好氧厌氧组合处理养猪场养殖废水处理论文 36页

'好氧厌氧组合处理养猪场养殖废水处理毕业论文1前言我国畜牧养殖业发展突飞猛进，特别是规模化、集约化的商品养殖发展迅速，畜禽养殖规模和产值每年的递增速度超过10%[1]；按《农业部畜牧业“九五”及2010发展规划》，2010年畜牧业的产值及增加值还将以每年8%左右的速度增长。集约化、工厂化养殖场的建立，为产业结构调整、增加农民收入的重要途径，却忽视了污染防治工作。国家环保总局在全国23个省市进行的调查发现，全国90%的规模化畜禽养殖场未经过环境影响评价，60%的养殖场缺乏必要的污染防治措施[2]。据统计1999年全国畜禽粪便产生量约为19亿t，是工业废弃物的2.4倍。另一方面，由于集约化程度越来越高，导致养殖业与种植业的日益分离，从事养殖的弃耕，粪便不能直接有效地作为肥料利用。未经处理的畜禽粪便任意堆积，污水粪便随意排放，从而带来一系列的环境问题：如占用和污染农田、水体，产生恶臭和造成生物污染[3，4]。养殖场废水主要由尿液、饲料残渣、夹杂粪便及圈舍冲洗水组成，其中冲洗水及尿液占了绝大部分。养殖场废水具有总量大、收集难、污染物浓度高(微生物、悬浮物、有机物含量高)、危害性大等特点，任其排放将对地表水、地下水体造成污染，使养殖场附近水域和江河水质变质、发黑、发臭，严重影响人畜饮水安全[5]。规模化养猪场（和其他畜禽企业）废水除对周围环境地表水体的水质造成较为严重污染外，还会因为臭恶影响环境空气质量和周围居住的居民；因渗漏而污染地下水，并可能造成病菌的交叉感染，危害人畜健康，给农业生态环境带来不良影响。长期以来，我国把环境保护工作的重点放在城市和工业污染防治上，对农村环境污染，尤其是养殖废水污染重视不够，而且缺乏相应的防治措施和管理经验。据调查，广大农村大约有33%养殖户的养殖粪便直排环境（鱼塘、小河沟或农田），65%用贮存池贮存用于农业生产，多余的或贮存池溢出的也直排环境，仅有2%经沼气池进行无害化处理和资源化利用[6]。养殖废水处理的常用技术包括沼气池发酵处理技术、氧化塘（沟）处理技术、人工湿地净化技术、曝气处理技术等。其中氧化塘处理技术受自然条件的限制比较大，处理周期长，要有现成可利用的池塘才可用此项技术。曝气处理技术具有净化效果稳定可靠、除臭效果号等优点，但投资大，运行成本高，在养殖场废水处理中应慎重采用[7]。鉴于养猪场废水有机物浓度较高，直接采用好氧工艺能耗较高，而厌氧工艺具有运行费用低的优点，因此养猪场废水首先应经过厌氧工艺处理。但是单独采用36 厌氧工艺处理，出水的CODCr仍不能达标，后续需要经过好氧处理，即采用厌氧好氧相组合的工艺，在保证运行费用较低的同时，可以实现达标排放。另一方面，为了降低生物处理单元的负荷，应在生化处理前加混凝沉淀和脱氨预处理，一方面可通过混凝去除大部分悬浮物和部分难降解有机物，另一方面可提高pH值，脱除大部分NH3-N，从而使后续生化处理更节约能耗、更容易达标[8]。对于厌氧好氧组合工艺，有研究者进行了相关的研究。方俊华等[9]研究了厌氧-好氧生物滤池处理城市污水的性能特点，结果表明：厌氧-好氧生物滤池去除城市污水中的CODCr、SS和NH4+-N等具有较好的效果，当进水CODCr、SS和NH4+-N分别为23、112mg/L和56mg/L时，水力停留时间8h，曝气强度在0.5~0.6L/(m2·s)时，CODCr、SS和NH4+-N的去除率分别在90%、80%和75%以上。吴迪等[10]对自流式厌氧-3级好氧/缺氧生物膜工艺处理低碳氮比农村生活污水的效能进行了应用研究。装置的处理量为18m3/d，HRT为2.9d，厌氧段的水力负荷为0.514m3/(m3·d)，生物球装填率为15%；3级好氧/缺氧生物膜段的水力负荷为1.029m3/(m3·d)，YDT弹性填料的装填率依次为50%、40%和25%，采用跌水充氧。连续8个月的监测结果表明：该工艺对COD、BOD5、NH3－N、TN和TP的去除率分别为73.7%、76.5%、90.7%、59.6%和69.7%；出水COD、BOD5、NH3－N、TN、TP、SS的平均浓度分别在34、15、2、7.7、0.9、5.2mg/L以下，粪大肠菌群平均为5200个/L，可用于农业灌溉和观赏性景观河道用水。该工艺的3级好氧/缺氧生物膜段能够同步进行硝化与反硝化除磷，适合于低碳氮比农村生活污水的处理。目前关于厌氧好氧组合生物处理养猪场废水还没有大规模的工业应用，缺少相关的设计资料，因此本研究通过将污泥接种到厌氧好氧组合的反应器中，并加入经过沉降或混凝预处理养猪场养殖废水，通过接种污泥，进行挂膜试验和负荷试验运行阶段。