两相厌氧与短程硝化反硝化联合工艺处理猪场废水的研究

摘要

猪场废水具高有机物浓度、高悬浮物浓度、高氨氮浓度等特点，目前控制猪场废水污染方法主要以厌氧+好氧生物处理为主，辅助物化法、自然处理方法。本研究拟提出两相厌氧消化+短程硝化反硝化联合工艺对猪场废水进行试验研究，探索其处理猪场废水可行性和运行效果。主要结论如下：
　　 1、采用自行设计的一体化两相厌氧反应器处理猪场废水。在37℃条件下，通过交替增加进水COD浓度和缩短水力停留时间提高系统的容积负荷，采用动力学控制与pH调节相结合的方法进行分相。经过68天的运行，成功启动了两相厌氧反应器。
　　 2、在两相厌氧反应器正常运行的情况下，系统的容积负荷（VLR）可达8.84 kgCOD/（m3·d），水力停留时间（HRT）为20.95 h，产酸相的COD去除率基本维持在20％～30％，系统COD去除率稳定在80％以上。其中产酸相的VLR和HRT分别为31.11 kg COD/（m3·d）和5.95 h，产甲烷相的VLR和HRT分别为9.39 kg COD/（m3·d）和15 h。出水SS均在400 mg/L以下，去除率最高可达92.8％，沼气的容积产气率达到2.57 m3/（m3·d）。
　　 3、猪场废水厌氧消化液直接进行好氧后处理的脱氮效果很差，向厌氧消化液中添加原水后可明显改善处理效果，实验表明，较适宜的原水添加比例为40％，添加原水后，厌氧消化液的COD/TN由1.46提高到5.45， COD去除率达到82％～87％，氨氮去除率达到95％以上。
　　 4、实验结果证明通过控制溶氧浓度可以实现猪场废水厌氧消化液的短程硝化。高溶氧浓度条件下的脱氮效果好，但不利于亚硝酸盐的积累。低溶解氧浓度下的亚硝酸盐积累率较高，但不利于NH4+-N的去除。实验表明，将好氧池的溶解氧量控制在0.5～1mg/L较为适宜，在此条件下氨氮去除率介于80％～86％之间，总氮去除率在55％～60％之间，亚硝化率为80％～88％，既能保持较高的脱氮效率又可实现短程硝化。
　　 5、pH是控制猪场废水厌氧消化液实现短程硝化的又一重要参数。当好氧池pH值在6.5～9.0范围内升高时，系统氨氮的去除率先升后降；在较高的pH条件下可以实现亚硝酸盐的累积。实验结果显示，将pH控制在8.0～8.5范围内最为适宜，此时不但可以获得较高的亚硝酸盐积累率（85％～93％），而且系统的脱氮效果很好，氨氮去除率达到83％～91％。
　　 6、总氮的去除率随回流比的提高而提高，回流比过小反硝化作用不完全，过大又会使活性污泥的缺氧、好氧环境交替过于频繁，从而不利于硝化菌和反硝化菌各自活性的发挥，还会增加动力消耗。实验结果显示猪场废水厌氧消化液后处理的回流比R取3较为适宜，此时总氮的去除率达到62％～66％。
　　 7、研究得出猪场废水好氧后处理的最佳工艺参数为：厌氧消化液中的原水添加比例40％，好氧池DO=0.5～1mg/L，好氧池pH 8.0～8.5，内循环回流比R=3。在该运行条件下，系统氨氮和总氮去除率分别可达86～91％和62％～67％，亚硝氮的积累率在87％左右；出水水质达到了《禽畜养殖业污染物排放标准》的规定，而且实现了短程硝化。
　　 8、研究结果表明本文提出的两相厌氧与短程硝化反硝化工艺处理猪场废水具有可行性和实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1 猪场废水处理技术研究现状

1.1.1 猪场废水的产生与危害性

1.1.2 猪场废水处理技术

1.2 两相厌氧工艺的研究现状

1.2.1 厌氧发酵的基本过程

1.2.2 两相厌氧工艺的提出

1.2.3 两相厌氧系统的特点

1.2.4. 两相厌氧工艺在水处理领域的应用实例

1.3 生物脱氮原理与新型生物脱氮工艺

1.3.1 传统生物脱氮机理

1.3.2 传统生物脱氮工艺处理高氮低碳废水时存在的问题

1.3.3 同时硝化反硝化工艺

1.3.4 厌氧氨氧化工艺

1.3.5 短程硝化反硝化工艺

1.4 研究的目的和意义

1.5 研究内容

第二章 试验设计、材料和方法

2.1 工艺流程

2.2 厌氧处理阶段试验装置

2.3 好氧处理阶段试验装置

2.3.1 试验工艺简介

2.3.2 试验装置

2.4 试验设备

2.5 试验用水

2.6 试验分析方法

2.7 其他工艺参数

第三章 两相厌氧工艺的启动和运行效果研究

3.1 两相厌氧工艺的启动

3.1.1 启动方式的确定

3.1.2 启动前期准备

3.1.3 污泥接种

3.1.4 两相厌氧反应器的相分离

3.2 两相厌氧工艺的启动运行效果

3.2.1 COD去除效果

3.2.2 容积负荷与COD去除率的关系

3.2.3 各相中挥发性脂肪酸的变化

3.2.4 pH值的变化特征

3.2.5 SS的去除效果

3.2.6 产气率的变化过程

3.3 本章小结

第四章 厌氧消化液的短程硝化后处理研究

4.1 污泥驯化及试验装置的启动

4.1.1 活性污泥培养驯化方案确定

4.1.2 启动阶段试验用水

4.1.3 启动阶段主要运行参数

4.1.4 启动运行结果及分析

4.1.5 启动过程中污泥特征的观察

4.2 工艺优化及短程消化反硝化的影响因素研究

4.2.1 配水比例的影响

4.2.2 溶解氧的影响

4.2.3 pH的影响

4.2.4 内循环回流比的影响

4.2.5 优化后的工艺运行效果

4.3 本章小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