A/O生物膜-活性污泥复合工艺处理养猪场沼液研究

潘松青， 徐 颖， 吴 杰， 林向宇， 黄四海， 陈少青

(1.中国科学院城市污染物转化重点实验室，中国科学院城市环境研究所， 福建 厦门 361021； 2.福建省厦门市集美区建设局， 福建 厦门 361021)



A/O生物膜-活性污泥复合工艺处理养猪场沼液研究

潘松青1， 徐 颖1， 吴 杰1， 林向宇1， 黄四海2， 陈少青2

(1.中国科学院城市污染物转化重点实验室，中国科学院城市环境研究所， 福建 厦门 361021； 2.福建省厦门市集美区建设局， 福建 厦门 361021)

养猪废水； A/O工艺； HRT； 回流比

1 材料与方法

1.1 实验装置及控制条件

实验采用A/O反应器连续进水。A/O反应器主体为圆柱形PVC容器(见图1)。其中缺氧池有效容积为20 L，好氧池有效容积为40 L。曝气系统由外部的电磁式空气泵、气体流量计及好氧池底部布设的微孔曝气管组成，根据好氧池溶解氧(DO)浓度来调节曝气量，DO浓度一直维持在3 mg·L-1以上。缺氧池和好氧池均安装温控装置，反应器温度维持在24℃～26℃。缺氧池和好氧池内均装填辫帘式填料，进水、硝化液回流、污泥回流均由蠕动泵控制。好氧池pH值控制在6～7之间，缺氧池pH值控制在7.5～8.5之间。

图1 实验装置示意图

1.2 接种污泥和养猪场沼液

接种污泥取自厦门市某污水处理厂，种泥浓度为3356 mg·L-1；实验所用废水取自厦门某养猪场沼气池的沼液，废水置于室温保存，取经沉淀后的上清液作为实验进水，其水质如表1所示。

表1 废水水质

1.3 分析方法

1.3.1 水质检测方法

1.3.2 缺氧池和好氧池去除COD和TN计算方法

缺氧池和好氧池去除COD和TN计算方法如下：

缺氧池去除量COD or TN=[进水浓度COD or TN+(200%+60%)好氧池出水浓度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=缺氧池出水浓度COD or TN-好氧池出水浓度COD or TN

(2)

式中，200%为硝化液回流比，60%为污泥回流比，且认为回流硝化液和回流污泥中COD和TN浓度相同。

2 结果与讨论

2.1 HRT对养猪场沼液去除效果的影响

图2 HRT对-N去除效果的的影响

2.1.2 HRT对COD去除效果的影响

试验表明，当HRT在6 d～2 d范围内时，本试验工况下的COD平均去除率在80%以上，出水COD值均小于200 mg·L-1，满足国家畜禽养殖废水的排放标准(GB18596-2001)。

图3 HRT对COD去除效果的的影响

2.1.3 HRT对TN去除效果的影响

图4 HRT对TN去除效果的的影响

2.2 不同内回流比对污染物去除效果的影响

2.2.1 回流比对COD去除效果的影响

回流比对COD的去除效果如图5所示。由图可知，回流比为100%时，去除率为67.67%±3.71%；回流比为200%时，去除率升至77.89%±2.79%；而回流比增加到300%时，COD去除效果变化很少，去除率为79.75%±0.14%。

回流比从100%增至200%，去除率增加了约10%，说明在一定范围内增加回流比有利于有机物去除效果的提高[9-10]。这主要是因为随着回流比的增加，从好氧区回流至缺氧区的硝态氮和亚硝态氮也随之增加，这就要求反硝化菌需要更多的有机碳源来还原硝态氮，因此COD去除效果显著提高。而当回流比继续增至300%时，COD去除效果变化不大，这主要有两方面的原因：一是废水本身C/N不高，所以脱氮效率有限；二是回流比的增加，导致污染物在反应器内的停留时间变短，这也会对脱氮效果有所影响。

2.2.2 回流比对TN去除效果的影响

回流比对TN的去除效果如图6所示。由图可知，回流比为100%时，去除率为23.03%±4.28%；回流比为200%时，去除率为25.97%±3.42%；而回流比增至300%时，去除率为27.23%±0.14%。

图5 回流比对COD去除效果的影响

回流比对TN去除效果的影响趋势与回流比对COD去除规律大致相同。主要是因为缺氧区对硝酸盐的还原存在临界脱氮负荷值[11]，在一定范围内随着回流比的增大，反硝化效果逐渐升高，脱氮效率增加，超过该临界负荷，回流比的提高对脱氮效率的影响不大;一是废水本身C/N的限制;二是回流液中较多的溶解氧会对缺氧区的反硝化菌造成一定的抑制。而本实验中随着回流比的增加，脱氮率也在逐渐升高，可见还没有达到临界负荷。