根据不同的进出水浓度、不同水力停留时间进行试验，考察其去除污染物的效果，以期为实际工业应用提供参考。1材料和方法2.1实验材料2.1.1实验污水本试验所用的畜禽养殖废水来自天津市西青区辛口镇大型养猪场，其主要性状为水质浑浊并含有一定的杂质，颜色呈黑棕色并带有一定的臭味。本试验测试污水主要水质指标COD。其范围在3000mg/L左右。36 2.1.2实验装置本试验所用的实验装置是用有机玻璃制成（如图1所示），外形为长方体，规格为255mm×65mm×225mm，反应器包括三个独立的格室，每个格室都是一个小的反应器，在每个格室中装有填料，用于培养微生物。在反应器内装有废水，对微生物进行培养驯化，注入模拟养猪场废水，利用微生物对废水中的COD进行去除。各个格室根据试验要求（好氧或厌氧）进行曝气或密封。图1实验装置2.1.3其它仪器本试验所需的玻璃仪器包括：量筒；烧杯；玻璃棒；移液管；容量瓶；三角瓶。本试验所需设备及型号规格如表1所示。表1实验所需设备及型号规格仪器型号厂家36 电子天平JA3003A上海精天电子仪器有限公司微波闭式消解仪WXJ-Ⅲ型韶关市广智科技设备发展有限公司计量泵CONC型普罗名特流体控制（中国）有限公司电热恒温鼓风干燥器DHG-9140A型上海一恒科技有限公司2.2实验方法2.2.1生物膜的培养本实验中对生物膜的培养和驯化是在填料上进行的，所以首先将填料固定在反应器的每个小单元内，用尼龙绳拴绑使其均匀的垂直悬挂在每个小格内。然后在每个小格内加入曝气装置，以供微生物生长所需的氧气。本实验对微生物的培养驯化分为两个阶段。第一阶段是好氧条件下培养微生物，分别像两个小格内加入人工模拟养殖废水（人工养殖废水由蔗糖、氯化铵和磷酸二氢钾加自来水配制，使其C：N：P为100:5:1，再向其中加入100mL的养殖废水，使其COD保持在1000mg/L左右）采用间歇法培养微生物（计量泵不进水，但连续曝气），每24h换水一次，期间每天分析进出水COD，大约培养好氧挂膜一周结束。在第一阶段的好氧挂膜结束后，第二阶段反应器第一格停止曝气，满足厌氧条件，第二格继续曝气。采用间歇法培养厌氧微生物（计量泵不进水），加入人工养殖废水（浓度同上不变1000mg/L左右），每24h换水一次，期间每天分析进出水COD，大约培养好氧挂膜10d结束。2.2.2进水浓度的影响改变进水的COD的浓度分别为1000mg/L和2000mg/L左右，每天配水一次，每天分析进出水COD，取HRT为24h，每种浓度大约运行10天时间。2.2.3水力停留时间的影响考察水力停留时间对COD去除效果的影响。选择HRT分别为24h和36h，分别按照按不同HRT配水，按HRT分析的进出水COD。每种运行时间大约运行10天。2.2.4厌氧好氧组合运行用计量泵向反应器中加水，让模拟养殖废水先从厌氧反应器中下部流入从上不流出再从好氧反应器下部流出最终从好氧反应器上不流出。每天配水一次，每天分析进出水的COD。2.3实验试剂36 本试验所需试剂包括：磷酸二氢钠、氯化铵、浓硫酸、蔗糖、蒸馏水、硫酸亚铁、硫酸银、0.2mol/L重铬酸钾标准溶液、试亚铁灵指示剂、硫酸亚铁铵标准液等。其主要试剂配制方法如下：(1)重铬酸钾标准溶液：(1/6K2Cr2O7=0.2000mol/L)(消解液)：称取预先在120℃下烘干2小时的基准或优级纯重铬酸钾9.8060g溶于500mL水中，边搅拌边慢慢加入浓硫酸250mL，冷却后移入1000mL容量瓶中，稀释至刻度。该重铬酸钾溶液浓度为0.2000mol/L。(2)试亚铁灵指示液：称取1.458g邻菲罗啉C12H8N2·H2O,1,10-PHenanthnoline)，0.695g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶于水中，稀释至l00mL，贮于棕色瓶内。(3)硫酸亚铁铵标准溶液[(NH4)2Fe（SO4）2·6H2O≈0.042mol/L]：称取16.6g硫酸亚铁铵溶于500mL水中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。(4)硫酸-硫酸银催化剂：于1000mL浓硫酸中加入10g硫酸银，放置1～2天，不时摇动使其溶解。2.4分析方法本试验采用微波密封消解法测定：方法和步骤如下（1）用移液管吸取水样5.00mL置于消解罐中，准确加入5.00mL消解液和5.0mL催化剂，摇匀。（2）旋紧密封盖，将罐均匀放入微波消解装置腔内，离转盘边沿约2厘米圆周上均匀排好，关上炉门。（3）样品的消解时间和功率选择取决于腔内放置的消解罐数目。