水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的水解酸化預(yù)處理

近年來(lái)，規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖造成的糞便污染已成為農(nóng)村環(huán)境治理的一大難題。由于畜禽養(yǎng)殖成本高、利潤(rùn)低，難以承受畜禽廢水處理過(guò)程的高成本。因此，前期建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行管理費(fèi)用低，高效低能耗的處理工藝越來(lái)越受到重視。在生物處理過(guò)程中，畜禽廢水中高濃度的磷和氮對(duì)微生物的生存是有毒的，pH的波動(dòng)也抑制了微生物的活性，成為目前畜禽廢水生物處理不成功的重要因素。水解酸化預(yù)處理+A2O/工藝不僅可以調(diào)節(jié)廢水的pH值，去除廢水中的磷和氮，還可以減少土地使用，降低成本和運(yùn)行費(fèi)用，為水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的生物處理提供理論依據(jù)和價(jià)值參考。

1.材料和方法

1.1接種污泥

酸化池接種污泥取自贛州定南縣生活污水處理廠。

1.2水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行“水解酸化+A2O”試驗(yàn)。廢水的具體成分見(jiàn)表1。

1.3檢測(cè)方法

各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)使用的主要儀器和方法見(jiàn)表2。

2.結(jié)果和分析

2.1水解酸化池的快速啟動(dòng)

水解和酸化反應(yīng)在室溫下開(kāi)始。接種污泥回收沉淀2小時(shí)后，引入水解酸化池，污泥體積占反應(yīng)器體積的30%。實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)進(jìn)水方式，水力停留時(shí)間為12小時(shí)。微生物對(duì)廢水有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，所以進(jìn)水濃度是逐漸增加的。酸化池啟動(dòng)過(guò)程中的污泥濃度如圖1所示。

從圖1可以看出，水解酸化池中的污泥濃度在進(jìn)水的前幾天呈快速下降的趨勢(shì)，這是由于反應(yīng)器啟動(dòng)不穩(wěn)定，部分污泥隨出水流失，環(huán)境變化導(dǎo)致大量好氧微生物死亡。隨著兼性菌和厭氧菌的增殖，污泥濃度開(kāi)始緩慢上升，逐漸成為水解酸化池中的優(yōu)勢(shì)微生物，污泥濃度趨于穩(wěn)定。接下來(lái)的幾天，污泥濃度保持在7200mg/L左右，污泥呈灰褐色，啟動(dòng)完成。

揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是水解酸化的主要產(chǎn)物，進(jìn)出水中VFA的變化可以直接反映水解酸化的效果。從圖2可以看出，在啟動(dòng)初期，系統(tǒng)出水的VFA含量沒(méi)有明顯變化。隨著系統(tǒng)的逐漸穩(wěn)定，VFA濃度不斷增加，并很好地穩(wěn)定在某一水平。這是因?yàn)榧嫘晕⑸锖蛥捬跷⑸镏饾u成為優(yōu)勢(shì)菌群，活性增強(qiáng)。其主要代謝產(chǎn)物VFA的含量增加，表明該體系的水解酸化過(guò)程良好。

PH是反映水解酸化過(guò)程的重要指標(biāo)。從圖3可以看出，在啟動(dòng)初期，系統(tǒng)的pH值變化不大，進(jìn)出水pH值非常接近，保持在7.3 ~ 7.6。隨著系統(tǒng)的逐漸穩(wěn)定，兼性菌和厭氧菌的大量繁殖，其代謝產(chǎn)物VFA開(kāi)始積累，導(dǎo)致出水pH值穩(wěn)步下降，后來(lái)穩(wěn)定在6.5 ~ 6.7，系統(tǒng)成功啟動(dòng)。水解酸化微生物對(duì)pH的適應(yīng)性很強(qiáng)，在pH 3.5 ~ 10.0范圍內(nèi)均可反應(yīng)。當(dāng)然，pH對(duì)水解酸化微生物的生長(zhǎng)和繁殖仍有影響。研究表明，最適pH值為5.5 ~ 6.5。

啟動(dòng)過(guò)程中水解酸化池COD的變化如圖4所示。啟動(dòng)前幾天接種污泥無(wú)法適應(yīng)新的環(huán)境系統(tǒng)，進(jìn)出水COD無(wú)明顯變化。隨著好氧微生物的減少，兼性微生物和厭氧微生物的增加，系統(tǒng)中的有機(jī)污染物逐漸降解，出水COD逐漸低于進(jìn)水COD，COD去除率穩(wěn)步上升。隨著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，COD去除率趨于穩(wěn)定，后期水解酸化池COD去除率穩(wěn)定在27%左右，反應(yīng)器啟動(dòng)完成。

2.2水力停留時(shí)間對(duì)水解酸化效果的影響

水力停留時(shí)間是控制水解酸化過(guò)程的關(guān)鍵因素。為了保證后續(xù)工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，需要有效控制水力停留時(shí)間。雖然較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間可以增加菌群與有機(jī)物的接觸程度，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)并不能顯著提高污染物的去除效果。

從不同水力停留時(shí)間下水中COD去除率的變化(圖5)可以看出，當(dāng)水力停留時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，COD去除率為21% ~ 23%，當(dāng)水力停留時(shí)間增加到10小時(shí)時(shí)，COD去除率提高到26% ~ 29%。進(jìn)一步增加水力停留時(shí)間對(duì)COD的去除率無(wú)明顯影響，與8h相比去除率無(wú)顯著差異。水解酸化池主要通過(guò)污泥截留和大顆粒有機(jī)物沉淀去除COD。如果在一定范圍內(nèi)增加水力停留時(shí)間，菌群與有機(jī)物的接觸程度會(huì)增加，COD去除率也會(huì)增加。達(dá)到一定限度后，增加水力停留時(shí)間對(duì)COD去除率影響不大。