图6 回流比对TN去除效果的影响

图7 回流比对-N去除效果的影响

2.2.4 最佳回流比的确定

图8 不同回流比对-N，COD和TN的去除效果的影响

2.3 缺氧池、好氧池对污染物的去除效果

2.3.1 缺氧池、好氧池对TN的去除效果

通常TN的去除途径主要有以下4种：普通的硝化-反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化。考察了进水TN为450～580 mg·L-1，硝化液回流比为200%，污泥回流比为60%时，缺氧池和好氧池对TN的去除贡献。如图9所示，缺氧池去除TN为59.14±9.06 mg·L-1，占系统总去除TN的88.38%±5.92%，好氧池去除TN为7.78±3.25 mg·L-1，占系统去除TN的11.62%±5.92%。本实验稳定运行过程中，好氧池和缺氧池内亚硝氮含量很少(在1 mg·L-1以下)，所以本实验中通过短程硝化反硝化或厌氧氨氧化去除的TN可以忽略不计。缺氧池内TN是通过反硝化菌得以去除的，而好氧池内TN的去除应该是同步硝化反硝化的结果，这与Jun[14]的研究结果一致——复合工艺好氧池中会发生明显的同步硝化反硝化过程。这是因为复合工艺中生物膜自身结构的特点和氧传质的影响，生物膜由内到外形成了厌氧-缺氧-好氧的环境，为各种与脱氮有关的微生物菌群提供了合适的生存环境。

2.3.2 缺氧池、好氧池对COD的去除效果

A/O复合工艺除了通过缺氧池中反硝化菌在还原硝态氮的过程中去除COD之外，好氧池中存在的异养菌及同步硝化反硝化过程都会消耗一定的有机物。因此考察了进水COD为782～1246 mg·L-1，硝化液回流比为200%，污泥回流比为60%，HRT为6 d时缺氧池和好氧池对COD的去除效果(见图9)。缺氧池去除COD为198±43 mg·L-1，占系统总去除COD的81.77%±4.7%，好氧池去除COD为43±13 mg·L-1，占系统总去除COD的18.23%±4.7%。而结合好氧池内平均TN去除量为7.78 mg·L-1，根据每去除1 kg的TN需要消耗2.86 kg的COD[15]，因此可以计算出同步硝化反硝化平均去除COD为22.25 mg·L-1，进而计算出好氧池异养菌平均去除COD 20.75 mg·L-1。3种途径所占COD的去除比例如表2所示。由表2可知，该工艺中COD去除主要途径是缺氧池反硝化，占COD去除量的81.77%，异养菌和好氧池同步硝化反硝化去除相对较少。

3 结论

通过实验分析比较了缺氧-好氧的生物膜-活性污泥复合工艺在不同HRT，3种硝化液回流比下对污染物的去除效果，并分析了缺氧池、好氧池分别对TN、COD的去除率。

图9 缺氧池和好氧池对COD的去除效果

项 目缺氧池反硝化好氧池同步硝化反硝化异养菌去除量/mg·L-119822．2520．75百分比/%81．779．238．60

(4)硝化液回流比为200%，污泥回流比为60%时，缺氧池、好氧池对TN去除率分别为88.38%和11.62%，对COD去除率分别为81.77%和18.23%；其中缺氧池反硝化、好氧池异养菌和好氧池同步硝化反硝化对COD的去除率分别为81.77%，8.60%和9.23%。

[1] 许春生, 姜 涛, 赫俊国, 吕炳南, 杨晓南, 刘 杰. 水力停留对复合生物膜-活性污泥工艺的影响[J]. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版), 2006, 22(3): 26-31.

[2] 李瑞贤. 利用绿藻处理高氨氮养猪沼液的预处理方法研究[D]. 南昌：南昌大学, 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, 牛晓芬, 刘知远，等. A/O工艺处理猪场厌氧发酵液研究[J]. 安徽农业科技, 2010,38(3): 1356-1358.

[6] 马 勇, 彭永臻, 孙洪伟. A/O生物脱氮工艺内循环回流和外碳源投加综合控制的优化[J]. 环境科学, 29(5): 1203-1209.

[7] 张兰河, 王璐瑶, 张万友, 王旭明. 进水负荷与硝化液回流比对低污泥浓度A2/O工艺脱氮效果的影响[J]. 化工进展, 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, 钱 易, 孔 波, 金冬霞. 曝气生物滤池去除污染物的机理研究[J]. 环境科学,1999, 20(6): 1122-1132.

[10] 郭俊元, 杨春平, 曾龙云, 何慧军, 邓征宇. 回流比水力负荷对前置反硝化生物滤池工艺处理污水的影响研究[J]. 环境科学学报, 2010, 30(6): 1615-1521.

[11] 徐亚明, 吴浩汀. 气水比回流比及冲击负荷对BAF的影响[J]. 环境科学与技术, 2004, 27(6): 47-49.

[12] 李思敏, 陈利娜, 缪保芬. 不同回流比对UBAF脱氮性能的影响[J]. 工业用水与废水, 2010, 41(1): 28-31.

[13] 李瑞贤. A/O膜生物反应器脱氮特性研究[D]. 天津：天津大学, 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，厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范[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

项目来源： 福建省重大科技专项(2013YZ0001-1)

潘松青(1987-)，男，研究实习员，研究方向为水污染控制，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