原液補碳模式對豬場厭氧消化液SFSBR處理特性的影響

馮 濤,李 平*,吳 靜,馬金珍,黃宇圣,徐 錳,吳錦華

原液補碳模式對豬場厭氧消化液SFSBR處理特性的影響

馮 濤1,2,李 平1,2*,吳 靜1,2,馬金珍1,2,黃宇圣1,2,徐 錳3,吳錦華1,2

(1.華南理工大學環境與能源學院,工業聚集區污染控制與生態修復教育部重點實驗室,廣東 廣州 510006；2.華南理工大學環境與能源學院,污染控制與生態修復廣東省普通高等學校重點實驗室,廣東 廣州 510006；3.博天環境集團股份有限公司,北京 100082)

針對豬場糞尿厭氧消化液在后續生物處理過程中碳源,堿度的嚴重失衡問題,采用“缺氧(A1)+曝氣(O1)+缺氧(A2)+曝氣(O2)”的分步進水序批式反應器(SFSBR)處理,以實現碳源,堿度的體系內自平衡利用.通過改變A1,A2段的補碳量(采用定量的豬場糞尿原液,分別以1:1,1:3和3:1的體積比在反應器每個周期的A1,A2階段啟動時補碳,分別簡稱工況I,II,III),研究原液補碳模式對處理過程脫氮除磷特性的影響.結果表明,3種補碳模式均實現了短程硝化反硝化脫氮,反應器內pH值均穩定在8.5左右,NH4+-N去除率均達到95%以上.原液補碳直接影響反硝化過程,工況I,II條件下A2段反硝化速率分別為2.19和2.15mg/(g·h),均約為工況III A2段的1.6倍.不同工況下原液補碳對A段釋磷和O段吸磷有顯著差異,工況I和III條件下SFSBR除磷效果更佳,出水TP濃度分別為7.9和6.4mg/L,去除率分別達到84.4%和87.3%,相較于工況II分別提高了9.5%和12.4%.綜合考慮脫氮除磷,有機物降解以及碳源/堿度自平衡控制,工況I為最佳補碳模式,系統出水COD,NH4+-N和TP濃度分別為360,10.6和7.9mg/L,相應的去除率分別為74.9%,98.6%和84.4%.研究表明,采用A1/A2段原液添加比為1:1的補碳模式(即工況I)能在碳源/堿度自平衡的基礎上實現豬場糞尿厭氧消化液的高效脫氮除磷.

分步進水序批式反應器；豬場糞尿液；厭氧消化；原液補碳模式；脫氮除磷

隨著我國畜禽養殖業的迅猛發展,畜禽養殖廢水及糞便排放所導致的環境污染問題日趨嚴重.厭氧+好氧生物處理組合技術是目前畜禽養殖廢水處理的主流工藝,然而在厭氧消化過程中,存在BOD5與COD,BOD5與NH4+-N生物降解及轉化不同步的問題[1],使厭氧消化出水碳氮比嚴重失調,導致后續處理系統電子供體缺乏,堿度失衡,進而嚴重影響后續工藝的處理效果.針對這一問題,雖然通過補充堿度[2],投加碳源等方法能夠取得較好的處理效果,但處理成本顯著上升,并且需要根據進水水質的波動不斷進行瞬時調節,工藝過程控制的復雜程度增加,運行費用也大幅上升.

分步進水序批式反應器(SFSBR)是一種依靠缺氧段多步進水補充反硝化碳源的生物強化脫氮工藝,該工藝提高了反硝化碳源補給率,脫氮的同時系統堿度得到回補,實現脫氮過程碳源堿度自平衡[3-4].目前在利用SFSBR處理豬場養殖廢水方面的研究主要集中在SFSBR直接處理豬場原水[5-6],而關于SFSBR處理豬場廢水厭氧消化液的研究鮮有報道.本文研究了豬場廢水原液添加對豬場糞尿厭氧消化液SFSBR處理特性的影響,以期為SFSBR工藝的優化調控提供實驗依據.

