常规SBR工艺对猪场沼液的处理性能研究

收稿日期:2011-10-17作者简介:方炳男(1964－)，男，高级农艺师，主要从事农村能源工作。常规SBR工艺对猪场沼液的处理性能研究方炳南1，顾欣欣2，朱亮3(1．义乌市农村能源办公室，义乌322000;2．浙江省天正工程设计有限公司，杭州310012;3．浙江大学，杭州310012)摘要:猪场废水厌氧发酵后的沼液具有较高浓度的腐殖酸等难降解有机物，虽然其有机物浓度明显下降，但在后续好氧处理中更难为微生物生长利用。本文采用常规的SBR工艺处理猪场养殖废水厌氧发酵产生的沼液，重点考察SBR工艺处理猪场沼液的可行性，以期为猪场废水资源化与达标处理探索出一条经济高效的厌氧发酵-兼氧/好氧处理工艺。关键词:SBR工艺;沼液;厌氧处理中图分类号:X703;S216．4文献标识码:B文章编号:1000－1166(2012)01－0027－04PerformanceofSBRProcessTreatingBiogasSlurry/FANGBing-nan1，GUXin-xin2，ZHULiang3/(1．YiwuCityofficeofRuralEnergy，Yiwu322000，China;2．ZhejiangTIANZHENGEngineeringDesignCo，Hangzhou310012，China;3．ZhejiangUniversity，Hangzhou310012，China)Abstract:Thebiogasslurryfromanaerobictreatmentofpigfarmwastewaterstillhasahighconcentrationofhumicacidandotherrefractoryorganics．Itismoretoughfortheaerobicbacteriainthepostprocessingthoughtheorganicmattercon-centrationdecreasedsignificantly．Inthispaper，theanaerobicfermentationslurryfrompigfarmwastewatertreatmentsys-temwastreatedbySBRprocess．EphasiswereputonthefeasibilityofSBRprocesstreatinganaerobicfermentationslurry，soastofindaneffectiveandeconomicwayforstandardtreatmentandrecyeleofpigfarmwastewater，Keywords:SBRprocess;biogasslurry;anaerobictreatment猪场废水经过厌氧发酵处理后，废水大部分有机质得以产沼气实现资源化，但出水污染物浓度仍然较高，远远不能满足要求相关的污水排放标准，必须经进一步后处理后方可达标排放。序批式活性污泥法(SBR，SequenceBatchReactor)工艺已在多种废水的处理中得到了广泛应用，笔者拟采用常规的SBR工艺处理猪场养殖废水厌氧发酵产生的沼液，重点考察SBR工艺处理猪场沼液的可行性，以期为猪场废水资源化与达标处理探索出一条经济高效的厌氧发酵-兼氧/好氧处理工艺。1材料方法1．1试验装置与基本操作方式试验采用的SBR装置示意见图1。反应器为有机玻璃制成的圆柱体，直径10cm，高80cm，有效容积5L。系统由曝气机、金刚砂曝气头曝气，整个系统的曝气、进水、排水均由时间控制器自动控制，排泥为人工虹吸抽排。1．2接种污泥反应器接种污泥取自实验室培养的具有脱氮性能的好氧污泥以及某猪场兼氧池污泥各2L(占反应器体积40%)，接种污泥MLSS约为5g·L－1，MLVSS/MLSS约70%，SVI约120mL·g－1。接种前，先模拟有机废水在COD负荷1．2kg·m－3d－1条件下连续曝气24h进行活化。图1SBR处理猪场沼液试验装置示意图72中国沼气ChinaBiogas2012，30(1)1．3进水基质反应器进水以某规模化养猪场沼液以及实验室配制的模拟废水为主，根据反应器运行性能逐步提升进水COD负荷和原水比例，期间COD∶N比值维持在5～10∶1范围内。猪场沼液取自浙江省内某规模化养猪场，每半个月取一次样，取回的废水先沉淀6～12h后用于试验研究。沉淀后废水的COD，BOD5，氨氮和TN分别为:1500～4000mg·L－1，300～800mg·L－1，200～600mg·L－1和200～800mg·L－1。此外，实验过程添加部分无机元素和微量元素。1．4反应器主要运行参数SBR在恒温(25±2)℃条件下运行。反应器由曝气机、金刚砂曝气头布气，由PLC系统控制进水(兼氧)/曝气/沉降/排水交替时间，试验开始时按每天2个周期运行，反应器体积交换率60%，具体运行参数为:进水1h，厌氧2h，曝气4h，兼氧3h，沉淀1h，滗水1h;排泥为人工虹吸抽排。运行过程定期监测好氧污泥形态，进出水COD，氨氮，总氮(TN)浓度，SVI，MLSS等指标，以此分析判断反应器运行状况并采取相应的参数调控措施，以期SBR工艺处理猪场沼液过程稳定运行。1．4分析项目与测试方法COD，MLVSS/MLSS，SV，SVI，含水率等均按标准方法测定(APHA，1998);pH值采用METTLERTOLEDO320酸度计测量;DO值采用YSIMODEL52溶解氧仪测量;氨氮采用纳氏试剂光度法测量;NO－2-N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法测量;NO－3-N采用酚二磺酸光度法测量;污泥形态镜检在德国Leica研究显微镜(DMLB+QCOLite)上进行。2结果与分析2．1SBR对猪场沼液的COD去除性能采用SBR工艺处理猪场废水厌氧发酵后的沼液，系统运行过程中产生大量的泡沫，污泥沉降性能普遍较差，沉淀过程上清液较浑浊，色度偏黄。