翻译养猪场废水处理负荷的某些特征.docx

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翻译养猪场废水处理负荷的某些特征

养猪场废水处理负荷的某些特征

文摘

通过稳定猪圈中的废水的组合:

厌氧污泥床（UASB）以及废物稳定池塘,是一个可行的办法,以减少处理养猪废水对环境造成的不利影响处理养猪废水.在2000年1月到7月的研究中,预处理的猪场废水首先通过两个0.753立方的UASB反应器,之后再在曝气与非曝气的稳定槽中进行处理.采用物理化学和微生物分析,提出采用标准方法（标准检验方法的供水和废水,19thed,美国公共卫生协会,华盛顿,1995年）.COD值下降以及废水穿过集成系统biodigestion跌至3492+（-）511-4094mg/l+（-）481年至124+（-）52-490mg/l+（-）230,而稳定槽中硝酸盐含量增高,各自的上升量分别从4+（-）0至20mg/l+（-）3再到11mg/l+（-）24.虽然废水经过处理后大肠杆菌的去除率均在97%+（-）6以上,但是还不符合世界卫生组织规定的处理后的废水在农业和水产养殖业上的利用中所要达到的水平大肠杆菌（

）这些结果显示,要改变系统的处理效果,必须提高UASB反应器和稳定槽中的停留时间.

1.说明

养猪业在全世界创造了大量的直接和间接就业机会,但是所产生的大量洗涤废水严重污染了地表水和地下水.两个让环境生产力退化的元素就是氮（N）和磷（P）.大量未经处理的废水进入土壤中,磷可经地表径流,导致接收水生生态系统水质富营养化.（SharpleyandWithers,1994）.氮气,除了参与富营养化进程外,当转换为硝酸盐会导致一个公共健康问题,就是产生与血红蛋白结合的潜在的致癌物质硝酸胺和亚硝酸胺.（Wright等,1999;Mato,1996;AWWA,1990.）同时可能也要考虑的就是传染病原体等原生动物（比如CryptosporidiumparvumandGiardiaspp.）,细菌（比如Yersiniaenterocolıtica,Campylobacterjejuni,Salmonellaspp.,Escherichiacoli,Listeriamonocytogenes）,病毒（比如enterovirus,adenovirus,parvovirus,rotavirus）（Hooda等,2000;Pell,1997）

Garcia和Beirith（1996）年的报告显示,从1984年到1994年巴西西部圣卡塔林纳州,供应净水的所有河流粪便污染程度显著增加,那里是全巴西最大规模的养猪场之一,大约占了总产量的25%.一项在加拿大安大略进行的研究表明（从1991年到1992年农业生产等人类消费性活动对地面水域影响的质量评价）,34%的水井受到大肠杆菌的污染,14%的水井中水的硝酸盐含量超过10ppm,其中7%的水井包括上面两项.此外,水井中含有的大肠杆菌和硝酸盐的百分含量随着与牲畜养殖区距离的增加不断下降.（Goss等,1998）.在美国北卡罗来纳州,Nowlin和Boyd（1997）报道说,在所测试的948口临近养猪场的井中有9%硝酸盐的含量超过饮用水中允许的最高值10ppm.在同一地区,Stone等（1998）考究后得到这些井中硝酸盐的含量高,超过饮用水标准10ppm以上,受监测的井不仅包括靠近养猪场的井,而且还包括靠近那些将废水作为肥料浇灌的土地附近的井.

显然,最大的挑战就是通过对农业活动正确的管理和污水处理,保证在不影响粮食生产的前提下保护好环境.有很多处理粪便废水的工艺,包括挡板、过滤装置厌氧工艺，还有活性污泥法.（BicudoandSvoboda,1995;Boopathy,1998;YangandGan,1998）.上流式厌氧污泥床（UASB）反应过程的研发,就是为了在浓缩池里面保留所有活性细菌,以消除或减少细菌驯化时间.使用液体作为原料，固体物质不到2％，这样细菌就没有东西可以吸附，在适当的条件下，细菌将和砾岩混在一起并形成黑色的小胶质颗粒，将沉降到槽底形成污泥床。

（LettingaandVinken,1980）.

