ATAD工藝對養(yǎng)豬廢液的無害化研究

孫冬冬

(吉林省電力科學(xué)研究院有限公司，吉林長春 130000)

摘要[目的]研究ATAD工藝對養(yǎng)豬廢液的無害化處理。[方法]利用ATAD系統(tǒng)處理養(yǎng)豬場廢水中的病原菌，研究進(jìn)泥濃度、攪拌速度和曝氣量對ATAD系統(tǒng)滅菌效果的影響，同時(shí)考察了各菌群數(shù)隨時(shí)間、溫度的變化情況。[結(jié)果]采用ATAD工藝處理養(yǎng)豬廢水的最佳工況：進(jìn)泥濃度VSS為35 g/L，最佳曝氣量為25～32 L/h，最佳攪拌量為180～190 r/min。[結(jié)論]應(yīng)用ATAD工藝對養(yǎng)豬廢水進(jìn)行無害化處理，蛔蟲卵的去除率可達(dá)100%，總菌群數(shù)、糞大腸菌群數(shù)、糞鏈球菌群數(shù)的去除率可達(dá)99.9%以上，無害化效果良好。

關(guān)鍵詞ATAD；養(yǎng)豬廢水；無害化

中圖分類號S181

作者簡介孫冬冬(1986-)，女，吉林長春人，工程師，碩士，從事環(huán)境工程研究。

收稿日期2015-06-02

Study on the Harmless Processing of Swine Wastewater by ATAD Process

SUN Dong-dong(The Electric Power Research Institute of Jilin Electric Power Limited Company, Changchun, Jilin 130000)

Abstract[Objective] To study harmless processing of swine wastewater ATAD process. [Method]ATAD system was used to treat pathogenic bacteria in swine wastewater. The influences of mud concentration, mixing speed and aeration amount to the sterilization effect of ATAD were studied. Meanwhile, we studied the change of bacteria amount with time and temperature. [Result] The best condition for ATAD treating swine wastewater was that the mud concentration was 35 g/L, and the mixing speed was 180-190 r/min, and the aeration amount was 25-32 L/h. [Conclusion]When applying ATAD process for achieving harmlessness of swine wastewater, the removal rate of ascaris eggs reached 100%, and the removal rates of total bacteria amount, fecal coliform and fecal streptococcus all reached more than 99.9%. The harmlessness effect was satisfactory.

Key words ATAD；Swine wastewater; Harmlessness

畜禽糞便中含有大量病原微生物、寄生蟲卵以及滋生昆蟲如蚊蠅等，使環(huán)境中病原體種類增多、菌量增大，常造成人畜共患的傳染病，有時(shí)還會(huì)發(fā)生疫情，給人畜帶來災(zāi)難性危害。尤其在北方，干旱、大風(fēng)天氣較多，使得病菌的傳播更易發(fā)生[1-3]。由于近年來畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，集約化、規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速崛起，已使畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染成為不容忽視的問題[4]。所以養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢水也已是水體污染的問題之一。

自從歐美各國對處理后發(fā)酵微生物中病原菌的數(shù)量有了嚴(yán)格的法律規(guī)定后，ATAD(Autoheated/Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion，ATAD)工藝因其較高的滅菌能力而受到重視。自動(dòng)升溫好氧消化工藝是在45～65 ℃的高溫下運(yùn)行，高溫操作的最大優(yōu)勢在于它具有相當(dāng)快的生物降解速率，低細(xì)胞產(chǎn)率(產(chǎn)污泥量少)及滅菌的效率較高[5-7]。另外，由于高溫下硝化菌的生長受抑制，使ATAD反應(yīng)器中的pH不會(huì)降低，可以保持在7～8[8]；而且，不發(fā)生硝化反應(yīng)還可以減少需氧量。將ATAD工藝有效應(yīng)用于對養(yǎng)豬廢液的無害化處理具有重要意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)用廢水試驗(yàn)用廢水來自吉林市溫德養(yǎng)豬場豬糞水。該養(yǎng)豬場中型規(guī)模，有近5 000頭豬，豬糞水采用干清糞沖水，排水通過管道進(jìn)入一口窨井中，統(tǒng)一排放。該廢水有臭味，粘稠，灰黑色。試驗(yàn)前將養(yǎng)豬廢水進(jìn)行自然沉淀，將沉淀物和上清液分離，取沉淀物為試驗(yàn)用。

