文 献 综 述

一、 　绪论

我国生猪养殖业正经历由传统农户散养向规模化、集约化、工厂化饲养转变。近年来,在国家政策的强力推动下,中国猪业转型升级进程明显加快,由世界养猪大国变成世界养猪强国的愿望正在逐渐实现^[1]。然而，规模化畜禽养殖业在促进经济发展的同时，也对区域环境产生了严重的污染。而未经无害化处理的畜禽粪尿是畜禽养殖场最大的污染源^[2]。特别是规模化猪场养殖废水排放量大，有机质浓度高、含氮量高，如处理不当，势必会对环境、饮用水源、农业生态产生直接威胁和危害^[3]。

我国政府已经逐步认识到禽畜废物排放污染的严重性，制定并采取了一些政策管理措施减少畜牧业环境污染。《畜禽规模养殖污染防治条例》中有对废弃物的处理方式以及利用途径作出明确的规定。比如说对污染防治和废弃物综合利用设施建设进行补贴、利用畜禽养殖废弃物进行沼气发电的，依法享受国家规定的上网电价优惠政策以及相应的监督和处罚政策等^[4-5]。

目前国内对养猪场粪尿废水的处理工艺较为成熟，但常用的方法普遍存在COD_cr、BOD₅、NH₄ -N超标等问题。据调查测算，干湿分离的猪场废水的主要水质指标为：COD_cr5000~10000mg/L,MLSS1000~5000 mg/L，BOD₅可高达10000 mg/L^[6]。但根据我国集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日均排放浓度标准BOD₅为150 mg/L，COD_cr为400 mg/L，MLSS为200 mg/L，氨氮为80 mg/L，总磷（以P计）为8 mg/L^[7]。所以养殖废水的处理工艺有待进一步的改善。

二、 养殖废水生物处理的主要工艺

生物处理养殖废水的主要工艺又分为厌氧法和好氧法两种。而好氧法又可分为活性污泥法和生物膜法。

2.1 厌氧法

2.1.1升流式厌氧污泥床（UASB）

由Lettinga在70年代开发的。污水被尽可能均匀地引入到UASB反应器的底部，向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床，厌氧反应发生在污水与污泥颗粒的接触过程，反应产生的沼气引起内部循环。附着在沼气上的污泥随沼气向反应器顶部上升碰击到三相分离器气体反射板,引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面,气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。一些污泥颗粒会经过分离器缝隙进入沉淀区。UASB可以将固体停留时间和水力停留时间分离，并且能够能保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄以及注重培养颗粒污泥等。但UASB容易在固体悬浮物负荷较大的情况下堵塞^[8-9]。

2.1.2厌氧内循环反应器（IC，Inside Cycling）^[10]

IC反应器基于UASB反应器内污泥已颗粒化为基础构造的新型厌氧反应器。它是由两个UASB反应器的单元相互重叠而成,一个是极端高负荷,一个是低负荷。它的另一个特点是在一个高的反应器内将沼气的分离分为两个阶段。IC反应器效率高,占地面积小,但是其缺点依然是无法在大规模的生产装置上形成稳定的颗粒污泥^[11]。

2.2好氧法

2.2.1活性污泥法

1.SBR(序批式活性污泥法)

由美国的 R.Irvine 等于 20 世纪 70 年代初提出的一种新型活性污法处理系统^[12]。陈碧美等运用两次进水 SBR法处理养猪场废水厌氧消化液表明，经两次进水 SBR 处理后，出水 COD、氨氮浓度达到《畜禽养殖污染物排放标准》，但总磷需在进水前经硫酸亚铁同步沉析及絮凝作用后方能达标^[13]。D．Obaja^[14-15]等研究利用 SBR 处理养猪废水，进水氨氮浓度和磷浓度分别为 1500 mg/L 和 144 mg/L，控制 SBR 运行 3 天，污泥停留时间为 1 天，水力停留时间为 11 天，得出系统对氨氮和磷的去除率分别达到 99%和 97.3%，同时还研究出在 SBR 工艺中利用养猪废水中的内源性有机碳可达到较好的去除废水中的氨氮和磷的结果^[16]。

2.A/O工艺

A/O(Anoxic/Oxic)法脱氮工艺,是在20世纪80年代初开创的工艺流程,其主要特点是将反硝化反应器放置在系统之前,故又称为前置反硝化生物脱氮系统,这也是目前在城市污水与工业废水处理与回用中采用比较广泛的一种脱氮工艺。

A/O(Anoxic/Oxic)法除磷工艺是使污水和污泥顺次厌氧和好氧交替循环流动达到除磷和去除BOD的目的。

A/O工艺长期稳定运行对污染物的去除效果表明,A/O污水厂工艺运行稳定对BOD₅、COD具有较高的去除率,且具有较强的抗冲击性能;出水水质优于设计标准,长期稳定运行COD出水平均在58mg/L,COD平均去除率达到88.2%。BOD₅出水平均达到14.2ml, BOD₅去除率平均达到92%,出水SS平均达到27,SS去除率达到90.2%^[17]。