因此,上流式反应炉适合处理含有固体物质浓度为0～4％的养猪废（Kalyuznyietal.,1999;Oliveira,1997）.然而，尽管经过适当的有机符合处理，排出的水中仍含有大量的病原微生物。

（Vieira,1992）.稳定塘在可供选择的废水处理方法中有着举足轻重的地位，因为他们有着独一无二的优势，可以降低微生物的作用为指标来控制污染。

（Boteroetal.，1997;Y_anez,1984）。

结合UASB反应装置和稳定塘的优点，设计一个低成本高处理效果的紧凑型的系统。

此外,由于该系统是非常简单的,它需要很少的操作,而不需要高素质人才（CatundaandVanHaandel,1996）.

在这项研究中，局部表征污染负荷的养猪场废水用两个UASB反应器平行处理，之后在稳定塘中稳定。

另外我们在三个循环周期判断污染物质减少的可能性，包括进水时的总固体含量还有在UASB里面的水力停留时间。

进出水的水质主要是以化学需氧量（COD），硝酸盐、亚硝酸盐等为指标，也包括了总大肠杆菌,大肠杆菌和粪便链球菌的大概数量。

2.方法

2.1实验设计

实验于1月至7月在农业工程部进行（2000），场所位于巴西圣保罗jaboticabal市政府提供的农业与兽医科学学院。

综合处理系统，适用于如表所描述的第一阶段和第二阶段。

第一阶段的处理包括如下的不同构筑物之间用管道的连接：

（1）容器基材制备。

（2）容器连续给水系统（3）去除沉淀物质的沉淀池（4）按照既定的水力停留时间的出水槽系统（5）两台基于Lettinga等人员设计思想的UASB反应器.（1980）.沉淀池配置11号钢板（3毫米厚），储水槽由纤维水泥修建。

而每个UASB反应器的工作容积为0.705个立方，钢筋混凝土结构。

第二个处理阶段包括：

（1）一个100L的纤维物质的箱子处理和分配第二个UASB反应器的出水

（2）两个500L的纤维水泥池作为稳定塘，暴露于空气中！

一个稳定塘采用曝气处理，一个不采用曝气处理。

一个由PVC管材（19mm）制造的耐高压结构安放在装有曝气装置的稳定塘底部。

2.2工艺特点

综合生物处理系统作为一个连续的流程在三个不同的周期运行177天，主要是基于总进水固体含量和在UASB反应器里面的水力停留时间。

在第一个周期（0-67天），固体物质为2478mg/l，水力停留时间为14h；在第二个周期（68－104天），水力停留时间保持不变，但是固体物质的含量变为2934mg/l，在最后一个周期（105-177天），固体物质的含量保持与第二个周期等同，水力停留时间改为7h。

了解在开始之前的收集水样的水质，还有系统处理后的水质特性的改变，整个系统用生物稳定的方法运行7天。

（102F.L.A.Ferreiraetal./BioresourceTechnology90（2003）101–108）曝气过程中的空气量，根据废水中的BOD

以及其他有机物质的含量。

通常介于3.75至15立方米每天.（MetcalfandEddy,1979）.在本研究中，由于可用空压机的容量，采用每天每立方容器4.32个立方的换气速率，每个稳定塘的水力停留时间为4－5天。

2.3废水

反应物由theFacultyofAgrarianandVeterinarianSciences,CampusofJaboticabal,UniversityofSaoPauloState提供养猪场的废水！

