畜禽养殖场沼液的微电解—电极—SBBR处理工艺研究

摘要

随着我国的畜禽养殖业逐步走向规模化、集约化，大中型沼气工程也随之得到迅猛发展，畜禽养殖场沼气工程在利用废物产生清洁能源的同时形成了大量的成分复杂，浓度高的沼液，这已成为大中型沼气工程发展的制约因素。目前对于沼液处理尽管可以采用还田处理或者是资源化利用的方式，但是这两种消纳方式受到多种条件的制约，尤其受到我国地少人多等实际条件的限制，因此工艺性工程化处理畜禽养殖场沼气工程所产生的大量沼液仍是必然的选择。
　　鉴于沼液高氮磷、低C/N比的特点，考虑通过物化的预处理方法，改变其溶液的理化性质，去除或降解难降解的有机物，强化后续的生化处理，使排放废水能够达到《畜禽养殖行业污染物排放标准》(GB18586-2001)规定的要求。开展沼液处理工艺研究，考察铁炭微电解、电解物化处理单元的可行性，考察SBBR及电极-SBBR工艺生化处理单元的可行性，研究“三级微电解-电解”物化处理沼液组合工艺的可行性及处理效能，进行微电解-电极-SBBR组合工艺的处理效能试验研究。
　　1、铁炭微电解试验
　　铁炭微电解试验选择曝气量、初始pH值、铁炭体积比(Fe/C)和水力停留时间（HRT）作为试验影响因素，经单因素试验结果推荐反应条件分别为:15.0mL/min·L沼液（曝气量）、4～5（初始pH值）、1∶1(Fe/C)，2.5h(HRT)，其COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别为37.22％～44.74％、18.47％～30.42％、20.32％～40.75％、66.01％～87.56％。正交试验表明，各因素对COD去除率的影响程度大小为HRT＞曝气量＞pH值＞Fe/C，对NH4+-N去除率的影响程度大小为Fe/C＞HRT＞pH值＞曝气量，对TP去除率的影响程度大小为曝气量＞HRT＞pH值＞Fe/C。通过综合平衡分析后，铁炭微电解的推荐工作条件是曝气量为15.0L/min·L，初始pH值为4，Fe/C为2∶1，HRT为2.5h。微电解的多级串联试验表明，3级反应的去除效果最为合理。通过平行试验证明了微电解处理效果的稳定性。
　　填料的扫描电镜发现，用水冲洗过的反应后的填料可以恢复其活性;沉淀物的XRD图谱分析，证实了磷是以FePO4的形式去除的。
　　2、电解试验
　　电解试验选择极电压、反应时间、初始pH值、极板间距作为试验的影响因素，试验结果表明，在10V（极电压）、3.0h（反应时间）、5.0(pH值)和20mm（极板间距）的条件下，其去除效果最好，COD、NH4+-N和TP的去除率分别为:30.77％～59.00％、6.34％～10.66％和22.91％～44.04％，在此推荐反应条件下，通过变换极板的电极、三维电极、曝气和增加极板数等方式来改变反应的条件，试验结果表明，曝气对于COD、NH4+-N的影响最大，而增加极板数对TP的影响最大，因此最终选择增加曝气作为反应改变的条件。
　　3、SBBR及电极-SBBR试验
　　历时6周完成了对SBBR及电极-SBBR反应器活性污泥的挂膜驯化，结束时，软性填料上形成了1.2～1.5mm生物膜，镜检发现系统中累枝虫、轮虫等原生动物为优势微生物，且形成了较为密实的菌胶团。SBBR及电极-SBBR的比较试验结果表明，经过电极强化的SBBR工艺，对污染物的去除能力有大幅度的提高。最终依据试验结果，推荐7.0h作为反应的运行周期，其运行工况为:进水→厌氧(1.0h)→曝气（4.0、通电）→缺氧/厌氧（2.0h、通电）→出水→闲置。
　　按照确定的运行工况，选择极电压、DO质量浓度、填料密度作为运行的影响因素，试验结果表明，在15V、4～5mg/L和30％的反应条件下，其COD、氨氮和TP的去除率分别为61.57％～69.81％、84.38％～90.69％和54.80～65.26％。在推荐的工艺条件下，运行电极-SBBR工艺稳定运行的30d内，COD和NH4+-N的去除效果较好，其去除率分别维持在70％和80％以上，出水较为稳定，基本都能够达到《畜禽养殖行业污染物排放标准》规定的要求，并且都有一定的抗冲击负荷的能力;对TP的处理效果也较为稳定，但去除效果不理想，平均出水浓度为8.86mg/L，超过了8.00mg/L的限值要求，因此还需进行强化处理。
　　4、工艺组合试验
　　在微电解、电解处理工艺的基础上，进一步开展了“微电解-电解”物化处理组合工艺的试验研究。该工艺对COD、BOD5、氨氮、TP和SS都有明显的去除效果，BOD5/COD由进水的0.19提高到0.53～0.57，显著的提高了出水的可生化性，出水TP(3.95～7.17mg/L)能够达到GB18586-2001的标准要求，其余与标准之间还存在较大差距。微电解与电解的对比试验表明，按照各自推荐的反应条件，在相同的时间内，微电解的处理效果优于电解，尤其是NH4+-N、TP和SS的去除效果差异性较大，因此选择铁炭微电解作为沼液的预处理方法。
　　在此基础上，进行了“三级微电解-电极-SBBR”工艺的组合的试验研究，在COD、氨氮、TP和SS的进水浓度分别为4400.00～6660.00、804.43～1675.95、89.87～175.41和5724～11462mg/L，进水pH值4.3～5.1的情况下，经过运行可知，前8天，各指标的出水浓度分别为231.00～396.00、56.55～79.39、5.82～7.84和89.20～177.30mg/L之间，达到了GB18586-2001规定的400.00、80.00、8.00和200.00mg/L的指标要求。因此将8d作为一个运行周期，用自来水通过反冲洗的方式去除吸附在铁炭填料表面的物质，使铁炭填料活化，然后再继续进行处理。
　　本文在单工艺基础上，构建“微电解-电极-SBBR”耦合新工艺处理沼液废水，处理效果较好，出水水质能够达到《畜禽养殖行业污染物排放标准》(GB18586-2001)规定的要求，且稳定性较好。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 沼液的来源与特性