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

圖1 實驗裝置示意

采用序批式氣升環流生物反應器,結構如圖1所示.反應器高0.45m,內徑0.14m,有效容積5.7L,由升流區(底部供氧,混合液呈上向流),降流區(混合液呈下向流,并由底部回流至升流區)和三相分離區3部分組成.空氣由氣泵經底部曝氣頭泵入反應器中,并通過轉子流量計調節流量,以控制反應器中DO濃度;當反應器處于缺氧階段時,采用充入N2氣的方式確保反應器內泥水均勻混合.氣泵,進水計量泵和出水口電磁閥由PLC系統控制.反應器內設有溫控裝置,維持在25~30℃.

1.2 進水水質及接種污泥

豬場糞尿廢液原液取自廣東省河源市某規模化養豬場,厭氧消化液取自該豬場黑膜厭氧池出水,水質特征見表1.原液和厭氧消化液均未檢出NO2--N及NO3--N.接種污泥取自廣州瀝滘污水廠二沉池,接種量為反應器體積的20%,反應器運行過程中SRT約為20~25d,MLSS控制在4000~ 5000mg/L.

表1 豬場廢水與厭氧消化液的水質特征

注:除pH值外,其余指標單位均為mg/L.

1.3 實驗方法

反應器的啟動馴化主要經歷2個階段:第一個階段(0~30d),采用豬場廢水厭氧消化液分別稀釋10,5,3,1,0倍后進入反應器,進行污泥的馴化.此階段未添加豬場廢水原液;第二階段(31~90d),采用未經稀釋的厭氧消化液進水,并按圖2的方式在A1/A2段按不同比例添加豬場廢水原液進行馴化.SFSBR系統運行一個周期為28h,其中進水2min,缺氧攪拌(A1)4h,曝氣(O1)12h,缺氧攪拌(A2)8h,曝氣(O2)3.5h,靜置25min,出水3min.每周期運行開始時向反應器內泵入800mL厭氧消化液;原液補碳模式采用總量800mL豬場糞尿原液,分別以1:1,1:3和3:1的體積比在A1,A2 2個缺氧攪拌階段啟動時加至反應器中,分別簡稱工況I,II,III,3種工況下SFSBR的運行策略見圖2.每周期結束時反應器排水1.6L,水力停留時間4.2d.每個工況曝氣階段的DO濃度均維持在0.5~1.0mg/L.在經過90d的馴化及穩定運行后,SFSBR系統在每種工況下連續運行10d.

圖2 3種工況下SFSBR的運行策略

1.4 分析方法

在一個運行周期內每隔2h自反應器取樣.水樣4000r/min離心20min,上清液用0.45μm濾膜過濾.pH值采用PHS-3C精密pH計測定;DO采用YSI-550A溶氧儀測定;NH4+-N采用納氏試劑光度法;NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法;NO3--N采用紫外分光光度法;TP采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;COD按標準方法測定[8].

NAR(%),即亞硝酸鹽積累率,通過公式(1)計算[7].

式中:NO2--N和NO3--N指反應器在曝氣階段積累的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的濃度,mg/L.

FA(mg/L),即游離氨濃度,通過公式(2)計算[8].

式中:NH4+-N為廢水中氨氮質量濃度,mg/L;為反應溫度,℃.

實驗數據采用Microsoft Excel 2010和Origin8進行處理和分析.

2 結果與討論

2.1 3種工況下SFSBR的運行效果

3種工況下SFSBR的運行效果如圖3所示.整體來看,3種工況下SFSBR對NH4+-N均表現出良好的去除能力,工況I,II,III中NH4+-N的平均去除率分別為98.2%,95.3%,97.8%.工況III中出水NO--N濃度顯著高于工況I和II.

3種工況下出水COD均穩定在300~450mg/L,該部分COD被普遍認為是難降解有機物.Prado等[9]采用離心分離等預處理技術結合缺氧-好氧-膜生物反應器(A-O-MBR)處理豬場廢水,經過9個月的穩定運行,結果表明該組合處理工藝對豬場廢水中COD的去除率維持在90%以上,但出水COD仍達到300~400mg/L.Kim等[10]認為各種生物處理及不同的運行工況均不能有效去除豬場廢水中的難降解有機物.

