畜禽养殖废水主要含有畜禽尿液、残余的粪便、饲料残渣等污染物质，常被称作第三严重污染源。针对畜禽养殖废水高COD、高SS、高氨氮的“三高”特点，生物法因其处理效果好、无二次污染等优点，得到了科研人员的广泛认可。厌氧生物处理工艺能够承受较高的有机负荷，好氧工艺能够实现对有机物、氮、磷等的同步去除，通常将好氧处理工艺置于厌氧反应器后处理畜禽养殖废水，使出水达标排放。其中，完全混合式厌氧反应器（CSTR）因其设备简单、物料分布均匀而增加了物料与微生物接触的机会，被广泛应用于养殖废弃物厌氧消化过程中；序批式活性污泥法（SBR）处理工艺因其耐负荷能力强，常被用于厌氧出水的后续处理。但由于畜禽养殖废水高有机负荷和高氨氮的特点，直接采用生物工艺处理极易造成酸化和氨氮抑制等问题，针对上述问题，多采用物化方法进行预处理，以减轻废水对后续生物单元的冲击和提高废水的可生化性。研究表明，混凝法被广泛应用于畜禽养殖废水的处理，其能够对该类废水起到很好的预处理效果。Fenton氧化法既可有效去除畜禽养殖废水中的宏观污染物，如COD和色度等，也可有效去除微观污染物，如抗生素和重金属等，降低废水毒性，并提高可生化性。吹脱法对于高氨氮废水中氨氮的去除表现出很大的优势，并且可回收氨氮，实现废水的资源回收利用。

养鸭废水作为典型的畜禽养殖废水，处理难度较大。笔者通过分析养鸭废水的特性，提出了混凝沉淀—Fenton氧化—吹脱—CSTR—两级SBR组合工艺对其进行处理，并对运行条件进行了优化。长期运行结果表明，经该组合工艺处理后，出水水质达到了《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）的要求，这为高浓度畜禽养殖废水处理提供了参考和依据。

1、材料与方法

1.1 养鸭废水的来源和水质

实验所用养鸭废水取自山东省某养鸭场，该养鸭场的废水规模约为100m3/d，鸭子粪尿和冲洗水一起排放，鸭饲料和鸭粪中含有大量的有机物、氮、磷等，饲料中仅有不足50%的有机物和氮磷营养盐可以被鸭子利用，而未被利用的将随着鸭粪冲洗过程进入废水中。养鸭废水呈黄褐色，具有刺鼻的臭味，其水质情况和排放标准见表1，检测方法参照《水和废水监测分析方法》（第4版）中的相关方法。

1.2 工艺流程及实验装置

养鸭废水经过混凝沉淀—Fenton氧化—吹脱预处理后，进入CSTR反应器，累积的厌氧出水进入SBR反应器。工艺流程如图1所示。

CSTR反应器和SBR反应器主体均为有机玻璃材质。CSTR反应器总体积为2.5L，有效体积为1.5L，采用恒温摇床保持温度为（35±2）℃，pH控制在7.5~8.5。SBR反应器总体积为1L，有效体积为0.5L，每天运行3个周期，每个周期8h，其中进水0.5h、缺氧2h（包括进水0.5h）、曝气5h、沉淀0.5h、排水0.5h。吹脱出的氨氮采用装有稀硫酸的锥形瓶进行回收，厌氧产生的沼气采用集气袋进行回收。CSTR反应器每天处理养鸭废水50mL，出水在4℃环境下保存待用。厌氧实验稳定运行后期，启动SBR反应器，每天处理养鸭废水600mL，其中一部分进水来自于保存的CSTR反应器出水，一部分采用原水进行配制。

1.3 污泥接种

接种污泥均取自天津市北仓污水处理厂。CSTR反应器接种污泥采用厌氧段污泥，占反应器有效体积的1/3；SBR反应器接种污泥采用二沉池污泥，MLSS为（20000±100）mg/L，MLVSS为（11500±100）mg/L，MLVSS/MLSS为0.575，占反应器有效体积的1/2。

