屠宰废水生物处理技术研究

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【摘要】伴随着国家经济的快速发展和居民日益增长的的生活需要，不断有新屠宰场建成投入使用，屠宰废水的排放量也随之上升。水量大、排放不均匀等特性使得处理有一定难度，如何有效对其进行处理成为值得关注的环境问题。在结合屠宰废水产生背景的基础上，分析屠宰废水的主要特征及目前国内外主流的屠宰废水生物处理方式，总结各个处理工艺的特点以及仍待解决的问题，对未来的发展方向提出探讨。

【关键词】屠宰废水；生物处理；组合工艺

1前言

随着我国的发展与工业化已经达到新的高度，人民生活水平提高。目前中国已是全球最大的肉类生产国，占世界总产量的25%左右。为满足居民生活需要，全国屠宰场的数量也在不断增加，如何高效便捷地处理屠宰废水成为一个需要考虑的问题[1]。据相关部门统计，仅2019年1月全国规模以上生猪定点屠宰企业屠宰量就达到2431.01万头，对比2018年同期增长6.33%。我国屠宰废水排放一直按《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）执行，2018年生态环境部已经就其修订版二次征求意见，提高了部分排放要求并加入色度、总氮、总磷水污染项目。因此，如果没有及时对屠宰场产生的废水进行针对性的处理，无法满足修正后的新标准。如何使屠宰废水处理后无害化、稳定化，是值得深思的问题。

2屠宰废水定义及特性

屠宰废水，是指屠宰过程中如圈栏冲洗、宰前淋洗、宰后烫毛或剥皮、开腔、劈半、解体、内脏洗涤及车间冲洗等过程中产生的废水，主要包含血污、油脂、碎肉、畜毛、未消化的食物及粪便、尿液等物质。屠宰废水属于高浓度有机废水，具有水量大、排放不均匀、浓度高、油脂浓度高、BOD5：COD>0.4可生化性较好等特性，普通屠宰废水水质范围[2]及现有企业直接排放标准见表1。由于其来源主要是各种家畜，一般呈红褐色或棕褐色，在国际6级臭气强度中属于4~5级，有较强的腥臭味，属于恶臭气体[2]。

3屠宰废水生物处理技术

目前，根据屠宰废水的水质情况，处理方法分为物理化学法、生物法及组合工艺[3]。其中物理化学法通常用于预处理，为后续处理提供保障；生物法用于去除水中有机污染物配合后续投药使水质达到出水标准。近年来的研究与工程中，国内外专家学者开始应用生物法中厌氧搭配好氧等组合工艺来处理屠宰废水。3.1生物法。生物法主要分为好氧处理、厌氧处理两大类。好氧处理常用工艺有活性污泥法、序批式活性污泥法（SBR）、生物接触氧化法（BCO）及吸附降解法（AB）等[4]；厌氧处理常见工艺有水解酸化反应器（HUSB）、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧折板流反应器（ABR）、厌氧膜生物反应器（AnMBR）、厌氧生物滤池（AF）等[5]。3.2组合工艺。组合工艺将物理化学法与生物法相结合，是目前屠宰废水的主要处理方式。主要模式有厌氧前置-好氧后置组合及一体化装置[6]。前者的前置厌氧段使废水中大分子有机物转化为小分子有机物，降低好氧段处理负荷并防止污泥膨胀；后者将厌氧段与好氧段结合在同一反应器内，实现两者有效循环的同时节省了占地面积及投资成本。由于组合工艺中厌氧段与好氧段相连，本文就厌氧段为主体搭配好氧段及物理化学法作预处理，分为各个厌氧处理方法介绍组合工艺。3.2.1水解酸化。水解酸化是介于好氧与厌氧的处理方式，与其他工艺组合能降低成本、提高处理效率。污水中的大分子有机物经过水解阶段被细菌胞外酶分解为小分子有机物，之后小分子化合物在酸化菌的细胞内转化并分泌到细胞外，产物的组成由厌氧条件、底物种类及酸化微生物种群决定[7]。程婷等人[8]采用水解酸化/三级生物接触氧化为主的工艺对某新建肉类屠宰场废水进行处理，对COD、BOD5、SS的去除率均达到95%以上，出水水质符合GB13457-92一级标准，综合运行费用为0.86元/m³。许丹宇等[9]在水解酸化-生物接触氧化-MBR为主体的工艺上，用YDT型弹性立体填料取代污泥作为微生物吸附载体，可减少污泥产量及施工难度；约5%出水通过RO系统再生回用于厂区用水，单位再生水处理费用为3.22元/m³。崔庆兰等[10]针对小型屠宰场使用水解酸化-SBR工艺，并在预处理工艺中隔油池后设置混凝沉淀池，更好地实现pH值的调节及水中悬浮物质的絮凝，出水达到GB13457-92三级标准，还需排入当地二级污水处理厂进一步处理。程永伟等[11]通过组合气浮-水解酸化-生物接触氧化-曝气生物滤池工艺，出水各项水质指标均达到DB37/599-2006一级标准。张俊等[12]选择气浮-水解酸化-CASS工艺，占地面积小，投资成本较低；出水水质满足GB13457-92一级标准的同时对TN、TP的去除效果明显，去除率分别为91.5%、94.0%。3.2.2上流式厌氧污泥床（UASB）。上流式厌氧污泥床（UASB）是1977年荷兰Lettinga教授发明的一种处理污水的厌氧生物方法，污水自下而上通过反应器，污水中的有机物在污泥床中经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳，最终得到沼气，水等无机物。以其占地面积小、污泥沉降性能好、抗冲击负荷等优点成为目前最常用的厌氧处理方式之一[13]。蒋斌等[14]采用UASB-A/O工艺对某屠宰场废水提标改造，为防止污泥受沼气顶托作用出现跑泥，在UASB池和A/O池之间设中间水池对UASB池出水脱气、沉淀。刘士军等[15]使用气浮-UASB-接触氧化组合工艺处理屠宰废水，两者处理效果对比如表2所示。A/O作为较早的传统活性污泥法，安装简单、成本较低，但由于是同单元内的一级处理，而生物接触氧化法可做到二段甚至多段式的多级处理，故后者的去除效率更高且更耐冲击。R.Loganath等人[16]实验使用混合UASB反应器处理屠宰废水的去除效率，结果显示在10h水力停留时间下，达到最佳TOC去除率95.85%及最大甲烷气体产率61.5L/d。MohammedAliMusa等人[17]试验使用嗜温UASB反应器处理屠宰废水中有机负荷率OLR的影响，采用十二种不同的OLR测试反应器性能；观察到挥发性脂肪酸的浓度较低且废水的碱度可以避免酸化，结果显示，在间隔实验和连续试验中OLR为0.4g/Ld-1时，COD去除率均达到90%以上，在OLR10g/Ld-1时实现0.38LCH4/g甲烷产率。3.2.3厌氧折板流（ABR）。厌氧折板流反应器是一种较新型的两相厌氧工艺，通过在反应器内设置导流板，将内部分成几个独立的反应室，串联使用，每个反应室都是一个上流式污泥床。在反应室内驯化出相应的微生物群落，I区驯化产生产酸菌，II区产生甲烷菌，驯化完成后对污水进行处理[18]。刘艳娟、刘劲松、陈洪砚等人[19-21]分别采用ABR-二级生物接触氧化组合工艺、ABR-MSBR组合工艺、ABR/OSBR组合工艺处理屠宰废水，结果如表2所示。ABR-二级接触氧化在BOD5及COD处理效率上略高，但处理费用较高；ABR-MSBR的处理费用虽比前者低，但三项水质指标去除率均最低；ABR/OSBR处理费用最低且SS的处理效果最好达到99.5%，体现此工艺了去除含毛、浮渣等非溶解性悬浮物屠宰废水的优势。

