屠宰废水处理工艺研究文献综述 24页

'文献综述屠宰废水处理工艺研究一、前言部分水污染是我国环境污染的首要问题，有地域的广阔性，污染的普遍性和排放物的多样性等特征。在污染控制上难度大、技术复杂、投入多、运行困难。在科技发展的今天，随着社会经济的发展和人类文明的进步，投入大量的人力、物力从事水污染控制是十分重要的。我国的水环境污染，特别是流域性水环境污染问题已经成为当前我国环境污染最具代表性的问题之一。根据国家环保总局对我国水环境污染现状统计调查表明：我国的江河、湖泊及近海流域已普遍受到不同程度的污染，总体上呈现加重的趋势，造成污染加重的主要因素是工业废水和生活污水。我国工业废水污染主要以有机污染为主，屠宰废水是一种非常典型的工业有机废水，水质特点是高有机物浓度、高氨氮浓度、高悬浮物浓度，直接排放对环境造成的危害非常大，由于高浓度有机废水引发的一系列水体污染、生态环境恶化、威胁人体健康以及阻碍相关工业发展等问题，目前世界各国特别是包括中国在内的发展中国家尤为严重。由于采用常规的废水处理方法难以净化或无法满足净化处理的技术和经济要求，使得这类高浓度有机废水或工业废水的净化处理已成为现阶段国内外环境保护技术领域亟待解决的一个难题。随着人们生活水平的提高，对肉制品的需求量增大，屠宰场、肉联厂废水排放量在工业废水排放总量中的比例也越来越大。屠宰业是我国出口创汇和保障供给的支柱产业之一，屠宰废水来自牧畜、禽类、鱼类宰杀加工，是我国最大的有机污染源之一[1]。据调查，屠宰废水的排放量约占全国工业废水排放量的6％，其污染还有不断加剧的趋势[2]。屠宰废水为高浓度有机废水，色度深i杂物多、油脂含量高[3]，并带有难闻的臭味。废水的主要成分有动物血污、油脂、粪便、内脏残渣和无机盐类，水体中的CODcr、BOD5、氨氮、SS等指标均较高。BOD5／CODcr=0.5，可生化性优良、无毒性。因含有高浓度的有机质而不易降解、处理难度较大[4-5]，若不经治理直接排放，会对地表水产生污染。如果废水渗漏下排，少量经过土壤过滤、吸附、离子交换、沉淀、水解及生物积累等过程使污水中的一些物质得到去除外，其他的污染将渗入地下，对地下水造成严重污染[6]。直接排放的污水如进入河流将对水体产生严重的污染，其难闻的臭味也会污染大气，对沿岸居民的生活产生严重的影响。对屠宰废水的处理技术从7024 年代开始逐渐被开发应用，处理工艺不断发展，处理程度也在不断提高。结合国内外对屠宰废水治理的方法，通过对屠宰废水特性及工程应用的研究，掌握屠宰废水水质的变化规律，针对此规律选择处理工艺，对处理工艺进行分析研究，能够对屠宰废水的治理提供可借鉴的技术参考。在水资源如此缺乏的今天，能够研究出低成本、高效率的屠宰废水处理技术，妥善的处理好屠宰废水，使其达标排放，对于减轻环境压力、缓解水资源紧张具有十分重要的意义。1.1屠宰废水的来源及特性屠宰厂生产工序一般是：牲畜-活性畜圈-宰杀-烫毛或脱皮-解剥、取内脏-冷藏外运。以上每一道工序都要排除废水，宰前，畜圈每天排出畜粪冲洗水；屠宰车间要排出含血污和畜粪的地面冲洗水；烫毛时要排出含大量毛屑的高温废水；解刨车间排出含肠胃内容物的废水。目前有一部分屠宰厂从事油脂提取，因此炼油废水也成为屠宰废水的一部分，此外屠宰厂还有来自车间卫生设备、锅炉、办公楼等地的生活污水[7]。我国大部分城市己基本上实现禽畜的定点集中屠宰，同时随着人们生活水平的不断提高，屠宰场的规模也在不断扩大，屠宰废水的排放量越来越大。肉类加工废水产生的量除与加工对象、数量、生产工艺、生产管理水平等有关外，还与生产季节（淡、旺季）有明显关系，致使肉类加工厂的废水流量一年之中变化较大。生产本身的特点是非连续生产，每天只一班或二班生产，废水一天之中变化也较大。屠宰废水是肉类加工废水的一种，其来自牲畜屠宰前的冲洗水，屠宰后牲畜和内脏的清洗水，畜仓和屠宰设备及场地的冲洗水。该废水有如下特点：1）水质、水量在一天内的变化比较大。因为肉联厂屠宰过程集中在夜间至凌晨（3-7点），这一时段为排水高峰期，白天相对较少；2）有机污染物含量高，废水主要成分有动物血污、油脂、粪便、内脏残屑和无机盐类等[8]，COD值一般在1500～4000mg／L，最高时达6000mg／L，其中高浓度处理难度较大，屠宰废水中的营养物主要是氮、磷，其中氮主要以有机物或硝酸盐形式存在，而磷主要以磷酸盐的形式存在；3）可生化性较好，BOD5／COD大于0.5[1]；4）屠宰废水一般呈红褐色，有难闻的腥臭味，其中含有大量的血污、油脂质、毛、肉屑、骨屑、内脏杂物、未消化的食物、粪便等污物，固体悬浮物含量高。这类容易降解的有机废水，生物处理工艺是最经济和有效的处理方法之一[8-9]。1.2屠宰废水的危害屠宰废水对环境的危害主要体现在以下几个方面：1.2.1对大气环境的污染屠宰场排出的废水含有NH3、H224 S和胺等有害气体，在未能及时清除或清楚后不能及时处理时，臭味将成倍增加，产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚及低级脂肪酸等恶臭气体，这些臭气严重恶化了养殖场内外环境的大气质量、对养殖工作人员产生危害。并且，屠宰废水往往造成恶臭熏天，蚊蝇孽生，严重影响大气质量和居民的居住环境。1.2.2传播人畜共患病，直接危害人的健康据世界卫生组织和联合国粮农组织有关资料，目前已有200种“人畜共患传染病”，即指那些由共同病原体引起的人与脊椎动物之间相互传染和感染的疾病，其中严重者至少有89种，这些人畜（禽）共患传染病的传播载体主要是畜禽粪尿排泄物。