屠宰废水治理技术研究进展

童兴无

(长沙环境保护职业技术学院，长沙 410000)

1 引 言

国务院实施“定点屠宰、集中检疫、统一纳税、分散经营”的办法以来，各地生猪定点屠宰场(点)飞速发展，环境污染问题亟待解决。许多城市都相应地建立起大型的现代化屠宰场，并配套建设了相应的污水处理设施。活性污泥处理系统是当前污水处理领域应用最广泛的技术之一。但普通活性污泥法处理屠宰废水存在如下难点。一是屠宰废水季节性波动幅度大，普通活性污泥抗冲击负荷能力较低;二是产生的剩余污泥量大，且污泥沉淀脱水性能差，最终导致污泥处置费用增高;三是脱氮除磷效率低，难以满足日益提高的环保要求［1－2］。

一般厌氧池能够有效降低屠宰废水中的高浓度COD，但是反应速率慢，水力停留时间长，此外占地面积大，对温度要求高。而且不能有效处理厌氧过程中产生的恶臭以及屠宰废水自身的臭味。高效厌氧处理系统UASB 工艺以及固定床反应器等能够满足高容积负荷的工艺条件，而在应用于屠宰废水的过程中也受到高含量脂肪油和高浓度悬浮物的影响。此外，屠宰废水COD浓度相对较低，这也会在一定程度上对该类处理系统造成影响［2］。

目前，国内工程案例大多采用UASB 的常规工艺，国外则更加倾向于二代厌氧反应器的研发，其发展重点不再是单纯的厌氧处理工艺改进，而更加倾向于有机废物的沼气转化。可见，国内屠宰废水工艺研究与国外存在一定的差异，亟待提高。本文基于这一理念，结合屠宰废水的水质特性，详细介绍国外屠宰废水的预处理技术，常规厌氧处理工艺及其改进工艺，另外还涉及到创新型处理工艺，以期对国内屠宰废水治理工艺的发展起到借鉴作用［3－5］。

2 屠宰废水的预处理

屠宰废水是农产品行业中的工业废水，屠宰过程中会排放大量废水，废水中含有血污、油脂、毛、内脏杂物、碎肉、未消化的食料和粪便等污染物，悬浮物浓度高，呈红褐色，并带有难闻臭味，处理难度大。未经处理的屠宰废水进入水体后，会导致水体耗氧量增加，水体溶解氧降低。水体BOD 和氮磷等营养元素的急剧上升，最终会造成水体水质恶化，水体生态系统遭到破坏。因此，环境保护机构EPA 将其定义为对环境最为有害的污染之一。典型屠宰废水的特性如表1 所示。

表1 典型屠宰废水的特性

屠宰废水前端预处理以混凝沉淀最为常见。混凝剂在屠宰废水中的广泛应用，一方面由于在各个水处理单元中，混凝有机物相对来说比较容易收集。另一方面，混凝剂能够在适宜的pH 条件下，采用最少的药剂在最大程度上去除悬浮颗粒。常见的工业废水治理中，硫酸亚铁的建议投加量仅为50～300mg/L，硫化亚铁的建议投加量为100～400mg/L，石灰投加量为100～150mg/L。较少的混凝剂投加量无疑减轻了污水运行成本［4］。

Al－Mutairi 等通过添加铝盐和高分子化合物研究混凝沉淀法处理屠宰废水中的有机物，结果表明，化学需氧量(COD)的最大去除效率在45%～75%。当调节水体pH 至4－9，水体投加铝盐30～70mg/L 时，屠宰废水中COD，SS 和浊度的去除率分别为3%～20%，98%～99%，76%～93%;而在投加100～300mg/L 的高分子有机物后，水体中的COD 和SS 去除率分别为9%～43%，95%～96%。Mahtab 在研究多种混凝剂去除屠宰废水中COD 的特性时发现，铝盐是去除COD 的最佳混凝剂，最大去除率能够达到92%，最大COD 浓度为400mg/L。而采用最佳混凝剂配比时，COD 的去除率达到96%。以上研究表明，较低投加量的混凝剂就能够高效去除屠宰废水中的悬浮物，降低水体浊度，且能够去除一定程度的COD。而通过混合不同的混凝剂，调节配比，也能够有效提高水体中COD 的去除率［8－11］。

