A/O生物膜-活性污泥復(fù)合工藝處理養(yǎng)豬場沼液研究

潘松青， 徐 穎， 吳 杰， 林向宇， 黃四海， 陳少青

(1.中國科學(xué)院城市污染物轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所， 福建 廈門 361021； 2.福建省廈門市集美區(qū)建設(shè)局， 福建 廈門 361021)

?

A/O生物膜-活性污泥復(fù)合工藝處理養(yǎng)豬場沼液研究

潘松青1， 徐 穎1， 吳 杰1， 林向宇1， 黃四海2， 陳少青2

(1.中國科學(xué)院城市污染物轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所， 福建 廈門 361021； 2.福建省廈門市集美區(qū)建設(shè)局， 福建 廈門 361021)

養(yǎng)豬廢水； A/O工藝； HRT； 回流比

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及控制條件

實(shí)驗(yàn)采用A/O反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)水。A/O反應(yīng)器主體為圓柱形PVC容器(見圖1)。其中缺氧池有效容積為20 L，好氧池有效容積為40 L。曝氣系統(tǒng)由外部的電磁式空氣泵、氣體流量計(jì)及好氧池底部布設(shè)的微孔曝氣管組成，根據(jù)好氧池溶解氧(DO)濃度來調(diào)節(jié)曝氣量，DO濃度一直維持在3 mg·L-1以上。缺氧池和好氧池均安裝溫控裝置，反應(yīng)器溫度維持在24℃～26℃。缺氧池和好氧池內(nèi)均裝填辮簾式填料，進(jìn)水、硝化液回流、污泥回流均由蠕動泵控制。好氧池pH值控制在6～7之間，缺氧池pH值控制在7.5～8.5之間。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 接種污泥和養(yǎng)豬場沼液

接種污泥取自廈門市某污水處理廠，種泥濃度為3356 mg·L-1；實(shí)驗(yàn)所用廢水取自廈門某養(yǎng)豬場沼氣池的沼液，廢水置于室溫保存，取經(jīng)沉淀后的上清液作為實(shí)驗(yàn)進(jìn)水，其水質(zhì)如表1所示。

表1 廢水水質(zhì)

1.3 分析方法

1.3.1 水質(zhì)檢測方法

1.3.2 缺氧池和好氧池去除COD和TN計(jì)算方法

缺氧池和好氧池去除COD和TN計(jì)算方法如下：

缺氧池去除量COD or TN=[進(jìn)水濃度COD or TN+(200%+60%)好氧池出水濃度COD or TN]/(200%+60%+1)-缺氧池出水逍度COD or TN

(1)

好氧池去除量COD or TN=缺氧池出水濃度COD or TN-好氧池出水濃度COD or TN

(2)

式中，200%為硝化液回流比，60%為污泥回流比，且認(rèn)為回流硝化液和回流污泥中COD和TN濃度相同。

2 結(jié)果與討論

2.1 HRT對養(yǎng)豬場沼液去除效果的影響

圖2 HRT對-N去除效果的的影響

2.1.2 HRT對COD去除效果的影響

試驗(yàn)表明，當(dāng)HRT在6 d～2 d范圍內(nèi)時(shí)，本試驗(yàn)工況下的COD平均去除率在80%以上，出水COD值均小于200 mg·L-1，滿足國家畜禽養(yǎng)殖廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18596-2001)。

圖3 HRT對COD去除效果的的影響

2.1.3 HRT對TN去除效果的影響

圖4 HRT對TN去除效果的的影響

2.2 不同內(nèi)回流比對污染物去除效果的影響

2.2.1 回流比對COD去除效果的影響

回流比對COD的去除效果如圖5所示。由圖可知，回流比為100%時(shí)，去除率為67.67%±3.71%；回流比為200%時(shí)，去除率升至77.89%±2.79%；而回流比增加到300%時(shí)，COD去除效果變化很少，去除率為79.75%±0.14%。

回流比從100%增至200%，去除率增加了約10%，說明在一定范圍內(nèi)增加回流比有利于有機(jī)物去除效果的提高[9-10]。這主要是因?yàn)殡S著回流比的增加，從好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮也隨之增加，這就要求反硝化菌需要更多的有機(jī)碳源來還原硝態(tài)氮，因此COD去除效果顯著提高。而當(dāng)回流比繼續(xù)增至300%時(shí)，COD去除效果變化不大，這主要有兩方面的原因：一是廢水本身C/N不高，所以脫氮效率有限；二是回流比的增加，導(dǎo)致污染物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間變短，這也會對脫氮效果有所影響。