设置消解时间和功率选择，参照下表3：表3消解功率、时间与消解罐数表消解罐数目3612消解时间10分10分10分功率选择60%80%100%（4）将时间选择旋钮旋至10分钟位置，并按下相应的功率选择键，仪器即开始工作；定时器到零时，即完成消解，接着发出鸣响，过几分钟后，将消解罐取出冷却，即可用滴定法或比色法测COD值。36 （5）滴定法测定COD结果:消解结束后的消解罐，罐内反应液高温并有压力，应放冷或用冷水冷却后才能打开密封盖，将反应液转移到150mL锥形瓶中，用蒸馏水冲洗消解罐和盖2～3次，冲洗液并入锥形瓶中，控制体积约30mL，加入2滴试亚铁灵指示剂用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量，按公式(1)计算出CODcr值。(1)式中：C为硫酸亚铁铵标准溶液浓度(mol/L)；V0为空白实验的硫酸亚铁铵溶液用量平均值(mL)；V1为滴定水样时硫酸亚铁铵溶液用量平均值(mL)；V为测定水样体积(mL)。3结果与分析3.1生物膜的培养和驯化3.1.1好氧生物膜的培养本部分实验在填料上进行好氧生物挂膜培养。加入模拟养殖废水，连续曝气接种到填料上，进水COD保持在1000mg/L左右，进行间歇法培养微生物，隔天测试进出水COD数值，一周以后好氧挂膜阶段结束。图2好氧培养期间COD去除情况随时间变化图图2是好氧培养期间COD去除情况随时间变化图，如图中显示随着进水COD保持在浓度约为1000mg/L，出水COD值有明显下降趋势,COD去除率逐渐增大。从36 开始进水COD为1052mg/L开始，去除率从9.89%随着时间逐渐增大，一周后在进水COD为1022.5mg/L时达到去除率最大的96.06%，标志着好氧阶段培养好氧微生物达到净化水要求。期间填料上生物膜颜色有所变深，从白色丝状逐渐变为黄色再变褐色，膜厚度明显增大，微生物培养成功3.1.2厌氧生物膜的培养好氧微生物培养成熟，在好氧微生物的基础上培养厌氧微生物，撤下曝气设备，停止曝气，配水浓度增大到大于1000mg/L，每24h换水一次，测试进出水COD，10天以后厌氧细菌培养结束。图3厌氧阶段COD去除率及进出水COD随时间变化启动初期，兼性菌的生长先从厌氧反应器的上部开始，厌氧反应器内壁上出现白色丝状微生物，这与大气复氧有关(反应器未封顶)。在好氧条件下生长的兼性菌进入厌氧环境后需要一个适应过程，而在此过程中即使是微量的氧也能使兼性菌活性增强，故形成了酸化菌由上向下繁殖的现象。此后用保鲜膜将反应器封住，保证厌氧条件达到要求。3.2不同进水浓度条件下COD去除效果考虑不同的进水浓度对COD去除效果的影响，选择进水浓度分别为1000mg/L和2000mg/L左右，每天配水一次，好氧反应器进行连续曝气，用计量泵对厌氧反应器内模拟养猪场废水进行循环，室温在17～20℃之间。填料上的生物膜颜色进一步加深，格室的生物膜生长茂盛，换水时能发现少量脱落，生物膜也变厚。每日取进水和出水水样进行分析测试。36 3.2.1进水浓度为1000mg/L当进水COD浓度在1000mg/L左右的时候，厌氧和好氧两个反应器中出水COD和去除率的变化如图4和图5，图4厌氧反应器中的进出水COD和去除率变化图5好氧反应器中的进出水COD和去除率变化从图4可知，当进水COD浓度为1000mg/L左右时，第一天出水COD浓度较高为800mg/L左右，去除率为36.26%。一天之后COD去除率加大，当进水COD浓度为1346.4mg/L时COD的去除率达到最大约为72.19%。当浓度逐渐变小达到1000mg/L时，COD的去除率逐渐变小由72.19%降至57.16%，并保持稳定。说明在进水COD浓度为1000mg/L左右时，厌氧反应器中的去除率随浓度升高而变大。从图5可知，进水COD浓度为1000mg/L左右时，好氧反应器中的出水COD保持较低浓度，去除率在92.35%~84.61%之间。去除效果较厌氧反应器好。3.2.2进水浓度为2000mg/L36 当进水COD浓度在2000mg/L左右的时候，厌氧和好氧两个反应器中出水COD和去除率的变化如图6和图7，图6厌氧反应器中的进出水COD和去除率变化图7好氧反应器中的进出水COD和去除率变化从图6可知，当进水COD浓度为2000mg/L左右时，出水COD浓度基本上保持在1000mg/L左右，当进水COD浓度为1977.7mg/L时，去除率达到最大为67.78%。同进水COD浓度1000mg/L时相比可知，当进水浓度为1000mg/L左右时，去除率为72.19%达到最大。从图7可知，当进水COD浓度为2000mg/L左右时，出水COD浓度基本保持在200mg/L以下，去除率在90%以上。