SBR工艺对猪场沼液的COD去除情况见图2。由上图可知，系统在进水COD浓度600mg·L－1条件下启动，运行一周后逐步提升至1000mg·L－1，运行近一个月后COD去除率维持在40%～60%，出水COD在400～600mg·L－1之间。随着系统进水图2SBR工艺对猪场沼液的COD去除情况COD逐步提升至1200mg·L－1，出水COD逐渐增加至1000mg·L－1以上，并有继续增加的趋势;至试验后期，系统COD去除率降至20%以下，污泥沉降性能明显下降，发生较为严重的污泥膨胀现象，整个系统的运行性能恶化。2．2SBR对猪场沼液的氨氮去除性能SBR工艺对沼液的氨氮去除情况见图3。图3SBR工艺对猪场沼液的氨氮去除情况从图3可知，常规SBR工艺处理猪场废水厌氧发酵后的沼液时，系统的氨氮去除效果要明显优于COD，其去除率基本维持在70%以上，最高可达90%。但在反应器连续运行一个月后，尽管进水氨氮浓度相对比较稳定，但其去除率呈下降趋势，出水氨氮浓度则持续上升。到试验后期，系统的氨氮去除率降至60%左右，出水氨氮浓度则达到200mg·L－1左右。2．3SBR工艺处理猪场沼液过程的三氮变化针对SBR工艺处理猪场废水厌氧发酵后的沼液效果差的问题，本文对整个系统跟踪监测了个运行周期内的NH+4-N，NO－2-N，NO－3-N变化情况，具体见图4。82中国沼气ChinaBiogas2012，30(1)图4SBR工艺处理猪场沼液过程周期内的三氮变化由图4可知，在第一个曝气阶段(0～3小时)，随着体系中氨氮的逐步硝化，NO－2-N，NO－3-N浓度逐渐增加，同时pH快速降至6．0以下;在此后的3～9h曝气阶段，体系氨氮浓度继续下降，但速度明显减弱，而NO－3-N上升幅度也较小，表明此时系统的硝化反应受到了一定的抑制;至SBR系统曝气结束，体系的pH值降至5．5以下。根据Hultmon(1971)提出的pH与亚硝化细菌比增长速率的关系式，降解有机物的异氧细菌其生长最适pH范围为6．5～7．5;当体系pH值降至6以下时，其硝化过程会受到严重抑制，采用常规SBR工艺处理猪场沼液，反应过程中发生的pH值降低问题易对系统污染物去除性能以及污泥的沉降性能等造成较大的影响。2．4碱度对SBR工艺处理猪场沼液的影响鉴于前期猪场沼液SBR工艺处理效果差可能是由于硝化过程体系pH降低所引起，笔者采取了传统的解决方法，即投加碱度(1．2g·L－1NaOH)，以期提高SBR工艺的运行性能。通过连续近2个月的试验，有关结果见图5。图5加碱对SBR工艺处理猪场沼液的影响由图5可知，采取加碱措施后，曝气结束时体系pH基本能维持在7．0左右。由于反应体系pH提高，氨氮去除率最终达98%以上，出水浓度小于10mg·L－1。同时，COD去除率略有提升，达60%左92中国沼气ChinaBiogas2012，30(1)右，出水COD浓度在400mg·L－1～500mg·L－1。另外，NO－3-N仍然累积很高，约400mg·L－1，说明硝化作用仍然不明显，加碱对常规SBR工艺处理猪场沼液的TN去除效果不明显。3结论(1)直接采用常规SBR工艺处理猪场废水厌氧发酵后的沼液，系统污染物的去除效果较差，COD去除率仅20%左右，出水COD高达1000mg·L－1左右;系统氨氮去除率虽然仍能维持在60%左右，但出水浓度高达200mg·L－1以上。分析主要原因认为，硝化过程消耗碱度导致体系pH降至6．0以下，严重抑制了功能微生物的活性。(2)通过加碱提高体系的pH值，对系统氨氮去除的改善效果较明显，出水氨氮浓度降至10mg·L－1以下。但对COD和TN去除的改善效果不佳，出水浓度仍分别在500mg·L－1和400mg·L－1左右。(3)常规SBR好氧工艺直接应用于猪场废水厌氧发酵后的沼液处理，其效果不理想，需对其工艺路线进行创新调整。参考文献:［1］AndreadakisAD．Anaerobicdigestionofpiggerywaste［J］．WatSciTech．，1992，25(1):9－16．［2］BoopathyR．Biologicaltreatmentofswinewasteusingan-aerobicbaffledreactors［J］．BioresourceTechnology，1998，64:1－6．［3］BortoneG，MalaspinaF，StanteL，etal．Biologicalni-trogenandphosphorusremovalinananaerobic/anoxicse-quencingbatchreactorwithseparatedbiofilmnitrification［J］．WaterSciandTechnol，1994，30(6):303－313．［4］ChengJY，Liub．Nitrification/denitrificationininter-mittentaerationprocessforswinewastewatertreatment［J］．JournalofEnvironmentalEngineering，2001，127(8):705－711．［5］EdgertonBD，McNevinD，WongCH，etal．StrategiesfordealingwithpiggeryeffluentinAustralia:thesequen-cingbatchreatorasasolution［J］．WatSciTech，1999，41(1)，123－126．［6］FernandesL，MckyesE，WarithM，etal．Treatmentofliquidswinemanureinthesequencingbatchreactorun-deraerobicandanoxiccondition［J］．CanAgriEngng，1991，33:373－379．［7］HondaA，ItoH，KawakitaT．Treatmentofthewastewaterfromanim