pH值对新型SBBR处理畜禽废水脱氮的影响朱春兰

2009年10月第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集821pH值对新型SBBR处理畜禽废水脱氮的影响2朱春兰，肖鸿，邓仕槐，段焱，孙亚琴，胡晓梅，侯麟（四川农业大学环境工程系，雅安625014）摘要：以畜禽废水为处理对象，考察pH值对新型SBBR处理畜禽废水脱氮的影响。结果表明：在原水pH值为7和8的条件下，系统脱氮效果较好，总氮的去除率达到85%以上，pH值为6和9的时候总氮去除率下降至50%～60%；系统对pH值有着明显的调节作用；新型SBBR内存在同步硝化反硝化及短程硝化反硝化作用。关键词：畜禽废水；新型SBBR；pH值；脱氮EffectofpHonNitrogenRemovalofPoultry-wastewaterwiththeNew-styleSBBRZHUChun-lan,XIAOHong,DENGShi-huai,DUANYan,SUNYa-qin,HUXiao-mei,HOULin(DepartmentofEnvironmentalEngineering,SichuanAgricultureUniversity,Ya′an625014)Abstract:Anew-typeSBBRwasusedtotreatthepoultry-wastewater,investigatedontheremovalefficiencynofnitrogenindifferentpHconditions.Whenitwasattheroomtemperature，theCODCrofinfluentwasabout2000mg·L-1，andtheTNwasabout140mg·L-1，keepeddissolvedoxygenas2.0~2.5mg·L-1，TheresultsshowedthatthetreatmenteffectofanalternativeaerobicandanaerobicmodewasgoodtoSNDandshortcutnitrificationanddenitrification；WestudiedfourpHconditions,pHhadanobviouseffectondisposeofTN：whenthepHofpoultry-wastewaterwas7or8,theresultsturnedouttobebetter,theremovalrateofTNexceed85%,andthemainwayofnitrogenremovalwassimultaneousnitrificationanddenitrificationassoonastheshort-cutnitrification-denitrification.Keywords:poultry-wastewater；new-stytleSBBR；pH；nitrogionremoval畜禽养殖业是我国农业一大主导产业，而畜禽养殖污染则成为我国农村面源污染的主要原因之一[1]。畜禽废水成分复杂，是一种高有机物、高氨氮废水。畜禽废水脱氮处理是迫切需要解决的问题。序批式生物膜法(SequencingBatchBiofilmReactor，简称SBBR)，是把序批式的优点和生物膜法的优点很好地结合起来的一种新型的复合式生物膜反应器[2]。将序批式运行方式应用到好氧三相内循环生物流化床反应器中形成新型SBBR，跟固定式填料SBBR相比，新型SBBR载体呈循环流化状态，生物颗粒碰撞剧烈，有利于生物膜的更新，保持更好的活性；载体呈循环流化状态增加了污水中污染物成分与生物膜接触的机会，载体循环流化也加强了对气泡的切割作用，提高了氧的传质效率；采用的改性多孔聚合物载体适合于微生物固定化，湿密度略大于水，易于流化，载体不易破碎，不易流失。本试验着重考察了不同进水pH值条件对新型SBBR处理畜禽养殖废水的脱氮效果，并探讨了脱氮机理。1实验部分1.1实验装置实验采用的新型SBBR反应器如图1所示。主体部分由有效容积22.9L的有机玻璃容器，由里、中、外三个筒构成，中筒下方有微孔曝气管，经过曝气作用反应器内载体和水流从中筒向两边流化，图中箭头为水及载收稿日期：2009-08-21基金项目：四川省教育厅科研项目作者简介：朱春兰（1983—），女，硕士研究生，主要研究方向为废弃物处理与资源化。Email：[e-mail]通讯作者：邓仕槐E-mail：[e-mail]第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集2009年10月822体流化方向。23456710981.反应器，2.固定楔块，3.三分之一换容排水管，4.三分之二换容排水管，5.全换容排水管，6.微孔曝气环，7.放空管，8.气体流量计，9.空气压缩机，10.时间控制器1.2接种污泥接种污泥取自四川农业大学教学科研园区污水处理站CASS池回流污泥。相关指标：SV=5%，SVI=172。1.3载体试验中投加的改性聚合物多孔高分子载体是一种新型载体，该载体呈球形，流化性好，强度高，比表面积大，适合微生物的生长。1.4试验用水试验采用四川农业大学教学科研园区污水处理站进水经气浮塔处理后出水，主要水质指标见表1，试验时根据需要通过往原水中添加NaOH和H2SO4溶液调整进水pH值。表1畜禽废水水质状况Table1Qualityoflivestockwastewater项目pHCODCr/mg·L-1总氮/mg·L-1氨氮/mg·L-1范围6~81000~2500125~17585~1231.5试验分析测试方法本次试验涉及到的测定项目及测定方法见表。各项目均采用标准方法测定。表2测定方法Table2Measurementmethods项目测定方法或仪器CODCr重铬酸钾法pHPHS-3C+酸度计总氮（TN）碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法水温水银温度计硝酸盐氮酚二磺酸分光光度法亚硝酸盐氮分光光度法氨氮纳氏试剂分光光度法DOJPB-607便携式溶解氧分析仪1.6反应器运行方式试验采用连续进水出水的方式进行启动，以较快地获得活性较高的生物膜[3]。