畜禽廢水生物除碳脫氮耦合新工藝及機理研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，畜禽產(chǎn)品的需求量逐漸增加，畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到迅速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢液越來越多。目前畜禽養(yǎng)殖污染已成為三峽水庫的主要污染源之一，嚴重威脅三峽庫區(qū)水環(huán)境安全。因此，開發(fā)高效經(jīng)濟的畜禽養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)具有迫切性，同時對保護和改善次級支流及庫區(qū)水環(huán)境具有重要的意義。
　　 畜禽糞水的除碳脫氮是本研究的核心。為了實現(xiàn)畜禽糞水有機物和氮的有效去除，本文提出利用兩種不同耦合工藝(產(chǎn)甲烷-短程硝化反

2、硝化一厭氧氨氧化、同時產(chǎn)甲烷反硝化-短程硝化反硝化)處理畜禽糞水。試驗期間首先對三種反應器(厭氧氨氧化反應器、同時產(chǎn)甲烷反硝化反應器、短程硝化反硝化反應器)的啟動特性及脫氮性能進行研究；然后分別進行組合，研究兩組耦合工藝對畜禽糞水的去除效果，研究結(jié)果表明同時產(chǎn)甲烷反硝化-短程硝化反硝化耦合工藝對畜禽糞水有機質(zhì)和氮均具有較好的去除效果且運行穩(wěn)定。后期利用同時產(chǎn)甲烷反硝化-短程硝化反硝化耦合工藝進行工程規(guī)模的示范研究。
　　 主要研

3、究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ①厭氧氨氧化污泥馴化及反應器的啟動研究
　　 為了實現(xiàn)畜禽糞水厭氧氨氧化途徑脫氮，首先應用模擬廢水對厭氧氨氧化反應器進行啟動。通過兩組不同接種污泥濃度大小厭氧氨氧化反應器啟動試驗得出：污泥濃度為53.23g/L反應器進水NH4+-N、NO2--N達340.74mg/L、340.97mg/L，其NH4+-N、NO2--N去除率分別達99％和98％，TN去除率在75％以上；而污泥濃度為31.94g/

4、L反應器進水NH4+-N、NO2--N提高至216.98mg/L和218.94mg/L時，其氨氮去除率在90％，亞硝氮去除率只有50％，且有大量的硝態(tài)氮產(chǎn)生，TN去除率只有30～40％，因此高接種污泥濃度更有利于厭氧氨氧化反應器的高效啟動。通過掃描電鏡觀察兩個反應器內(nèi)存在球狀、桿狀的厭氧氨氧化菌，成功實現(xiàn)厭氧氨氧化反應器的啟動。
　　 ②同時產(chǎn)甲烷反硝化影響機理及反應器啟動研究
　　 亞硝氮是影響同時產(chǎn)甲烷反硝化有機物去

5、除效果的主要原因，為此，研究了亞硝氮對產(chǎn)甲烷反硝化反應的生化抑制機理。應用批式試驗研究了有機物負荷為3.0kgCOD·m-3·d-1、COD/NO2--N值分別為10:1、20:1、30:1、40:1時同時產(chǎn)甲烷反硝化對畜禽糞水的去除效果，通過COD、輔酶F420、β-葡萄糖苷酶、MLVSS/MLSS等變化規(guī)律得出COD/NO2-N值為30:1、40:1時，COD去除率、輔酶F420、β-葡萄糖苷酶和MLVSS/MLSS含量與空白無亞硝

6、氮的變化規(guī)律一致，亞硝氮幾乎未對產(chǎn)甲烷菌活性產(chǎn)生抑制作用；而COD/NO2--N值為10:1、20:1時，其COD去除率、輔酶F420、β-葡萄糖苷酶和MLVSS/MLSS含量降低，產(chǎn)甲烷菌活性受到明顯抑制。在pH為6.8～7.6、溫度35±1℃、COD/NO2--N=30:1條件下進行混合式反應器處理畜禽糞水的研究，經(jīng)過45d運行，反應器穩(wěn)定有機負荷和亞硝氮負荷分別達3.0kgCOD·m-3·d-1和0.1kg NO2--N·m-3·

7、d-1，其COD和NO2--N去除率分別為70%和99%，實現(xiàn)同時產(chǎn)甲烷反硝化反應器的啟動。
　　 ③短程硝化反硝化反應的穩(wěn)定實現(xiàn)
　　 實現(xiàn)畜禽糞水亞硝化途徑脫氮是本課題研究的重要內(nèi)容，基于此，主要進行了兩點研究：1)應用畜禽糞水于短程硝化反硝化反應器穩(wěn)定實現(xiàn)亞硝氮的積累，其進水氨氮濃度達813.84mg/L，氨氮去除率達94％，亞硝酸鹽積累率為90％。2)應用短程硝化反硝化反應器進行pH、FA和供氧方式等影響因素的研

8、究，試驗得出：畜禽糞水處理過程中，當pH為8、FA為18 mg/L時更利于短程硝化反硝化反應的穩(wěn)定實現(xiàn)；恒定曝氣量和恒定DO條件下氨氮去除率相差不大。
　　 ④產(chǎn)甲烷-短程硝化反硝化-厭氧氨氧化耦合工藝處理畜禽糞水
　　 1)應用畜禽糞水進行厭氧產(chǎn)甲烷反應器的啟動，經(jīng)過30d的運行反應器負荷達3.5 COD kg·m-3·d-1，有機物去除率為80％。2)應用產(chǎn)甲烷-短程硝化反硝化-厭氧氨氧化耦合工藝處理畜禽糞水，耦合工

9、藝對有機物的去除率大于95％，有機物去除效果較好。3)短程硝化反硝化反應器出水NO2--N/NH4+-N值在0.6～2.5之間，耦合工藝對TN去除率在55～80％之間。
　　 ⑤同時產(chǎn)甲烷反硝化-短程硝化反硝化耦合工藝處理畜禽糞水
　　 應用同時產(chǎn)甲烷反硝化-短程硝化反硝化耦合工藝處理畜禽糞水，并分別研究了模擬循環(huán)、1:1和2:1回流比下有機物和氮的去除效果。模擬循環(huán)階段系統(tǒng)對有機物和氨氮的去除率分別為95%和94%；1

10、:1回流比下系統(tǒng)對有機物去除率為96％，對氨氮去除率為95％，系統(tǒng)對總氮平均去除率為86％；2:1回流比下系統(tǒng)對有機物去除率在94％以上，系統(tǒng)對總氮平均去除率為89％。綜合糞水有機物和氮的去除效果及節(jié)能等因素考慮適合選擇系統(tǒng)回流比為1:1，此時同時產(chǎn)甲烷反硝化反應器對總有機物和平均總氮去除率分別為70～80％和13％；短程硝化反硝化反應器對總有機物和平均總氮的去除率分別為16～26％和73％。
　　 ⑥同時產(chǎn)甲烷反硝化一短程硝化

11、反硝化處理畜禽加工廢水工程示范
　　 通過馴化試驗完成了產(chǎn)甲烷反硝化一短程硝化反硝化示范工程各反應器的啟動。厭氧產(chǎn)甲烷反應器有機物去除率達70％以上；短程硝化反硝化反應器氨氮去除率達80％以上。根據(jù)前期研究成果，穩(wěn)定運行期選擇系統(tǒng)回流比為1:1，此時同時產(chǎn)甲烷反硝化反應器對有機物去除率可達80％以上，系統(tǒng)對有機物去除率在95％以上，系統(tǒng)對氨氮的去除率在90％以上，系統(tǒng)對總氮去除率為71％，耦合工藝示范工程對畜禽加工廢水有機物和氮