1.2.3重金属与矿物元素污染近年来，随着饲料工业的发展，一些新型饲料中含有大量钙、磷等矿物质元素以及铜、铁、锌、锰、钴、硒和碘等微量元素，有的重金属元素沉积于生物体内，有的未被吸收的过量矿物和重金属元素又从畜禽粪便中排除体外而污染环境。1.2.4抗生素和激素污染在畜禽养殖过程中，为了防治畜禽的多发性疾病，多在饲料中添加抗菌素，而大多数饲料用抗生素都有残留，只是残留量大小不同。随着药物的经常性使用，微生物的耐药性增强。为了防治疾病，药物的用量逐渐加大，药物在动物体内的转化和积累必将导致药物残留的增加。根据报道中国每千克猪肉、猪肝和肾脏分别含土霉素0.31mg、0.49mg和1.23mg；每千克鸡肉、鸡肝和肾脏中分别含氯丙嗦0.2mg、0.5mg和0.65mg。为此，世界各国已明确规定不允许在饲料中使用抗生素和激素类物质作为添加剂。1.2.5微生物污染畜禽体内微生物主要是通过消化道排出体外的，粪便是微生物的主要载体。有关资料表明，在猪场的粪污水中，每立方米含有83万个大肠杆菌，69万个肠球菌，还含有寄生虫卵、活性较强的沙门氏菌等。同时，屠宰废水中的各种有机物也会滋生大量细菌。这些有害病菌，如果得不到妥善处理，将污染环境，这不仅会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重危害人体健康。二、屠宰废水处理研究现状屠宰行业是我国较为普遍的一个行业，经过十几年的发展，不仅在生产技术上形成成熟的工艺和设备，而且在废水处理技术上也有一定的成熟技术应用于大量的屠宰企业中，处理效果不一，并积累了大量的单元技术经验和成熟的成套工艺技术。24 在屠宰废水的处理技术上，考虑废水污染物成分、结构复杂，不能采用单一的污水技术处理屠宰废水，必须采用不同处理技术综合应用，形成不同的处理工艺和流程，发挥不同处理单元技术的处理能力，有机地处理废水中的各种污染物，最终达到全面去除废水污染物，废水中的各项污染指标达到国家要求的排放标准，最大限度地去除污染物，减少废水对接纳水体的污染，进一步改善水环境质量。2.1悬浮物、漂浮物的去除屠宰废水中的悬浮物、漂浮物由皮、毛、血污、粪渣、饲料残渣和其它粗大杂质所组成。采用沉砂池（初沉池）和格栅去除部分悬浮物（漂浮物）。格栅去除粗大杂质或皮毛，可去除40%～50%的悬浮物，BOD亦可降低25%～30%。采用沉砂池和初沉池，可使废水得到一定程度的澄清。屠宰废水常用的沉淀池型有平流池、竖流池和辐流池[10]。2.2脂肪（油脂）的去除油脂含量高是屠宰废水有别于其它工业废水的最大区别。油脂对生态系、植物以及自然环境（水体、土壤）都有严重影响，由于油脂比重小而上浮到水体表面，形成浮油膜，阻碍大气中氧溶解。而好氧微生物分解有机物要消耗部分氧，故水中缺氧，使水恶臭[11]，所以屠宰废水应进行除油处理，一般采用除油池和气浮池除油[12-13]。采用最多的是平流式除油池，油上浮于水面，然后通过刮油设备将油刮入集油管导流到池外去除。它一般是和平流式沉砂池结合起来，起到沉砂和除油的双重作用。另外，气浮池也是油脂去除最常用且有效的办法之一。肉联厂及生化制药厂的废水油脂含量高，更宜采用气浮法。该方法设备多，管理要求高，适用于大中型污水处理厂。2.3有机物的去除屠宰废水中的有机物是重要的污染物质，是构成废水COD、BOD污染指标的重要组成成分，有效地去除有机物，是使屠宰废水污染指标达到国家排放标准的重要保证。合理地运用各种处理技术，有效分解有机物，是解决好屠宰废水污染的重要技术手段。有效去除有机物的重要技术手段常常采用生物处理技术，主要有好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术[13-15]。2.3.1好氧生物处理法采用好氧生物处理有机废水，需要足够的供氧量，但是传统的供氧方式难以满足较高浓度的有机废水对氧的需求。20世纪80年代国外学者在总结深井曝气和生物接触氧化法各自的优缺点的基础上，开发了压力生物接触氧化法。此法通过提高反应器（压力生物器，配有空压机等压力装置）内的压力，加快了氧的转移速率，适合处理中浓度有机废水。此法具有反应速度快，占地面积小，基建费用低，运行管理方便及出水水质稳定等优点。（1）传统活性污泥法传统活性污泥法由曝气池、沉淀池、污泥回流系统组成，它是水体自净的人工强化过程[6]。24 处理的基本流程如图1所示。图1活性污泥法流程图污水和回流污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是系统的主要生物反应器。通过曝气设备充入空气，空气中的氧气溶入水中使得活性污泥混合液发生好氧代谢反应[17]。曝气设备不仅能给混合液充氧，而且能够使混合液得带足够的搅拌而呈悬浮状态，使有机物、氧气同微生物充分接触和反应。随后混合液流入二沉池，固液分离后，底部污泥大部分回流，维持曝气池中一定的微生物浓度，上清液外排，增殖的污泥外排处理，避免二次污染。传统活性污泥法由于受到曝气设备充氧能力的限制，难以满足中、高浓度有机废水对氧的需求，且存在构筑物占地面积大，处理流程长，基建投资和运行费用高，容易发生污泥膨胀等问题，一般运用于中、高浓度有机废水处理的往往是它的变形工艺：AB法、SBR法等等。AB法是生物吸附活性污泥法的简称，A段污泥负荷可高达2～6kg·BOD5／kgMLSS·d，对废水主要起生物吸附作用；而B段负荷较低，不大于0.3kg·BOD5／kgMLSS·d，主要起生物氧化作用[18]。AB法特别适用于屠宰废水悬浮有机物浓度高、水质水量变化大的特点，一般不设初沉池，对BOD5、COD、SS、P和NH4+-N的去处率一般高于常规活性污泥法，且可节省基建投资约20％、节省能耗15％左右[19]。