去除率较进水COD浓度在1000mg/L时好，说明在好氧反应器中随着浓度的提高COD去除效果越好。3.3不同水力停留时间条件下COD去除效果考察水力停留时间对COD去除效果的影响。选择HRT分别为24h和36h36 ，每天配水一次，对好氧反应器进行连续曝气，用计量泵是厌氧反应器中的模拟养猪场废水循环，室温在20~30℃之间。填料上的生物膜颜色进一步加深，格室的生物膜生长茂盛，换水时能发现少量脱落，生物膜也变厚。每日取进水和出水水样进行分析测试。3.3.1水力停留时间为24h当HRT为24h时，进水COD浓度保持在2000mg/L左右，对每天的进水和出水进行分析。每天进出水COD浓度和COD去除率变化如图8和图9，图8HRT=24h时厌氧反应器进出水COD浓度和COD去除率的变化图9HRT=24h时好氧反应器进出水COD浓度和COD去除率的变化从图8、图9可知，厌氧反应器的去除率保持在50%左右，好氧反应器的去除率保持在85%~95%之间。3.3.2水力停留时间为36h当HRT为36h时，进水COD浓度保持在200036 mg/L左右，对每天的进水和出水进行分析。每天进出水COD浓度和COD去除率变化如图10和图11，图10HRT=24h时厌氧反应器进出水COD浓度和COD去除率的变化图11HRT=24h时好氧反应器进出水COD浓度和COD去除率的变化从图10、图11可知，厌氧反应器的去除率保持在50%左右，好氧反应器的去除率保持在90%~95%之间。由此可以看出，不同的HRT，对厌氧反应器的影响不明显，但从好氧反应器的去除率的变化可以看出，时间越长反应器的去除效果越好，并且能稳点在90%以上。3.3.3不同水力停留时间HRT对COD去除情况的影响如图12所示。厌氧反应器最初一小时内COD去除较快随着生物膜对COD的吸附，在一个小时到两个小时这段时间内，COD去除率基本持平没有改变，随后基本呈直线上升，在12h时测得COD为550.4mg/L，去除率达到52.38%，说明在入水COD=1155.84mg/L的条件下厌氧反应器去除率能达到52.38%，去除率效果不是很理想。36 图12厌氧反应器连续条件下COD及去除率在12h内随时间变化图13好氧反应器连续条件下COD及去除率在12h内随时间变化图13所示，好氧反应器在起初的一个小时内，COD去除较慢随着生物膜对COD的吸附，去除率加速增大，基本呈直线上升，在12h时测得COD为73.4mg/L，去除率达到93.71%，说明在入水COD=1167.6mg/L的条件下去除率较理想。3.4厌氧好氧组合条件下COD去除效果根据王海东[11]等“厌氧—往复好氧组合式工业废水处理新工艺”中，厌氧折流板反应器（ABR）在容积负荷为4.90kgCOD/m3·d时，COD去除率可到73.8%，运行稳定后与好氧处理系统相结合对有机物的降解效果使COD去除率可达98%～99%。因此本部分实验考察在厌氧好氧组合条件养猪场养殖废水COD处理效果。所配废水从贮水箱，经计量泵进入第一格室，然后在底部折流进入上升段，第一格室出水流入第二格室，第三格室弃置。第一格室停止曝气，底部密封保鲜膜；第二格室继续曝气，进行好氧阶段。控制反应器中HRT为24h，进水COD与两个格室出水COD变化36 如图14所示。图14厌氧好氧阶段COD进出水关系通过好氧厌氧组合处理COD，从图中看出，一格室出水COD偏高，COD去除率偏低，但第一格室厌氧条件对有机物可起到酸化水解的作用为第二格室的COD的去除创造了条件；二格室出水COD偏低，最高能达到95.20%，说明厌氧好氧组合能提高COD去除能力。4讨论与结论4.1生物膜的培养方法生物膜的培养方法有：接触氧培养法，活性污泥接种培养法等，本实验采用接触氧培养法。由于考虑到单独培养厌氧微生物，时间长、生物量增加缓慢等缺点，本实验先用模拟养猪场废水培养好氧微生物，当好氧微生物培养成果后，在一定的好氧微生物的生物量的基础上培养厌氧微生物。通过实验证明，在17天的生物膜培养过程中，好氧微生物膜对COD的去除率能达到96.06%，厌氧微生物膜也培养成功，对模拟养猪场废水的COD去除率达到39.46%。4.2进水浓度的影响COD去除效果与进水的浓度有着密切的关系。在相同的水力停留时间下，一定浓度范围内，浓度越大，处理的效果越好，当浓度过大时，COD的去除率随着浓度的升高而下降。通过对不同进水浓度下反应器对养猪废水COD处理研究，当进水COD浓度在1300mg/L左右时，厌氧反应器能达到最大的COD去除率72.19%，当进水COD浓度在2133.16mg/L时，好氧反应器能达到最大的COD去除率93.18%。