1.2污泥馴化試驗(yàn)裝置為總有效容積2.5 L，口徑<5 cm的圓柱形反應(yīng)器。反應(yīng)器外裹保溫套，置于恒溫水浴鍋中以維持反應(yīng)器內(nèi)溫度，減少散熱帶來的影響。試驗(yàn)裝置還配有攪拌裝置和曝氣裝置，使嗜熱菌與糞便充分反應(yīng)，氧氣分散均勻，使系統(tǒng)處于微好氧狀態(tài)。將從吉化污水處理廠取來的活性好氧污泥放置于玻璃反應(yīng)容器中進(jìn)行馴化，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度自動(dòng)升高時(shí)，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度與反應(yīng)器內(nèi)溫度一致，直到反應(yīng)器內(nèi)溫度升到最高溫度并保持不變，嗜熱菌馴化成功。

1.3試驗(yàn)方法ATAD工藝可對養(yǎng)豬廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解，該試驗(yàn)主要考察進(jìn)泥濃度、曝氣量和攪拌速度對反應(yīng)體系中病原菌去除率的影響效果。這些指標(biāo)用來反映ATAD反應(yīng)器的運(yùn)行情況：總菌群數(shù)采用稀釋倍數(shù)法；蛔蟲卵采用離心法；糞大腸菌群數(shù)采用多管發(fā)酵法；糞鏈球菌采用多管發(fā)酵法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1進(jìn)泥濃度對ATAD工藝滅菌效果的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)泥濃度為35 g/L時(shí)，總菌群數(shù)的去除率最大，糞大腸菌群、糞鏈球菌群及蛔蟲卵的去除率也相對較高，無害化效果理想(表1)。ATAD工藝主要利用高溫環(huán)境下生長的噬熱菌降解有機(jī)物產(chǎn)生熱量，從而使病原菌滅活。進(jìn)泥濃度的大小決定了進(jìn)入反應(yīng)體系的有機(jī)物含量的多少，進(jìn)泥濃度越大，有機(jī)物含量就越高，噬熱菌代謝分解有機(jī)物產(chǎn)生的熱量就越多，ATAD反應(yīng)體系的溫度就越高。但是試驗(yàn)結(jié)果顯示，進(jìn)泥濃度過高也會(huì)制約ATAD工藝對病原菌的去除。分析原因其主要是因?yàn)樵贏TAD反應(yīng)器的有效容積內(nèi)以及固定的攪拌速度和曝氣量下，進(jìn)泥濃度過高會(huì)影響氧的傳質(zhì)效率，使得有機(jī)物、氧氣和微生物不能充分接觸[9-12]。

2.2攪拌速度對ATAD工藝滅菌效果的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，攪拌速度為180～190 r/min時(shí)，總菌群數(shù)的去除率最大；攪拌速度為150～160 r/min時(shí)，糞大腸菌群和糞鏈球菌的去除率最大(表2)。但是，在試驗(yàn)條件下，發(fā)現(xiàn)攪拌速度達(dá)到200 r/min及以上時(shí)，泡沫現(xiàn)象較嚴(yán)重且不易于保溫。因此該試驗(yàn)的最佳攪拌速度確定為180～190 r/min。攪拌強(qiáng)度是ATAD系統(tǒng)中很重要的控制指標(biāo)之一。攪拌在ATAD系統(tǒng)中使微生物和氧氣與反應(yīng)中期起主要作用的嗜熱菌等微生物進(jìn)行充分接觸，有利于有機(jī)物的快速分解；攪拌還可以打碎反應(yīng)器內(nèi)的塊狀污泥和微生物，增大好氧反應(yīng)面積，減少水力停留時(shí)間，從而加快污泥穩(wěn)定化時(shí)間[13-18]。

