膜生物反应器与间歇曝气序批式膜生物反应器处理养猪沼液的试验研究

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近年来,我国规模化猪场不断快速发展,同时处理畜禽养殖废水的沼气工程也在猪场中得到推广应用,但产生的大量含高浓度有机物和氨氮、碳氮比(COD/TN)极低、生化处理难度大的养猪沼液由于缺乏有效的深度处理技术,将给生态环境带来极大的压力。针对这一问题,本研究以嘉兴市某规模化猪场沼液为研究目标,在分析了水质基础上,研究利用两种膜生物反应器(MBR)、两种间歇曝气序批式膜生物反应器(IAS-MBR)以及中试MBR处理养猪沼液效果,探讨了MBR与IAS-MBR工艺与运行参数,为养猪沼液高效低耗深度处理提供理论与技术支持。主要研究结论如下:  (1)采用生物膜式膜生物反应器(biofilm membrane bioreactor,简称BF-MBR)和传统膜生物反应器(MBR)处理养猪沼液,明确了 COD/TN对两反应器运行效果和稳定性的影响。养猪沼液COD/TN为1.0±0.2时,两套反应器的出水水质都较差且波动较大。进水COD/TN比值提高到2.3±0.5后,两套系统的出水水质和运行稳定性均得到大幅度提高;BF-MBR对COD和氨氮的去除率分别为92.3%±2.4%和97.5%±4.1%,略优于 MBR的91.9%±1.5%和91.2%±14.0%。与MBR相比,BF-MBR因生物膜的影响,对总氮和总磷去除率分别达36.7%±19.5%和54%±18.9%,显著高于MBR去除率19.2%±12.4%和29.0%±18.1%;BF-MBR系统比 MBR减少了近40%的外加碱耗。BF-MBR比MBR有更好的污染物去除效果且消耗更少的外加碱剂,因此对处理沼液的适用性更好。另外,两反应器运行稳定时,COD与氨氮负荷最高可达1.91kg/m3.d-1和0.48 kg/m3.d-1。  (2)采用一体式IAS-MBR和分置式IAS-MBR处理养猪沼液,可以高效低成本实现养猪沼液脱氮。两反应器对COD、氨氮、TN、TP的去除率接近;其中,COD容积负荷与氨氮容积负荷分别为1.18 kg/m3.d-1和0.24 kg/m3.d-1时,各污染物去除效果均达到最佳。COD/TN同样对两间歇曝气序批式膜生物反应器运行效果和稳定性影响很大。进水COD/TN为0.7时,各污染物去除率低,出水水质差且波动大。而进水COD/TN大于2时,各污染物的去除效果显著增强,出水 COD和氨氮浓度均满足甚至优于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)。两反应器对 TN去除率达到80%以上,并且两反应器均长期稳定地实现了短程硝化,亚硝化率分别为72.4%-84.4%和77.7%-88.8%。  (3)长期运行条件下,中试 MBR处理猪场沼液时受 COD容积负荷、氨氮容积负荷限制不大,但较低的 COD污泥负荷往往引起 MBR产生严重的生物泡沫且反应器运行稳定性变差。整个运行过程中,出水COD、氨氮平均浓度为(293.7±82.9)mg.L-1、(28.4±29.6)mg.L-1,平均去除率分别为90.2%和97.1%,稳定达到《畜禽养殖业污染物排放标准》规定的400 mg.L-1与80 mg.L-1的标准。但长期运行条件下因水质剧烈变化引起的亚硝态氮积累应得到起重视。中试 MBR工艺总处理时间为(2-4d),处理成本为12.04元/m3。
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