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猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化及其应对策略

王伸  
【摘要】:猪场废水经过厌氧生物处理后,产生的厌氧消化液(沼液)中的部分污染物浓度仍然很高,特别是氨氮,远不能达到国家排放标准的要求。在土地紧张地区,猪场废水厌氧消化液一般需要进一步好氧处理,但是,好氧处理效果比较差,效果差的主要原因是好氧处理过程发生酸化。基于此,本论文紧密围绕“猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化及其应对策略”展开研究。本文采用序批式反应器(SBR),研究了猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化及其对污染物去除的影响,并探寻了解决厌氧消化液好氧处理过程酸化问题及改善污染物去除性能的方法,分析了改善机理,得出了以下结论:(1)研究了猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化及其对主要污染物去除效能的影响。试验结果表明:在进水的COD和NH_4~+-N浓度分别为540 mg/L和400 mg/L条件下,HRT(Hydraulic Retention Time,水力停留时间)1.25d、HRT2.5d和HRT5d反应器中都出现酸化,pH最低达到6.0左右。HRT1.25d、HRT2.5d和HRT5d对COD去除率分别为-22.1%、-14.3%和3.23%;对氨氮去除率分别能达到70.1%、75.0%和80.7%。TP基本没有去除。再将HRT延长到7.5d、10d和12.5d,COD去除率分别能达到4.34、5.46和8.88%;氨氮去除率分别为81.1%、82.3%和83.0%。反应器HRT延长长,虽然对氨氮去除率稍有升高,但氨氮去除负荷却大大降低。主要原因是,低的pH值影响微生物的生长和代谢,同时也影响底物有效性,并且产生大量的游离亚硝酸,对硝化细菌产生毒害作用;在低pH下,微生物细胞中的磷和化学沉淀物中的磷会大量溶解,影响磷的去除。(2)初步考察了接种厌氧氨氧化污泥(AN)对猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化的改善作用,同时以厌氧消化液中添加猪场废水原水(RW)作为参照,并使用Miseq高通量测序技术分析了两种改进方法污泥中微生物多样性。研究结果表明:与没有改进组(CG)(SBR直接处理猪场废水厌氧消化液)相比,AN和RW组对COD去除率分别提高60.2%和102.6%,总无机氮(TIN)去除率分别为提高了11.1%和73.3%,RW组的改进效果最明显。亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)(一种氨氧化细菌(AOB))在没有改进的(CG)组(7.9%)和AN组(4.2%)的相对丰度高于RW组(0.79%);RW组富集的氨氧化菌(AOB)相对丰度小于亚硝酸盐氧化菌(NOB)的富集,而CG组和AN组则相反。这些数据可解释CG组和AN组出现亚硝酸积累,而RW组没有出现亚硝酸盐积累氨。只有AN组出现厌氧氨氧化细菌的富集,但相对丰度比较低(Candidatus Brocadia=0.05%),所以没能实现预期的高效自养脱氮。(3)进一步考察了添加零价铁(IS组)对猪场废水厌氧消化液好氧处理过程酸化的改善作用,同时以添加碱(Na_2CO_3)(AA组)作参照,与没有改进组(CG)相比,IS组合AA组对COD去除率分别提高13.2%和0.6%(扣除亚硝酸盐影响),对NH_4~+-N去除率分别提高了22.7%和22.5%,对总无机氮(TIN)去除率分别提高了91.7%和10.5%,对TP去除分别提高了72.6%和11.9%。稳定运行期间,IS组对COD、NH_4~+-N、TIN和TP去除率最高能分别达到82.7%、100%、98.2%和81.2%。IS组对污染物去除效果提高最明显。(4)通过反应器出水中Fe~(2+)、Fe~(3+)浓度测试,污泥电镜扫描及元素、矿物分析,污泥对不同底物转化活性试验,以及微生物高通量测序等手段,初步研究了零价铁(废铁屑)改善猪场废水厌氧消化液好氧处理过程氨氮去除的机理。结果表明:添加零价铁的猪场废水厌氧消化液SBR(好氧/缺氧)处理体系获得高的氨氮和总无机氮(TIN)去除效果是因为氨氧化、亚硝酸盐氧化、异养反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氧化共同作用的结果。由上可知,添加零价铁(废铁屑)能显著改善猪场废水厌氧消化液好氧处理的效果,出水中COD和氨氮的浓度符合畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)。添加零价铁的改善策略有望形成一种新的废水脱氮除磷工艺,具有广阔的应用前景。但需进一步研究其机理,为新工艺成型和工程应用提供理论支持。


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