表1　不同進(jìn)泥濃度下的病原菌去除率

表2　不同攪拌速度下的病原菌去除率

2.3曝氣量對ATAD工藝滅菌效果的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣量為25～32 L/h時(shí)，各菌群去除率最大，無害化效果最好(表3)。ATAD系統(tǒng)中主要的生化反應(yīng)：①微生物在酶的作用下對有機(jī)物的降解；②有胞外酶引起的細(xì)菌解體作用。其中后者在病原菌滅活及VSS去除中起著關(guān)鍵作用。細(xì)菌細(xì)胞解體后，分解為易于降解的物質(zhì)和難降解的物質(zhì)兩部分。當(dāng)電子受體和氧氣分子共存時(shí)，易降解的蛋白質(zhì)就進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成小分子的物質(zhì)，如短鏈的羧酸(乙酸、丙酸、丁酸等)。這些羧酸同時(shí)可以用于合成作用，產(chǎn)生生物污泥。所以在ATAD工藝系統(tǒng)中，提供適量的氧氣以滿足微生物的內(nèi)源反應(yīng)是很關(guān)鍵的，曝氣量的大小直接關(guān)系到VSS的降解速率、微生物的減量程度，關(guān)系到ATAD工藝系統(tǒng)的運(yùn)行效果[19-21]。

表3　不同曝氣量下的病原菌去除率

2.4反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對ATAD工藝滅菌效果的影響由表4～7可知，以上4個(gè)指標(biāo)在30～40 ℃的條件下值最大；在20 ℃時(shí)，由于溫度過低，抑制了菌種的生長，使得菌種增長緩慢；在30、40 ℃下，各菌群數(shù)均在一定程度上有所增加；在50 ℃時(shí)，由于溫度過高，抑制了菌種生長甚至殺死了菌種，使得菌種數(shù)量大量減少。在同等溫度條件下，當(dāng)放置一段時(shí)間(20 d)后，由于營養(yǎng)物質(zhì)缺乏和生長條件下降等原因，也會(huì)致使菌種大量減少死亡。

表4　總菌群數(shù)隨時(shí)間溫度的變化　個(gè)/ml

表5　糞大腸菌群數(shù)隨時(shí)間溫度的變化　個(gè)/L

表6　 糞鏈球菌群數(shù)隨時(shí)間溫度的變化　個(gè)/L

表7 蛔蟲卵數(shù)隨時(shí)間溫度的變化　個(gè)/L

3 結(jié)論

ATAD工藝是一種無需外加熱源，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升溫的，能夠?qū)崿F(xiàn)病原菌滅活的污泥穩(wěn)定化處理工藝[11]。試驗(yàn)通過ATAD系統(tǒng)對吉林市溫德養(yǎng)豬場的養(yǎng)豬廢水中病原菌進(jìn)行處理，研究進(jìn)泥量、攪拌速度和曝氣量對ATAD系統(tǒng)滅菌效果的影響，確定了對該養(yǎng)豬廢液采用ATAD工藝進(jìn)行滅菌和穩(wěn)定處理的最佳運(yùn)行條件范圍。

根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論，認(rèn)為類似吉林市溫德養(yǎng)豬場的養(yǎng)豬廢液通過ATAD系統(tǒng)的處理，可以很好解決廢水中各菌群的滅菌問題，蛔蟲卵的去除率達(dá)100%，總菌群數(shù)的去除率達(dá)99.5%以上，糞大腸菌群的去除率達(dá)99.97%以上，糞鏈球菌的去除率達(dá)99.8%以上，出水未檢出沙門氏菌，均超過了國家排放要求，保護(hù)環(huán)境；ATAD系統(tǒng)與其他工藝相比，可大幅度節(jié)約成本。但是，由于ATAD技術(shù)在國內(nèi)比較新，仍需要解決理論研究與實(shí)際應(yīng)用間的差距，并對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)方面評價(jià)的前提下，才能確定養(yǎng)豬場養(yǎng)豬廢水采用ATAD工藝進(jìn)行減量化處理的可行性。

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