目前，我國每年的畜禽養殖廢水排放量已經超過了100億噸，遠超過全國生活廢水與工業廢水的排放量總和。養殖業廢水屬于高濃度有機廢水，含有大量病原體，隨著雨水徑流進入水體，會導致地表水或地下水水質的嚴重惡化，是威脅飲用水水源安全的重要因素之一。如今，養殖業廢水的處理技術主要存在處理效率低、管理運行成本高等問題。為有效減少畜禽養殖廢水對環境的污染，建設美麗城鄉生態環境，研究開發畜禽廢水高效、低成本的處理技術迫在眉睫。
低能耗復合膜生物反應器是通過向生物反應器內投加載體填料，在填料上形成生物膜，具有更高的處理效率、抗負荷沖擊能力強、減緩膜污染等優點。同時控制曝氣管路交錯曝氣有利于減少能耗，獲得較好的脫氮除磷效果。采用低能耗復合膜生物反應器處理畜禽養殖廢水，旨在探討其綜合處理效能。
1、材料與方法
1.1 試驗裝置
試驗裝置如圖1所示。處理水量30L/h，反應器主體尺寸為60cm×40cm×100cm，有效容積為200L，裝置包括進水系統、生物反應器主體、膜組件、曝氣系統。其中，膜組件位于生物反應器主體內部下方，用導流板分割成兩個對稱區域，即填料區和膜區。填料區采用半軟性填料，掛膜密度40%。膜區采用聚偏氟乙烯(PVDF)材料的中空纖維膜組件，膜絲公稱過濾孔徑為0.02μm，單個膜組件膜面積0.5m2，總膜面積2m2，設計膜瞬時過濾通量為15L/(m3·h)。膜組件及掛膜區底部分別設置穿孔曝氣器，通過自動閥門實現切換。反應器內污泥混合液在自吸泵的負壓抽吸下經過超濾膜出水，設置運行過濾9min，停歇1min，曝氣閥門切換間隔為30s。
1.2 實驗用水
實驗原水取自某畜禽養殖廠沼氣池出水，其具體水質如表1所示。
1.3 分析項目及方法
分析項目及方法參照國家環保局的水和廢水標準監測分析方法，各項水質指標及研究方法如表2所示。
2、結果與分析
2.1 對CODCr的去除效果
圖2是低能耗復合膜生物反應器對CODCr的去除效果。
進入復合膜生物反應器的是經過調節池調節后的沼氣池出水，進水CODCr范圍在800～1200mg/L，平均濃度為1000mg/L。從圖2可知，畜禽養殖廢水經過低能耗復合膜生物反應器處理后，出水CODCr平均在100mg/L左右，優于《畜禽養殖業污染物排放標準》(GB/T18596—2001)中低于400mg/L的要求，平均去除率約為89%。出水CODCr下降明顯且較穩定，去除效果良好。分析認為，一方面養殖廢水有機物濃度高，可生化性較好，接種的微生物在營養物質充足的條件下，于復合膜生物反應器內實現快速生長繁殖，所以污泥濃度也在逐漸升高;另一方面，浸沒式超濾膜的截留作用，進一步減少了污泥流失，而且污泥濃度始終保持在較高水平;第三方面，實驗期間水溫在15～20℃，也有利于微生物的新陳代謝，進一步降低了出水的CODCr。
2.2 對氨氮的去除效果
圖3顯示的是低能耗復合膜生物反應器對氨氮的去除效果。從圖3中可知，在設備的穩定運行期間，進水氨氮值保持在200～250mg/L，而出水氨氮始終穩定在15mg/L以下，平均去除率達到94.5%，出水氨氮值優于《畜禽養殖業污染物排放標準》(GB/T18596—2001)中80mg/L的規定。低能耗復合膜生物反應器對氨氮的去除效果較好，原因歸結于3點：①超濾膜的高效截留作用會有效減少微生物隨出水的流失，這使得硝化菌在復合膜生物反應器內富集成為優勢菌種;②反應器內部的水溫在20℃左右，為硝化菌最適生長溫度，有效避免了溫度對硝化菌生長的阻礙;③在復合膜生物反應器內保持著較高的污泥濃度，F/M值也會減小，進而減弱了異養菌對DO的競爭，更有利于硝化反應的進行。