SBR法处理屠宰废水是一种较为经济有效的好氧生物处理法。它是由美国在上世纪70年代初开发的，是一种间歇运行的活性污泥法废水处理工艺，兼均化、初沉、生物降解、终沉等功能于一池。通过时问控制来实现各阶段的操作目的，在流态上属于完全混合式，却实现了时间上的推流，有机污染物随着时间的推移而降解。废水脱氮过程中，由于硝化阶段需要好氧，反硝化阶段需要厌氧，并且硝化与反硝化所需值、停留时问不同，这些都可以通过工艺调节其参数来实现，并且随着自动化程度的提高，工艺近年来在国内外引起广泛重视。屠宰厂的废水经预沉池、厌氧、SBR反应等工艺处理后，出水水质可优于（GB8978-1996）一级排放标准[20]。在SBR法的基础上进行改造后出现了二段SBR法，其特点是系统设两段SBR24 池串联，分别培养出适宜于不同有机物的专性菌从而使不同种类的有机物在不同的生化条件下都得到充分降解。该法对水质水量的变化适应能力强，运行灵活，抗冲击能力强，出水的水质稳定，易实现自动化控制[21]。（2）生物膜法生物膜法是利用微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜，污水和生物膜接触后，溶解的有机物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化[22]。老化的生物膜随出水流入二沉池被去除。生物膜净化机理见图2。在相同运行条件下，生物膜系统处理效果优于活性污泥系统，其BOD、COD和油脂去除率分别可达97%、99%、82%[23]，出水水质可达污水综合排放二级标准，达到相同的污染物去除率时，生物膜系统的运行管理更方便，且克服了活性污泥系统存在的一些问题，例如：该方法不会存在污泥流失问题，不需要设置搅拌装置即可达到脱氮效果，且不存在污泥上浮现象。图2生物膜净化污水示意图1）生物接触氧化法是一种浸没型生物膜法，实际上是生物滤池和曝气池的综合体。生物接触氧化法又称浸没曝气式生物滤池。在生物接触氧化反应系统中，有机物的去除是通过吸附阻留过程、生物氧化过程和食物链转移过程完成的。其中生物氧化过程是一种以生物酶为催化剂，在生物反应器内完成的生物化学反应，是水中有机物得以去除的关键步骤。由于各反应器内载体填料的不同、污水可生化性的差异，各反应器有机物降解速率，生物有机体增长速率和氧利用速率都各不相同[24]。2）序批式-生物膜反应器（SBBR）24 是将序批式的运行模式和生物膜法相结合的一种新型复合式生物膜反应器。其工艺流程如图3所示。序批式生物膜反应器（SBBR）处理系统对处理屠宰废水是非常有效的。废水首先经过栅网去除粗大颗粒状悬浮物并静沉除油，然后经SBBR处理进一步去除有机物，最后经过滤去除色度和微细悬浮固体。DilaconiC[25]，VenkataS．Mohan等[26]，Chang[27]，李伟光[28]，王乾扬[29]，毋海燕等[30]，对SBBR研究表明：具有良好的反硝化脱氮功能，水力条件好，抗冲击负荷强，生物浓度高，可适合世代时间较长的消化菌生长。在相同运行条件下，生物膜系统处理效果优于活性污泥系统，达到相同的污染物去除率时，生物膜系统的运行管理更方便，且克服了活性污泥系统存在的一些问题。例如，该方法不会存在污泥流失问题，不需要设置搅拌装置即可达到脱氮效果，且不存在污泥上浮现象。图3SBBR屠宰废水处理工艺（3）其它好氧处理法采用好氧生物处理有机废水，需要足够的供氧量，但是传统的供氧方式难以满足较高浓度的有机废水对氧的需求。20世纪80年代国外学者在总结深井曝气和生物接触氧化法各自的忧缺点的基础上，开发了压力生物接触氧化法。此法通过提高反应器(压力生物器，配有空压机等压力装置)内的压力，加快了氧的转移速率，适合处理中浓度有机废水[31]。此法具有反应速度快，占地面积小，基建费用低，运行管理方便及出水水质稳定等优点。2.3.2厌氧生物处理法厌氧发酵技术主要是利用厌氧微生物以粪料中的原糖和氨基酸为养料生长繁殖，进行沼气发酵。粪料含水量较低（60～70％）的以乳酸发酵为主，粪料含水量高的则以沼气发酵为主。其优点是无需通气，也不需要翻堆，能耗省，费用低。厌氧生物处理可大量除去可溶性有机物，去除率可达70～80％，而且可以杀死传染性病菌。利用厌氧发酵技术，可降低废水中的COD、BOD5。由于厌氧微生24 物生物降解比好氧微生物生物降解产生的污泥量少，同时不需要消耗氧，更不用消耗电能，而且可以产生沼气这种清洁的能源，因此在国际上，越来越多的国家开始重视厌氧发酵技术的研究与应用。目前厌氧发酵技术在废水以及固体废弃物的生物处理方面已有很多应用，并己开发出各类相应的性能优良的发酵工艺和设备。厌氧生物处理法主要用于处理高浓度有机废水。在屠宰废水的处理中使用很多种改进了的厌氧法。主要的工艺为：（1）厌氧附着膜膨胀床工艺[32]该工艺的处理流程为：废水-格栅-初沉池-厌氧附着膜膨胀床-二沉池-出水。该流程处理水量500m3/d，水力停留时间2.7h，COD去除率75～80％，出水水质良好，并回用于屠宰车间。（2）厌氧滤池工艺[33]该工艺的处理流程为：废水-预处理-厌氧滤池-二沉池-出水。该流程COD和SS去除率分别为89％和62％，油脂去除率50％，该工艺中试运行经验表明，屠宰废水的预处理相当重要，主要是去除悬浮物和油脂，为后续生物处理创造条件。（3）厌氧-过滤工艺[34]该工艺处理流程为：废水-调节池-厌氧消化罐-沉淀-过滤-出水。该流程在浙江肉类食品站建成投产，投入运行以来，性能稳定，效果良好。