水体中混凝剂的毒性研究是国外屠宰废水混凝处理研究的另一个方向。混凝剂虽然能够有效降低屠宰废水中影响色度和浊度的胶体物质，但却增加了水体中溶解性化学需氧量(SCOD)的含量。水体中SCOD 含量的增加，会破坏水体中的生态环境，进而毒害水体生物。研究发现，当水体的导电率超过3000～6000μhmos/cm 时，水蚤和小鱼就会发生急性中毒;当水体导电率超过1000～3000μhmos/cm 时，水蚤会发生慢性中毒。水体中的毒性研究大都采用发光微生物实验，这类微生物对有机毒物和混合毒物相当敏感，一般来说，这种检测水体中毒性的方式简单，快速，灵敏度高，且相对于化学分析来说，费用相对较低。水体中SCOD 含量的增加，可以采用水体强化软化技术实现水体毒性的降低。基于这一技术，Hossaini 以石灰为软化剂，在不同的pH 形式下，研究SCOD、磷的去除效果。结果表明，pH 为11.65时，SCOD 最大去除量为93%，磷的去除率为94%，水体中的电导率随之降低，毒性也随之减弱［12－13］。

3 常规屠宰废水处理工艺

厌氧生物法是处理屠宰废水的常规工艺。屠宰废水具有较高的COD 浓度，采用强制曝气生化池处理能耗高，污泥量大，即使采用消化池也仅能减少20%左右的污泥量。而厌氧生物法容积负荷能够达到3kg/m3，可较少占地面积。此外，厌氧法处理屠宰废水，污泥量会减少50%～80%。而且厌氧产生的污泥理化性质比较稳定，能够作为农业肥料。另外厌氧池能耗低，产生的沼气中CH4的含量约在60%～75%，可作为燃料应用于日常生活中［1，14］。

3.1 UASB 处理工艺

(1)常规UASB 处理工艺:UASB 作为厌氧生物法中的高效处理工艺，其在屠宰废水的处理中有着广泛的研究。作为UASB 工艺研究的代表人物，早在上个世纪90年代，Sayed 即着手研究屠宰废水中单级UASB 的应用特性。通过对UASB 中污泥存在形式的研究，Sayed 发现含絮状污泥的UASB 反应器(UASBf)对悬浮颗粒以及胶体有较好的去除效果，CDO 的去除率能够达到70%。而含颗粒污泥的UASB 反应器(UASBg)对这两类物质的去除效率较低，仅在55%左右，但这种形式的UASB 能够去除废水中80%左右的溶解性物质。不过这两种形式的单级UASB 反应器虽然能够较好的去除废水中的COD，但仍存在各自局限性，且由于反应器中污泥稳定性较差，也在无形中约束了这两类单级UASB 反应器的应用。为了解决这一问题，Sayed 开发两级UASB 工艺，即前段采用UASBf 反应器，后续采用UASBg 反应器的组合方式。二级UASB 工艺不仅提升了屠宰废水中COD的去除效率(最高达到95%)，此外还在提升污泥稳定性的同时，增强了整体工艺的抗冲击性。

(2)改进UASB 处理工艺:前置溶氧气浮(DAF)UASB 反应器是针对屠宰废水中油脂处理的改进工艺，采用这类工艺还能够有效减少前段工艺逸散的恶臭。Manjunath 研究此类工艺处理屠宰废水时，将其与未设置DAF 的UASB 反应器做对比，结果发现二级DAF－UASB 反应器去除COD 的效果要高于单级UASB 反应器，但是由于屠宰废水被间接稀释，COD 的浓度降低，DAF－UASB 反应器的去除效果要低于UASBf－ UASBg的去除效果。而与单级UASB 相比较，屠宰废水在经过前段DAF 处理后，出水具有较高的生化性，通过后续UASB 反应器的处理，出水可以直接排入市政管网。通过与单级UASB 以及二级UASB 相比较，改进的DAF－UASB 可用相对合理的投资成本获得较高的废水处理效果，具有较高的实用性。