2、结果与讨论

2.1 混凝沉淀—Fenton氧化—吹脱预处理分析

混凝沉淀单元：采用NaOH调节pH，以三氯化铁作为混凝剂，聚丙烯酰胺作为助凝剂。控制pH=8、三氯化铁投加量为80mg/L、聚丙烯酰胺投加量为6mg/L。实验结果表明，混凝阶段对SCOD、氨氮、总磷的去除率分别为10%、7.7%和87.9%。

Fenton氧化单元：采用HCl调节pH。控制pH=3、H2O2投加量为30mmol/L、H2O2与Fe2+的投加比为2∶1。实验结果表明，Fenton氧化阶段对SCOD、氨氮、总磷的去除率分别为15.5%、14.2%和18.5%，并且能够去除47.9%的色度。

吹脱预处理单元：有研究表明，当氨氮浓度低于550mg/L时将不会对厌氧消化反应产生抑制作用。吹脱反应为吸热可逆反应，提高pH和温度均可有效提高氨氮去除率。控制pH=11、反应温度为45℃、吹脱时间为120min、气液比为1600，可去除87%的氨氮。采用1.84mol/L的稀硫酸对吹脱出的氨气进行回收，氨氮回收率可以达到95.8%。

2.2 厌氧CSTR单元分析

2.2.1 SRT对SCOD去除效果的影响

控制反应器内pH为7.5~8.5，厌氧容积负荷（SCOD）为0.33kg/（m3·d），污泥停留时间（SRT）分别为45、30、20d，考察SRT对SCOD去除效果的影响，结果如图2所示。可以看出，随着反应器的运行，对SCOD的去除效果最终趋于稳定。分析原因，为了要保证固定的SRT，厌氧系统每天都要排出一定体积的生物量，当排出量大于微生物增长量时，对SCOD的去除效果就会随着时间的延长而下降；当排出量与微生物增长量持平时，去除效果趋于稳定。稳定运行期间，当SRT为30d时，CSTR反应器对SCOD的去除率较高，可稳定在59%左右，且与SRT为45d相比，既提高了去除速率又改善了去除效果。当SRT由30d变为20d时，SCOD去除率明显下降。实验结果表明，过短的SRT由于导致生物量减少，造成了出水水质下降。后期反应器均在SRT为30d的条件下连续运行。

2.2.2 厌氧容积负荷对SCOD去除效果的影响

改变厌氧容积负荷（SCOD）分别为0.33、0.66、1.32kg/（m3·d），考察容积负荷对SCOD去除效果的影响，结果如图3所示。

由图3可知，随着容积负荷的不断升高，SCOD去除率先上升后下降，最终趋于平缓。总体而言，当容积负荷为1.32kg/（m3·d）时，SCOD去除率最高，平均值在89.7%左右。这可能是因为低容积负荷条件下，进入反应器的有机物较少，无法满足反应器中微生物的生长需要；当负荷升高后，进入反应器的有机物增多，为微生物的生长提供了较为充足的营养物质，促进了微生物的生长繁殖，同时也实现了微生物对废水中有机物质的去除，提高了出水水质。结合预处理后水质情况，实验后期CSTR反应器容积负荷基本维持在1.32kg/（m3·d）左右运行。对厌氧过程中收集的沼气进行成分分析发现，主要为CH4、CO2、H2、N2，其中CH4含量最高，占58.9%，CO2含量占13.5%，H2含量占5.3%，N2含量占7.8%。

2.3 好氧SBR单元分析

2.3.1 一级SBR去除SCOD的效果

CSTR厌氧处理单元虽对养鸭废水达到了良好的处理效果，但出水水质达不到排放标准，所以将厌氧出水采用SBR好氧工艺进行处理。一级SBR对废水SCOD的去除效果如图4所示。可以看出，第一阶段（0~6d）为反应器适应期，此时好氧微生物不断繁殖增长，去除率不断上升，然后进入稳定期，去除率在81.5%左右波动。随后各阶段，随着负荷的不断升高，进水SCOD浓度也不断升高，由于进入水中的有机物增多，微生物不能及时将其分解，造成出水SCOD浓度也随之有所上升，去除率下降，最终趋于稳定。第三~五阶段中SCOD去除率最后分别达到78.2%、75.9%、80.6%。最后，进入稳定运行阶段，SCOD去除率约为80.6%，出水SCOD浓度为778mg/L。