36 4.3水力停留时间的影响一般来说，COD处理效果与HRT有着密切关系。不同浓度废水适宜水力停留时间不同。在一定浓度范围内，浓度越大，要求HRT越大。停留时间过短，出水浓度过高，影响处理效果，生化反应不充分；停留时间过长，反应器体积大，投资和运行费用高。通过在不同水力停留时间下反应器对废水COD处理的研究，发现与一般经验相吻合，在其他条件相同时，HRT越长，COD的去除率越高。HRT=24h时，厌氧反应器最大COD去除率能达到53.14%，好氧反应器最大COD去除率能达到91.52%；HRT=36h时，厌氧反应器最大去除率能达到67.78%，好氧反应器最大COD去除率能达到93.58%，由此得出结论，越大的HRT下COD去除率较高4.4结论（1）本实验在好氧厌氧组合反应器中首先进行好氧生物膜的培养，然后培养厌氧生物膜，在17d的时间里成功的实现了好氧和厌氧生物膜的培养。（2）进水浓度对COD去除有明显效果，随着进水COD浓度的改变，当COD浓度达到1000mg/L时，厌氧反应器的COD去除率能达到72.19%，好氧反应器的COD去除率能达到93.18%。（3）HRT对COD去除有明显的影响。随着HRT的增加，COD去除率增加。进水COD为2000mg/L左右时，HRT=24h时，厌氧反应器最大COD去除率能达到53.14%，好氧反应器最大COD去除率能达到91.52%；HRT=36h时，厌氧反应器最大去除率能达到67.78%，好氧反应器最大COD去除率能达到93.58%（4）厌氧好氧组合条件下，在HRT=24h、进水COD浓度为2000mg/L时，厌氧反应器出水浓度较高，去除率低，保持在40%左右，好氧反应器出水COD浓度低，去除率最高可达到95.20%。由此可知，好氧厌氧组合处理养猪场废水，COD去除率比单一的厌氧反应器COD去除率高，比单一好氧反应器节约时间，减少能耗。是合理处理养猪场废水的方法。36 【参考文献】[1]李芳柏，钟继洪，等。广东集约化养猪业的环境影响及其防治对策[J].土壤与环境，1999，8(4):245-250.[2]2000年中国环境状况公报.中国环境保护总局，2000.[3]胡雪华.培育商品有机肥市场、发展商品有机肥产业、解决上海畜禽业粪便污染[J].上海农学院学报，1999，15(1):73-75.[4]徐伟朴，陈同斌，刘俊良，等.规模化畜禽养殖对环境的污染及防治策略.环境科学[J]，2004，106-108.[5]秦伟，郭曦，蒋立茂.畜禽养殖场废水处理技术初探.四川农机，2006年第一期.[6]刘玉琼，钟国明.农村畜禽污染防治对策.内江科技[J].2005(5):61.[7]张勤，王克科，赵颖，等.厌氧消化法处理畜禽养殖业废水的影响因素及综合利用.河南畜牧兽医[J]，2005，26(9):8-9.[8]于金莲，闫宁.畜禽养殖废水处理方案探讨.给水排水[J]，2000，26(9):46-47[9]方俊华，何强，等.厌氧-好氧生物滤池处理城市污水试验.环境工程[J]，2006，24(5)：23-25.[10]吴迪，赵秋，等.厌氧—3级好氧/缺氧生物膜工艺处理农村生活污水.中国给水排水[J]，2010，26(7):9-11，15.[11]王海东,王淑莹.厌氧-往复好氧组合式工业废水处理新工艺[J].环境污染治理技术与设备2004,5(6):50-52.36 附录1：相关英文文献36 36 36 36 36 36 36 36 附录2：英文文献中文译文复合式厌氧-好氧生物膜反应器去除有机物摘要：在两个组合固定膜生物反应器（FFB）中加入填料第一个厌氧和第二个好氧两个反应器串联运行出水再循环连续133天加入家禽屠宰场废水。有机化合物的氧化和硝化反应都发生在有氧FFB中甲烷化和反硝化发生在厌氧FFB中。平均有机负荷率为0.39kgCOD/(m3d)在此负荷率下有机物的去除率达到92%。COD去除主要发生在厌氧的FFB中当回流比从1上升至6时缺氧反硝化增加。原废水中的C/N比对好氧FFB中的COD去除率和厌氧FFB中的甲烷化和反硝化有影响。当有氧FFB的体积变得小于在厌氧的FFB时有机质在厌氧去除比例增加同时各自COD去除率比值（rCODan/rCODae）也增加。高回流比和在无氧FFB中废水的低C/NO-N有利于反硝化而不利于生产甲烷过程。当氮的负荷约为0.064kgTKN/m3d时氮去除效率为95%；当负荷下降至0.14kgTKN/m3d时氮的去除率为84％。硝化过程的稳定性是脱氮的控制因素。高的回流率导致高浓度的氨氮特别是当有氧的FFB体积较小时会造成硝化作用受抑制而不利于整个反应器。关键词：厌氧-好氧处理；反硝化；固定膜反应器；屠宰场废水36 1前言用生物去除氮、磷和有机物缺氧和好氧生物过程必须结合起来。