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1.1中国水资源现状。
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1.2屠宰废水现状。
2、屠宰废水处理方法。
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2.1物理法。
2
2.2化学法。
3
2.3生物法。
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3、处理屠宰废水的工艺特点。
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3.1屠宰废水的来源及特征。
6
3.2屠宰废水处理工艺。
4、SBR工艺在屠宰废水加工中的应用。
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4.1SBR工艺性能。
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4.2SBR工艺处理屠宰废水。
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4.3SBR池设计计算。
5、SBR工艺的应用效益。
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6、结论。
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参考文献。
13
致谢。
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1、中国水资源现状与屠宰废水现状
1.1中国水资源现状
水是维系生命与健康的基本需求,地球虽然有71%的面积为水所覆盖,但是淡水资源却极其有限。
在全部水资源中,97.47%是无法饮用的咸水。
在余下的2.53%的淡水中,有87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。
人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分,仅占地球总水量的0.26%,而且分布不均。
因此,世界上有超过十四亿的儿童、妇女及男人无法获取足量而且安全的水来维持他们的基本需求。
在许多层面,水资源和健康具有密不可分的关系。
我们所做的每项决策事实上都和水、以及水对健康所造成的影响有关。
[1]中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家,水资源总量居世界第六位,多年来,中国水资源质量不断下降,水环境持续恶化,由于污染所导致的缺水和事故不断发生,不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收,而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失,严重地威胁了社会的可持续发展,威胁了人类的生存。
水污染主要是由人类活动产生的污染物造成,它包括工业污染源、农业污染源和生活污染源三大部分。
工业废水是水域的重要污染源,具有量大、面积广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。
据1998年中国水资源公报资料显示:
这一年,全国废水排放总量共539亿吨(不包括火直电流冷却水),其中工业废水排放量409亿吨,占75.88%。
实际上,排污水量远远超过这个数,因为许多乡镇企业工业污水屠宰废水排放量难以统计。
1.2屠宰废水现状
我国工业废水污染主要以有机污染为主,屠宰厂废水是一种非常典型的工业废水,水量小而分散,以有机污染物为主,浓度变化大,对处理工艺和运行有一定的要求。
屠宰厂一般工序:
牲畜-活牲畜圈-宰杀-烫毛或脱皮-解剖、取内脏-冷藏外运。
