ATAD工艺对养猪废液的无害化研究

ATAD工艺对养猪废液的无害化研究

孙冬冬

(吉林省电力科学研究院有限公司，吉林长春 130000)

摘要[目的]研究ATAD工艺对养猪废液的无害化处理。[方法]利用ATAD系统处理养猪场废水中的病原菌，研究进泥浓度、搅拌速度和曝气量对ATAD系统灭菌效果的影响，同时考察了各菌群数随时间、温度的变化情况。[结果]采用ATAD工艺处理养猪废水的最佳工况：进泥浓度VSS为35 g/L，最佳曝气量为25～32 L/h，最佳搅拌量为180～190 r/min。[结论]应用ATAD工艺对养猪废水进行无害化处理，蛔虫卵的去除率可达100%，总菌群数、粪大肠菌群数、粪链球菌群数的去除率可达99.9%以上，无害化效果良好。

关键词ATAD；养猪废水；无害化

中图分类号S181

作者简介孙冬冬(1986-)，女，吉林长春人，工程师，硕士，从事环境工程研究。

收稿日期2015-06-02

Study on the Harmless Processing of Swine Wastewater by ATAD Process

SUN Dong-dong(The Electric Power Research Institute of Jilin Electric Power Limited Company, Changchun, Jilin 130000)

Abstract[Objective] To study harmless processing of swine wastewater ATAD process. [Method]ATAD system was used to treat pathogenic bacteria in swine wastewater. The influences of mud concentration, mixing speed and aeration amount to the sterilization effect of ATAD were studied. Meanwhile, we studied the change of bacteria amount with time and temperature. [Result] The best condition for ATAD treating swine wastewater was that the mud concentration was 35 g/L, and the mixing speed was 180-190 r/min, and the aeration amount was 25-32 L/h. [Conclusion]When applying ATAD process for achieving harmlessness of swine wastewater, the removal rate of ascaris eggs reached 100%, and the removal rates of total bacteria amount, fecal coliform and fecal streptococcus all reached more than 99.9%. The harmlessness effect was satisfactory.

Key words ATAD；Swine wastewater; Harmlessness

畜禽粪便中含有大量病原微生物、寄生虫卵以及滋生昆虫如蚊蝇等，使环境中病原体种类增多、菌量增大，常造成人畜共患的传染病，有时还会发生疫情，给人畜带来灾难性危害。尤其在北方，干旱、大风天气较多，使得病菌的传播更易发生[1-3]。由于近年来畜禽养殖业的发展，集约化、规模化畜禽养殖业迅速崛起，已使畜禽养殖业污染成为不容忽视的问题[4]。所以养殖业产生的废水也已是水体污染的问题之一。

自从欧美各国对处理后发酵微生物中病原菌的数量有了严格的法律规定后，ATAD(Autoheated/Autothermal Thermophlic Aerobic Digestion，ATAD)工艺因其较高的灭菌能力而受到重视。自动升温好氧消化工艺是在45～65 ℃的高温下运行，高温操作的最大优势在于它具有相当快的生物降解速率，低细胞产率(产污泥量少)及灭菌的效率较高[5-7]。另外，由于高温下硝化菌的生长受抑制，使ATAD反应器中的pH不会降低，可以保持在7～8[8]；而且，不发生硝化反应还可以减少需氧量。将ATAD工艺有效应用于对养猪废液的无害化处理具有重要意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验用废水试验用废水来自吉林市温德养猪场猪粪水。该养猪场中型规模，有近5 000头猪，猪粪水采用干清粪冲水，排水通过管道进入一口窨井中，统一排放。该废水有臭味，粘稠，灰黑色。试验前将养猪废水进行自然沉淀，将沉淀物和上清液分离，取沉淀物为试验用。

1.2污泥驯化试验装置为总有效容积2.5 L，口径<5 cm的圆柱形反应器。反应器外裹保温套，置于恒温水浴锅中以维持反应器内温度，减少散热带来的影响。试验装置还配有搅拌装置和曝气装置，使嗜热菌与粪便充分反应，氧气分散均匀，使系统处于微好氧状态。将从吉化污水处理厂取来的活性好氧污泥放置于玻璃反应容器中进行驯化，当反应器内温度自动升高时，调节水浴锅温度与反应器内温度一致，直到反应器内温度升到最高温度并保持不变，嗜热菌驯化成功。

1.3试验方法ATAD工艺可对养猪废水中的有机物进行降解，该试验主要考察进泥浓度、曝气量和搅拌速度对反应体系中病原菌去除率的影响效果。这些指标用来反映ATAD反应器的运行情况：总菌群数采用稀释倍数法；蛔虫卵采用离心法；粪大肠菌群数采用多管发酵法；粪链球菌采用多管发酵法。