为了这个目的，正在发展起来的不同的处理系统，主要用好氧和厌氧[1]的组成过程以达到最优化。此外，碳的去除特别用于有机质含量高的废水：如农产品加工工业废水和一般的屠宰场废水。严格的好氧降解的有机物意味着大量的的污泥曝气能耗和管理成本高。此外高负荷的氧化可能会受到氧的传递的影响所以缺氧和厌氧手段构成了有机物降解重要的改进。另一方面当废水有机物含量相对较低对脱氮造成影响这通常可由使用外部来源的碳克服。尽管这种解决方案带来严重的成本增加。[2]对反硝化需碳量进行了计算当甲醇作为电子供体以确定最佳剂量。根据氧化还原反应和碳的要求以满足合成运用麦卡蒂等化学计量学[3]提出了下列公式：mgCH3OH=2.47mgNO3--N+1.53NO2---N(1)文献报道其他的甲醇/NO3—N比值3.0[4]、2.41–2.45[5]、2.35[6]，这意味着COD/NO3--N的变化在3.53和4.5mgCOD/NO3—-N之间。对于其他底物这个参数应该是通过实验数据确定或者通过数学模型估计出来的。从活性污泥模型ASM3[7]可以计算待定的生物降解的有机物的COD/NO-3-N和COD/NO2-N比值。式子(2)-(4)是在缺氧的生长和缺氧内源呼吸的COD量为1g/CODXBM的基础上列出的可以计算去除废水中单位NO-3-N的消耗COD式（5）。从废水中去除COD(2)消耗的NO-3-N：缺氧增长36 (3)内源呼吸(4)COD:NO-3-N比例(5)这里的系数2.86是与氧气等价的硝酸盐氮转化为氮气的换算系数。代入式（5）根据ASM3典型的计量参数0.54gCODXBM/gCOD是缺氧产量系数（YH；NO）和0.20gCODXI/gCODXBM计算出惰性颗粒材料在内源呼吸的理论COD/NO-3-N比为3.21。最后理论COD/NO-2-N比1.92是通过更换2.86为1.71做为氧气等价的还原的亚硝酸盐氮得到的。通过除了外部易降解的有机材料如甲醇[6，8]已检测反硝化菌和甲烷细菌之间的相互作用。在这种条件下甲烷的形成只发生在完成脱氮和去除过剩的甲醇过程中。当原废水中的有机化合物被利用时关于在缺氧和产甲烷过程中的碳的竞争（从现在通称“厌氧”将被用来指非曝气反应器在缺氧条件下的反硝化过程和在厌氧的产甲烷过程发生一起的，这里面的“产甲烷过程”在消化过程中提到），少量的文献报道被收集。同样它被认为是一个重要的初步估计关于厌氧和好氧生物反应器组成的系统之间在COD去除率上的运行和设计参数的影响。固定膜生物反应器（FFB）的选择是由于在屠宰场废水中，有高的油和脂（的含量所导致严重的悬浮生物系统浮选问题，主要发生在在厌氧反应器。[9]为了避免装有填料的过滤器堵塞的问题，[10]长波纹PVC管垂直放置被选择作为支持生物膜的框架。本文的重点是在实验室模拟两个组合的FFB的COD去除率的结果。作为一个更广泛的工作的一部分，其目的是在复合固定膜生物反应器的好氧、缺氧和厌氧过程中的碳和氮的去除。2材料和方法2.1屠宰废水在这项研究中所采用的废水来自配有回收血液和内脏系统的家禽屠宰场，其有机负荷是相当低的。此外由于废水被储存在实验室1到236 周时间，在此期间有一个重要降解有机物过程。尽管被冷藏在4℃，仍然导致在C/N的比率明显的下降。当废水的存储持续时间长，C/N比值降低到在生物过程允许采用生物工艺对其进行处理。表1总结了固定膜生物反应器进料的主要特点，对其指标是按照标准方法[11]进行了分析。数据中没有提到氨浓度，因为NH-N结果却是由于TKN降解经常发生变化。2.2实验装置实验装置包括两个2.44L的有机玻璃反应器，包含7个直径2cm和70cm的长度波纹塑料管垂直排列。填料的比表面积250cm2/cm3，我们认为选择其良好性能的机械成本低和可用性。此外该管的粗糙结构增加其比表面，并保证了微生物的附着力。之前对这项工作的两个反应器串联运行。厌氧的FFB已经20个月处理的屠宰废水，在过去5个月的有氧的FFB是进料是稀释后屠宰废水。尽管这两个反应器是相同的，有氧的FFB管的出水口位置改变可以用于研究不同体积比的影响；在108天里因为3个波纹管塞住了，使Van：Vae比从7:7增加到7:4。这两个反应器有恒温的套管加热使反应器维持在20℃的温度。空气通过放置在有氧的FFB底部多孔扩散的方式提供，空气的供应是通过一个流量计调节控制的。图1显示了实验装置和各部分名称。屠宰场污水使用蠕动精密泵从贮存罐抽水出来，GILSONMINPLUS3提供了稳定的流量0.4和2L/d。这意味着每个反应器中的停留时间是在1.2和6.1d之间；当Van：Vae的比是7：4时，有氧FFB下降到0.69-3.5d。