2.2.2 回流比對TN去除效果的影響

回流比對TN的去除效果如圖6所示。由圖可知，回流比為100%時(shí)，去除率為23.03%±4.28%；回流比為200%時(shí)，去除率為25.97%±3.42%；而回流比增至300%時(shí)，去除率為27.23%±0.14%。

圖5 回流比對COD去除效果的影響

回流比對TN去除效果的影響趨勢與回流比對COD去除規(guī)律大致相同。主要是因?yàn)槿毖鯀^(qū)對硝酸鹽的還原存在臨界脫氮負(fù)荷值[11]，在一定范圍內(nèi)隨著回流比的增大，反硝化效果逐漸升高，脫氮效率增加，超過該臨界負(fù)荷，回流比的提高對脫氮效率的影響不大;一是廢水本身C/N的限制;二是回流液中較多的溶解氧會對缺氧區(qū)的反硝化菌造成一定的抑制。而本實(shí)驗(yàn)中隨著回流比的增加，脫氮率也在逐漸升高，可見還沒有達(dá)到臨界負(fù)荷。

圖6 回流比對TN去除效果的影響

圖7 回流比對-N去除效果的影響

2.2.4 最佳回流比的確定

圖8 不同回流比對-N，COD和TN的去除效果的影響

2.3 缺氧池、好氧池對污染物的去除效果

2.3.1 缺氧池、好氧池對TN的去除效果

通常TN的去除途徑主要有以下4種：普通的硝化-反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厭氧氨氧化?？疾炝诉M(jìn)水TN為450～580 mg·L-1，硝化液回流比為200%，污泥回流比為60%時(shí)，缺氧池和好氧池對TN的去除貢獻(xiàn)。如圖9所示，缺氧池去除TN為59.14±9.06 mg·L-1，占系統(tǒng)總?cè)コ齌N的88.38%±5.92%，好氧池去除TN為7.78±3.25 mg·L-1，占系統(tǒng)去除TN的11.62%±5.92%。本實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行過程中，好氧池和缺氧池內(nèi)亞硝氮含量很少(在1 mg·L-1以下)，所以本實(shí)驗(yàn)中通過短程硝化反硝化或厭氧氨氧化去除的TN可以忽略不計(jì)。缺氧池內(nèi)TN是通過反硝化菌得以去除的，而好氧池內(nèi)TN的去除應(yīng)該是同步硝化反硝化的結(jié)果，這與Jun[14]的研究結(jié)果一致——復(fù)合工藝好氧池中會發(fā)生明顯的同步硝化反硝化過程。這是因?yàn)閺?fù)合工藝中生物膜自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和氧傳質(zhì)的影響，生物膜由內(nèi)到外形成了厭氧-缺氧-好氧的環(huán)境，為各種與脫氮有關(guān)的微生物菌群提供了合適的生存環(huán)境。

2.3.2 缺氧池、好氧池對COD的去除效果

A/O復(fù)合工藝除了通過缺氧池中反硝化菌在還原硝態(tài)氮的過程中去除COD之外，好氧池中存在的異養(yǎng)菌及同步硝化反硝化過程都會消耗一定的有機(jī)物。因此考察了進(jìn)水COD為782～1246 mg·L-1，硝化液回流比為200%，污泥回流比為60%，HRT為6 d時(shí)缺氧池和好氧池對COD的去除效果(見圖9)。缺氧池去除COD為198±43 mg·L-1，占系統(tǒng)總?cè)コ鼵OD的81.77%±4.7%，好氧池去除COD為43±13 mg·L-1，占系統(tǒng)總?cè)コ鼵OD的18.23%±4.7%。而結(jié)合好氧池內(nèi)平均TN去除量為7.78 mg·L-1，根據(jù)每去除1 kg的TN需要消耗2.86 kg的COD[15]，因此可以計(jì)算出同步硝化反硝化平均去除COD為22.25 mg·L-1，進(jìn)而計(jì)算出好氧池異養(yǎng)菌平均去除COD 20.75 mg·L-1。3種途徑所占COD的去除比例如表2所示。由表2可知，該工藝中COD去除主要途徑是缺氧池反硝化，占COD去除量的81.77%，異養(yǎng)菌和好氧池同步硝化反硝化去除相對較少。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)分析比較了缺氧-好氧的生物膜-活性污泥復(fù)合工藝在不同HRT，3種硝化液回流比下對污染物的去除效果，并分析了缺氧池、好氧池分別對TN、COD的去除率。

