分步进水序批式反应器处理猪场废水工艺研究

发布时间：2020-05-04 06:45

【摘要】： 随着我国畜禽养殖规模不断扩大，削减规模化养殖场废弃物污染负荷已经成遏制农业面源污染的关键。碳氮比例失调是养殖废水生物处理的主要限制因子。分步进水序批式反应器(SFSBR)是一种依靠多步缺氧进水补充反硝化碳源的生物脱氮强化工艺。为促进SFSBR工艺在畜禽养殖场废水处理中的应用和发展，本研究围绕SFSBR生物脱氮问题，以猪场废水为处理对象，通过实验室模拟实验，从污染物变化、污泥性状和氧化还原电位(ORP)、pH、溶解氧(DO)过程控制参数三个方面探明曝气强度、进水负荷、进水碳氮比、进水分配对SFSBR工艺特性的影响，确定SFSBR处理猪场废水生物脱氮最佳工艺参数，探明ORP、pH、DO动态变化特征，论证SFSBR内污泥颗粒化可行性。通过实验研究和理论分析，取得以下主要结果：有机污染物降解遵循一级反应关系时，去除有机物SFSBR工艺中有机物去除效率是反应时间和进水次数的函数，延长反应时间或增加进水次数有利于提高SFSBR有机物去除率；生物脱氮型SFSBR中各“非曝气—曝气”子循环发生完全反硝化—硝化时，降低最后一步进水体积分数(β)或增加换水量(V_0／V_F)有助于提高SFSBR生物脱氮效率。泥龄相同条件下SFSBR所需反应器容积小于传统A／O型SBR工艺所需容积。进水负荷、曝气强度、进水体积比、进水碳氮比直接影响进水量递减型SFSBR处理猪场废水工艺特性。两步减量进水SFSBR中，提高有机负荷(进水碳氮比随机变化)SFSBR内生物脱氮过程受到抑制；提高曝气强度利于提高SFSBR曝气阶段硝化速率，缩短硝化时间，改善生物除磷效率；降低进水体积比(＞1：1)SFSBR生物脱氮效率提高不显著，而生物除磷过程得到强化。三步减量进水SFSBR中，提高进水氮负荷(进水碳氮比固定)，反硝化及生物除磷过程受到限制；提高SFSBR进水碳氮比有助于提高反应器内反硝化效率，强化生物除磷过程。SFSBR因过有机负荷硝化完全停止时和反硝化效率提高时，反应器内ORP和pH变化幅度发生特征性变化。 SFSBR内污泥颗粒化具有可行性。以猪场废水为营养基质，在SFSBR内培养的颗粒污泥呈黄褐色，直径0.5～1.0mm，微生物菌相丰富。进水负荷和进水碳氮比主要影响颗粒污泥胞外多聚物(ECPs)分泌量及颗粒污泥结构，高进水负荷和高进水碳氮比条件下颗粒污泥ECPs增多，颗粒污泥结构致密。污泥微生物聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR—DGGE)检测结果表明，反应器内混合污泥微生物多样性随着进水碳氮比提高而增加。正交实验结果表明不同工艺参数对颗粒污泥型SFSBR(G-SFSBR)处理猪场废水脱氮效果和污泥性状影响效应不同：氮负荷对出水氮素浓度(氨氮、亚硝态氮与硝酸盐氮浓度总和)影响最大，曝气强度对氮净去除率(NNER)影响最大，进水碳氮比对污泥体积指数(SVI)及颗粒污泥质量分数(f_(0.5mm))影响最大，但进水体积比(＞1：1)对颗粒污泥质量分数(f_(0.5mm))影响较小，对反应器生物脱氮效果影响不显著。G-SFSBR处理猪场废水最佳工艺条件为进水碳氮比7.0mgCOD／mgNH_4~+-N，，进水体积比3：1，进水氮负荷0.026gNH_4~+-N／(gVSS·d)，曝气强度4.2 L／(m~3·s)，在该实验条件下出水无机氮浓度最低、氮净去除率最高，分别为21mg／L和72％。污泥微生物PCR-DGGE检测结果表明，G-SFSBR污泥微生物种群结构稳定性较强，而脱氮参数优化对污泥微生物种群和丰度有影响，颗粒污泥及混合污泥微生物种群向优势化菌群方向发展。进水量递减型SFSBR系统内ORP、pH、DO变化与生物脱氮过程关联度与进水分配相关。SFSBR进水氨氮浓度及硝化时间与曝气强度相匹配时，ORP“氮突破点”可以指示硝化结束，ORP“硝酸盐膝”指示内源代谢显著的反硝化结束。pH“氨谷”可指示硝化结束，但其灵敏性受氨氮初始浓度和硝化时间的限制。另外，非曝气阶段ORP下降幅度及完全硝化过程pH下降幅度均可作为SFSBR工艺进水分配的控制参数。SFSBR系统内硝化过程中ORP及pH变化速率可用于硝化速率估计。DO飙升指示硝化结束，可用于曝气过程控制。进水量递减型SFSBR处理猪场废水工艺中，生物除磷主要在第1“非曝气—曝气”子循环内发生，后续“非曝气—曝气”子循环内生物除磷过程不明显，SFSBR生物除磷机制有待进一步研究。
【图文】：

运行方式,厌氧,子循环,反应阶段

浙江大学博于一学位论义段进水生物脱氮工艺的生化过程类似。SFSBR反应阶段由多个缺氧/厌氧一好氧子循环(sub一cycle)组成(图1一l)，进水分n步在各子循环的缺氧/厌氧阶段进入反应器，反应阶段结束后即执行沉淀、排水。}一;一}}一月’~’.}…一…一;一}}.…卜一}渊仓仓仓仓尽进水1进水2进水n沉淀、排水口缺氧/厌氧进水3口好氧翻沉淀、排水图1一 1SFSBR运行方式简图Fig.l一 1SehemeforSFSBRoPeratingStrategy基于SFSBR工艺的特征，SFSBR又称多次缺氧进水SBR(se妙 encingbatehreactors初 thmultipleanoxiefilling)(从an， etal.，2006)，或者脉冲SBR(pulsed sequencingbatchreactor)(杨岸明，等，2006;郭建华

均匀分布,序批式反应器,反应器,实验室规模

3.1实验材料与方法 3.1.1反应器装置实验室规模反应器系统结构示意图见图3一1。整个实验装置系统由反应器、曝气系统、搅拌系统、进水排水系统、控制系统和pH、ORP在线检测系统6部分构成。反应器主体为有机玻璃柱(高 40cm，内径 19cm)，有效容积SL。空气由空气泵 (Barnant60010一2392)通过均匀分布在反应器底部的五个烧结砂芯曝气头供给，空气流量由5只独立玻璃转子气体流量计控制。搅拌机 (Servodyne50003一20，Cole一 Parme:InstrumentSCo.，USA)转速为 25rpm。反应器进、排水分别由两台计算机可控蠕动泵 (L/SComputerCo哪 atiblepump， MasterFlex7550一30，Cole一 parmerInstrumentsCo.
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X713

【引证文献】