4现存问题及未来发展方向

目前，现有屠宰废水处理工艺仍存在一些不足之处。例如部分预处理段设计不合理，导致后续工艺负荷过大[22]；UASB工艺占地面积及设备投资相对较大、当液相和气相上升流速较高时会出现污泥流失，导致运行不稳定；AF工艺在SS较高的情况下滤池底部易堵塞；AnMBR工艺则存在前期反应器启动时间较长、被跨膜压差（TMP）、膜通量、膜污染等因素影响运行效果的问题。此外，因旧标准GB13457-92已经沿用多年，已建屠宰场废水处理的工艺不能满足即将出台新标准对一些污染指标的要求，如悬浮物（SS）、硝基氮（NO2--N、NO3--N）、总氮（TN）、总磷（TP）等在新标准中排放限值大幅降低或新增的污染指标。当前，我国屠宰废水处理的脱氮除磷技术还未满足实际出水要求，大部分工艺在处理过程中将废水中的NH4+-N转化为NO2--N、NO3--N后排放，并未使水中TN降低[6]。目前，污水处理中强化脱氮技术主要有两种：物理化学法及生物法；但前者基本只能去除污水中的氨氮，要达到去除总氮需要依靠生物法[23]。生物法的处理方式有同程硝化反硝化、短程硝化反硝化及厌氧氨氮化（Anammox）工艺，国内外均有相关文献研究生物法作用机理及影响因素[24-26]，并部分并部分应用于实际工程中[27]。在深度除磷方面，化学沉淀法是最常用的除磷方式，此外还有吸附法为主的物理化学法以及通过聚磷菌及反硝化聚磷菌除磷的生物法[28]。各种处理方法互有优劣；已有文献提出，今后生物与化学法联用的组合工艺是具有前景的除磷方案[29]，并不断有相关工艺处理效果及影响因素的结论提出[30-32]。

5结语

我国作为一个人口众多，水资源相对匮乏的国家；相比世界上其他水资源丰富的国家，更需要在水处理方面做到对污、废水出水水质的控制。在组合工艺成为今后工业废水处理趋势的背景之下，屠宰废水处理应根据我国屠宰及肉类加工行业水质、水量等特点搭配对应的组合工艺，并针对处理中当前存在预处理、深化脱氮除磷等方面的不足进行相应的改进，达到预期的处理效果，为二十一世纪中国人民的美好生活保驾护航。

作者:温如海 单位:桂林理工大学环境科学与工程学院