表2 三种处理工艺参数对比

3.2 SBR 厌氧处理工艺

SBR 厌氧处理工艺(ASBR)是另一广泛应用于屠宰废水处理的工艺。UASB 在处理含较低浓度SS 的屠宰废水时，具有较高的处理效率。但进水中SS 含量达到某一范围时，屠宰废水中部分COD 不再被厌氧生物利用，而在悬浮颗粒的絮凝和吸附作用下流入下一处理单元，这导致COD 处理效果大幅降低。而如果采用沉淀池继续处理SS 则无形中增加投资成本。而ASBR 处理工艺相对于UASB 工艺来说，投资成本低，操作简单，设计简易。且具有预处理功能，能够较好降低SS 含量，从而使得后续处理达到较好的效果。故而ASBR 也是国外重点研究的处理屠宰废水的工艺［4］。

Masse 在早期研究屠宰废水处理工艺发现，ASBR能够有效去除屠宰废水中的臭气，对废水中COD 的去除率高达98%，同时悬浮颗粒的去除效率达到91%。其在进一步的研究中将屠宰废水中SS 提高到进水COD浓度的50%，经过2 天的停留时间后，COD 的去除率达90%以上，同时该ASBR 工艺产生的沼气中甲烷含量达75%。这种高度甲烷化表明ASBR 能够将屠宰废水中大部分的可溶和悬浮有机物降解。随后Masse 又研究了不同温度下ASBR 处理屠宰废水的特性。通过在30℃、25℃和20℃等三种不同条件下研究屠宰废水中COD 的去除效果，发现ASBR 工艺在这三种条件下SCOD 的去除率均达到92%以上。而随着温度的降低，ASBR 工艺对废水中COD 的去除率也随之降低，其去除率依次为90.8%，88.7%，84.2%。但沼气中甲烷的占有率却呈上升的趋势，30℃与20℃下分别为74.7%和78.2%，这是因为随着温度的降低，水体中CO2 和H2 的溶解度升高，CO2 和H2 浓度的升高会促进甲烷的合成。一系列的研究表明，ASBR 工艺对与屠宰废水的处理有较好的效果，能够应用于工程实践。

4 新型屠宰废水处理工艺

4.1 好氧处理工艺

因屠宰废水的特性，一般好氧生物处理工艺在处理该类废水时常因处理效果差，而在好氧池后增加一些处理工艺如生物接触氧化工艺，则能够使出水达到排放标准。而接触氧化法高效节能，运行管理方便，可应用于一些屠宰场处理设施的改造。Chen 在研究屠宰废水接触氧化处理时，接触池的进水由污泥沉淀池引入，COD为150～200mg/L，SS 含量为80100mg/L，经过处理后，COD 降至40 mg/L，SS 含量降低至20mg/L。这类好氧生物处理法的缺陷在于处理工艺复杂，整体占地面积大，不适于一般小型屠宰厂的污水处理。

膜法SBR(SBBR)是目前正在研究和应用的一种改进型SBR 好氧生物处理工艺。SBBR 是在SBR 反应器内装填纤维填料、活性炭、陶粒等填料而开发出来的一种新型复合式生物膜反应器，填料给微生物提供了更为有利的生存环境。在纵向上微生物构成一个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营养级组成的复杂生态系统，在横向上顺水流到载体的方向构成了一个悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的具有多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的系统，大大提高了反应器的处理能力和稳定性。Zhan 等研究SBBR 工艺应用于屠宰废水的处理效果时，这种工艺对屠宰废水中的氮磷去除效率较高。该研究中进水COD为3930 ±148mg/L，SS 含量为1010 ±150mg/L，总氮含量379 ±44mg/L，总磷含量23 ±4mg/L。SBBR 工艺四个处理步骤中进水时间7min，反应时间393min，闲置时间30min，排出时间50min。整体实验持续120 天，有机负荷1.18kgCOD/(m3·d)，最终研究结果显示池体中的悬浮填料形成的菌胶团直径能够达到100～500μm，屠宰废水中COD、TN、TP 的去除率分别为94%、92%、95%。这一结论表明SBBR 工艺能够较高效率处理屠宰废水，且SBBR 工艺简单，占地面积小，较适合小型屠宰废水处理［4］。