粪肥的处理每天一次，冲洗之后，就送到实验室进行研究。

在填料箱中，新鲜粪肥的重量为20-25kg，放在1.5*1.5网孔的筛子上，用800l的清水冲淡以获取要求的固体物质的总量。

2.4样品收集

废水样品的收集为周期性地用500l的无菌玻璃瓶，在整个处理系统取6个点用物理化学和微生物学进行检测，每个点取样5次。

采样点分别用字母A、B、C、D、E、F来区别集水池，调节池，第一个UASB反应器，第二个UASB反应器，非曝气的稳定塘，曝气稳定塘。

所有样品在收集后尽快分析。

2.5样品分析

确定总悬浮固体，样品通过一个标准的玻璃纤维过滤器进行过滤，在过滤器上面的残留物在103～105摄氏度的条件下，烘干、称重！

总悬浮固体的浓度（mg/l）的计算采用标准方法（Eaton等，1995）。

化学需氧量（COD）由酸性高锰酸钾进行滴定，并用示范档分光光度计（DR2000为模板）测定其色度（Eaton等，1995）。

硝酸盐和亚硝酸盐的浓度计算按照标准发放获得（Eaton等，1995）

总大肠菌群和大肠杆菌数的量化使用colilert方法（IdexxCorporation,Westbrook,Maine）,根据厂商的要求。

样本稀释之后放在Colilert基板上紧接着一个无菌瓶，在35摄氏度的环境下用无菌的Quanti－Trays托盘进行菌数的计算。

经过驯化之后，黄色标记水井的大肠菌群，还有荧光标记的井的大肠杆菌数将通过最大可能数量表计算出最大的可能数量。

稀释的样品粪便链球菌的数量用最大可能数量方法计算（Eaton等，1995），用无菌还有葡萄糖的肉汤在35摄氏度的情况下驯化24h。

整个实验是通过活性试管在PSE琼脂摄氏35度的情况下驯化24小时。

通过最大可能数量表，和对PSE琼脂产生积极反应的培养皿的数量估算出粪便链球菌的密度。

2.6统计分析

几何均值的方法计算大肠菌群，大肠杆菌以及粪链球菌的数量，并将这些数据应用于之后的每一个测试循环的减少的百分比。

中间值是为几何均值提供可靠的信息（VonSperling,2001）。

数据统计分析采用MicrosoftExcel2000程序进行分析（Microsoft，Redmond，WA

3.结果和讨论

3.1化学需氧量（COD）

化学需氧量随着实验的进行而下降，废水通过整个生物处理系统，从3492+（-）511－4094mg/l到124+（-）52－490mg/l+（-）230（表一）。

第一阶段处理后COD值平均减少81％+-8至92％+-3（表2A*D），与获得的数据（ByBelliFilho等，1999）相比是比较准确的，BelliFilho等人估算的UASB反应器的效率是在对刚刚倾倒的养猪场废水处理的水力停留时间为32h的条件下，报告指出在25～30摄氏度情况下COD的去除率为73％。

另外一个重要的研究是由Kalyuznyi等人在1999年计算出来的养猪场废水在UASB反应器里面停留时间为一天的情况下COD的减少量，并得出结论：

处理系统在COD去除率达到75％的情况下是有效的！

表1.根据原水中固体浓度以及水力停留时间，各点的COD值

A.负荷池B溢流调节池C.第一台UASB反应器D第二台UASB反应器E非曝气稳定塘F曝气稳定塘

在本研究中，可以看到，水力停留时间直接影响到处理有机符合的效率；在上一个循环之中，当水力停留时间减少到7h时，COD的去除率下降到81％+（-）8（如表2，A*D所示）。

Catunda和VanHaandel（1996年）报告说，当原水在UASB反应器里面停留时间增加，其化学需氧量的去除效率会提高。

稳定塘的使用有助于提高出水水质，除了在实验的第二个循环（TS＝2934mg/l，水力停留时间为14h），当时的情况是两个稳定塘的污染物质的减少率少于10％。

表2.各点COD值的减少率，根据不同的TS和THR

A.负荷池B溢流调节池C.第一台UASB反应器D第二台UASB反应器E非曝气稳定塘F曝气稳定塘

3.2硝酸盐和亚硝酸盐的浓度

从表3可以看出，硝酸盐和亚硝酸盐的平均浓度在实验的整个系统的进水过程在浓度分别为41mg/l和54mg/l。

导致处理系统中硝酸盐含量增高的原因有可能是因为基材和UASB反应器的某些特性所致，因为在冲淡的水中，硝酸盐的含量低于1mg/l。

首先，将猪粪收集到运往实验地点的过程中，由于允许接触到空气中的氧气，促进了有机物的硝化作用。

其次，猪粪经过筛选之后，有一个比较良好的结构，在有益生物的作用下比较容易从还原态转化为氧化态，包括有机含氮化合物和无机含氮化合物，最明显的就是水中的氨氮转化为以硝酸盐状态存在的氮，水落管的用处就是在槽中提供氧气，创造一个有利于硝化作用的环境（Henze等，1997）为了让UASB反应器起更大的作用，集水池必须嵌入一个平衡单元，这样可以避免较高的上流速度，因为较高的上流速度将导致生物被冲出反应器而减少了稳定塘中的生物量。

通过那种方式，废水必须在集水池中停留24h方可进入第一个UASB反应器厌氧硝化。

（Stevenson,1986;VerstraeteandAlexander,1973）.