厌氧消化回收沼气2×102m3/a，年运行费用仅0.05元/m3(1988年价)，该流程处理水量60m3/d，CODcr和SS去除率分别达91.7％和94.4％，色度和细菌总数去除率分别为78.9％和99.7％。与好氧法相比，厌氧法在获得同样高的BOD。去除率条件下具有成本低，产生的淤泥少、稳定、易脱水，占地面积小，操作方便，且产生的甲烷可作为燃料再利用的优点。但常用的UASB，AF，ASBR等高效厌氧反应器受废水中悬浮固体及其油脂、脂肪浓度的影响较大。如果废水中含有的氨氮浓度较高，或者厌氧分解有机物过程产生的氨氮较多，使得水质达不到排放标准，就必须采用一些组合工艺。2.3.3组合工艺为了既获得更好的处理效果，又可以降低处理成本，屠宰废水的处理往往采用多种方法相结合的工艺。下面叙述几种典型的组合工艺：（1）水解酸化-CASS工艺废水处理工艺流程见图4。废水先经格栅拦截漂浮物和悬浮物后由泵提至调节池，随后再由二级提升泵将废水提至水解酸化池与厌氧污泥发生反应，去除部分有机物。之后废水由水解酸化池出口堰流入CASS池。在CASS池中分别按照进水、曝气2h、沉淀lh、出水50min的时序依次运行，再由滗水器排人次氯酸钠消毒池，经消毒杀菌后达标排放。水解酸化池和CASS池产生的剩余污泥进入污泥储池，再经污泥脱水机脱水处理，使污泥达到易于运输的要求后，同厂内垃圾运往垃圾处理厂统一处理。24 图4水解酸化-CASS工艺流程（2）水解酸化-CAF涡凹气浮-SBR工艺[35]其核心工艺是SBR，其运行周期主要分为进水期，反应期，沉淀期，排水期等四个阶段。屠宰废水首先经过格栅，然后进入水解酸化池，利用水解和产酸菌的反应，将难降解有机物如血红素分解成小分子可降解物质，进一步提高可生化性，出水提升进入涡凹气浮，将大量的悬浮物和油脂去除。根据屠宰废水集中排放的特点，好氧单元采用SBR处理工艺，SBR去除有机物的机理和活性污泥相同，不同点是，其在运行时，进水、反应、沉淀、排水依次在同一个SBR反应池进行，无需设二沉池和污泥回流系统，因此可减少占地，降低造价，同时运行管理简单，具有耐冲击负荷能力强，处理效果好等特点。其工艺特点：1）通过水解酸化作用，将难降解的有机物分解成为可降解的物质，进一步提高污水的可生化性，有利于后续生物处理；2）CAF在SS和废水中油份去除方面显示出了操作简单，去除率高等特点；3）SBR处理效果好，无污泥膨胀现象发生，出水水质优于国家标准。（3）折板厌氧反应器（ABR）-循环活性污泥系统（CASS）处理工艺厌氧处理中高浓度有机废水具有容积负荷高、对水质适应能力强、可回收能源、剩余污泥少、占地少等优点，但出水COD比较高，往往需要后续处理。针对屠宰废水氨氮浓度较高的特点，好氧段选择具有良好脱氮除磷功能的CASS工艺，进一步去除有机物和氨氮，减轻对受纳水体的污染。由于屠宰废水的水量和水质随时间变化较大，且含有大量悬浮物、浮油等，因此必须经过适当预处理才能保证处理效果。具体工艺流程如图5所示。24 图5ABR-CASS工艺流程图废水先经格栅去除猪毛、内脏漂浮物等杂质，以防止管道和泵堵塞；再流入平流沉淀池，除去浮油和部分悬浮物后进入调节池调节水量、均化水质；然后由提升泵提升流入ABR池，在此通过厌氧微生物的产甲烷作用，将大部分有机物转化为可回收利用的生物能—沼气，从而去除大部分有机物；ABR池出水进入CASS池，通过好氧微生物的生理代谢作用以及CASS池独特的结构和间歇运行方式，完成反硝化、硝化以及BOD的生化降解，有效地去除氨氮以及剩余有机物；出水经消毒池消毒后排放。沉淀池和生化池的剩余污泥经干化床自然干化后用作肥料或者外运填埋。采用ABR/CASS工艺处理屠宰废水技术可行、投资少、运行费用低，为类似肉类加工屠宰废水处理提供了实践经验。目前国内有关ABR工程实践报道不多见，一般ABR反应池分格数不应少于3格，因为分格太少不利于相的分离从而不能发挥ABR多相反应器的优势，分格太多反应器占地面积大，成本高；反应室设计上升流速为3m/h，实际运行结果表明，该水流上升流速协同产气的搅拌作用能够使反应池底部的污泥层呈膨胀状，从而加强了微生物与基质的接触，有利于加快反应速度以及促进颗粒污泥的形成。设计上升流速也不宜过大，否则有可能将污泥洗出，使反应器内污泥流失，降低反应效率。在实际运行中，由于企业受生产旺季和淡季的影响，水质、水量变化较大，应根据实际情况灵活调整CASS反应池运行周期，使出水BOD5、氨氮稳定。（4）旋流沉淀-生物接触厌氧-SBR射流曝气处理工艺其工艺流程如图6所示。24 图6旋流沉淀-生物接触厌氧-SBR射流曝气处理工艺流程图该工艺主要有以下特点：1）采用旋流沉淀池以保证固体悬浮物的去除。废水经粗、细两级格栅过滤后，将大部分漂浮物、块状悬浮物及中小悬浮物过滤掉，然后进入调节池对水质和水量进行调节，最后进入旋流式沉淀池进行沉淀处理。设计采用的旋流式沉淀池内设环形挡板，采用周边进水，周边和中心联合出水的方式，与普通沉淀池相比，具有进、出水均匀、不会造成出水的死角等优点，具有稳定的沉淀效果，能将废水中的大部分悬浮物去除。2）生物接触厌氧池-SBR好氧射流曝气池生物处理系统确保有机污染物的去除。废水经预处理后进入生物接触厌氧池-SBR好氧射流曝气池进行生化处理。在厌氧池内，通过厌氧菌的生命活动不仅降解了一部分有机物，而且增加了废水的可生化性，为后续的好氧化处理减轻了负担。为了保证厌氧池内有足够的厌氧微生物，设计采用内装复合填料的方式；为了保证池内布水均匀，设计采用了均匀的布水装置。这样，为厌氧菌的生长、繁殖和生命活动提供了稳定的条件。