2.3.2 一级SBR脱氮除磷的效果

一级SBR脱氮除磷效果如图5所示。由图5（a）可以看出，适应期进水氨氮浓度平均为45mg/L，氨氮去除率不断上升，并最终趋于稳定，在98.4%左右波动。而后，随着进水氨氮浓度的不断升高，第12~36天氨氮去除率呈先下降后上升并最终趋于稳定的变化趋势。当进水氨氮浓度平均为364mg/L时，去除率最终稳定在83.2%左右。

图5（b）显示，进水硝态氮浓度不断升高，由于硝化细菌的硝化作用，进水稳定后出水中硝态氮和亚硝态氮浓度明显高于进水。由图5（c）可以看出，适应期进水总磷浓度平均为28.3mg/L，总磷去除率不断升高，并最终稳定在67.1%左右。12d之后随着进水总磷浓度的升高，去除率呈先下降后上升并最终趋于稳定的变化趋势，当进水总磷浓度平均为59.1mg/L时，去除率最终稳定在58%左右。

2.3.3 二级SBR的运行效果

虽然一级SBR的处理效果较好，但是出水水质仍不能达标排放，所以继续采用二级SBR进行处理。经过二级SBR处理后，SCOD去除率为54.6%，氨氮去除率为75%，总磷去除率为68.7%，BOD5去除率为68.7%，出水水质得到了进一步提升。

2.4 各工艺单元进出水水质

各工艺单元进出水水质情况见表2。可以看出，经过前期预处理，对SCOD、氨氮、总磷的去除率分别为25.3%、89.7%和98.8%，废水可生化性得到了明显提高。预处理后的废水经过CSTR厌氧处理后，SCOD去除率达到了91.2%。经过两级SBR处理后，对SCOD、氨氮、总磷、BOD5的去除率分别为91.1%、92.3%、91.3%、94.6%，出水水质得到了明显改善。

长期实验结果表明，养鸭废水经过混凝沉淀—Fenton氧化—吹脱—CSTR—两级SBR处理后，出水SCOD平均浓度为353mg/L，出水氨氮平均浓度为28mg/L，出水总磷平均浓度为6mg/L，出水BOD5平均浓度为83mg/L，达到了《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）要求，并已接近《农田灌溉水质标准》（GB5084—2005）中旱作对水质指标的要求。事实上，在此工艺基础上，进行相应参数调整，或者进行相应深度处理，出水水质可以达到更高标准。

2.5 药剂费分析

实验室阶段运行成本主要包括电费和药剂费，但小试装置无法准确估算用电量，因此只分析处理过程中的药剂费。工业用三氯化铁为2.75元/kg，投加量为0.08kg/m3；聚丙烯酰胺为6.50元/kg，投加量为0.006kg/m3；30%的H2O2为0.60元/L，投加量为3L/m3；硫酸亚铁为0.08元/kg，投加量为2.28kg/m3；氢氧化钠为2.28元/kg，投加量为0.4kg/m3；盐酸为0.30元/L，投加量为0.5L/m3；组合工艺药剂费用估算为3.30元/m3。

3、结论

①养鸭废水经过混凝沉淀—Fenton氧化—吹脱预处理后，废水中SCOD、氨氮和总磷的浓度分别降低了25.3%、89.7%和98.8%。同时，BOD5浓度升高到了22354mg/L，B/C值由0.134提高到0.498，废水可生化性得到了明显改善，并对吹脱阶段吹脱出的氨氮达到了90%以上的回收率。

②CSTR工艺中，厌氧温度为37℃、SRT为30d、容积负荷为1.32kg/（m3·d），对SCOD的去除率为89.7%，并可回收厌氧过程中产生的沼气，CSTR单元对养鸭废水具有良好的处理效果。

③两级SBR工艺中，缺氧搅拌2h、曝气运行5h、静置30min，出水SCOD平均浓度为353mg/L，出水氨氮平均浓度为28mg/L，出水总磷平均浓度为6mg/L，出水BOD5平均浓度为83mg/L，满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）要求，并已接近《农田灌溉水质标准》（GB5084—2005）中旱作对水质指标的要求。