SFSBR在工況II條件下對TP的去除效果相較于在工況I,III條件下更差,SFSBR在工況I和III條件下每個運行周期的出水TP均小于8mg/L.

2.2 原液補碳對SFSBR脫氮特性的影響

3種工況下SFSBR系統中氮素在一個運行周期內的變化如圖4所示,工況I,II,III進水后初始NH4+-N濃度分別為143.8,118.2和167.4mg/L,當反應器處于A1階段時,工況I和II中NH4+-N濃度無明顯變化;而工況III中NH4+-N出現明顯的下降,在A1段結束時降至131.4mg/L,這可能是工況III在A1階段發生了厭氧氨氧化作用.在上一周期結束時反應器內滯留的NO2--N在A1階段能得到有效去除,且工況I和III在A1段的反硝化作用優于工況II,幾乎能將殘留的NO2--N完全轉化,直接原因是工況I和III在A1段易生物利用的碳源補充較工況II充足.

進入O1段后,3種工況下NH4+-N均呈現與時間成線性關系的下降,同時出現大量NO2--N的積累,可知反應器內氨氧化菌(AOB)活性顯著高于亞硝酸鹽氧化菌(NOB),AOB成為優勢菌群.工況I,II,III在O1段的亞硝酸鹽積累率NAR均高于90%,分別為92.6%,91.4%和90.1%.NOB的活性受到抑制是由于初始SFSBR反應器內較高濃度的FA[11-12].Chung等[13]認為,當進水FA濃度大于5mg/L時,即可顯著抑制NOB活性.本實驗中,工況I,II,III在進水后反應器中的初始FA濃度分別為17.8,14.6和20.7mg/L,足以抑制NOB活性,促使反應器長期維持短程硝化反硝化狀態.傳統的生物脫氮反應動力學理論認為[14]:考慮細胞合成,還原1gNO3--N需要2.47g甲醇(相當于3.71gCOD),而還原1gNO2--N需要1.53g甲醇(相當于2.30gCOD),還原相同量的NO2--N和NO3--N,前者需求的COD量為后者需求的62%,即短程硝化反硝化過程相比于完全硝化反硝化過程節省了38%反硝化所需消耗的碳源.因此,短程硝化反硝化更有利于脫氮過程中的電子計量平衡控制.O1段結束時,3種工況下反應器內NO3--N濃度均低于15mg/L,并在A2段開始后被迅速完全去除.

一般認為,硝化與反硝化的水力停留時間比以3:1為宜,可達到70%~80%的脫氮率[15],而在本實驗中,O1段硝化與A2段反硝化的水力停留時間比達到1.5:1,如此設置的原因是A2段反硝化碳源補給來源于豬場原水中的易生物降解COD,相比于甲醇,乙酸鈉等[16-17]外加速效碳源而言,反硝化速率較慢,相應所需水力停留時間較長.工況I,II,III在A2段補碳結束后系統的BOD5/NO--N分別為2.45,3.42和1.01,工況III在A2段的反硝化碳源補給明顯低于工況I和II,工況III在A2段的NO2--N去除率與反硝化速率分別為50.1%和1.29mg/(g·h).工況I和II在A2段的NO2--N去除率相差無幾,分別為93.5%和95.6%,均為工況III的1.8倍.工況I和II在A2段的反硝化速率分別為2.19和2.15mg/(g·h),均約為工況III的1.6倍.鄧良偉[18]等在研究原水添加比例對豬場廢水厭氧消化液后處理的影響時發現,當原水與厭氧消化液的混合液進水BOD5/NO--N由0.70逐漸升高至2.62時,反硝化速率由0.75mg/(g·h)逐漸升至1.50mg/(g·h),反硝化速率與BOD5/NO--N成正相關,由于工況I,II在A2段的BOD5/NO--N高于工況III,所以工況I,II在A2段的反硝化速率比工況III高.由此可見,A2段反硝化碳源補給匱乏是工況III在A2段NO2--N去除率低且反硝化速率慢的直接原因.

表2 SFSBR系統進出水水質及污染物去除率

注:“—”表示未檢測到數據,“-”表示無法計算.