圖9 缺氧池和好氧池對COD的去除效果

項(xiàng) 目缺氧池反硝化好氧池同步硝化反硝化異養(yǎng)菌去除量/mg·L-119822．2520．75百分比/%81．779．238．60

(4)硝化液回流比為200%，污泥回流比為60%時(shí)，缺氧池、好氧池對TN去除率分別為88.38%和11.62%，對COD去除率分別為81.77%和18.23%；其中缺氧池反硝化、好氧池異養(yǎng)菌和好氧池同步硝化反硝化對COD的去除率分別為81.77%，8.60%和9.23%。

[1] 許春生, 姜 濤, 赫俊國, 呂炳南, 楊曉南, 劉 杰. 水力停留對復(fù)合生物膜-活性污泥工藝的影響[J]. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, 22(3): 26-31.

[2] 李瑞賢. 利用綠藻處理高氨氮養(yǎng)豬沼液的預(yù)處理方法研究[D]. 南昌：南昌大學(xué), 2014.

[3] Okabe S, Oozawa Y, Hirata K, Watanabe Y. Relationship between population dynamics of nitrifiers in biofilms and reactor performance at various C: N ratios[J]. Water Research, 1996, 30(7): 1563-1572.

[4] Yang L. Investigation of nitrification by co-immobilized nitrifying bacteria and zeolite in a batchwise fluidized bed[J]. Water Science and Technology, 1997, 35(8): 169-175.

[5] 李卓坪, 牛曉芬, 劉知遠(yuǎn)，等. A/O工藝處理豬場厭氧發(fā)酵液研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科技, 2010,38(3): 1356-1358.

[6] 馬 勇, 彭永臻, 孫洪偉. A/O生物脫氮工藝內(nèi)循環(huán)回流和外碳源投加綜合控制的優(yōu)化[J]. 環(huán)境科學(xué), 29(5): 1203-1209.

[7] 張?zhí)m河, 王璐瑤, 張萬友, 王旭明. 進(jìn)水負(fù)荷與硝化液回流比對低污泥濃度A2/O工藝脫氮效果的影響[J]. 化工進(jìn)展, 2012, 31(3): 693-698.

[8] Tan T W, Ng H Y. Influence of mixed liquor recycle ratio and dissolved oxygen on performance of pre-denitrification submerged membrane bioreactors[J]. Water Research, 2008, 42(4-5): 1122-1132.

[9] 李汝琪, 錢 易, 孔 波, 金冬霞. 曝氣生物濾池去除污染物的機(jī)理研究[J]. 環(huán)境科學(xué),1999, 20(6): 1122-1132.

[10] 郭俊元, 楊春平, 曾龍?jiān)? 何慧軍, 鄧征宇. 回流比水力負(fù)荷對前置反硝化生物濾池工藝處理污水的影響研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 30(6): 1615-1521.

[11] 徐亞明, 吳浩汀. 氣水比回流比及沖擊負(fù)荷對BAF的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2004, 27(6): 47-49.

[12] 李思敏, 陳利娜, 繆保芬. 不同回流比對UBAF脫氮性能的影響[J]. 工業(yè)用水與廢水, 2010, 41(1): 28-31.

[13] 李瑞賢. A/O膜生物反應(yīng)器脫氮特性研究[D]. 天津：天津大學(xué), 2010.

[14] Jun B H, Miyanaga K, Tanji Y, Unno H. Removal of nitrogenous and carbonaceous substances by a porous carrier-membrane hybrid process for wastewater treatment[J]. Biochemical Engineering Journal, 2003, 14(1): 37-44.

[15] HJ576-2010，厭氧-缺氧-好氧活性污泥法污水處理工程技術(shù)規(guī)范[S].

A Lab-Experiment on Treatment of Piggery Biogas Slurry by Combined Biofilm and activated Sludge A/O Process /

PAN Song-qing1, XU Ying1, WU Jie1, LIN Xiang-yu1, HUANG Si-hai2, CHEN Shao-qing2/

(1.Key Laboratory of Urban Pollutant Conversion, Chinese Academy of Sciences, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China； 2. Jimei Construciton of Xiamen Ciey,Xiamen 361021,China)

swine wastewater； A/O process； HRT； reflux ratio

2015-08-21

2015-10-08

項(xiàng)目來源： 福建省重大科技專項(xiàng)(2013YZ0001-1)

潘松青(1987-)，男，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)樗廴究刂?，E-mail：sqpan@iue.ac.cn

林向宇，E-mail：xylin@iue.ac.cn

S216.4; X713

B

1000-1166(2016)04-0019-06