经过56d的驯化和26d的2009年10月第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集823稳定，反应器氨氮和CODCr的去除率分别稳定在90%和80%以上，同时镜检发现反应器内除了载体上肉眼可见的生物膜外还存在多种原生动物，反应器内生物相丰富，说明反应器启动成功。反应器启动成功后，即进入畜禽废水模式试验，运行模式为瞬时进水，曝气2.5h—停曝—1.5h曝气2.5h—停曝1.5h—出水，每次进水量约8L，约反应器有效容积的1/3，每天运行3个周期，试验温度为室温（18～26℃），恒定曝气，好氧时间溶解氧浓度保持在2.0~2.5mg·L-1[4]。为了考察不同pH值原水条件下反应去处理效果，对原水pH值通过加酸和碱调节pH值，根据废水特性，设定原水pH值分别为6、7、8、9四个条件，每调整一个进水pH值稳定运行3～5d，并每天监测其进水、出水中TN，CODCr和氨氮的含量，当反应器运行稳定以后每隔0.5h取样监测水中各形态氮的含量。2试验结果及分析2.1不同pH值条件下处理效果在不同pH值原水条件下新型SBBR反应器处理畜禽废水脱氮效果波动较大，pH值偏高和偏低都不利于反应器对氮的去除，改变条件稳定运行后系统在不同pH值条件下运行处理效果见表。表3不同pH值条件下总氮处理效果Table3TreatingeffectofdifferentpHpH值进水TN/mg·L-1出水TN/mg·L-1去除率/%6134.44755.17658.347135.65912.62790.698138.73020.60485.159133.89260.15155.07在不同pH值条件下，在进水TN浓度为130～140mg·L-1左右时，进水COD为2000～2200mg·L-1时，比较在4个pH值条件下系统对总氮的去除率，发现pH值为7和8时系统对总氮去除效果较好，去除率均稳定在85%以上，当进水pH值为6和9时，在持续的进水浓度pH值偏低或偏高的情况下，系统对总氮的去除效果不佳，均保持在50%左右。由此可以说明，在原水pH值为7时系统表现出脱氮效果昀好，总氮出水达到国家一级排放标准，原水pH值为8时系统对总氮的去除效果稍微低于pH值为7时的处理效果。2.2不同pH值条件下单周期内各形态氮的转化分析为了进一步分析SBBR反应器在不同原水pH值条件下运行过程中内部脱氮过程及微生物学原理，对进入稳定期的反应器进行单个周期内三氮含量变化分析，结果见图2、图3、图4、图5所示。图2pH值为6时单周期内三氮变化Figure2Variationsof3-NitrogeninsingleperiodwhenpH=60102030405060012345678t/hc/mg·L-1氨氮亚硝态氮硝态氮第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集2009年10月824图3pH值为7时单周期内三氮变化Figure3Variationsof3-NitrogeninsingleperiodwhenpH=7图4pH值为8时单周期内三氮变化Figure4Variationsof3-NitrogeninsingleperiodwhenpH=8图5pH值为9时单周期内三氮变化Figure5Variationsof3-NitrogeninsingleperiodwhenpH=9在不同pH值条件下，随着反应时间的进行，各个反应器内氨氮均呈下降的趋势，pH值为6和9时氨氮下降的速度低于pH值为7和8时的下降速度。说明不同pH值对反应系统处理废水脱氮具有较大影响。反应051015202530354000.511.522.533.544.555.566.577.58t/hc/mg·L-1氨氮亚硝态氮硝态氮051015202530354000.511.522.533.544.555.566.577.58t/hc/mg·L-1氨氮亚硝态氮硝态氮0510152025303540455000.511.522.533.544.555.566.577.58t/hc/mg·L-1氨氮亚硝态氮硝态氮2009年10月第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集825的前4个小时内，不同pH值条件下氨氮均下降，硝态氮和亚硝态氮的积累较少，且硝态氮和亚硝态氮积累总量小于氨氮减少的量，可以证实在发生硝化的同时发生了反硝化。随着反应的进行，可以看出在4小时以后，各条件情况下均出现了不同程度的亚硝态氮和硝态氮的积累，并随着缺氧段，发生不同程度的反硝化。由单周期内不同条件下三氮变化情况可以看出，当原水pH值为6时，亚硝态氮积累率比其他几个pH值条件低，说明较低的pH值条件不利于短程硝化反硝化的进行。原水pH值为9时反硝化效果不如其他几个条件下好，可能是由于较高的pH值降低反硝化菌的活性。2.3不同进水pH值时单周期内pH值变化分析根据监测pH值变化可知，原水pH值不同情况下，污水进入反应器后pH值随着反应时间而变化，当原水pH值为6和7的时候，畜禽废水进入系统后pH值呈上升趋势，并且上升到一定程度后稳定在一定范围；当原水pH值为8和9的时候，废水进入反应系统后pH值先是呈下降趋势，然后稳定在一定范围内，如图6所示。66.577.588.59012345678t/hpH值pH=6pH=7pH=8pH=9图6单周期内pH值变化Figure6VariationsofpHinsingleperiod分析原因：pH值不同，原水中氮的存在形态及碳酸根离子的离解平衡状态不同。当原水pH值为6和7时，系统初期pH值的升高可能跟CO2的吹脱有关[5]。接着pH值降低则是由碱度消耗和硝化产酸作用造成的。当原水pH值为8和9时，CO2的吹脱效应微乎其微，此时pH值降低则是由碱度消耗和硝化产酸作用造成的。每隔0.5h对系统内pH值监测分析表明，SBBR采用序批式处理，在原水pH值偏酸或偏碱的情况下可使系统内pH值朝着中性偏碱变化，说明反应系统内生物活