厌氧池出水接着进入SBR射流曝气池，由于SBR反应池具有微生物容易固着、耐有机负荷冲击能力强的特点，对屠宰废水的水质具有良好的适应性，不仅能够去除有机物，而且还能脱除氧、磷；SBR反应池无污泥回流系统、不易发生污泥膨胀，产泥量低，减轻了污泥处理装置的负担；系统采用射流曝气，取消了鼓风机，大大改善了操作环境。24 3）用过滤池控制最终出水水质。为保证稳定的出水水质，工程采用过滤池作为把关设施，滤料采用煤渣或碎石，通过定期对滤料进行清理，保证起过滤效果。过滤池无动力消耗，不需维修，使用管理简单，缺点是占地面积大。（5）厌氧折流板反应器（ABR）-需氧池（DAT）-间歇曝气池（IAT）工艺具体工艺流程见图7。图7ABR-DAT-IAT工艺流程由于废水进入处理装置的水位较低且含有大量油脂，经由格栅去除较大的颗粒杂质后的废水首先进入集水井，经一级提升到隔油沉淀池进行隔油处理，沉淀去除颗粒杂质后进入预沉曝调节池。先沉淀除去水中的毛皮、内脏杂物、未消化的食物等，均衡水质水量后再用泵提升至ABR反应池，在水解酸化菌的作用下，废水中的蛋白质转化为氨基酸，脂肪转化为脂肪酸，小分子物质转为无机分子，出水自流到DAT池（又称顶反应区），和从IAT反应区内回流的活性污泥相互混合接触，经连续曝气，充分发挥了活性污泥的生物降解作用，大部分可溶性有机污染物被去除后溢流到主反应厌。经过一个运行周期，即进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段。废水在IAT里面经过缺氧、好氧，硝化和反硝化反应，废水中的有机物降解为水、二氧化碳和无机盐，再经沉淀上清液排往接触池，废水经消毒后外排。粗格栅的栅渣输送至贮渣池，然后装车送往环卫部门处理。预沉曝气调节池的污泥、ABR的剩余污泥、DAT-IAT反应区的剩余污泥分定期排入污泥浓缩池，经浓缩后的污泥输送至压滤机进行压滤，泥饼外运交由环卫部门处理。浓缩池上清液及压滤液回流参与处理流程进行处理，以避免二次污染。24 该工艺主要有以下特点：1）调节池采用预曝气方式，主要是防止悬浮物沉积，同时通过预曝气充氧，污水中夹带的异养微生物在富营养的条件下，对易降解有机物进行高负荷的快速代谢。2）该工艺系统的主体处理工艺DAT-IAT工艺为序批式活性污泥法（SBR）的改进型，处理构筑物构成简单，可以省去二沉池，使处理流程大大简化，运转维护方便，大大减少投资；污泥活性强，污泥的质量浓度高；抗冲击负荷能力强，有机物去除率高；工作稳定性好，按设计的运行程序运行，不会出现污泥膨胀现象；工艺简单，占地面积小，运行费用低，操作灵活，管理方便，反应池中微生物相稳定。3）采用ABR-DAT-IAT工艺能高效地处理屠宰废水，系统运行稳定，出水各项指标均能达到相应标准。（6）折流式厌氧反应器（ABR）+A1/O组合工艺由于废水中有很大一部分是某一时间集中排放的，因此调节池可以起到调节水量和均和水质的作用，使得后续工艺的处理负荷基本处在相同的水平，有利于处理工艺的连续、稳定、可靠运行；另一方面，屠宰废水进入调节池后，池内的厌氧菌对废水进行水解和酸化，起到初步处理作用，可以显著地提高ABR厌氧处理的效率。废水经调节池均质均量和水解酸化后由污水提升泵提升进入ABR池。ABR反应器与UASB反应器有很大区别，它构造简单、施工简便、不需要三项分离器、造价低。反应器内设置竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床（UASB）系统。几个反应室串联使用，更接近于推流式。在反应室内驯化培养出与该处的环境条件相适应的微生物群落。在I区驯化产生的是产酸菌，在II区驯化产生的是产甲烷菌。这样将产酸菌和产甲烷菌分开，各自集中驯化培养后对废水进行处理，和完全混合式的UASB反应器相比，极大地提高了处理效率[36]。经ABR反应器厌氧处理后，采用A1O工艺进行脱氮处理。A1/O法脱氮是于20世纪80年代初期开创的工艺，目前应用广泛。A1/O法脱氮工艺的反硝化反应器在前，BOD5去除、硝化反应器在后，反硝化反应是以原污水中的有机物为碳源的，在硝化反应器中含有大量硝酸盐的硝化液回流到反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应[37]。二次沉淀池用以澄清来自A1/O池的含有活性污泥的混合液，并回收、浓缩活性污泥，其效果的好坏直接影响到出水的水质和回流污泥的浓度。采用适合于中小型污水处理工程，沉淀效率高，污泥浓缩效果好的竖流沉淀池，中心进水，周边出水，重力排泥。其工艺特点有：1）ABR反应器和UASB反应器相比具有构造简单，施工简便，不需要三项分离器，造价低，运行稳定等优点。24 2）系统稳定性好，耐冲击。3）采用ABR+A1/O组合工艺处理屠宰废水能够达到高效降解有机物和去除NH3-N的目的。能够保证出水各项指标持续稳定的达到排放标准，而且工程投资少，占地面积小，运行费用低，具有推广运用价值。三、UASB反应器及CASS反应器的研究现状3.1UASB反应器的研究现状上流式厌氧污泥床（UpflowAnaerobicSludgeBlanket，简称UASB）反应器是荷兰Wageningen农业大学的Lettinga等人于1973-1977年间研制成功的。目前，在欧洲的UASB工艺已普遍形成了颗粒污泥，这使得厌氧UASB工艺在欧洲迅速得到了推广和普及。我国于1981年开始了UASB反应器的研究工作，该技术在我国已得到了实际的推广应用。UASB反应器是目前应用最为广泛的高速厌氧反应器，该技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一。3.1.1UASB反应器的构成图8是UASB反应器的示意图。