肉类加工生产的废水主要来自圈栏冲洗、淋洗、屠宰及其他厂房地坪冲洗、烫毛、解剖、胴修、副产品加工、洗油和油脂加工等。
此外,还有来自冷冻机房的冷却水和来自车间卫生设备、洗衣房、锅炉、办公楼和厂内福利设施的生活污水。
屠宰废水是肉类加工废水的一种,其废水中主要含高浓度含氮有机化合物、悬浮物、溶解性固体物、油脂和蛋白质,包括血液、油脂、碎肉、食物残渣、毛、粪便和泥沙等,还可能含有多种对人体健康有关的细菌(如粪便大肠菌、粪便链球菌、葡萄球菌、布鲁氏杆菌、细螺旋体菌、梭状芽孢杆菌、志贺氏菌和沙门氏菌等)。
水质特点是高有机物浓度、高氨氮浓度、高悬浮物浓度,若不经严格处理就直接排放到水体中,会对水体造成严重污染,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、危害人体健康以及阻碍相关工业发展等问题,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等待解决的一个难题。
屠宰业作为全国重点污染防治行业,其废水的达标治理越来越受关注,屠宰废水具有典型的“三高”特征,COD高、氨氮高、SS高,目前单一的处理方法无法满足废水达标排放的要求。
因此,要结合屠宰种类不同,并根据水量、水质情况采用组合处理方法,综合考虑该处理方法的投资、日常运行费用和操作是否方便等问题。
为了做好屠宰业污染防治工作,减少废水的排放和化学物质对环境的输入,使污染减轻到最低限度,不仅要实现处理过程的无害化,而且要实现处理过程的资源化,有效地保护和改善农村生态环境,促进屠宰业环境与经济的可持续协调发展。
屠宰废水SBR法的工艺现在是主流方式,废水主要分为三个主要部分组成:
1.2.1污染物产生状况
产生的废水主要是屠宰生产产生的废水、办公生活污水,固废则主要是鸡加工过程产生的固废。
1.2.2废水
废水主要为生产废水、生活污水和清洗设备废水等。
生产废水主要是生猪清洗,屠宰和加工工序排放的清洗废水,废水中主要含有血液、油脂及清洗内脏时内容物等,该废水排放特点是有机物浓度较高,排放量大。
废水中主要污染物为CODcr、BOD5、SS、氨氮及动植物油等。
将屠宰车间排水、冲洗设备排水、生活污水等排放源所排废水经厂区拟建污水处理站处理后可以达到《肉类加工工业水污染物排放标准》(GB13457-92)中的二级排放标准,进入城市污水官网。
1.2.3固体废物
工程固体废物主要是污水处理站剩余活性污泥及打毛、掏嗉、内脏处理、割肛、浸烫脱毛、内脏加工、分割等工序产生固废,其产生情况及处置措施见。
工程固废产生情况一览表1
类别
固废来源
主要成分
产生量(t/a)
备注
加工生产线
打毛
牲畜毛
400
集中收集出售
掏嗉
嗉中未消化食物
80
堆肥
掏脏
内脏
600
割肛
碎肉
812
待宰圈
粪便
66
分割
废弃物
公用部分
污水处理站
剩余活性污泥
30
表1
2、屠宰废水处理方法
无论畜禽养殖场废水采用什么综合措施进行处理,都必须首先进行固液分离。
废水处理单元方法,按作用原理可分为物理法、化学法和生物法三类。
每一类中又有若干种工艺和设备。
2.1物理法
物理法有筛滤、撇除、调节、沉淀、气浮、离心分离、过滤、微滤等。
前五种工艺多用于预处理或一级处理,后三种主要用于深度处理。
(1)筛滤
筛滤是预处理中使用最广泛的一种方法。
主要作用是从废水中分离出较粗的分散性悬浮固体物。
所用的设备有格栅和格筛。
格栅拦截较粗的悬浮同体,其作用是保护水泵和后续处理设备。
食品工业废水中常用的格筛有固定筛、转动筛和震动筛等,格筛最常用的孔径是10~40目。
(2)撇除
某些食品工业废水中含有大量的油脂,这些油脂必须在进入生物处理工艺前预予以除去,否则会造成管道、水泵和一些设备的堵塞,还会对生物处理工艺造成一定的影响。
此外,油脂除去并回收又有较大的经济价值。
废水中的油脂根据其物理状态可分为游离漂浮状和乳化状两大类。
通常用隔油池除去漂浮状油脂。
隔油池对漂浮状油脂的除去率可达90%以上。
