同时产甲烷反硝化—短程硝化反硝化组合工艺处理畜禽废水的研究

摘要

畜禽废水已成为与工业废水、生活污水相并列的三大水污染源之一，对大气、水体和土壤均有危害，但同时也蕴含丰富的资源，具有很高的回收利用价值，处理得当可以获取其中的有效资源。畜禽废水水质呈“三高”即：高氨氮浓度、高有机物浓度、高悬浮物浓度。直接或未经适当处理排放水体，对坏境造成巨大的危害。尤其是其中的氮素污染已经成为我国水污染的主要问题，因此必须经过合适的处理后才能排放。
　　综合对比国内外畜禽废水处理工程采用的相关处理技术，发现现行的工艺大多数仅针对的是COD和NH4+-N，处理过程中NH4+-N转化为NOx--N，氮素并未得到有效去除，仍会对水体造成潜在的危害。本研究提出并设计CSTR产甲烷反硝化—MSBR短程硝化反硝化组合工艺，然后在中试规模上现场处理畜禽废水，研究重点考察了组合工艺对各种污染物质的去除情况；分析了各污染物质去除路径；并对CSTR、MSBR反应器的运行效能作出评估；最后，对整个运行过程的能耗作出评价。
　　通过控制曝气量为0.13m3/h，使MSBR反应器中的曝气池和SBR池溶解氧大部分时间处于0.7~1.2mg/L，实现短程硝化反硝化；然后将MSBR出水按一定比例回流至CSTR反应器与原水混合，实现产甲烷反硝化。通过一年的运行得出：
　　（1）在进水负荷变化较大的条件下，可稳定高效地去除污染物。稳定运行时，COD、NH4+-N、TN去除率分别达97.12％、95.13%、77.14%；系统出水COD保持在80mg/L以下，NH4+-N保持在15mg/L以下，TN保持在30mg/L以下。
　　（2）CSTR主要作用是去除COD，反硝化去除NOx--N，以及将有机氮转化为氨氮；CSTR对系统COD、TN、NH4+-N去除的贡献率分别为68.35%、27.66%、-33.42%。MSBR主要作用是去除TN、NH4+-N和进一步去除COD；MSBR对系统COD、TN、NH4+-N去除的贡献率分别为31.65%、72.34%、133.42%。
　　（3）系统最佳回流比为75%，在此回流比下，CSTR对NOx--N去除率接近100%，所产沼气中CH4含量为66.70%。在此回流比下，厌氧污泥的产甲烷活性较高。组合工艺宜在低回流比下运行，主要依托MSBR去除TN。
　　（4）短程硝化反硝化呈现明显的季节规律，高温的夏季，NAR（亚硝酸盐积累率）保持在65%以上，较稳定；低温的冬季，NAR在50%上下波动，波幅较大，且NAR的稳定性与TN去除率呈正相关。游离氨（FA）抑制和低溶解氧是实现短程硝化反硝化的关键因素。
　　（5）组合工艺对BOD5去除率达98%以上，对TP、油脂也有一定的去除能力。

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1 绪 论

1.1选题背景、目的及意义

1.2国内外畜禽废水处理工艺

1.3废水生物脱氮新工艺

1.4本研究的内容、方法、技术路线

2 畜禽废水的特性及现有处理技术分析

2.1畜禽废水特性

2.2现有工艺对污染物去除效果

3 新工艺的构思与技术分析

3.1新工艺的构思

3.2新工艺的技术论证

4 工艺设计

4.1工艺流程及排放标准

4.2各构筑物的设计

5 实验装置及测试指标

5.1试验装置

5.2测试指标及方法

6 工艺应用效果

6.1工艺对畜禽暂养及加工废水COD、TN、NH4+-N的去除

6.2 COD、TN、NH4+-N去除贡献分析

6.3 CSTR效能分析

6.4 MSBR效能分析

6.5 工艺对其它污染物质的去除

7 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献