2 试验结果与分析

2.1进泥浓度对ATAD工艺灭菌效果的影响试验结果表明，在进泥浓度为35 g/L时，总菌群数的去除率最大，粪大肠菌群、粪链球菌群及蛔虫卵的去除率也相对较高，无害化效果理想(表1)。ATAD工艺主要利用高温环境下生长的噬热菌降解有机物产生热量，从而使病原菌灭活。进泥浓度的大小决定了进入反应体系的有机物含量的多少，进泥浓度越大，有机物含量就越高，噬热菌代谢分解有机物产生的热量就越多，ATAD反应体系的温度就越高。但是试验结果显示，进泥浓度过高也会制约ATAD工艺对病原菌的去除。分析原因其主要是因为在ATAD反应器的有效容积内以及固定的搅拌速度和曝气量下，进泥浓度过高会影响氧的传质效率，使得有机物、氧气和微生物不能充分接触[9-12]。

2.2搅拌速度对ATAD工艺灭菌效果的影响试验结果表明，搅拌速度为180～190 r/min时，总菌群数的去除率最大；搅拌速度为150～160 r/min时，粪大肠菌群和粪链球菌的去除率最大(表2)。但是，在试验条件下，发现搅拌速度达到200 r/min及以上时，泡沫现象较严重且不易于保温。因此该试验的最佳搅拌速度确定为180～190 r/min。搅拌强度是ATAD系统中很重要的控制指标之一。搅拌在ATAD系统中使微生物和氧气与反应中期起主要作用的嗜热菌等微生物进行充分接触，有利于有机物的快速分解；搅拌还可以打碎反应器内的块状污泥和微生物，增大好氧反应面积，减少水力停留时间，从而加快污泥稳定化时间[13-18]。

表1　不同进泥浓度下的病原菌去除率

表2　不同搅拌速度下的病原菌去除率

2.3曝气量对ATAD工艺灭菌效果的影响试验结果表明，曝气量为25～32 L/h时，各菌群去除率最大，无害化效果最好(表3)。ATAD系统中主要的生化反应：①微生物在酶的作用下对有机物的降解；②有胞外酶引起的细菌解体作用。其中后者在病原菌灭活及VSS去除中起着关键作用。细菌细胞解体后，分解为易于降解的物质和难降解的物质两部分。当电子受体和氧气分子共存时，易降解的蛋白质就进一步转化成小分子的物质，如短链的羧酸(乙酸、丙酸、丁酸等)。这些羧酸同时可以用于合成作用，产生生物污泥。所以在ATAD工艺系统中，提供适量的氧气以满足微生物的内源反应是很关键的，曝气量的大小直接关系到VSS的降解速率、微生物的减量程度，关系到ATAD工艺系统的运行效果[19-21]。

表3　不同曝气量下的病原菌去除率

2.4反应时间和反应温度对ATAD工艺灭菌效果的影响由表4～7可知，以上4个指标在30～40 ℃的条件下值最大；在20 ℃时，由于温度过低，抑制了菌种的生长，使得菌种增长缓慢；在30、40 ℃下，各菌群数均在一定程度上有所增加；在50 ℃时，由于温度过高，抑制了菌种生长甚至杀死了菌种，使得菌种数量大量减少。在同等温度条件下，当放置一段时间(20 d)后，由于营养物质缺乏和生长条件下降等原因，也会致使菌种大量减少死亡。

表4　总菌群数随时间温度的变化　个/ml

表5　粪大肠菌群数随时间温度的变化　个/L

表6　 粪链球菌群数随时间温度的变化　个/L

表7 蛔虫卵数随时间温度的变化　个/L

3 结论

ATAD工艺是一种无需外加热源，能实现自动升温的，能够实现病原菌灭活的污泥稳定化处理工艺[11]。试验通过ATAD系统对吉林市温德养猪场的养猪废水中病原菌进行处理，研究进泥量、搅拌速度和曝气量对ATAD系统灭菌效果的影响，确定了对该养猪废液采用ATAD工艺进行灭菌和稳定处理的最佳运行条件范围。

根据上述试验数据与结论，认为类似吉林市温德养猪场的养猪废液通过ATAD系统的处理，可以很好解决废水中各菌群的灭菌问题，蛔虫卵的去除率达100%，总菌群数的去除率达99.5%以上，粪大肠菌群的去除率达99.97%以上，粪链球菌的去除率达99.8%以上，出水未检出沙门氏菌，均超过了国家排放要求，保护环境；ATAD系统与其他工艺相比，可大幅度节约成本。但是，由于ATAD技术在国内比较新，仍需要解决理论研究与实际应用间的差距，并对其进行经济方面评价的前提下，才能确定养猪场养猪废水采用ATAD工艺进行减量化处理的可行性。

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