2.3 TP的去除效果
圖4顯示的是低能耗復合膜生物反應器對總磷的去除效果。如圖4所示，出水總磷的濃度在3～8mg/L，穩定后出水總磷的濃度在4～6mg/L，平均去除率為78%，對總磷去除效果較好，基本達到了《畜禽養殖業污染物排放標準》(GB/T18596—2001)中低于8mg/L的要求。設備對總磷的去除效果在前期波動較大，而在后期相對比較穩定。這主要是因為，一方面受進水水質總磷濃度變化的影響，由圖4可見，設備進水在開始的前20d總磷數值出現比較大的變化，而設備出水總磷數據也相應出現明顯的波動，在20d后進水總磷基本穩定，出水也進一步穩定;另一方面，隨著設備的逐步穩定，復合膜反應器內的污泥總量和污泥濃度隨著運行天數的增加而進一步增加，同時反應器內部污泥中對去除總磷有重要作用的微生物數量也不斷增加，所以隨著時間的拉長，總磷的去除效果更加穩定。
2.4 對SS的去除效果
復合膜生物反應器采用膜分離技術實現泥水分離，由于膜組件的膜孔徑為超濾級0.02μm，故可將反應器內全部的懸浮物和污泥較好地截留，還能夠截留絕大部分細菌、微生物、病毒等。圖5是對SS的去除效果。由圖可知，超濾處理后出水SS濃度低于5mg/L，去除率基本保持在99%以上，遠遠優于一般傳統的污水處理工藝。即使進水SS出現波動時，設備出水SS依然低于5mg/L，運行效果非常穩定，具備較強的抗沖擊負荷能力。
2.5 膜污染控制及恢復
低能耗膜生物反應器對膜污染的控制，主要來源于非連續的短時曝氣吹掃以及膜區絮流沖刷產生的表面錯流，測試運行以恒流量運行，期間未進行日常的藥劑清洗及水力反洗。用跨膜壓差表征膜污染程度的實驗結果表明，在反應器初期運行的7d，跨膜壓差增長顯著，跨膜壓差日均增長0.45kPa，由初始-6kPa增至-10kPa，之后隨著生化系統的穩定，跨膜壓差趨于穩定而緩慢地增長，日均增長在0.25kPa。測試期間，膜運行整體比較穩定，最高運行跨膜壓差為-25kPa，在正常運行-30kPa以內。測試期60d后，采用質量分數1.5g/L的次氯酸鈉對膜組件進行浸泡清洗10h，經清洗后測試發現，跨膜壓差恢復率達到95%以上，可見，造成膜污染的原因主要是微生物的代謝產物在膜表面形成的凝膠層，以及膜面和膜孔內微生物的滋生。
3、結論
1)采用低能耗復合膜生物反應器處理畜禽養殖廢水，在進水CODCr為800～1200mg/L、NH3-N為200～250mg/L、TP為15～30mg/L、SS為1000～1200mg/L時，出水CODCr為100mg/L左右、NH3-N為15mg/L以內、TP為4～6mg/L、SS為0～5mg/L，優于《畜禽養殖業污染物排放標準》(GB/T18596—2001)，且已經達到《農田灌溉水質標準》(GB5084—2005)。
2)低能耗膜生物反應器通過物理作用可以有效控制膜污染，微生物生長代謝的溶解性有機物及微生物滋生是造成跨膜壓差增長的主要原因，通過一定濃度的次氯酸鈉浸泡可有效恢復膜性能，跨膜壓差恢復率達到95%以上。(來源：光大環保技術裝備(常州)有限公司，立升凈水科技有限公司)