如果处理流程中设有调节池或沉淀池,则隔油池可与调节池或初沉池合用同一构筑物,可节省投资和占地。
对小型处理系统,可设油水分离器撇油。
(3)调节
对于水质水量变化幅度大的食品工业废水,常设置调节池对废水的水质和水量进行调节,调节时间一般为12~24h,多为6~12h左右。
调节池容量为日处理废水量的20%~60%。
(4)沉淀
沉淀是用来除去原废水中无机固体物和有机固体物,以及分离生物处理工艺中的固相和液相。
用沉砂池除去原废水中的无机固体物;
用初沉池除去原废水中的有机固体物;
用二沉池分离生物处理工艺中的生物相和液相,沉砂池一般设在格栅和格筛之后。
为了清除废水中无机固体物表面的有机物,避免废水中有机固体物在沉砂池中产生沉淀,可采用曝气沉砂池,采用初沉池可降低后续工艺的负荷。
初沉池除去悬浮固体的效果与加工的原料和产品有关。
按池中的水流方向分平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀他。
为了提高沉淀池的沉淀效率,可在沉淀池内设置平行的斜板或斜管而成斜板(管)沉淀池。
一般沉淀时间1.5~2.0h。
(5)气浮
气浮主要用于除去食品工业废水中的乳化油、表面活性物质和其他悬浮固体。
有真空式气浮、加压溶气气浮和散气管(板)式气浮。
应用最普遍的是加压溶气气浮。
当废水进入溶气气浮池之前,往水中投加化学混凝剂或助凝剂,可提髙乳化油脂和胶体悬浮颗粒的除去率。
据资料介绍,气浮可除去90%以上的油脂和40%~80%的BOD5和SS。
气浮池一般30min。
(6)其他处理工艺
为了解决用水紧张问题,须将处理后的水回用,为此,需对二级处理出水进行深度处理。
最常用的方法是过滤,可采用砂滤池或复合滤料滤池。
按滤速大小分慢速砂滤池和快滤池(重力式、压力式和多层式)。
一般单层砂滤池的滤速为8~12m/h。
2.2化学法
中和法、氧化还原法(投加氧化剂、电解、光氧化等)、混凝法、离子交换法、膜分离法(电渗析法、反渗透法等)都属于化学处理法。
屠宰业废水处理中所用的化学处理工艺主要是混凝法。
混凝法不能单独使用,必须与物理处理工艺的沉淀法、澄清法或气浮法结合使用,构成混凝沉淀或混凝气浮,混凝沉淀可作为生物处理的预处理,也可作为生物处理后的深度处理。
常用的混凝剂有石灰、硫酸铝,三氯化铁,聚合氯化铝、聚合硫酸铁以及有机高分子混凝剂(如聚丙烯酰胺),但这种有机高分子混凝剂经常作为助凝剂。
化学处理工艺主要除去水中的细微悬浮物和胶体杂质。
2.3生物法
目前,我国已有成熟的固液分离技术和相应的设备,其设备类型主要有筛网式、卧式离心机、压滤机等。
畜禽养殖废水一般需要多种处理技术的结合。
从治理技术来看,要实现去除CODcr、BOD5的同时,再脱氮除磷的效果,厌氧工艺是不可或缺的。
目前我国畜禽养殖废水的治理主要有三种种模式:
一种是厌氧-自然处理模式,适用于中小型规模化养殖场;
一种是厌氧-好氧利用模式,适用于大中型畜禽养殖场或养殖区;
另外一种是常温厌氧射流曝气SBR法的工艺这种工艺适合大小型企业。
大部分多采用生物化学法屠宰废水是一种高浓度有机废水,国内外关于该类废水的处理工艺研宄较多。
目前国内的屠宰场废水处理典型的工艺如图1。
图1
2.3.1厌氧自然处理技术
厌氧生物处理法是在无氧的条件下,借厌氧微生物(或兼气微生物)的作用进行的对有机物分解过程。
厌氧处理特点是造价低,占地少,能量需求低,还可以产生沼气;
而且处理过程不需要氧,不受传氧能力的限制,因而具有较高的有机物负荷潜力,能使一些好氧微生物所不能降解的部分进行有机物降解。
厌氧常用的方法有完全混合式厌氧消化器、厌氧接触反应器、厌氧折流板反应器、上流式厌氧污泥床、厌氧流化床、升流式固体反应器等。
自然处理法是利用天然水体、土壤和生物的物理、化学与生物的综合作用来净化污水。
这类方法投资省、工艺简单、动力消耗少,但净化功能受自然条件的制约。
自然处理的主要模式有氧化塘、土壤处理法、人工湿地处理法等。
采用厌氧+自然处理技术的工艺流程如图2所示。
图2
2.3.2厌氧好氧处理技术
厌氧处理技术在前面已进行分析,在此不再叙述。