SS去除率隨不同水力停留時(shí)間的變化如圖6所示。水解酸化池SS去除率相當(dāng)穩(wěn)定，去除率維持在70% ~ 75%，不同水力停留時(shí)間對(duì)SS去除率無(wú)明顯影響。這是因?yàn)閰捬跷勰啾砻娣e大，吸附性強(qiáng)，對(duì)水中大部分懸浮物的吸附能力強(qiáng)，同時(shí)可以沉淀大顆粒有機(jī)物。

綜合考慮不同水力停留時(shí)間下COD和SS的去除情況，水解酸化池的最佳水力停留時(shí)間為10h。

2.3水解酸化池對(duì)營(yíng)養(yǎng)物去除的影響

酸化池對(duì)氨氮的去除如圖7所示，進(jìn)出水中氨氮濃度無(wú)明顯變化規(guī)律。這是因?yàn)樗馑峄鼗緵](méi)有硝化過(guò)程，只有一小部分反硝化存在，所以出水氨氮有時(shí)略低于進(jìn)水濃度。同時(shí)，由于微生物對(duì)有機(jī)氨的降解，形成少量氨氮，有時(shí)出水濃度略高于進(jìn)水濃度?？偟膩?lái)說(shuō)，水解酸化池對(duì)氨氮濃度影響不大，進(jìn)出水無(wú)明顯變化。

從圖8可以看出，水解酸化池對(duì)總磷的去除效果不大，但去除率較低。進(jìn)水總磷濃度為25 ~ 28 mg/L，出水總磷為23 ~ 26 mg/L，總磷去除率為4% ~ 6%。水解酸化池對(duì)總磷的去除主要是沉淀截留和微生物降解不溶性磷，去除率較低?？偭椎娜コQ于后續(xù)厭氧和好氧條件下的生物除磷。

2.4水解酸化+A2O組合工藝對(duì)廢水的處理效果

本實(shí)驗(yàn)中，水解酸化池和A2O反應(yīng)器在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)接通，其中水解酸化池的水力停留時(shí)間為10h，A2O反應(yīng)器的最佳控制參數(shù)為:回流污泥比為70%，混合液回流比為300%，好氧池溶解氧濃度為3 mg/L

水解酸化池可以提高廢水的可生化性。水解酸化是利用水解微生物和產(chǎn)酸微生物的共同作用，將廢水中的一部分大分子和不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子和易生物降解的有機(jī)物，有利于后續(xù)厭氧微生物對(duì)有機(jī)底物的快速有效吸收。COD和氨氮的去除效果如圖9所示。經(jīng)過(guò)水解酸化預(yù)處理后，系統(tǒng)的處理能力大大提高，COD和氨氮的平均去除率分別達(dá)到89.2%和77.4%。其中，COD出水平均濃度為284mg/L，氨氮平均濃度為59 mg/L

水解酸化過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸是影響生物除磷質(zhì)量的主要底物。在生物除磷過(guò)程中，進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸及其他轉(zhuǎn)化的揮發(fā)性脂肪酸含量能否滿足聚磷菌的合成要求，是控制聚磷菌釋磷和吸磷效果的關(guān)鍵點(diǎn)。生物除磷中磷的釋放和吸收是兩個(gè)密切相關(guān)的過(guò)程，聚磷菌更好地吸收磷的前提是在厭氧環(huán)境中充分釋放磷。增加進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸的含量可以提高磷釋放速率、磷釋放量和PHAs產(chǎn)量。厭氧釋磷量越高，厭氧段聚磷菌儲(chǔ)存的PHAs越多，相應(yīng)好氧段的聚磷量也越高，除磷效果越好。總磷的去除效果如圖10所示。經(jīng)過(guò)水解酸化預(yù)處理后，系統(tǒng)的除磷能力也大大提高。當(dāng)進(jìn)水總磷平均濃度為30.4mg/L時(shí)，總磷平均去除率為84.2%，出水平均濃度為4.8 mg/L

3.結(jié)論和討論

本實(shí)驗(yàn)在常溫下，水解酸化池接種好氧污泥，通過(guò)逐漸提高進(jìn)水濃度啟動(dòng)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，水解酸化池pH穩(wěn)定在6.5 ~ 6.7，COD去除率在27%左右，總磷去除率在4% ~ 6%，對(duì)氨氮去除無(wú)明顯影響。系統(tǒng)較好的水力停留時(shí)間為10小時(shí)。經(jīng)過(guò)水解酸化預(yù)處理后，A2O系統(tǒng)的性能得到了顯著提高。組合工藝對(duì)廢水中COD、氨氮和總磷的去除率分別為89.7%、77.3%和84.2%，出水可達(dá)到畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于復(fù)合A2O是整體設(shè)計(jì)，水解酸化預(yù)處理和A2O系統(tǒng)工藝同時(shí)進(jìn)行，這種廢水處理組合工藝不僅減少了土地使用，而且降低了制造成本和運(yùn)行成本，符合資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展要求，對(duì)大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的生物處理具有一定的理論參考價(jià)值。(來(lái)源:江西定南縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局、江西正和環(huán)保工程有限公司)

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