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第42卷沈阳,王电站,周立祥.UASB联合倒置A2/O工艺处理猪场废水研究[J].环境科学与技术,2019,42(2):170-175.ShenYang,WangDianzhan,ZhouLixiang.StudyontheeffectofUASBcombinedreversedA2/Oprocessonpiggerywastewater[J].EnvironmentalScience&Technology,2019,42(2):170-175.《环境科学与技术》编辑部:(网址)(电话)027-87643502(电子信箱)hjkxyjs@vip.126.com收稿日期:2018-08-14;修回2018-10-27基金项目:江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(17)2024);江苏省科研与实践创新计划项目(SJCX17-0186)作者简介:沈阳(1991-),男,硕士研究生,主要从事畜禽废水处理与处置研究,(电子信箱)2016803156@njau.edu.cn;*通讯作者,(电子信箱)dzwang@njau.edu.cn。EnvironmentalScience&Technology第42卷第2期2019年2月Vol.42No.2Feb.2019UASB联合倒置A2/O工艺处理猪场废水研究沈阳,王电站*,周立祥(南京农业大学资源与环境科学学院,江苏南京210095)摘要:采用UASB联合倒置A2/O工艺的小试装置对猪场废水进行处理,重点研究该联合工艺对猪场废水中有机物、氮和磷的处理效果。结果表明,在设定硝化液回流比为300%,进水流量为1L/h的条件下,对应UASB和倒置A2/O工艺水力停留时间(HRT)分别为102h和124h时,UASB联合倒置A2/O工艺系统对COD、氨氮、TP的累计平均去除率分别达到97.20%、84.19%和65.79%,最终沉淀池出水浓度分别为228、63、8mg/L,均低于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)。因此,利用UASB联合倒置A2/O工艺处理高浓度有机物、氨氮的猪场废水,不仅对污水中有机物有较高的去除率,而且具有良好的脱氮除磷效果。关键词:UASB;倒置A2/O工艺;猪场废水;脱氮除磷中图分类号:X703文献标志码:Adoi:10.19672/j.cnki.1003-6504.2019.02.026文章编号:1003-6504(2019)02-0170-06StudyontheEffectofUASBCombinedReversedA2/OProcessonPiggeryWastewaterSHENYang,WANGDianzhan*,ZHOULixiang(CollegeofResourceandEnvironmentalScience,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)Abstract:Thepiggerywastewaterwastreatedbysmall-scaletrialswithUASBcombinedwithreversedA2/Oprocess,andtheremovaloforganicmatter,nitrogenandphosphoruswasstudied.Theresultsshowthatwhentherefluxratioofthenitrifi⁃cationsolutionwas300%andtheflowratewas1L/h,theretentiontime(HRT)ofthecorrespondingUASBandthereversedA2/Oprocesswas102hand124h,respectively.TheaverageefficiencyofCOD,ammonianitrogen,andTPwas97.20%,84.19%,65.79%respectively,andthestableconcentrationofsedimentationwaterwerecorrespondingly228,63,8mg/L,whichweremuchlowerthanDischargeStandardofPollutantsforLivestockandPoultryBreeding(GB18596-2001).ThestudyshowsthatthetreatmentofpiggerywastewaterwithhighconcentrationoforganicmatterandammonianitrogenbyUASB-reverseA2/Ocombinedprocessnotonlyhadahighremovalrateoforganicmatter,butalsohasaahighremovalefficiencyofnitrogenandphosphorus.Keywords:UASB;reversedA2/Oprocess;piggerywastewater;denitrificationandphosphorousremoval猪场废水具有高有机物、高氨氮、高悬浮物的特征,利用厌氧发酵处理猪场废水是目前国内外普遍采用的方式。厌氧发酵不仅能降低污水中有机物浓度而且能够回收生物质能源(沼气),是一种非常经济有效的处理方式。现今,厌氧发酵装置应用最广泛的是第二代、第三代反应器,如UASB、EGSB、IC、AF和AFB等[1]。这些反应器因污泥颗粒化、容积负荷高、缓冲能力强、沉淀性能好、产沼气能力优的特点而被应用,这其中就以UASB的应用最为普遍。UASB具有较高的容积负荷,而且具有良好的缓冲性能,多用于高浓度有机废水的处理。然而UASB厌氧发酵过程对氮、磷等物质去除的能力有限,出水(厌氧消化液)COD高、氨氮高,C/N低不易生化处理,极易因处理不当而造成周边水体、农田、土壤环境的污染[2]。