表3.硝酸盐和亚硝酸盐在各采集点的浓度

A.负荷池B溢流调节池C.第一台UASB反应器D第二台UASB反应器E非曝气稳定塘F曝气稳定塘

对于整个反应，第一级的处理在对减少硝酸盐和亚硝酸盐的浓度上有比较明显的效果，可以达到87％到92％的水平。

此外，在这个过程，UASB反应器的处理效果也达到最好的效果，从81％到91％左右，主要的原因就是反硝化作用中氧的减少（Green等，1996）HeadriskenandAhring（1996）评估UASB反应器对原水中硝酸盐的浓度的减少，并得出可能获得99％的去除率的结论。

表4.硝酸盐和亚硝酸盐浓度处理后各采集点的减少率

A.负荷池B溢流调节池C.第一台UASB反应器D第二台UASB反应器E非曝气稳定塘F曝气稳定塘

在实验的最后一个循环中，看到当在UASB反应器里面的水力停留时间为7h，而固体浓度保持与先前不变的情况下，硝酸盐和亚硝酸盐的去除率最低。

氮的平均浓度主要是以第二级处理之后流出的水的硝酸盐和亚硝酸盐的浓度为基准，考虑到巴西人的参数是建立在对果蔬灌溉的重复利用上，虽然后续处理对硝酸盐的浓度影响不大，但是对于亚硝酸盐的浓度的减少却是不可或缺的，特别是第二个UASB反应器的作用。

在表三中，看到模拟稳定塘中的硝酸盐和亚硝酸盐的浓度上升，特别是曝气那个。

空气的进入让溶解氧的浓度增加导致硝化反应的发生。

曝气的稳定塘中硝酸盐的浓度超过了用于农业用水的限制水平10mg/l。

3.3.总大肠菌、总大肠杆菌和总粪便链球菌

在原水中细菌的指标浓度都很高。

由于原水中细菌数量巨大，即使在整个处理过程中，微生物密度减少，可能达到93％以上，但是在经过处理后排入环境的水中仍有大量微生物。

另外，通过对第一循环和第二循环的分析表明固体浓度的改变对系统的病原体指示功能没多大影响。

但是当在最后一个循环中，水力停留时间的变化，导致处理效率有小小的变化。

表5.总大肠菌，总大肠杆菌和总粪便链球菌在各采集点的平均值的最大可能数值表，根据不同的TS和不同的HRT

A.负荷池B溢流调节池C.第一台UASB反应器D第二台UASB反应器E非曝气稳定塘F曝气稳定塘

在沉淀池和UASB反应器中，去除大肠菌和链球菌非常有效，去除率达到100％，前提条件是在14h的水力停留时间和2478mg/l的固体浓度下。

稳定塘的后续处理，对减少指示剂的最大可能数目非常有用。

在第三个循环当中，固体浓度为2934mg/l，水力停留时间为7h时，稳定塘出水水质中大肠杆菌严重超标，必须避免在灌溉当中，重复使用。

还有，虽然没有限制他们可以用于牧场灌溉，但是还是必须提醒当地的人民，因为这种含有病原体的水可以影响地表水和地下水，从而影响到人民的身体健康。

（Edmonds,1976;ChandlerandCraven,1981）.

表6.总大肠菌，总大肠杆菌和总粪便链球菌数量处理后在各采集点的减少率

A.负荷池B溢流调节池C.第一台UASB反应器D第二台UASB反应器E非曝气稳定塘F曝气稳定塘

3.4.摘要和结论

通过分析，我们发现系统处理养猪场的废水非常重要，水源的污染就是因为没有控制好养猪场的废水的排放造成的。

随着原水中有机物的去除，COD从3492－4094mg/l下降到出水时候的水平为124-490mg/l。

出水中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度分别为4－20mg/l和3－11mg/l。

第二个UASB反应器的出水水质显示如果处理后的水用于农业灌溉的话，后续处理是没有多大必要的。

大肠杆菌的数量高于世界卫生组织关于对废水回用为农业灌溉的标准，特别是固体浓度为2934mg/l而水力停留时间为7h的情况下，表明必须改变反应过程中某些特性，如在UASB反应器或者稳定塘里面的水力停留时时间。

但是需要更多的实验来验证这个假设。