如表2所示,在工況I,II,III的條件下,SFSBR系統對NH4+-N的去除率分別為98.6%,95.1%和98.2%, 3種工況下SFSBR系統對厭氧消化液中的NH4+-N都具有較好的處理效果.工況II出水NH4+-N濃度高于工況I和III,這是由于作為反硝化碳源補給的豬場原水也含有高濃度的NH4+-N,工況II在A2段原水添加過量造成SFSBR出水NH4+-N濃度過高.工況III在A2段反硝化因碳源不足而反應不完全,反應器內NO2--N積累導致工況III出水NO2--N濃度顯著高于工況I和II.盡管如此,滯留在反應器中的NO2--N在下一個運行周期的A1段幾乎能被完全去除,這也是反應器在工況III下還能維持系統長期穩定運行的原因.工況I,II,III在A2段啟動時反應器內NO--N濃度分別為93.6,93.0和113.6mg/L,完全反硝化所需COD濃度從理論上計算分別為215.3, 218.4和276.4mg/L,而在實際運行過程中,工況I,II,III在A2段通過添加原液補充的COD濃度分別為266,400和134mg/L,工況III在A2段的補碳量無法滿足實現完全反硝化的理論需求量.因此就一個運行周期內的脫氮過程而言,在控制A2段碳源的補充量與O1段硝化作用產生的NO2--N量相匹配上,工況III要劣于工況I和II,盡管其對NH4+-N的去除效果還優于工況II.

2.3 原液補碳對SFSBR除磷特性的影響

由表2可知,在工況I,II,III條件下,SFSBR系統對TP的去除率分別為84.4%,74.9%和87.3%.工況II條件下SFSBR系統的除磷性能較工況I和III有顯著差異.3種工況下SFSBR系統中TP在一個運行周期內的變化如圖5所示,工況I和III反應器內TP的變化情況相似,聚磷菌(PAOs)通過在A1和O1段分別進行釋磷和吸磷作用去除了反應器內大部分的TP,而工況II中反應器在O1段結束時對廢水中的TP幾乎無去除效果,除磷過程主要發生在A2和O2階段.

實驗過程中,反應器內TP的變化差異可由反應器內脫氮與除磷兩過程相互作用解釋.當厭氧段存在NO2--N時,反硝化菌會與PAOs競爭利用生物易降解碳源,導致PAOs可利用的VFA量減少,釋磷量和PHB合成量減少[19].工況I和III在A1段補充了足夠的易降解碳源,能夠同時滿足完全反硝化和厭氧釋磷的需求,PAOs在釋磷過程中合成大量PHB,在隨后的O1段通過利用PHB為內碳源進行過量吸磷;而工況II在A1段碳源補充匱乏,反硝化菌優先利用碳源使PAOs可利用的VFA量減少,釋磷量和PHB合成量也減少,直接影響O1段PAOs對磷酸鹽的吸收.相反地,工況III在A2段由于碳源不足,釋磷過程受到嚴重抑制;工況I在A2段補充的碳源大部分被反硝化菌利用,A2段PAOs的釋磷量相比于A1段明顯減少;工況II在A2段得到大量碳源補充,但由于前一階段的硝化作用積累了大量NO2--N,使得A2段反硝化菌進行反硝化作用所消耗的碳源增多,PAOs可利用的碳源和釋磷量相對就會減少.另一方面,PAOs磷吸收量與磷釋放量成正比關系[20],工況I,III在一個運行周期內的釋磷總量均高于工況II,分別為108.6,112.8和79.60mg,因此工況I,III在整個運行周期內的吸磷總量也高于工況II,除磷效果更顯著.從除磷效果來看,A1段補碳量宜大于或等于A2.