在这两个反应器的水流方向向下，污水从反应器的底部与大气联通的垂直管流出。这个出口管内直径是16毫米，因此水的循环速度是非常低的，沉淀物沉积在反应器底部。采用蠕动泵（COLE-PALMER1–100rpm）使好氧废水回流到环厌氧的FFB，再根据废水流量调整循环流量，以保持回流比2和6之间。系统不断根据输入浓度和C/NF的比值进行变化，此外硝化带来不同的操作条件改变。本文所提出的结果收集后3天的废水或系统的性能组成的一个显着的变化。36 2.3参数计算方法表2显示了主要参数及其计算方法。负荷率表示以体积为基础（kg/m3d），而不是以填料表面积为基础，因为在反应器的底部积累着悬浮污泥床。计算rCODanox使用的实验数据是在第一条中提到理论值NO-3-N和COD/NO-2-N的平均值：36 3结果讨论复合式反应器系统连续地运行133天，平均有机负荷为0.39kgCOD/m3d，最大负荷为0.72kgCOD/m3d。负荷比低于在其他的固定膜系统[12]，因为在这项研究中硝化速率是进水流量的限制因素。COD去除率平均为92％，始终在85％以上。平均氮负荷为0.064kgTKN/m3d时，效率为95％；负荷降低到0.14kgTKN/m3d时，氮去除率下降到84％。无论如何NLR的是也低于参考文献。硝化效率通常低于84％，但游离氨的浓度被抑制时它大幅下降，这发生在当R/F是高于6时。由于具有较高的氮负荷率，因此硝化不稳定是特别重要的。当有氧的FFB量是较小的（Van：Vae¼7：4），期间在硝化过程是否被抑制没有提到。从两个观点对结果进行了分析，对在每个反应器操作参数的比例影响COD去除率进行比较，非曝气反应器的有机物厌氧和反硝化过程之间的竞争。3.1单个反应器中有机物的去除为了优化好氧/厌氧组合系统的设计和运营，非常必要要指出在上一节中整体的去除效率，也要有每个过程中去除的有机质的分数。这项研究侧重于运行和设计参数最大限度地减少氧化去除碳以减少氧气消耗、减少污泥产量和减少硝化细菌和异养细菌之间对的氧竞争。对在每个反应器中COD的去除比例，各自的容积率比值(rCODan/rCODae)是基本参数。这个比例在0.5至2.5之间变化会有显著的影响，由于不同的操作和设计参数，如C/N比的流入、再循环率、厌氧/好氧容量(Van:Vae)。COD去除的比一般较高，在有氧的FFB中COD去除率普遍较高，平均比率为1.5。以下部分将注意力集中在各反应器中所有这些参数对影响有机物去除部分。36 3.1.1回流比的影响（R/F）在厌氧的FFB的有机负荷是由于原废水和自有氧的FFB再循环两方面。因此关注侧重与流入增加和再循环，造成厌氧的FFB稀释使进水有机物（CODFan）大幅下跌，直到它达到了非常低的水平（100-300mgCOD/L），使厌氧FFB中COD的去除率从65％下降到20％。这是由于一个事实，即反应器（CODFan）内有机质含量下降使缺氧和产甲烷过程的动力学变得非常缓慢。此外它不可能获得低于100mg/L的有机物屠宰废水的惰性高分数，因为它已经在以前的研究相在严格厌氧条件下观察。[13]另一方面再循环增加硝酸氮负荷。在无氧的FFB中通过增加缺氧过程去掉了碳，因此当增加再循环产生了两种相反的效果。图2显示的COD去除率（rCODan/rCODae）与再循环比率以及反硝化过程中硝酸氮去除率（rNOan）的比例。得到的数据表示，在此期间有氧的小于厌氧的(Van:Vae¼7:4)。正如图2所示，尽管事实上稀释与回流速率的降低有关系，但当只增加回流时，在厌氧的FFB中由于碳的反硝化反应上升，使COD的去除率变得更加剧烈。3.1.2废水C/N比的影响只要大部分有机物在厌氧的FFB中通过缺氧过程去除，复合反应器的整体行为应在很大程度上取决于废水的C/N比值。为了检验这一假设，用每个反应器（rCODan/rCODae）的COD去除率和在厌氧的FFB中的去除效率的比例（CODan％）来表示，后者是指示在反硝化过程之后的产甲烷过程能够消除碳的程度。36 通过图3可以清晰的看出，当C/NF增加时，去除效率和厌氧/好氧比值都降低。这是因为C/NF值低的时候，反硝化的速度取决于有机物浓度，这种方式增加C/NF可以提高在厌氧的FFB（CODan％）中的去除率。对于在5和8之间，趋势正好相反。当增加废水中C/N比，这两个参数下降，这表明COD在超过反硝化过程的需求时，优先去除氧而不是进行产甲烷过程。当厌氧出水的C/NF值在5以上时，这种氧化和厌氧产甲烷之间的竞争导致COD值较高，使在厌氧FFB中COD的去除率下降。从这项工作中发现，有效去除COD的最佳的C/NF比例应高于3，稍低于5。