养殖废水回用反渗透设备的氨氮与总磷去除预处理要点

养殖废水（猪 / 鸡 / 牛场冲洗水、粪污渗滤液）因含高氨氮（500-3000mg/L）、高总磷（50-200mg/L）、高 SS（500-2000mg/L）及高 COD（1000-8000mg/L），若预处理不彻底，氨氮会在反渗透（RO）浓水侧富集引发生物黏泥，总磷与钙镁离子形成磷酸钙 / 镁硬垢，二者协同导致膜通量衰减≥40%、清洗恢复率不足 60%。核心实操逻辑是 “分阶段靶向去除 + 全流程负荷削减 + RO 进水精准适配”，通过物理截留、化学转化、生物降解三级联动，将 RO 进水控制为氨氮≤1mg/L、总磷≤0.1mg/L、SDI≤1.5，同时规避预处理单元堵塞、药剂浪费等问题。

一、预处理核心目标与风险规避

1. 关键水质控制指标（RO 进水端）

需实现氨氮≤1mg/L（避免生物污染）、总磷≤0.1mg/L（防止磷酸钙结垢）、SS≤1mg/L（杜绝颗粒划伤膜）、COD≤300mg/L（减少有机黏附）、pH 6.5-7.5（匹配 RO 膜耐受范围）。若某一指标超标，需优先调整对应预处理单元，不可直接进入 RO 系统。

2. 常见预处理风险与规避

堵管风险：高 SS 易堵塞吹脱塔填料、生物反应器曝气头，需前置高效固液分离单元，确保 SS 去除率≥90%；

药剂浪费：除磷时若 pH 控制不当（如＜7.0），会导致氯化钙投加量增加 30% 以上，需实时监测反应池 pH 并动态调整；

二次污染：吹脱法尾气含游离氨，需用稀硫酸吸收生成硫酸铵（可作肥料），避免大气污染；化学除磷污泥需脱水后资源化，不可随意堆放。

二、物理预处理：削减 SS 与胶体负荷（第一级）

1. 固液分离实操步骤

格栅 + 沉砂：前置 5mm 不锈钢粗格栅（人工或机械清渣，每日 1 次），拦截粪污、饲料残渣；后续沉砂池停留 30 分钟，控制流速 0.1m/s，去除砂粒（避免磨损后续泵体），沉砂每周清理 1 次。

斜管沉淀池强化：向池中投加 200-300mg/L 聚合氯化铝（PAC，优选工业级，含量≥28%），搅拌 10 分钟（转速 120r/min）后，投加 5-10mg/L 阴离子聚丙烯酰胺（PAM，分子量 800 万 - 1200 万），慢速搅拌 20 分钟（转速 50r/min）促进絮体生长。斜管采用 Φ50mm 蜂窝填料，沉淀池停留时间 45 分钟，出水 SS 可降至≤50mg/L，同时去除 40% 以上有机磷。

排泥管控：沉淀池底部设锥形集泥斗（倾角 60°），每日定时排泥 2 次（每次 30 分钟），污泥含水率控制在 95% 以下，直接输送至脱水机房（板框压滤机，压力 0.6MPa），脱水后污泥可堆肥。

2. 厌氧酸化降 COD（适配高 COD 废水）

设备选择：采用升流式厌氧污泥床（UASB），有效容积按水力停留时间 12-24 小时设计（如日处理 100 吨废水，UASB 容积 50-100m³）。

运行控制：温度维持 25-35℃（冬季可通过保温层或加热棒控温），pH 调节至 6.5-7.5（投加碳酸钠或盐酸），挥发性悬浮固体（VSS）浓度控制在 10-20g/L（定期补充厌氧污泥）。此单元可去除 60% 以上 COD，同时将 30%-40% 有机氮转化为氨氮（便于后续针对性去除），出水 COD≤3000mg/L。

三、氨氮深度去除：分场景实操方案（第二级）

1. 吹脱法（适配氨氮＞1000mg/L 废水）

预处理调节：将厌氧出水 pH 用 30% 氢氧化钠溶液调至 10.5-11.0（pH 每升高 0.5，游离氨占比提升 15%-20%），温度控制在 25-30℃（低温时可通过换热器加热，提升吹脱效率）。

吹脱塔运行：采用 Φ50mm 聚丙烯鲍尔环填料（比表面积≥200m²/m³），气水比 3000:1-5000:1（风机风量按此比例计算，如 10m³/h 废水需 3 万 - 5 万 m³/h 风量），塔内停留时间 60 分钟。

尾气处理：吹脱尾气引入稀硫酸吸收塔（硫酸浓度 5%-10%），液气比 5:1，生成硫酸铵溶液（浓度 15%-20%），定期泵至储罐作为肥料回用，吸收塔硫酸每周补充 1 次。

出水控制：吹脱后氨氮可降至 50mg/L 以下，若需进一步降低，可串联后续生物硝化单元。

2. 生物硝化法（适配氨氮≤1000mg/L 或吹脱后深度处理）

工艺选择：优先采用膜生物反应器（MBR），膜组件选用 PVDF 中空纤维膜（孔径 0.03μm），同步实现生物降解与固液分离。

运行参数：溶解氧通过曝气盘控制在 2-4mg/L（曝气风量按 0.5-1m³/(m³・h) 计算），pH 用碳酸氢钠调节至 7.5-8.5，温度 20-30℃（低于 15℃时需加热，否则硝化效率下降 50%），污泥龄 15-25 天（通过排泥控制，每日排泥量按污泥浓度计算）。