圖5 3種工況下SFSBR系統中TP的周期變化

2.4 原液補碳對反應器內COD變化的影響

圖6 3種工況下SFSBR系統中COD的周期變化

3種工況下COD在一個運行周期內的變化如圖6所示,原水添加模式對進水后反應器的初始COD濃度影響較大.SFSBR進水中易降解有機物主要在非曝氣階段被去除,難生物降解有機物在曝氣階段被去除[21].在A1和A2段添加原水后,其中的易降解碳源被反硝化菌和PAOs利用,COD迅速下降;而在O1和O2階段COD下降幅度較小,難生物降解有機物的去除主要發生在O1段,需要長時間的曝氣且去除效率較低,若O1段曝氣時間過長則會導致能耗過高.3種工況下A2段結束時反應器內的COD濃度均高于O1段結束時反應器內的COD濃度,說明原水中部分可生化COD無法被反硝化菌和PAOs作為碳源利用,當A2段原水添加量高于A1段時,部分有機物無法被反硝化菌和PAOs利用而殘存在反應器中,導致出水COD濃度較高.由表2可知,在工況I,II,III的條件下,SFSBR系統對COD的去除率分別為74.9%,70.3%和75.1%.SFSBR對COD的去除效果基本不受原液補碳模式的影響.

2.5 原液補碳對反應器內pH值變化的影響

如圖7所示,3種補碳工況下,反應器中pH值無顯著性差異,均穩定在8.5左右,表明反應器在3種工況下均能長期穩定運行.反硝化率是計算反硝化產生堿度的重要指標,反硝化率越高,意味著可產生堿度也越多.工況I,II,III在A1段的反硝化率分別為100%,51.7%和85.2%,在A2段的反硝化率分別為93.5%,95.8%和54.8%.工況I在A1,A2段的反硝化率均高于90%,因此,從系統堿度自平衡控制的角度考慮,工況I為最優工況.

圖7 典型運行周期內pH值的變化曲線

3 結論

3.1 通過添加原水能夠解決SFSBR處理豬場糞尿厭氧消化液過程中碳源,堿度嚴重失衡的問題.在三種原液補碳模式下,反應器內pH值均穩定在8.5左右,同時對氮,磷及有機物具有良好的去除效果.

3.2 在3種原液補碳模式下,SFSBR均發生了短程硝化反硝化,NAR均高于90%,NH4+-N的去除率均達到95%以上.原液補碳直接影響A1和A2段的反硝化過程,工況I條件下反應器在A1和A2段發生完全反硝化,而工況II,III反應器分別在A1,A2段出現反硝化不完全的現象.工況I,II條件下反應器在A2段的反硝化速率分別為2.19和2.15mg/(g·h),均約為工況III條件下的1.6倍.

3.3 不同工況下原液補碳對A段釋磷和O段吸磷有顯著差異.工況I和III除磷過程主要發生在A1-O1階段,而工況II除磷過程主要發生在A2-O2階段.工況I和III條件下SFSBR除磷效果更佳,出水TP濃度分別為7.9和6.4mg/L,去除率分別達到84.4%和87.3%,相較于工況II分別提高了9.5%和12.4%.從除磷效果來看,A1段補碳量應大于或等于A2段.

3.4 綜合考慮脫氮除磷,有機物降解以及碳源,堿度的自平衡控制,3種原液補碳模式中,工況I為最佳補碳模式,出水COD,NH4+-N和TP濃度分別為360, 10.6和7.9mg/L,相應的去除率分別為74.9%,98.6%和84.4%.在此模式下,無需添加外源有機碳及堿度,可實現豬場糞尿厭氧消化液的高效脫氮除磷.

[1] 鄧良偉,操衛平,陳鉻銘,等.豬場廢水厭氧消化液好氧后處理過程亞硝化/硝化調控因素研究[J]. 應用基礎與工程科學學報, 2008, 16(5):639-646. Deng L W, Cao W P, Chen G M, et al. Study on nitrification/nitration regulating factors in aerobic treatment of anaerobically digested swine wastewater [J]. Journal of Basic Science and Engineering, 2008,16(5): 639-646.

[2] 王 伸,鄧良偉,姜奕圻,等.加堿對豬場廢水厭氧消化液好氧處理過程酸化改進作用及其對菌群結構的影響[J]. 中國沼氣, 2017, (6):3-11. Wang S, Deng L W, Jiang Y Q, et al. Alleviating acidification of aerobic post-treatment of digested piggery wastewater by adding alkali and its influence on microbial community [J]. China Biogas, 2017,(6):3-11.