1．1．1 沼液的来源

1．1．2 沼液的特性

1．2 沼液处理现状及进展

1．2．1 沼液的资源性利用

1．2．2 沼液的工艺性净化处理

1．3 铁炭微电解在废水中的应用

1．4 电解在废水中的应用

1．5 电极-生物强化技术在废水中的应用

1．5．1 基本原理

1．5．2 发展及应用研究

1．6 SBBR工艺在废水中的应用

1．7 技术问题的提出

第2章 引言

2．1 研究的目的意义

2．2 研究内容

2．2．1 铁炭微电解预处理试验

2．2．2 电解预处理试验

2．2．3 SBBR及电极-SBBR处理试验

2．2．4 组合工艺处理试验

2．3 技术路线

第3章 微电解对畜禽养殖场沼液的预处理

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 试验设计

3．1．3 试验方法

3．1．4 监测指标及方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 单因素分析

3．2．2 多因素分析

3．2．3 稳定性分析

3．2．4 微电解串联级数分析

3．2．5 讨论

3．3 本章小结

第4章 电解对畜禽养殖场沼液的预处理

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 试验设计

4．1．3 试验方法

4．1．4 监测指标及方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 极电压及反应时间对处理效果的影响

4．2．2 沼液初始pH值对处理效果的影响

4．2．3 极板间距对处理效果的影响

4．2．4 不同的反应条件对处理效果的影响

4．2．5 电解污染物去除机理及动力学特征探讨

4．3 本章小结

第5章 电极-SBBR对畜禽养殖场沼液的处理

5．1 材料与方法

5．1．1 供试材料

5．1．2 试验装置

5．1．3 试验设计

5．1．4 试验方法

5．1．5 监测指标及方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 挂膜与驯化

5．2．2 工况确定

5．2．3 极电压的影响

5．2．4 DO的影响

5．2．5 填料密度的影响

5．2．6 电极-SBBR对沼液的处理效果

5．3 本章小结

第6章 组合工艺对畜禽养殖场沼液的处理

6．1 材料与方法

6．1．1 供试材料

6．1．2 试验装置

6．1．3 试验设计及方法

6．1．4 监测指标及方法

6．2 结果与讨论

6．2．1 微电解-电解工艺组合及比较

6．2．2 微电解-电极-SBBR工艺组合

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 论文创新点

7．3 研究展望

参考文献

致谢

发表论文及参加课题