3.A²/O工艺

A²/O工艺由厌氧-缺氧-好氧池组成。在厌氧段，污水中BOD₅、COD有一定下降，NH₄ -N由于细胞的合成而有一定的去除，而NO₃^#8209;-N不变，磷的含量因聚磷菌的释放而上升。在缺氧段，废水中有机物被反硝化菌利用作为合成细胞的碳源，故BOD₅、COD继续减少，NH₄ -N变化较小，NO₃^#8209;-N大幅度下降，被还原成N₂并释放至大气，磷的变化很小。在好氧段，有机物继续降解而减少，NH₄^#8212;N和P以较快速率下降，NO₃^#8212;N则由于硝化作用而上升。A²/O工艺的局限性在于当脱氮效果好时，除磷效果则较差，反之则亦然，该工艺很难同时取得好的脱单除磷的效果^[18]。

2.2.2生物膜法

1.接触氧化法

生物接触氧化法作为一种好氧生物处理工艺，兼具活性污泥法和生物膜法两者的优点，在国内外得到了广泛的研究与应用。接触氧化池内置有填料，经充氧的污水将填料浸没，并以一定的速度流经填料，生物膜布满填料，通过与污水的接触，在微生物新陈代谢的作用下，污水中的的有机污染物被去除从而得到净化，因此，生物接触氧化工艺又得名”淹没式生物滤池”。生物接触氧化法具有比表面积大、污泥浓度高、污泥龄长等特点，并且具有运行成本低，处理效果稳定，出水水质好等优势，被广泛的用于处理生活及工业污水中^[19]。

2.生物滴滤床

生物滴滤床是生物膜法的一种，以下将对生物滴滤床工艺做详细的介绍。

三、 生物滴滤床的发展与现状

生物滴滤床最早于 1893 年在英国成为一种重要的水处理技术，它是生物滤床的一种，属于水处理技术中的生物膜工艺。在实际运行过程中，生物滴滤床是一种问题较少的二级处理工艺， 控制和维护都比较简单^[20]。

图1 用于废气处理的生物滴滤床示意图

3.1生物滴滤床的原理

污水长期以滴状洒在块状滤料表面，在污水流经的表面会形成生物膜。废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，生物膜内的微生物在氧的参与下对有机物进行分解，使废水得到净化。

3.2生物滴滤床在臭气处理中的研究和应用情况

国内滴滤床处理废气的研究主要对于VOC_s 类污染物^[21-22]，对 H₂S，NH³等易生物降解的恶臭污染物，研究已证实具有很好的处理效果，目前已有工业应用^[23-24]。余军欢^[25]进行了生物滴滤池法治理恶臭污染的研究，采用球形镂空填料，填料塔分两层堆放各 1 m高的填料， 气液逆向接触，H₂S 去除率大于 80%，NH₃的平均去除率大于 70%，苯和甲苯可达 80%。

3.3生物滴滤床在污水处理中的研究和应用情况

目前生物滴滤床在处理废水方面，虽然国外的研究应用多于国内，但国内的研究也有了不小的进展。上海交通大学的余珍等^[26]对滴滤床的结构做了改进， 采用填料分层并局部反冲洗的方法处理餐饮废水，在低流量、适宜温度下可以有效去除餐饮废水中的 COD、氨氮、总氮和总磷。东南大学余浩等^[27]则进行了利用生物滴滤床处理农村生活污水的试验，发现生物滴滤床对于 COD、氨氮的处理效果很可观，都在 85%以上。郭静等^[28]利用移动床生物膜反应器同步处理污水厂以 H₂S 为主要成分的臭气和生活污水， 采用间歇和连续两种不同的进水方式，H₂S 和污水中 COD 的去除率分别能达到 90%以上和 80%以上。俞姗姗等^[29]则将滴滤床工艺应用于小城镇生活污水的处理中，并得出该技术具有处理效果好且水质稳定、操作简单, 维护量小的特点, 符合国家倡导的”高效-低耗的城镇污水处理技术”。

3.4生物滴滤床的特点及存在问题

优点：可靠性较高；耐冲击负荷；可持续性好；能耗低；维护和运行简便；处理效果较好，能达到二级排放标准；改变填料可以处理高有机物浓度的废水；适合于小生物群落的存活^[20]。

缺点：填料易堵塞；处理峰值不稳定；挂膜困难；填料不易于清洗。

综上所述，设计者希望通过改良生物滴滤床来设计一个新型的好氧生物滴滤床，达到提高养殖场污水处理效率的目的。

四、 新型生物滴滤床的改良方向

国内的一些学者提出了关于生物滴滤床的改良方案，如余光辉等^[30]采用生物滴和过滤池相串联的复合生物滤池处理垃圾恶臭；余珍等^[26]对滴滤床的结构做了改进， 采用填料分层并局部反冲洗的方法处理餐饮废水；郭静等^[28] 则采用间歇和连续两种不同的进水方式对滴滤床的工艺进行了改善；胡和平等^[31]用3种不同碳源(甲醇、醋酸钠和葡萄糖)对模拟污水进行生物滴滤池脱氮研究时发现,系统在40℃以下都具有较好的反硝化效果。

在已有的生物滴滤床的改进基础上，本设计关于新型生物滴滤床的开发方向和要求如下：

针对生猪养殖场排放的废料、废水等物料；针对反应过程中存在的填料堵塞问题；

针对生物滴滤床处理废水峰值不稳定的问题；针对处理过程中挂膜困难的问题；针对填料不易于清洗的问题。

新型生物滴滤床是一种改良后的生物滤床，拟采用适宜填料，原位挂膜，强制灌气，在底部安装沉淀池以及污泥进出阀门等技术方案以期解决传统生物滴滤床存在的诸多问题。随着畜禽养殖业的发展，此新型滴滤床将在环保领域、新能源领域发挥越来越重要的作用。

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