好氧处理的基本原理是利用微生物在好氧条件下分解有机物,同时合成自身细胞。
在好氧处理中,可生物降解的有机物最终可被完全氧化为简单的无机物。
采用厌氧+好氧处理技术的工艺流程如图3所示。
图3
2.3.3常温曝气SBR法的工艺
该方法选用拥有连续三次荣获国家环保局最佳实用技术的常温厌氧—射流曝气SBR处理工艺治理该厂屠宰废水。
分批式操作:
时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,如SBR运行周期由进水时间、反应时间、沉淀时间、滗水时间、排泥时间和闲置时间,可以适当灵活调节。
污水首先通过自动捞渣机去除污水中大块的悬浮物、猪毛和猪渣,自流入预沉池,将污水中的细小分散的油脂和悬浮物进一步去除。
然后流入调节池,起调节、均质水量和水质的作用。
经调节后的污水进入厌氧池,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,增加废水的可生化性,然后废水进入SBR曝气池。
一种具有代表性的SBR工艺流程是:
通过格栅预处理的废水,进入集水井,由潜污泵提升进入SBR反应池,采用水流曝气机充氧,处理后的水由排水管排出,剩余污泥静压后,由SBR池排入污泥井,污泥作为肥料。
SBR工艺从污染物的降解过程来看,它集曝气、沉淀和排水于一体。
最后经过消毒后废水达一级排放标准外排。
3、处理屠宰废水的工艺特点
3.1屠宰废水的来源及特征
随着现代屠宰业的发展,屠宰废水种类繁多。
屠宰废水的成分是非常复杂的,每一种废水都是多种杂质和若干项指标的中和体系,根据肉类加工工业水污染物排放标准污染因素来对废水进行描述和分类。
如下表二:
表二
3.2屠宰废水处理工艺
过滤、投药、利用碱性废水中和使酸性废水通过碱性固体滤料层进行中和酸性屠宰废水,其处理工艺流程,一次中和流程比较简单,但处理效果较差,如能加强管理,正确控制中和pH值,出水可满足一般要求。
二次中和流程适用于原水pH值较低、含二价铁盐较多的酸性废水,pH值较易控制,而且由于经一次中和后增加了曝气槽,可使反应生成的Fe(OH)2变为Fe(OH)3,利于沉淀。
此外添加助凝剂,可提高沉淀效果,出水水质较好。
但流程较复杂,投资较大。
三次中和流程适用于含有重金属离子的酸性废水。
该流程可根据金属离子沉淀的pH值要求,两次调节不同pH值,使金属离子都能沉淀分离。
但工艺流程复杂,投资大,处理成本较高,一般采用得不多。
图4所示
图4
4、SBR工艺在屠宰废水加工中的应用
SBR法又称序批式活性污泥法,该法是以间歇爆气方式来运行的一种活性污泥水处理技术。
目前该法在国内外包括屠宰场在内的各种污水处理中得到广泛运用,并派生出一系列污水处理工艺技术。
SBR法的工艺流程主要包括:
进水、反应、沉淀、排水和闲置五个步骤,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,又称序批式活性污泥法。
污水进入反应器并曝气运行,完成脱氮、除磷以及CODcr、BOD5等有机物去除等生物过程。
这一过程完成以后停止曝气进行充分沉淀,在这一环节中反应器起了二沉池的作用进水期分为曝气或不曝气——反应期为曝气——沉淀期则是静置不曝气——排水排泥期——闲置期是污泥活化。
图5所示
进水期:
池中有高浓度活性污泥,完成的生化反应为对吸附、吸收、氧化作用,可采用非限制曝气(边曝气边充水)、限制曝气(充水后再曝气)、半限制曝气(充水后期曝气)的方法来控制充水时间而保证工艺要求,同时获得较高的反应速度。
反应期:
通过搅拌和曝气达到处理的目的,微生物周期性的处于高浓度、低浓度基质的环境,相应地创造厌氧、缺氧、好氧的交替过程,具有良好的去除有机物、脱氮、除磷的性能。
通过反应时间的推移有机物得以降解。
沉淀期:
泥水分离。
污泥的沉降过程在相对静止的条件下进行,受外界干扰小、沉降时间短、沉淀效率高,有效地防止污泥膨胀。
排水排泥期:
将处理水排放到最低水位,池底部沉降的活性污泥大部分作为下一个周期回流污泥使用,过剩的污泥排出,剩余的一部分处理水能起到循环和稀释的作用。
