A/O生物膜-活性污泥復合工藝處理養豬場沼液研究

潘松青， 徐 穎， 吳 杰， 林向宇， 黃四海， 陳少青

(1.中國科學院城市污染物轉化重點實驗室，中國科學院城市環境研究所， 福建 廈門 361021； 2.福建省廈門市集美區建設局， 福建 廈門 361021)

?

A/O生物膜-活性污泥復合工藝處理養豬場沼液研究

潘松青1， 徐 穎1， 吳 杰1， 林向宇1， 黃四海2， 陳少青2

(1.中國科學院城市污染物轉化重點實驗室，中國科學院城市環境研究所， 福建 廈門 361021； 2.福建省廈門市集美區建設局， 福建 廈門 361021)

養豬廢水； A/O工藝； HRT； 回流比

1 材料與方法

1.1 實驗裝置及控制條件

實驗采用A/O反應器連續進水。A/O反應器主體為圓柱形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。曝氣系統由外部的電磁式空氣泵、氣體流量計及好氧池底部布設的微孔曝氣管組成，根據好氧池溶解氧(DO)濃度來調節曝氣量，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，反應器溫度維持在24℃～26℃。缺氧池和好氧池內均裝填辮簾式填料，進水、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 實驗裝置示意圖

1.2 接種污泥和養豬場沼液

接種污泥取自廈門市某污水處理廠，種泥濃度為3356 mg·L-1；實驗所用廢水取自廈門某養豬場沼氣池的沼液，廢水置于室溫保存，取經沉淀后的上清液作為實驗進水，其水質如表1所示。

表1 廢水水質

1.3 分析方法

1.3.1 水質檢測方法

1.3.2 缺氧池和好氧池去除COD和TN計算方法

缺氧池和好氧池去除COD和TN計算方法如下：

缺氧池去除量COD or TN=[進水濃度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，且認為回流硝化液和回流污泥中COD和TN濃度相同。

2 結果與討論

2.1 HRT對養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

試驗表明，當HRT在6 d～2 d范圍內時，本試驗工況下的COD平均去除率在80%以上，出水COD值均小于200 mg·L-1，滿足國家畜禽養殖廢水的排放標準(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，去除率為67.67%±3.71%；回流比為200%時，去除率升至77.89%±2.79%；而回流比增加到300%時，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%，說明在一定范圍內增加回流比有利于有機物去除效果的提高[9-10]。這主要是因為隨著回流比的增加，從好氧區回流至缺氧區的硝態氮和亞硝態氮也隨之增加，這就要求反硝化菌需要更多的有機碳源來還原硝態氮，因此COD去除效果顯著提高。而當回流比繼續增至300%時，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，導致污染物在反應器內的停留時間變短，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，去除率為23.03%±4.28%；回流比為200%時，去除率為25.97%±3.42%；而回流比增至300%時，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去除規律大致相同。主要是因為缺氧區對硝酸鹽的還原存在臨界脫氮負荷值[11]，在一定范圍內隨著回流比的增大，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的反硝化菌造成一定的抑制。而本實驗中隨著回流比的增加，脫氮率也在逐漸升高，可見還沒有達到臨界負荷。

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。考察了進水TN為450～580 mg·L-1，硝化液回流比為200%，污泥回流比為60%時，缺氧池和好氧池對TN的去除貢獻。如圖9所示，缺氧池去除TN為59.14±9.06 mg·L-1，占系統總去除TN的88.38%±5.92%，好氧池去除TN為7.78±3.25 mg·L-1，占系統去除TN的11.62%±5.92%。本實驗穩定運行過程中，好氧池和缺氧池內亞硝氮含量很少(在1 mg·L-1以下)，所以本實驗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。缺氧池內TN是通過反硝化菌得以去除的，而好氧池內TN的去除應該是同步硝化反硝化的結果，這與Jun[14]的研究結果一致——復合工藝好氧池中會發生明顯的同步硝化反硝化過程。這是因為復合工藝中生物膜自身結構的特點和氧傳質的影響，生物膜由內到外形成了厭氧-缺氧-好氧的環境，為各種與脫氮有關的微生物菌群提供了合適的生存環境。

2.3.2 缺氧池、好氧池對COD的去除效果

A/O復合工藝除了通過缺氧池中反硝化菌在還原硝態氮的過程中去除COD之外，好氧池中存在的異養菌及同步硝化反硝化過程都會消耗一定的有機物。因此考察了進水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，占系統總去除COD的81.77%±4.7%，好氧池去除COD為43±13 mg·L-1，占系統總去除COD的18.23%±4.7%。而結合好氧池內平均TN去除量為7.78 mg·L-1，根據每去除1 kg的TN需要消耗2.86 kg的COD[15]，因此可以計算出同步硝化反硝化平均去除COD為22.25 mg·L-1，進而計算出好氧池異養菌平均去除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%，異養菌和好氧池同步硝化反硝化去除相對較少。

3 結論

通過實驗分析比較了缺氧-好氧的生物膜-活性污泥復合工藝在不同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 目缺氧池反硝化好氧池同步硝化反硝化異養菌去除量/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，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. 水力停留對復合生物膜-活性污泥工藝的影響[J]. 哈爾濱商業大學學報(自然科學版), 2006, 22(3): 26-31.

[2] 李瑞賢. 利用綠藻處理高氨氮養豬沼液的預處理方法研究[D]. 南昌：南昌大學, 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，等. A/O工藝處理豬場厭氧發酵液研究[J]. 安徽農業科技, 2010,38(3): 1356-1358.

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

[7] 張蘭河, 王璐瑤, 張萬友, 王旭明. 進水負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理研究[J]. 環境科學,1999, 20(6): 1122-1132.

[10] 郭俊元, 楊春平, 曾龍云, 何慧軍, 鄧征宇. 回流比水力負荷對前置反硝化生物濾池工藝處理污水的影響研究[J]. 環境科學學報, 2010, 30(6): 1615-1521.

[11] 徐亞明, 吳浩汀. 氣水比回流比及沖擊負荷對BAF的影響[J]. 環境科學與技術, 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]. 工業用水與廢水, 2010, 41(1): 28-31.

[13] 李瑞賢. A/O膜生物反應器脫氮特性研究[D]. 天津：天津大學, 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規范[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

項目來源： 福建省重大科技專項(2013YZ0001-1)

潘松青(1987-)，男，研究實習員，研究方向為水污染控制，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