分步进水序批式反应器处理猪场废水工艺研究

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1、摘要随着我国畜禽养殖规模不断扩大，削减规模化养殖场废弃物污染负荷已经成遏制农业面源污染的关键。碳氮比例失调是养殖废水生物处理的主要限制因子。分步进水序批式反应器(SFSBR)是一种依靠多步缺氧进水补充反硝化碳源的生物脱氮强化工艺。为促进sFsBR工艺在畜禽养殖场废水处理中的应用和发展，本研究围绕SFSBR生物脱氮问题，以猪场废水为处理对象，通过实验室模拟实验，从污染物变化、污泥性状和氧化还原电位(0RP)、pH、溶解氧(D0)过程控制参数三个方面探明曝气强度、进水负荷、进水碳氮比、进水分配对sF

2、sBR工艺特性的影响，确定SFSBR处理猪场废水生物脱氮最佳工艺参数，探明0RP、pH、DO动态变化特征，论证SFSBR内污泥颗粒化可行性。通过实验研究和理论分析，取得以下主要结果：有机污染物降解遵循一级反应关系时，去除有机物sFsBR工艺中有机物去除效率是反应时间和进水次数的函数，延长反应时间或增加进水次数有利于提高sFsBR有机物去除率：生物脱氮型sFsBR中各“非曝气～曝气”子循环发生完全反硝化一硝化时，降低最后一步进水体积分数(口)或增加换水量(P∥睁)有助于提高SFSBR生物脱氮效率。

3、泥龄相同条件下sFsBR所需反应器容积小于传统A／0型SBR工艺所需容积。进水负荷、曝气强度、进水体积比、进水碳氮比直接影响进水量递减型SFSBR处理猪场废水工艺特性。两步减量进水SFSBR中，提高有机负荷(进水碳氮比随机变化)sFSBR内生物脱氮过程受到抑制；提高曝气强度利于提高sFsBR曝气阶段硝化速率，缩短硝化时间，改善生物除磷效率；降低进水体积比(>1：1)SFsBR生物脱氮效率提高不显著，而生物除磷过程得到强化。三步减量进水sFsBR中，提高进水氮负荷(进水碳氮比固定)，反硝化及生物除

4、磷过程受到限制；提高sFsBR进水碳氮比有助于提高反应器内反硝化效率，强化生物除磷过程。sFsBR因过有机负荷硝化完全停止时和反硝化效率提高时，反应器内0RP和pH变化幅度发生特征性变化。sFSBR内污泥颗粒化具有可行性。以猪场废水为营养基质，在sFSBR内培养的颗粒污泥呈黄褐色，直径0．5～1．Omm，微生物菌相丰富。进水负荷和进水碳氮比主要影响颗粒污泥胞外多聚物(EcPs)分泌量及颗粒污泥结构，高进水负荷和高进水碳氮比条件下颗粒污泥ECPs增多，颗粒污泥结构致密。污泥微生物聚合酶链式反应-变

5、性梯度凝胶电泳(PcR—DGGE)检测结果表明，反应器内混合污泥微生物多样性随着进水碳氮比提高而增加。正交实验结果表明不同工艺参数对颗粒污泥型SFsBR(G．SFSBR)处理猪场废水脱氮效果和污泥性状影响效应不同：氮负荷对出水氮素浓度(氨氮、亚硝态氮与硝酸盐氮浓度总和)影响最大，曝气强度对氮净去除率(NNER)影响最大，进水碳氮比对污泥体积指数(sVI)及颗粒污泥质量分数哳

6、5m。)影响最大，但进水体积比(>l：1)对颗粒污泥质量分数(而5。)影响较小，对反应器生物脱氮效果影响不显著。G—SFs

7、BR处理猪场废水最佳工艺条件为进水碳氮比7．OmgCOD／mgNH4+-N，进水体积比3：1，进水氮负荷0．0269NH4+．NⅨgVSS·d)，曝气强度4．2L“m3·s)，在该实验条件下出水无机氮浓度最低、氮净去除率最高，分别为21m∥L和72％。污泥微生物PCR．DGGE检测结果表明，G．SFsBR污泥微生物种群结构稳定性较强，而脱氮参数优化对污泥微生物种群和丰度有影响，颗粒污泥及混合污泥微生物种群向优势化菌群方向发展。进水量递减型sFsBR系统内ORP、pH、Do变化与生物脱氮过程关联度

8、与进水分配相关。sFsBR进水氨氮浓度及硝化时间与曝气强度相匹配时，ORP“氮突破点”可以指示硝化结束，ORP“硝酸盐膝”指示内源代谢显著的反硝化结束。pH“氨谷”可指示硝化结束，但其灵敏性受氨氮初始浓度和硝化时间的限制。另外，非曝气阶段ORP下降幅度及完全硝化过程口H下降幅度均可作为sFSBR工艺进水分配的控制参数。sFsBR系统内硝化过程中ORP及pH变化速率可用于硝化速率估计。DO飙升指示硝化结束，可用于曝气过程控制。进水量递减型sFSBR处理猪场废水工艺中，生物除磷主要在第l“非曝气一曝

9、气”子循环内发生，后续“非曝气一曝气”子循环内生物除磷过程不明显，sFSBR生物除磷机制有待进一步研究。关键词：猪场废水，分步进水序批式反应器，生物脱氮，颗粒污泥ABSTRACTWiththeexpansionofliVestockindustⅨpollutioncontrolofaIlima】feedlotsbecomesakeyfactorforalleviatingthea鲥cultllralnon．pointsourcepollution．1heshortageofavailableca