闲置期:
作用是通过搅拌、曝气、静置以恢复活性污泥的活性,起到一定的反硝化作用而进行脱氮,并对运行周期起到调节的作用。
完成这些步骤后,通过滗水器排放上清液,对位于反应器下层的污泥进行回流,排水完成以后反应器进入闲置工序,完成一个SBRC作周期。
分析SBR法的工艺运行流程和周期,可以看出该工艺在运行中有如下几个突出优点:
(1)工艺简单、成本低;
(2)工作效率高,处理速度快,推动生化反应的动力大。
(3)沉淀效果好,微生物繁殖少,防止污泥膨胀效果好。
(4)有良好的反硝化脱氮功能,水力条件好,抗冲击导抑强,生物浓度高。
(5)可根据实际情况反应或沉淀时间,操作灵活,确保处理出水合格。
图5
4.1SBR工艺性能
4.1.1B0D的去除
活性污泥法去除BOD的原理是利用微生物去除有机物,首先需要微生物将有机物转化为水和CO2,及微生物菌体,反应后需将微生物菌体保存下来,在适当的时候通过排除剩余污泥从系统中去除新增的微生物。
SBR系统中微生物所产生的RNA浓度比传统的连续式系统中的微生物所产生的RNA浓度高得多,而微生物的生长速率与RNA的浓度有直接关系。
这就意味着与传统的系统相比,SBR系统中微生物可以以更快的速率处理更多的基质。
另外,在SBR系统中适当改变曝气方式可把丝状菌的生长降低到最低的程度,这些微生物的大量存在将导致污泥膨胀和起泡沫等问题,是不期望它们在活性污泥絮体中过量存在的。
因此对丝状菌的控制是系统性能评价的一个重要指标。
4.1.2悬浮物的去除和稳定
面对屠宰废水中的悬浮物,传统的沉淀单元是无法停止进、出水的,因此沉淀在动态条件下进行。
然而SBR在沉淀时的优点在于停止了进、出水,也停止了曝气和混合,使沉淀在理想状态下进行,这样可获得更快的分离,可沉下更多的固体。
SBR系统另外一个优点是其灵活性,可以改变沉淀过程的时问。
在流量较大时,沉淀时间可以减少到固体分离所必需的最小时间,以缩短整个周期的时间,处理更大的流量,如有必要滗水要求则可以在沉淀时就开始,而传统活性污泥法系统则不具备这种灵活性。
4.1.3硝化和反硝化
NH4+一N转化为N的过程分为硝化和反硝化过程,污水中的氮以有机氨和NH4+一N的形式进入系统,以N的形式从系统中去除。
硝化过程是在溶解氧充足的条件下进行。
反硝化过程是在缺氧的情况下发生。
为去除SBR系统中的N,只需对处理厂的运行工艺进行简单的调节根据调节周期和曝气时间,而不用对处理厂的构筑物进行大的改造。
SBR工艺也可以同时去除污水中的氮、磷。
4.1.4生物除磷
生物除磷首先需要一个厌氧期,还需要有易降解的有机物质,在好氧阶段,促使污泥摄取过量的磷,达到富营养化。
然后在下一个厌氧期开始前从反应器中排除一定量的剩余污泥。
这个时候SBR的灵活性表现在可通过改变运行模式来满足这些条件。
SBR工除磷脱氮运行程序为:
进水、曝气、停止搅拌、沉淀、排水、排泥。
4.2SBR工艺处理屠宰废水
随着我国屠宰工业的发展,屠宰行业的用水量和废水排放量也越来越大,废水取自某市屠宰厂废水排放口,是黑、白、红废水的混合液。
pH值为7—9,COD为500mg/L~1500mg/L。
试验用污泥取自某污水处理厂。
取一定量的污泥放入SBR反应器引人原污水、自来水和营养液,然后进行了污泥的培养和驯化。
再按照SBR工艺流程进行试验。
沉淀排水时间(Ts+D)一般按3h设计。
闲置时间(Tx)一般按1h设计。
设反应时间为(Tf)。
一个周期所需时间T≥Tf+Ts+D+Tx。
时间分配例子,如:
运行周期12h,其中进水2h,曝气4~8h,沉淀2h,排水1h。
为验证工艺参数的正确性,进行了优化试验,进水1h,曝气7h,沉降3h,排水1h,闲置1h,周期为13h;
pH值为7.0;
进水COD为900mg/L。
在优化条件下运行15天,试验结果表明,SBR工艺处理效果较好,运行稳定,有一定的耐冲击负荷能力。
pH值为6.5
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