畜禽养殖废水处理工艺 近年来, 畜禽养殖业趋于规模化发展, 其产生的废水对环境的影响日益突出。研究表明,2010 年我国畜禽养殖业所排放的化学需氧量(COD)、总氮(TN) 和总磷(TP) 分别占农业面源污染的95. 78% 、37. 89% 和56. 30% 。养殖废水具有排水量大、有机质浓度高和氮磷营养元素含量高等特征, 污水中常伴有消毒水、重金属、残留的兽药以及各种人畜共患病原体等污染物的特点, 处理难度大。如何高效快速处理畜禽养殖废水是近年来研究的重点之一。 厌氧折流板反应器( anaerobic baffled reactor,ABR) 是由美国斯坦福大学的MCCARTY 等 于80年初提出的一种高效厌氧反应器, 其在对高浓度有机废水和有毒难降解废水的处理中具有特殊的优势 ,譬如, 在处理畜禽养殖废水方面取得了较好的效果。对于ABR 反应器来说, 颗粒污泥是决定ABR 反应器高负荷处理能力的关键因素。ABR 启动的目的就是形成成熟的厌氧颗粒污泥, 这个过程一般需要2 ~ 8 个月 ,传统的ABR 启动方式一般有2 种:分别为固定进水基质浓度而逐步缩短HRT 的启动方式和固定HRT 而逐步增大进水基质浓度启动方式, 采用前一种方式启动的ABR 在COD 去除率、运行稳定性和污泥流失量等方面均优于后一种方式 。姜潇研究ABR 时采用第二种启动方式, 接种污泥取自北京某污水处理厂的中温消化池污泥和少量的厌氧颗粒污泥, 由于在操作的过程中遇到意外情况时均保持原来的操作条件, 从而导致启动时间延长到300 d;李文昊采用接种未驯化的非颗粒污泥, 逐步提高进水负荷和降低HRT 相结合的方式, 并投加颗粒活性炭加速颗粒污泥形成, 控制反应温度在35 ℃ ,最终有机容积负荷达到8. 00 kg COD²(m3 ²d) - 1 条件下,ABR 启动时间为70 d。针对反应器的启动时间过长的问题, 国内外学者已经通过采用一些强化措施促进UASB 中污泥颗粒化过程, 加速反应器的启动, 相应的技术方法包括: 添加多价阳离子( Ca2 + 、Mg2 + 、Al3 + 和Fe2 + )、天然高分子物质(甲壳素、竹炭颗粒以及各种植物提取物) 、人工合成高分子物质( 阳离子高分子AA 180 H 等) 、有机-无机杂化高分子物质和惰性材料( 聚乙烯醇凝胶球、聚乙烯块) , 使用零价铁床等。研究表明, 这些强化技术均在各自的优化条件下大多缩短了颗粒污泥的适应和生长时间, 但并不一定能够提高反应器的COD 去除效果 。
上述强化技术主要应用在UASB 的启动中, 但针对ABR 加速启动的系统研究较少。本文拟借鉴UASB 的加速启动方式, 即采用接种成熟颗粒污泥的方法进行ABR 的加速启动, 探讨ABR 处理模拟畜禽养殖废水的启动过程以及合适的操作条件。
1 实验部分
1. 1 实验装置
反应器的长³ 宽³ 高= 550 mm ³ 102 mm ³ 255mm,超高35. 39 mm, 有效容积12. 32 L 。第1 格室(160 mm ³ 102 mm ³ 255 mm)的容积是2、3、4 和5格室(80 mm ³ 102 mm ³ 255 mm)的2 倍, 能更有效的去处悬浮物, 而第5 格室后加60°的倾角的沉降格室。
1. 2 实验用水及接种污泥
1. 2. 1 实验用水
实验所用进水为人工配制的模拟畜禽养殖废水,COD ∶ N = (10 ~ 25) ∶ 1,以葡萄糖为碳源, 氯化铵Mg 、K 以及Al 、Co 、Fe 、Cu 、Mo 、Ni 、Zn 等微量元素 以保证污泥的正常生长, 本实验所用试剂均为分析纯。
1. 2. 2 接种污泥
ABR 各格室的接种污泥为UASB 反应器的厌氧颗粒污泥, 接种体积占ABR 各格室体积的1 /3 左右。该接种污泥呈椭圆球状, 表面光滑, 表1 给出了其基本性质。可见, 这些厌氧颗粒污泥中位直径为0. 89 mm,结构较为密实。
表1 接种污泥的基本性质
1. 3 实验方法
对接种厌氧颗粒污泥后的ABR, 采用逐步升高负荷的方式进行启动。在启动过程中, 固定停留时间为24 h, 调节进水碱度, 反应器温度在20 ~ 35 ℃ 之间, 当出水COD 去除率达到60% 以上时, 再稳定运行5 ~ 7 d,确保出水中VFA 和pH 分别在0 ~ 0. 2 和6. 8 ~ 7. 5 之间, 然后逐步提高有机负荷30% 左右, 继续上述启动过程; 当进水有机负荷为5. 7,COD 去除率在80% 以上, 即可认为ABR 启动完成。在上述启动过程, 定期测定ABR 各格室和进出水的相关指标。COD 使用COD 快速测定仪进行测定(CTL-12,华通, 河北承德),VFA 采用气相色谱法(SP3420A,北分瑞利) 测定,DO 使用溶解氧电极进行测定(DO-958-S,China)。混合液悬浮固体浓度(MLSS)、挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)、污泥沉降比(SV)和污泥体积指数(SVI)参照标准方法测定。污泥的粒度使用激光粒度仪测定。反应器启动成功后, 测定污泥微生物群落结构