UASB反应器的主体部分主要分为两个区域，即反应区和三相分离区。其中反应区为UASB反应器的工作主体。3.1.2UASB反应器的工作原理废水引入UASB反应器（见图8）的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程。在厌氧状态下产生的沼气（只要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥碰击三相分离器气体发射板的底部，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，产生的气体被收集到反应器顶部的集气室。三相分离器挡板的作用为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，以免引起沉淀区的紊动，阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。由于流速降低，污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回到反应区，这部分污泥又可与进水有机物发生反应。24 图8UASB反应器示意图3.1.3USAB反应器的工艺特点UASB反应器运行的3个重要的前提是：反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；出产气和进水的均匀分布所形成的良好的搅拌作用；设计合理的三相分离器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内。（1）利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化UASB反应器利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化实现了水力停留时间和污泥停留时间的分离，从而延长了污泥泥龄，保持了高浓度的污泥。颗粒厌氧污泥具有良好的沉降性能和高比产甲烷活性，且相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，节省了搅拌和回流污泥的设备和能耗；无需附设沉淀分离装置。同时反应器内不需投加填料和载体，提高了容积利用率。（2）由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用在UASB反应器中，由产气和进水形成的上升液流和上窜气泡对反应区内的污泥颗粒产生重要的分级作用。这种作用不仅影响污泥颗粒化进程，同时还对形成的颗粒污泥的质量有很大的影响。同时这种搅拌作用实现了污泥与基质的充分接触。（3）设计合理的三相分离器的应用三相分离器是UASB反应器中最重要的设备。三相分离器的应用省却了辅助脱气装置，能收集从反应区产生的沼气，同时使分离器上的悬浮物沉淀下来，使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内。24 3.1.4应用研究现状（1）启动技术方面Lepisto等较早开展此方面的研究。由于颗粒污泥是UASB技术的核心，颗粒污泥的形成与否直接关系到UASB反应器运行的成败。许多研究集中在厌氧颗粒污泥的培养上。迄今，对厌氧颗粒污泥的培养已取得了许多有益的经验。我国吴允等向污泥内加入膨润土和非离子型聚丙烯酰胺，处理啤酒生产废水，4周内形成了稳定颗粒污泥床。郑平等研究了制药废水的厌氧处理启动技术。（2）废水处理领域Lettinga博士和他的同事首先在实验室进行了容积为60L的UASB反应器的试验研究。结果表明，该处理装置的处理效果很好，其有机负荷率COD高达10Kg/(m3·d)，此后进行了容积为6m3、30m3及200m3的半生产性试验研究，中温条件下，应用6m3容积的装置处理甜菜制糖废水的COD容积负荷高达36g/（m3·d）；处理马铃薯加工废水COD负荷为15Kg/(m3·d)以上，COD去除率为70%-90%。其后，荷兰、德国、瑞典、比利时和美国的研究者用UASB反应器进行了土豆加工废水、蚕豆加工废水、屠宰废水、罐头制品加工废水、甲醇废水、乙酸废水及纤维板废水的小试或生产性试验，都取得了较好的效果。据不完全统计，至1990年，世界各地已有205个生产规模的UASB系统投入运行，到1993年，这个数字已增加到400多。至今，在欧洲的UASB工艺已普遍形成了颗粒污泥。UASB工艺在我国的应用从80年代发展至今，应用越来越广泛。从80年代末的处理酒厂、啤酒厂废水（用单一UASB工艺），到90年代末期，与其他工艺联合使用，如UASB+AF处理高浓度涤纶废水、PUASB加压处理制药废水等。同时也已经成功应用于城市污水处理和生活污水的处理。3.2CASS反应器的研究现状CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工艺是SBR工艺的一种新形式，中文称其为循环式活性污泥法，是由Goronszy教授在ICEAS工艺的基础上，将ICEAS的预反应区用容积更小、设计更加合理优化的生物选择器代替而开发出来的[38-40]。3.2.1CASS的基本原理24 在活性污泥系统中，微生物对基质浓度十分敏感，当进水浓度和有机负荷较低时，基质的去除主要通过胞外氧化；而在有机物复合较高时，且在微生物处于饥饿状态下，大多数低分子可溶性基质将进入微生物细胞内储存。这种外源和内源的交替循环是稳定间歇式运行和控制丝状菌繁殖的有力条件。