菌种强化：初始启动时投加硝化细菌菌剂（投加量 500g/m³，按池容计算），后续每 3 个月补充 1 次，确保氨氮去除率≥98%，出水氨氮≤1mg/L，同时去除 20%-30% 总磷。

MBR 维护：膜组件每 30 分钟气水反洗 1 次（气洗强度 20L/(m²・s)，水洗强度 10L/(m²・s)），每周用 0.5% 次氯酸钠溶液化学清洗 1 次（浸泡 60 分钟），避免膜污染。

3. 折点加氯法（应急或低温场景）

适用场景：冬季温度＜15℃硝化效率低，或氨氮突然升至 2000mg/L 以上时应急使用。

药剂投加：按有效氯与氨氮摩尔比 7:1-10:1 投加次氯酸钠（有效氯含量 10%），如氨氮 100mg/L 需投加 700-1000mg/L 次氯酸钠，搅拌反应 30 分钟（转速 80r/min）。

余氯处理：反应后投加亚硫酸钠（剂量为余氯的 3-5 倍），如余氯 10mg/L 需投加 30-50mg/L 亚硫酸钠，搅拌 15 分钟，确保余氯＜0.05mg/L（避免氧化 RO 膜），出水氨氮≤5mg/L，需后续吸附单元进一步降至 1mg/L 以下。

四、总磷靶向去除：化学 + 吸附协同（第三级）

1. 化学沉淀法（主流实操方案）

无机磷去除：向生物硝化出水中投加氯化钙（工业级，含量≥95%），控制 Ca²⁺与 PO₄³⁻摩尔比 3:1-4:1（如总磷 50mg/L 需投加 300-400mg/L 氯化钙），pH 用盐酸调节至 7.0-8.0（此范围磷酸钙溶解度最低），快速搅拌 15 分钟（转速 150r/min）后，慢速搅拌 25 分钟（转速 40r/min），沉淀 30 分钟。

有机磷预处理：若废水中有机磷占比＞30%（如水产养殖废水），需先投加 0.5-1mg/L 次氯酸钠（或过氧化氢），氧化 30 分钟将有机磷转化为无机磷，再进行化学沉淀，总磷去除率可达 99%，出水总磷≤0.3mg/L。

絮体强化：沉淀前可投加 2-3mg/L 阳离子 PAM（分子量 1000 万），促进絮体沉降，减少上清液悬浮物。

2. 吸附深度除磷（适配 RO 进水总磷≤0.1mg/L 要求）

吸附剂选择：选用改性沸石（经 10% 氯化铁溶液浸泡 24 小时改性，吸附容量 50-80mg/g）或羟基磷灰石（粒径 0.5-1mm，吸附容量 80-100mg/g）。

吸附塔运行：吸附塔层高 1.5-2.0m，废水流速 8-10m/h（空床停留时间 30 分钟），进水总磷≤0.3mg/L 时，出水可降至≤0.1mg/L。

再生与更换：吸附剂饱和后（出水总磷＞0.1mg/L），用 5%-10% 盐酸溶液再生（再生液用量为吸附剂体积的 2-3 倍，浸泡 60 分钟后冲洗至 pH≥4.5），再生 3-5 次后吸附容量下降＞30%，需更换新吸附剂。

五、深度净化：RO 进水终端防护（第四级）

1. 超滤（UF）预处理

膜组件选择：耐污染 PVDF 中空纤维超滤膜（孔径 0.03μm），通量控制 50-70L/(m²・h)（避免高 flux 导致膜污染加速）。

清洗维护：每 30 分钟气水反洗 1 次（气洗强度 25-30L/(m²・s)，水洗强度 15L/(m²・s)）；每日用 500mg/L 次氯酸钠溶液化学加强洗 10 分钟（去除生物黏泥）；每周用 2% 柠檬酸酸洗 1 次（去除无机结垢）；每月用 0.5% 氢氧化钠 + 0.2% 表面活性剂碱洗 1 次（剥离有机污染）。

出水指标：UF 产水 SS≤1mg/L、浊度≤0.1NTU、SDI≤1.2，满足 RO 进水颗粒控制要求。

2. 保安过滤器

滤芯选择：0.22μm 折叠式聚丙烯滤芯（耐污染，避免表面活性剂黏附），每支滤芯处理水量按 50-100m³ 计算。

更换标准：滤芯压差≥0.1MPa 时立即更换，更换前需用 RO 产水冲洗过滤器壳体，避免残留杂质带入 RO 系统。

六、预处理与 RO 系统联动控制

1. 运行参数适配

RO 回收率：因养殖废水盐含量较高（TDS 3000-8000mg/L），回收率控制 60%-65%（浓水浓缩倍数≤3 倍），避免氨氮与磷残留浓缩超标。

阻垢剂投加：选用防磷酸钙 / 碳酸钙复合阻垢剂（聚羧酸 + 膦酸酯复配），投加量 8-12mg/L，确保浓水 LSI 指数≤0.5。

膜清洗协同：若 RO 膜出现磷结垢（酸洗后通量恢复＞20%），下次预处理需增加氯化钙投加量 5%-10%；若出现生物污染（碱洗后通量恢复＞20%），需强化 MBR 硝化效率或增加 UF 消毒频次。

2. 在线监测与应急

关键点位监测：在吹脱塔出口、MBR 出口、吸附塔出口安装在线氨氮 / 总磷检测仪（检测下限 0.01mg/L），UF 出口安装 SDI 检测仪，实时监控水质。

应急处理：氨氮超标时（＞1mg/L），启动备用吸附塔或增加硝化细菌投加量；总磷超标时（＞0.1mg/L），临时投加 50-100mg/L 粉末活性炭，同时检查化学沉淀药剂投加系统。