4.2 高级氧化处理工艺

利用现有的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，而高级氧化法(Advanced Oxidation Process，简称AOPs)可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。高级氧化技术亦即深度氧化技术，其特点是产生具有强氧化作用的羟基自由基(·OH)，在高温高压、电、声、催化剂等条件下，使难降解大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、Fenton 氧化等［2］。Barrera 在利用光催化氧化法处理屠宰废水时，采用真空紫外光谱(VUV)和灭菌紫外光谱(UVC)两种光谱的不同组合，降解废水中的COD。研究结果显示，VUV、UVC 对水体中有机碳的去除率分别达到6.2%和5.5%。后续试验中，按照一定比例添加强氧化剂H2O2，配比UVC/ H2O2 和VUV/H2O2 两种处理方式，结果显示总有机碳的去除率达到10.8%和12.2%，处理效率提高了两倍。以上结果表明，高级氧化技术，如紫外光催化氧化技术，能够降低屠宰废水中COD，但处理效率偏低，而这一新技术的实际应用还需要大量的研究工作。此外，光化学法处理有机物时会产生多种芳香族有机中间体，致使有机物降解不够彻底，这成为了光化学氧化需要克服的问题［15］。

4.3 电化学处理工艺

电化学氧化法是指通过电极反应氧化去除污水中污染物的过程，该法也可分为直接氧化和间接氧化。直接氧化主要依靠水分子在阳极表面上放电产生的·OH 的氧化作用，·OH 亲电进攻吸附在阳极上的有机物而发生氧化反应去除污染物。Kazem 采用电化学氧化法处理屠宰废水时，研究过不同的pH 值、反应时间和电极对屠宰废水中COD，SS，总磷等去除效率的影响。该项研究表明，在铝电极一侧，pH 为2－3，COD 的去除率能达到95.6%，此外95.3%的油脂也被去除。而在铁电极一侧，pH 在3 左右，总磷的去除率达到89.6%。Budiyono 则专注与电化学法对屠宰废水中悬浮颗粒和油脂的去除效果，他以铁和铝做电极，研究了不同悬浮颗粒浓度下的去除效果。结果表明，在SS 浓度为1250mg/L 和2100mg/L 的条件下，电化学法对SS 的去除率分别为97.2%和99.6%。综上可知，在尽可能降低能耗的情况下，电化学法对屠宰废水有较好的去除效果和良好的应用前景［14－16］。

5 结论与展望

国务院实施“定点屠宰、集中检疫、统一纳税、分散经营”的办法以来，各地生猪定点屠宰场(点)飞速发展，环境污染问题亟待解决。许多城市都相应地建立起大型的现代化屠宰场，并配套建设了相应的污水处理设施。活性污泥处理系统是当前污水处理领域应用最广泛的技术之一。但普通活性污泥法处理屠宰废水存在如下难点:一是屠宰废水季节性波动幅度大，普通活性污泥抗冲击负荷能力较低;二是产生的剩余污泥量大，且污泥沉淀脱水性能差，最终导致污泥处置费用增高;三是脱氮除磷效率低，难以满足日益提高的环保要求。

目前国内工程案例大多采用升流式厌氧污泥床(UASB)的常规工艺，国外则更加倾向于二代厌氧反应器的研发，其发展重点不再是单纯的厌氧处理工艺改进，而更加倾向于有机废物的沼气转化。可见，国内屠宰废水工艺研究与国外存在一定的差异，亟待提高。本文基于这一理念，结合屠宰废水的水质特性，详细介绍国外屠宰废水的预处理技术，常规厌氧处理工艺及其改进工艺，另外还涉及到创新型处理工艺，以期对国内屠宰废水治理工艺的发展起到借鉴作用。

研究表明，屠宰废水处理工艺的研究重点在高浓度悬浮颗粒和较高COD 的去除，以UASB 和ASBR 工艺为代表的厌氧处理法能够较好的去除水体中的COD 和悬浮颗粒物，这类工艺应用广泛，其更深层次的发展方向将更偏向于沼气中甲烷的高占有率，也即实现COD 较高水平的甲烷化。而以SBBR 为代表的好氧工艺和以紫外光催化氧化、电化学氧化为代表的高级氧化技术在处理屠宰废水时亦能取得较高的处理效果，但当前的研究不够深入，需要开发和优化现有工艺，以期克服各自的缺陷。

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