在高基质浓度时，絮凝性微生物生长速度快较快，能迅速的吸收吸附低分子可溶性有机物。而丝状菌在此条件下繁殖速度较慢，缺乏竞争力，从而能防止污泥膨胀。相反，当基质浓度较低时，丝状菌的繁殖能力超过非丝状菌，废水中所含一定量的可溶性有机物会导致污泥膨胀，为此需在生物反应器中创造一个合适的环境，使在起始反应阶段去除溶解性有机物，以消除污泥膨胀的根源。在传统的SBR系统中，曝气阶段以完全湿合方式进行，这种运行方式没有浓度梯度，而且池中泥水分布均匀，基质浓度较低，微生物的周期饥饿状态以及外源内源代谢交替现象不会发生。这种运行方式旺旺带来丝状菌繁殖引起的污泥膨胀问题。为此，CASS工艺采取设有生物选择器的合适的可变容积系统进行运行，既解决了浓度梯度问题又使系统在曝气阶段以完全湿合方式运行。系统中微生物在每个循环周期中处于有机负荷、基质浓度、溶解氧浓度的变化之中。选择器一般可以以好氧、缺氧和厌氧三种方式运行。为使CASS工艺具有除磷脱氧功能，则选择器宜采用厌氧运行方式。在厌氧条件下，进入选择器的污水中的发酵产物（进水中溶解性BOD所转化的VFA）能在起始反应阶段迅速被聚磷菌所吸附吸收并转化成PHB（聚β羟基丁酸）。在VFA的诱导下，细胞内聚磷经水解妆化成正磷酸盐释放到谁溶液中，这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争中占优势并得以大量繁殖，从而实现了生物活性的选择性要求和防止了丝状菌繁殖引起的污泥膨胀问题。聚磷菌在好氧条件下（主反应曲处于曝气阶段时）反生PHB的降解和磷的贪婪吸收，形成聚磷污泥，通过剩余污泥排放实现污水中磷的去除，这一情况和A/O除磷工艺基本相同。在CASS系统中，通过可变容积的曝气和非曝气阶段，结合选择器中VFA的吸收储存和磷的释放，上述反应不断重复进行，从而提高了生物除磷效果。在CASS系统中可实现同步硝化反硝化。根据测定，由于微生物絮体中自养菌和异养菌分布的不均匀性，在NH3-N的氧化（硝化）在微生物絮体外进行，而较高浓度梯度的NO3-N离子可以进入絮体内部。在CASS工艺运行中，对鼓风量和溶解氧（DO）含量加以控制，是充水/曝气阶段约有50%的时间其DO接近于零，约30%时间在1mg/L左右，约20%时间接近2mg/L左右。溶解氧能否进入微生物絮体内，取决于絮体大小和活性污泥的耗氧速率。一般情况下，由于好氧速度比较快而DO含量又不高，因此溶解氧较难进入絮体内。这样就在微生物絮体内形成了微反应区（微缺氧环境），使絮体内部反生反硝化作用，因此在SBR系统中出现曝气状态下的反硝化，是硝化/反硝化作用同时发生，无需专设缺氧区和内回流系统。污泥中存在少量硝态氮（NO3-N约1-2mg/L）可在选择器中得到反硝化。由于CASS系统的脱硝主要通过同步硝化/反硝化作用，且回流比很小（20%），选择器中反硝化量与整个系统相比是微不足道的。因此，一般情况下对磷的释放也是没有影响的。3.2.2CASS的工艺组成及运行特点CASS工艺主体构筑物由三部分组成，生物选择区、预反应区（兼氧区）和主反应区（好氧区），容积比一般为1∶2∶17[41]24 。以一定的时间序列运行，其运行过程包括充水-曝气、充水-沉淀、排水和充水-闲置等4个阶段，并组成其运行的一个周期。不同运行阶段的运行方式可根据需要进行调整，如无反应充水（即进水时既不曝气也不搅拌）、无曝气充水混合、充水曝气、不进水曝气、不进水沉淀及充水沉淀等。循环过程中，反应器内的水位随进水由初始的设计最低水位逐渐上升至最高设计水位，因而运行过程中其有效容积是逐渐增加的（即变容积运行）。曝气和搅拌阶段结束后，在静止条件下使活性污泥絮凝并进行泥水分离，沉淀结束后通过滗水装置排出上清水层并使反应器中的水位恢复至设计最低水位，然后重复上一周期的运行。为保证系统在最佳条件下运行，必须定时排泥，但污泥龄较长，所以剩余污泥量要比传统的活性污泥处理工艺少得多。图9所示为CASS工艺的基本循环过程，具体依次为：图9CASS工艺基本循环流程图（1）充水-曝气阶段，边进水边曝气，同时将主反应区的污泥回流至生物选择器，污泥回流量约为处理废水量的20%。（2）充水-沉淀阶段，停止曝气，静置沉淀以使泥水分离。在沉淀刚开始时，由于曝气所提供的搅拌作用能使污泥发生絮凝，随后污泥以区域沉降的形式下降，因而所形成的沉淀污泥浓度较高。据报道，当混合液的污泥浓度为3500mg/L时，经沉淀后污泥的浓度可达到10000mg/L以上[42]。与传统SBR工艺不同的是，CASS工艺在沉淀阶段不仅不停止进水，而且污泥回流也不停止。CASS工艺在沉淀期间不停止进水却可获得良好沉淀效果的原因除上述外，还由于在此期间反应器不出水，在合理的设计条件下，反应器犹如竖流式沉淀池，而其表面负荷则要比竖流式沉淀池低得多。24 （3）表面滗水阶段，处于滗水阶段的CASS反应器需停止进水，根据处理系统中CASS反应器个数的不同，或者将原水引入其它CASS反应器（两个或两个以上CASS反应器），或者将原水引入CASS反应器之前的集水井（单个CASS反应器）。滗水期间，污泥回流系统照常工作，污泥回流的目的是提高缺氧区的污泥浓度，使回流污泥中的硝态氮进行反硝化，并进行磷的释放而促进在好氧区内对磷的吸收。由于CASS反应器在运行过程中的最高水位和滗水时的最低水位是确定的，因而在滗水期间进行污泥回流不会影响出水水质。（4）闲置阶段，实际运行过程中，由于滗水时间往往要比设计滗水时间短，其剩余时间通常用于反应器内污泥的闲置以恢复污泥的吸附能力。闲置期间污泥回流系统照常工作。完成上述四个阶段即为CASS工艺的一个运行周期。3.2.3CASS工艺的主要优点CASS工艺集反应、沉淀、排水于一体，每一个工作周期微生物处于好氧—缺氧周期性变化之中。