为48．7m3。
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实验浸没式MBR法处理猪场养殖业废水过程中的调试阶段共分为5个阶段进行，阶段I主要是向MBR反应器中接种活性污泥，是主要驯化异养菌的过程，根据Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ阶段取样化验和各阶段出现的现象进行加药调试，目的是使系统运行达到稳定运行状态(V阶段)。调试阶段说明如表2所示。
2结果与讨论
该处理工艺通过3个月的调试及6个月的稳定运行，测得进入废水处理站的平均水质与设计水质基本相符，即COD=9100mg／L，BOD=3788mg／L，SS=4490mg／L，NH．N=450mg／L。出水水质达到DB31／199．1997一级标准。调试各阶段取样及出水水质结果如图2所示。
从图2可以观察出阶段I是调试程序开始，活性污泥的驯化阶段，共经过了22d(调试工作准备就绪，向MBR池内投入有效池容约7．5％的城市活性污泥，用水加满后，处理系统按设定的程序开始运行)。
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调试阶段Ⅱ主要经历了18d(23～41d)，第23d时进行第1次取样化验：出水COD<100mg／L，但进出MBR池的NH．N浓度相同，出水pH高于进水，且有大量的泡沫产生。取样化验结果表明微生物经22d驯化后，繁殖速率较高的异养菌增殖迅速，世代时间较长的硝化菌尚未形成优势菌种，因此氨氮浓度仍高。由于氨氮浓度高，废水呈碱性而产生大量泡沫。在进入阶段Ⅲ(42～90d)的第46d取样时，发现COD又出现回升趋势(约300mg／L)，而NH3-N浓度明显下降，出水pH低于进水；在接下来近40d的调试期间，出水的COD稳定在250mg／L左右，NH3-N稳定在50mg／L左右，pH<6。出现该现象的主要原因可从硝化过程机理分析得到解释。根据硝化过程机理，硝化过程主要包括以下串级反应，
即：NH4+1.502-----No2-+2H++H2O(1)
No2-+0.502------No3(2)
由反应(1)可知，废水中1molNH4+在溶解氧和亚硝酸菌的作用下，即可产生2molH+和1mol的NO2-。当调试进入阶段Ⅲ时，废水中的NH3-N浓度下降，pH降低，说明硝化过程反应(1)已开始进行，即废水中的亚硝酸菌和硝酸菌开始生成。由于硝酸菌的产率约为亚硝酸菌的1／2至1／3，加上在酸性环境下(pH：6.0-7.2)，反应(1)的反应速度大于反应(2)，从而使硝化过程中的串级反应(2)的反应速度较小，废水中H浓度和NO(浓度累积。
因此，废水在进入调式阶段Ⅲ时，废水中的pH始终较小，出水中NO2-浓度较高。这与第77d的MBR出水中NO2-高达123mg／L的分析结果十分吻合。同时，由于出水pH较低，反应(1)得到抑制，使出水NH3-N基本保持在50mg／L左右。NO2-属还原性物质，理论上1mg／LNO2-将产生I.141mg／LCOD,为证实NO2-对出水COD的贡献，在实验室采用测定BOD预处理的方法将NO2-影响消除，测得COD<100mg／L。该结果表明，阶段Ⅲ出水COD稳定在250mg／L左右主要是由NO2-累积引起。实验室利用该养猪场的污泥和出水进行小试，发现如果控制pH>7．5，则出水NH3-N<5mg／L，而NO2-浓度不变。这也说明阶段Ⅲ的硝
酸菌浓度由于受废水中酸环境和硝酸菌生成速率的制约，尚未达到需要浓度。因此，在进入阶段Ⅲ时，废水的pH始终<6，出水的COD稳定在
250mg／L。为了提高环境pH，促进硝化反应，在调试进入第79d时，向废水中投加NaOH，但实际投加量远大于理论加碱量(理论加碱量=硝化所需碱度一进水碱度)。这与MBR池较大和NH4+的缓冲作用有关。所以加碱量逐日提高(350～550g／t废水)，至第87d出水pH才有明显上升趋势。在阶段Ⅲ的初期，泡沫仍较多，池内活性污泥随泡沫溢出。当进
入第50d时，开始投加消泡剂(约1．5～2．0g／L)，污泥浓度开始增加，废水中泡沫大大减少。阶段Ⅳ(90～100d)持续时间约10d，主要特征是pH保持在7以上，NH3-N<5mg／L；由于废水中pH控制较差，出水中COD虽有明显下降，但仍稍为超标。这也从一个侧面说明，对高氨氮、高COD污染物废水处理系统，处理系统的自动化程度将直接对出水产生重大影响。第1O0d，调试进入阶段V，加药系统、自动控制和反馈系统完全正常，MBR出水全部达到DB3l／199-1997一级标准，系统处于稳定运行阶段。系统稳定运行后，浸没式MBR反应器主要运行参数：HRT为10h，汽水比为30：1，BOD容积负荷1．0kg／(m·d)，调节池HRT为12．5h。
3结论
采用前置式反硝化生物脱氮A／O工艺，将浸没式MBR装置O级生化池处理畜牧废水这种含有机物浓度高、高氨氮的废水。通过这次对养猪场废水的初步实验可以得到以下几点结论：
(1)采用前置式反硝化生物脱氮工艺(A／O工艺)与浸没式MBR工艺结合，将弥补传统A／O工艺的不足，并具有以下显著特点：①通过反硝化脱氮，彻底消除氨氮对微生物环境的影响；②减少了后续硝化过程的外加碱量和后续硝化过程的曝气量，运行费用降低。
(2)与传统的活性污泥法相比，A／O工艺结合浸没式MBR处理技术固液分离效率高，无须二级沉淀池，设备简单，构筑物占有空问小，自动控制稳定，耐负荷冲击能力强，污泥产量少，出水水质稳定等特点。
(3)实验以“干湿分离系统”的养猪场废水为处理实验对象，经浸没式MBR工艺处理后，经过3个月的调试及6个月的稳定运行，共经历了5个阶段，出水水质为COD<85mg／L，BOD<10mg／L，SS<5mg／L，NH3-N<5mg／L，达到DB31199·1997一级标准。因此，该实验为浸没式MBR工艺处理畜牧废水提供了宝贵的工程实践。
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