[3] Artan N, Tasli R, Orhon D. Rational basis for optimal design of sequencing batch reactors with multiple anoxic filling for nitrogen removal [J]. Process Biochemistry, 2006,41(4):901-908.

[4] 韓志英,朱 軍,丁 穎,等.強化生物脫氮分步進水型序批式反應器 [J]. 中國給水排水, 2007,23(2):17-21. Han Z Y, Zhu J, Ding Y, et al. Enhanced biological nitrogen removal process in step-feed sequencing batch reactor [J]. China Water & Wastewater, 2007,23(2):17-21.

[5] Wu S, Zhu J, Chen L. Feeding schemes and C/N ratio of a laboratory-scale step-fed sequencing batch reactor for liquid swine manure treatment [J]. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng, 2017,52(2):1-9.

[6] Wu X, Zhu J, Cheng J, et al. Optimization of Three Operating Parameters for a Two-Step Fed Sequencing Batch Reactor (SBR) System to Remove Nutrients from Swine Wastewater [J]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2015,175(6):2857-2871.

[7] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M]. 北京:中國環境科學出版社, 2002:53-74. SEPA. Water and wastewater monitoring and analysis methods [M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2002:53-74.

[8] Shi Y J, Wang X H, Yu H B, et al. Aerobic granulation for nitrogen removal via nitrite in a sequencing batch reactor and the emission of nitrous oxide [J]. Bioresource Technology, 2011,102(3):2536-2541.

[9] Prado N, Ochoa J, Amrane A. Zero Nuisance Piggeries: long-term performance of MBR (membrane bioreactor) for dilute swine wastewater treatment using submerged membrane bioreactor in semi-industrial scale [J]. Water Research, 2009,43(6):1549-1558.

[10] Kim D H, Choi E, Yun Z, et al. Nitrogen removal from piggery waste with anaerobic pretreatment [J]. Water Science & Technology, 2004, 49(5/6):165-171.

[11] Ge S, Peng Y, Qiu S, et al. Complete nitrogen removal from municipal wastewater via partial nitrification by appropriately alternating anoxic/aerobic conditions in a continuous plug-flow step feed process [J]. Water Research, 2014,55(2):95-105.

[12] 王 琳,徐新陽,張銘川.間歇曝氣對化肥廢水的短程硝化性能影響[J]. 中國環境科學, 2017,37(1):146-153. Wang L, Xu X Y, Zhang M C. Effects of intermittent aeration on the performance of partial nitrification treating fertilizer wastewater [J]. China Environmental Science, 2007,37(1):146-153.

[13] Chung J, Shim H, Park S J, et al. Optimization of free ammonia concentration for nitrite accumulation in shortcut biological nitrogen removal process [J]. Bioprocess Biosyst Eng, 2006,28(4):275-282.

[14] 金春姬,佘宗蓮,高京淑,等.低C/N比污水生物脫氮所需外加碳源量的確定 [J]. 環境科學研究, 2003,16(5):37-40. Jin C J, She Z L, Gao J S, et al. Determination of demand of external carbon source for biological nitrogen removal of wastewater with Low C/N ratio [J]. Research of Environmental Science, 2003,16(5):37-40.

[15] 尹士君,李亞峰.水處理構筑物設計與計算 [M]. 北京:化學工業出版社, 2007:244-245. Yin S J, Li Y F. Design and calculation of water treatment structure [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2007:244-245.

[16] 張仲玲.反硝化脫氮外加碳源的選擇 [D]. 哈爾濱:哈爾濱工業大學, 2010. Zhang Z L. Selection of external carbon sources for denitrification [D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2010.

[17] Obaja D, Macé S, Mataalvarez J. Biological nutrient removal by a sequencing batch reactor (SBR) using an internal organic carbon source in digested piggery wastewater [J]. Bioresource Technology, 2005,96(1):7-14.

[18] 鄧良偉,操衛平,孫 欣,等.原水添加比例對豬場廢水厭氧消化液后處理的影響[J]. 環境科學, 2007,28(3):588-593. Deng L W, Cao W P, Sun X, et al. Impact of proportion of adding raw wastewater on post-treatment of digested piggery wastewater [J]. Environmental Science, 2007,28(3):588-593.