因此，CASS工艺比普通活性污泥法建设费用低，占地面积省；不需设专人管理，自动化程度高，只需由电工兼顾管理即可；除氮、脱磷不需要另加药剂；污泥活性高，静止出水，出水水质好；运行可靠，耐负荷冲击能力强，可随时调节充氧量及排放周期，便于设备检修，并且不产生污泥膨胀现象；在一个周期内厌氧、兼氧、好氧交替变化，便于除磷、脱氮；污泥量极少，由于池容积较大，污泥负荷低，池内长期处于内源呼吸阶段，不但除去了水中的污染物，而且还氧化了合成的细胞质，实际是污水处理和污泥耗氧处理的综合构筑物，此法剩余污泥接近于零[43]。3.2.4CASS反应器国内外应用情况美国实施的技术革新及联邦资助计划，极大地推动了间歇循环式活性污泥法工艺技术的开发和应用。该计划中规定如所采用的技术较之传统活性污泥法能减少投资或运行费用的15%以上，联邦政府将资助85%的投资费用。但为减少投资风险，大部分资助的项目为中小型规模[44]。CASS工艺大多采用模块结构的分组布置方式，其占地面积省，扩建方便等优点已日益为人们所接受。目前在美国、加拿大、澳大利亚等国已建有270多个污水处理厂，其中城市污水处理厂200多家，工业废水处理厂70多家[45]。规模最大的是曼谷市污水处理厂和澳大利亚的QuakersHill污水厂，曼谷污水厂规模为100万人口当量（200000m3/d），建有6套系统，每套2组池子。正常旱流条件下，每一循环周期设计为4h，其中2h为曝气和进水阶段，1小时为进水和沉淀阶段，1小时为滗水阶段。澳大利亚的QuakersHill污水厂设有5组池子运行，每组池长131m，宽76m，进水端设有生物选择器，池子中部设有污泥回流泵，将主反应区的活性污泥回流至生物选择器内与污水混合接触。选择器旱季的平均水力停留时间为1h（包括回流量），其运行可分为曝气和不曝气两种方式，每一操作循环周期为4h，其中曝气时间为2h，滗水速率为13mm24 /min。该厂实际运行90%的结果统计显示，出水BOD≤15mg/L，SS≤9mg/L，NH4+-N≤1.1mg/L；50%的结果统计显示，出水BOD≤10mg/L，SS≤5mg/L，NH4+-N≤0.5mg/L，TN≤1mg/L，TP≤0.8mg/L。可见，该厂的CASS工艺脱氮除磷效果显著。CASS工艺在国内的应用最早是工业废水的处理，并在医院废水、油漆废水、印染废水等进行了大量研究[46]。随着基础设施建设和环保要求的日益提高，国内污水处理工程建设发展迅速，目前国内已有十几座采用CASS工艺的城市污水处理厂正在建设或已投入运行[47]。四、UASB-射流曝气CASS工艺4.1UASB-射流曝气CASS工艺简述UASB-射流曝气CASS工艺，也属于目前应用较广的组合工艺，与其他的组合工艺相比具有下列优势：（1）由于采用了先进的射流曝气系统，其耐冲击的负荷能力大为提高（包括稀释作用、浓度梯度、溶解氧量大）；（2）其独特的布气、布水技术确保反应高效进行；（3）对于高浓度、难降解及部分含毒废水，运用生物酶代用品技术及移动生物载体技术，其价格仅为国外的1/5，且效率更高；（4）射流曝气系统具有设计简单，氧利用高，对于处理规模小于3000t/d的中、低浓度有机废水同其它曝气方式相比，具有很高性能价格比，对空气无过滤要求，不易堵塞，便于维修管理。其用于曝气装置投资是常规鼓风曝气装置的一半，而且噪声小，工作环境好，对负荷变化适应性强；（5）根据生物反应动力学原理，采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，不仅保证了稳定的处理效果，而且提高了容积利用率[48]。从经济技术上看使用此法是合理可行的。4.2UASB-射流曝气CASS处理工艺流程说明UASB-射流曝气CASS处理工艺流程如图10所示。24 图10UASB-射流曝气CASS处理工艺流程图根据水质情况，屠宰废水中含有大量的毛、内脏残屑和事物残渣等，悬浮物含量高，因此在预处理阶段采用了强化措施保证后续生物处理阶段的稳定运行。污水首先通过粗格栅去除粗大的悬浮物（如猪内脏屑、漂浮油脂等），再进入集水池中，经过潜污提升泵提升，利用细格栅进一步除去废水中携带的畜毛及其它细小固体悬浮杂质，进入合建的初沉池和调节池，污水中的细小分散的油脂和悬浮物通过初沉池撇渣去除，同时污水水质也得到均化，水量得到调节，为后续生物反应器做好准备。经调节后的污水进入UASB厌氧池，进一步稳定污泥，更易脱水，同时使废水起到酸化分解的作用，把复杂的有机物分解成简单的有机物，增加了废水的可生化性，使废水中的污染物降低。接着废水进入CASS曝气池，污染物得到最终降解，经过消毒后废水达一级排放标准外排。调节沉淀池、UASB厌氧池及CASS池的剩余污泥进入污泥浓缩池浓缩后加入絮凝剂，在污泥脱水车间用带式压滤机脱水，干污泥外运处置或用作农肥。污泥浓缩池上清液、带式压滤机滤网冲洗水和压滤液回流进行再处理。五、总结采用UASB-射流曝气CASS工艺处理屠宰废水，将UASB反应器与CASS反应器相结合，具有总投资少，处理效果好，工艺简单，占地面积省，运行稳定，能耗少，环境污染小等优点，从而提高了屠宰废水的卫生工作与环保措施，且处理后的污水达到《肉类加工业水污染排放标准》（GB13457-92）中畜类屠宰加工一级标准的排放要求，是可实行的屠宰废水处理技术。六、参考文献[1]何强，龙腾锐．屠宰废水处理技术评价[J]．重庆环境科学．1995，17(3)：41-43。24 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