厌氧消化液的后续处理方法包括自然处理法,如生物塘法和人工湿地法,以及生化处理法,如氧化沟、A/O、SBR、SBBR工艺等[3]。但随着规模化、集约化畜禽养殖业的发展,自然处理法易受占地面积、季节气候等诸多因素的影响,而且容易引起氨气和温室气体的释放,导致其适用性受到限制。第2期张硕等[4]利用倒置A2/O工艺处理低C/N比市政污水,结果表明,倒置A2/O工艺脱氮除磷效果较好,比较适合低C/N比的城市污水处理。由于倒置A2/O工艺流程简单、能耗低、运行稳定、抗冲击负荷能力强、脱氮除磷效果好且不易发生污泥膨胀的优点[5]。因此尝试将倒置A2/O工艺作为高COD、高氨氮、低C/N比猪场厌氧消化液的后续处理单元。试验基于UASB稳定的有机物降解能力和倒置A2/O工艺高效的脱氮除磷性能,尝试将UASB与倒置A2/O工艺联合用于猪场废水的处理。探究了猪场废水中污染物的降解过程及规律,为UASB联合倒置A2/O工艺处理猪场废水的工程化应用提供了技术参考。1材料与方法1.1试验装置与流程1.1.1试验装置试验装置见图1,UASB反应装置(夹套式)由内外两层圆柱形透明有机玻璃制作而成,内层圆柱直径30cm,高150cm,有效容积102L,由污泥生化反应、气液固三相分离、气体收集、水浴循环、外循环等5个部分组成。外层为直径35cm,高100cm的密封环状柱体,内外层之间充满热水来保温,并与水浴循环装置相连。水浴循环装置设定启动温度为35℃,当UASB夹层内的水温低于35℃时,热水循环泵启动,装置维持反应器内部温度在35℃左右。外循环装置利用一台流量为10L/min磁力驱动泵实现UASB出水的外循环,以增加反应器内部的上升流速和水力搅拌强度。反应器进水方式采用电磁隔膜计量泵由反应器的底部进水,进水流量的确定是以前期预实验最佳进水容积负荷为依据而设定的1L/h,与之相对应的水力停留时间为102h。倒置A2/O工艺装置由4个透明的有机玻璃柱通过橡胶软管串联而成,分别为缺氧池(∅20cm×100cm)、厌氧池(∅20cm×100cm)、好氧池(∅36cm×110cm)和沉淀池(∅20cm×90cm),有效容积分别为24、24、76和22L。在缺氧池和厌氧池顶部装有电动搅拌机,设定转速60r/min。好氧池的曝气装置是利用空气压缩机连接微孔管曝气。装置进水流量与UASB出水同步,为1L/h,系统总水力停留时间对应为124h。反应装置置于室温内(室温在20~25℃之间),调节反应过程pH为7.0~7.5(投加碳酸氢钠调节),缺氧池、厌氧池DO控制在0.1~0.5mg/L,好氧段DO为2~3mg/L。运行时,倒置A2/O工艺硝化液回流比设定为300%,污泥回流比为50%。1.1.2试验流程猪场原水经采集搅拌均匀后存放于收集桶中,使用前用滤网过滤以去除体积较大的杂物。然后置于蓄水池中静置沉淀,去除废水中的砂砾、部分大颗粒杂质以及小颗粒悬浮有机物,再通过计量泵将污水抽到UASB内进行厌氧发酵,产生的沼气、污泥和出水在三相分离器中分离,气体通过收集装置回收,出水(厌氧消化液)在自身重力下径直流入倒置A2/O处理单元。与此同时,曝气池的硝化液及沉淀池回流污泥通过回流装置同步回流到缺氧池。缺氧池出水流进厌氧池,厌氧池出水再进入曝气池,最终在沉淀池完成泥水分离。1.2试验用水试验所用猪场原水取自南京老山某小型养猪场(养殖规模约1000头),水质浑浊有异物,并伴随明显异味。原水经过滤、沉淀等预处理后的废水水质如表1所示。为了防止水质变性转化,将预处理后猪场废水保存在5℃的冷藏箱内备用。1.3污泥驯化及运行过程1.3.1UASB反应装置UASB接种的厌氧污泥是由无锡太湖污水处理厂二沉池剩余污泥和养猪场集水池的底泥按3∶1的体积混合而成,启动时根据有机负荷逐渐提高的原则,沈阳,等UASB联合倒置A2/O工艺处理猪场废水研究171第42卷经过2周的接种驯化和近3个月的负荷提升,反应器内部大部分污泥已由絮状转变成颗粒状,颜色为棕黑色,粒径集中分布在0.5~2mm。从启动到正常运行共用时100d,分为3个时期,接种驯化期(1~15d)、负荷提升期(16~80d)和稳定运行期(81~100d)。反应器经过启动运行后具备良好的抗冲击负荷能力,并且逐渐适应了处理猪场废水的环境。1.3.2倒置A2/O反应装置倒置A2/O反应装置的启动与运行和UASB同步进行,接种污泥取自无锡太湖污水处理厂曝气池经浓缩的活性污泥,接种污泥菌胶团密实,沉淀性能良好。启动前期加入稀释的猪场废水焖曝使活性污泥进入活性恢复期(1~7d),而后投加厌氧消化液进行间歇培养(8~60d),在此过程定期测定各单元污泥的MLSS、MLVSS和进出水COD、氨氮、TN、TP等水质指标。当污泥培养成一定絮体并且对污染物有较大去除率时,表示污泥培养完成。最后将反应器各部分首尾相连进入连续运行阶段(81~100d),在连续运行过程中,倒置A2/O反应装置进水即为UASB出水。1.4主要检测指标和方法试验测定项目及方法见表2,以下方法均参考《水和废水监测分析方法》(第四版)。检测项目温度pHDOMLVSS/MLSS测定方法温度计便携式pH计便携式DO测定仪重量法检测项目TPCOD氨氮TN测定方法钼酸铵分光光度法重铬酸钾分光光度法纳氏试剂分光光度法碱性过硫酸钾紫外分光光度法表2测定项目与方法Table2Measurementitemsandmethods2结果与讨论2.1UASB联合倒置A2/O工艺对猪场废水中COD的去除效果反应器的启动实质上是微生物逐渐适应新的环境,并伴随着微生物群落和污泥形态的变化而建立新的生态系统的过程,随着进水负荷的提升,反应器表现出一定的抗负荷缓冲能力[6]。UASB经过驯化和负荷提升期后最终容积负荷达到2.4kgCOD/(m3·d),随后,进入正式运行阶段,试验稳定运行的最后10天(91~100d)UASB处理单元进、出水COD随时间变化情况如图2所示。由图2可见
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