[19] 曾 薇,楊瑩瑩,李 磊,等.SBR短程脫氮系統中亞硝酸鹽積累對生物除磷的影響 [J]. 環境科學學報, 2011,31(2):236-244. Zeng W, Yang Y Y, Li L, et al. Effect of nitrite from short-cut nitrification on biological phosphorus removal in an SBR process treating domestic wastewater [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2011,31(2):236-244.

[20] Saito T, Brdjanovic D, van Loosdrecht M C. Effect of nitrite on phosphate uptake by phosphate accumulating organisms [J]. Water Research, 2004,38(17):3760-3768.

[21] Guo J, Yang Q, Peng Y, et al. Biological nitrogen removal with real-time control using step-feed SBR technology [J]. Enzyme & Microbial Technology, 2007,40(6):1564-1569.

Effects of carbon supplementation modes of raw wastewater on the performance of SFSBR for anaerobically digested swine manure treatment.

FENG Tao1,2, LI Ping1,2*, WU Jing1,2, MA Jin-zhen1,2, HUANG Yu-sheng1,2, XU Meng3, WU Jin-hua1,2

(1.Key Laboratory of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Clusters < Ministry of Education>, School of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China；2.Key Laboratory of Pollution Control and Ecological Restoration of Guangdong Higher Education Institutes, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China；3.Poten Environment Group Co., Ltd., Beijing 100082, China)., 2019,39(9)：3840~3847

In order to solve the problem of serious imbalance of carbon source and alkalinity in the subsequent biological treatment process, anaerobically digestate swine manure was treated by step-fed sequencing batch reactor running the program for "anoxic (A1) + aeration (O1) + anoxic (A2) + aeration (O2)", to achieve self-balance utilization of carbon source and alkalinity in the system. By changing the supplemental amount of carbon in A1and A2stage (the quantitative raw swine manure was used for carbon supplementation in the volume ratio of 1:1, 1:3 and 3:1 at the start of A1 and A2 stages of each cycle of the reactor, respectively, referred to as condition I, II, III), the effect of carbon supplementation mode of raw swine manure on the nitrogen and phosphorus removal characteristics of the treatment process was studied. The results showed that short-cut nitrification and denitrification was achieved in all three carbon supplementation modes, the pH value in the reactor was stable at about 8.5 and the removal rates of NH4+-N were above 95%. The carbon supplementation of raw manure directly affected the denitrification process. The denitrification rates of the reactor in A2 stage under the condition I and II reached 2.19 and 2.15mg/(g·h), respectively, which were about 1.6 times as high as that under the condition III. The carbon supplementation of raw manure had significant differences between A-stage phosphorus release and O-stage phosphorus uptake under the three conditions. The SFSBR phosphorus removal effect was better under the condition I and III, the effluent concentrations of TP were 7.9 and 6.4mg/L respectively, the efficiencies of TP removal were 84.4% and 87.3% respectively, which were 9.5 and 12.4percents higher than those of condition II, respectively. With a comprehensive consideration of nitrogen and phosphorus removal, organic matter degradation and carbon source/alkalinity self-balance control, the condition I was the best carbon supplementation mode, the effluent concentrations of COD, NH4+-N and TP were 360, 10.6and 7.9mg/L respectively, and the removal rates were 74.9%, 98.6% and 84.4% respectively. The results also indicated that the carbon supplementation mode which the A1/A2 raw wastewater addition ratio was 1:1 (condition I) can realize the high-efficiency nitrogen and phosphorus removal of anaerobically digested swine manure on the basis of carbon source/alkalinity self-balance.

SFSBR；swine manure；anaerobic digestion；carbon supplementation mode of raw swine manure；nitrogen and phosphorus removal

X703

A

1000-6923(2019)09-3840-08

馮 濤(1994-),男,浙江杭州人,華南理工大學環境與能源學院碩士研究生,主要從事廢水生物處理研究.發表論文3篇.

2019-02-04

廣東省科技發展專項資金資助項目(2017B020247025)

* 責任作者, 教授, pli@scut.edu.cn