这些值与其他人在厌氧/好氧过滤器实验中证实，其中最好的比值是4–6mgCOD/mgN。[14，15]3.1.3体积比的影响(Van:Vae)第三个参数确定的是，使COD去除率在有氧和无氧的FFB之间的转变的体积比。当有氧FFB的体积减少时，因为纯碳的氧化在厌氧中的去除很低，所以氮的负荷率在需氧量的基础上仍然很低（0.26kgTKN/m3d），从而影响消化反映过程。图4显示了体积去除率与废水的C/N比之间的比率。36 由此可以看出去除率（perCODan/CODe）之间的比例一直较高时，厌氧的FFB体积较大（7:4）。因此有氧的FFB体积减少，一小部分有机质的去除在厌氧的FFB明显增加，同样rCODan/rCODae的去除率在体积的基础上增加。这种效果是因为当有氧量高（7:7）时，有机物氧化在甲烷的过程竞争的结果。这种竞争是如此重要，尽管当体积相等（0.16与0.01kgN-NO3/m3d）时，在无氧的FFB中，硝酸氮在厌氧反硝化过程中的负荷高，在有氧FFB中其净结果是在去除率比（rCODan/rCODae）中减少的的一个量。3.2硝化和产甲烷细菌之间的竞争正如刚才指出，在无氧的FFB中氧化脱氮和产甲烷同时发生。在组合系统实验操作条件下，它表明这两个进程是被可生物降解的物质所限制。图5显示脱氮的效率（%NDN）和COD去除率通过甲烷化（rCODmet）完成的，在厌氧的FFB中用底物浓度表示COD。36 反硝化过程的效率始终很高，在厌氧的FFB中COD浓度略有增加。同样随着底物浓度的增加，甲烷化速率也增加。底物浓度与相比反硝化作用，产甲烷过程更灵敏，因为缺氧过程中40或50mgCOD/L与4mgCOD/L相比有机物质（KS）中甲烷菌的平均饱和常数较高。[7]3.2.1在C/NOFan比的影响厌氧的FFB内的碳负载和硝酸氮负荷（C/NOFan）之间的比率决定了产甲烷过程和反硝化之间的竞争，就像厌氧和好氧反应器中废水中的C/N比是决定COD去除率的基本参数之一。36 图6显示在厌氧的FFB中，投入C/NO-N的比值时，缺氧和产甲烷的去除率（rCODanox/rCODmet）和甲烷的去除率（rCODmet）之间的比率两个参数的变化。先前指出，对底物的依赖当考虑的参数的C/NO-NFan时，能更清楚地观察。因为在反硝化过程中伴随着有机物质的过量，甲烷去除速率增加。这意味着在厌氧反应器的两个进程之间的竞争，反硝化过程是在C/N值低于10mgCOD/mgNO-N时有机物去除的主要途径。C/NO-NFan的值明显高于缺氧过程中的化学计量比的是，在无氧的FFB进料中BOD5/COD比值低（0.27mgBOD5/mgCOD）。重要的是无效的COD回流，这也解释了可生物降解的碳被限制在高C/N比值。这个结论与其他作者的结果是一致的，表明反硝化作用中有机物的去除主要是生物降解[16]FFB特别是屠宰废水因为大部分COD必须得到水解。因此COD浓度可以达到500mg/L的高值时，反硝化作用被限制。[17]3.2.2影响回流比（F/R）36 图7显示了回流对缺氧和产甲烷的有机物质之间的去除比例（rCODanox/rCODmet）以及甲烷COD去除速率（rCODmet）的影响。主要是由于在负荷增加与再循环时，相关的氧化氮增加，因此有关的有机质反硝化减少。综合这些实验结果解释了稀释反硝化中的重要方法是要与甲烷竞争占领重要地位，当R=f的增大时要加强对基板的限制。4.结论在好氧/厌氧固定膜组合生物反应器处理屠宰家禽场废水中在机负荷为0.39kgCOD/m3d时COD去除效率为92％。在氮负荷率为0.064kgTKN/m3d时TKN的去除效率为95％，当负荷量下降到0.14kgTKN/m3d时去除率为84％。有机物的去除主要发生在无氧FFB中，当回流比从1上升到6时这种影响由于增加了氮的提供而加剧。因为在无氧的FFB进料的C/NO-N的比例下降，使回流比增加从而有利的在产甲烷工程中的脱氮。在有氧的FFB中回流比高于6造成游离氨增加从而抑制硝化过程。对于C/N比值低于3.3废水，有氧的FFB去除可用碳对产甲烷和反硝化过程产生严重限制。在厌氧FFB中因为动力学原因使C/N从5上升8使有机质去除比例有所下降。当有氧的FFB体积较小时，厌氧FFB中有机质的去除明显上升，同时在体积增加的基础上相对去除率rCODan/rCODae提高。因此，为了从好氧COD去除中降低成本，最方便的在好氧FFB36 中使用硝化所需的最低体积和控制回流比（R=F）在6左右，控制游离氨的浓度以避免硝化反应被抑制。最佳的回流比取决于废水中的C/N，当C/N为3.5-5mgCOD/mgN时有利于反硝化作用和甲烷化中的有机物出去。36'