水产养殖废水的水解酸化预处理
近年来,规模化畜禽养殖造成的粪便污染已成为农村环境治理的一大难题。由于畜禽养殖成本高、利润低,难以承受畜禽废水处理过程的高成本。因此,前期建设费用、运行管理费用低,高效低能耗的处理工艺越来越受到重视。在生物处理过程中,畜禽废水中高浓度的磷和氮对微生物的生存是有毒的,pH的波动也抑制了微生物的活性,成为目前畜禽废水生物处理不成功的重要因素。水解酸化预处理+A2O/工艺不仅可以调节废水的pH值,去除废水中的磷和氮,还可以减少土地使用,降低成本和运行费用,为水产养殖废水的生物处理提供理论依据和价值参考。
1.材料和方法
1.1接种污泥
酸化池接种污泥取自赣州定南县生活污水处理厂。
1.2水产养殖废水
水产养殖废水进行“水解酸化+A2O”试验。废水的具体成分见表1。
1.3检测方法
各项检测指标使用的主要仪器和方法见表2。
2.结果和分析
2.1水解酸化池的快速启动
水解和酸化反应在室温下开始。接种污泥回收沉淀2小时后,引入水解酸化池,污泥体积占反应器体积的30%。实验采用连续进水方式,水力停留时间为12小时。微生物对废水有一个适应过程,所以进水浓度是逐渐增加的。酸化池启动过程中的污泥浓度如图1所示。
从图1可以看出,水解酸化池中的污泥浓度在进水的前几天呈快速下降的趋势,这是由于反应器启动不稳定,部分污泥随出水流失,环境变化导致大量好氧微生物死亡。随着兼性菌和厌氧菌的增殖,污泥浓度开始缓慢上升,逐渐成为水解酸化池中的优势微生物,污泥浓度趋于稳定。接下来的几天,污泥浓度保持在7200mg/L左右,污泥呈灰褐色,启动完成。
挥发性脂肪酸(VFA)是水解酸化的主要产物,进出水中VFA的变化可以直接反映水解酸化的效果。从图2可以看出,在启动初期,系统出水的VFA含量没有明显变化。随着系统的逐渐稳定,VFA浓度不断增加,并很好地稳定在某一水平。这是因为兼性微生物和厌氧微生物逐渐成为优势菌群,活性增强。其主要代谢产物VFA的含量增加,表明该体系的水解酸化过程良好。
PH是反映水解酸化过程的重要指标。从图3可以看出,在启动初期,系统的pH值变化不大,进出水pH值非常接近,保持在7.3 ~ 7.6。随着系统的逐渐稳定,兼性菌和厌氧菌的大量繁殖,其代谢产物VFA开始积累,导致出水pH值稳步下降,后来稳定在6.5 ~ 6.7,系统成功启动。水解酸化微生物对pH的适应性很强,在pH 3.5 ~ 10.0范围内均可反应。当然,pH对水解酸化微生物的生长和繁殖仍有影响。研究表明,最适pH值为5.5 ~ 6.5。
启动过程中水解酸化池COD的变化如图4所示。启动前几天接种污泥无法适应新的环境系统,进出水COD无明显变化。随着好氧微生物的减少,兼性微生物和厌氧微生物的增加,系统中的有机污染物逐渐降解,出水COD逐渐低于进水COD,COD去除率稳步上升。随着整个系统的稳定运行,COD去除率趋于稳定,后期水解酸化池COD去除率稳定在27%左右,反应器启动完成。
2.2水力停留时间对水解酸化效果的影响
水力停留时间是控制水解酸化过程的关键因素。为了保证后续工艺的稳定运行,需要有效控制水力停留时间。虽然较长的水力停留时间可以增加菌群与有机物的接触程度,但时间过长并不能显著提高污染物的去除效果。
从不同水力停留时间下水中COD去除率的变化(图5)可以看出,当水力停留时间为8小时时,COD去除率为21% ~ 23%,当水力停留时间增加到10小时时,COD去除率提高到26% ~ 29%。进一步增加水力停留时间对COD的去除率无明显影响,与8h相比去除率无显著差异。水解酸化池主要通过污泥截留和大颗粒有机物沉淀去除COD。如果在一定范围内增加水力停留时间,菌群与有机物的接触程度会增加,COD去除率也会增加。达到一定限度后,增加水力停留时间对COD去除率影响不大。
SS去除率随不同水力停留时间的变化如图6所示。水解酸化池SS去除率相当稳定,去除率维持在70% ~ 75%,不同水力停留时间对SS去除率无明显影响。这是因为厌氧污泥表面积大,吸附性强,对水中大部分悬浮物的吸附能力强,同时可以沉淀大颗粒有机物。
综合考虑不同水力停留时间下COD和SS的去除情况,水解酸化池的最佳水力停留时间为10h。
2.3水解酸化池对营养物去除的影响
酸化池对氨氮的去除如图7所示,进出水中氨氮浓度无明显变化规律。这是因为水解酸化池基本没有硝化过程,只有一小部分反硝化存在,所以出水氨氮有时略低于进水浓度。同时,由于微生物对有机氨的降解,形成少量氨氮,有时出水浓度略高于进水浓度。总的来说,水解酸化池对氨氮浓度影响不大,进出水无明显变化。
从图8可以看出,水解酸化池对总磷的去除效果不大,但去除率较低。进水总磷浓度为25 ~ 28 mg/L,出水总磷为23 ~ 26 mg/L,总磷去除率为4% ~ 6%。水解酸化池对总磷的去除主要是沉淀截留和微生物降解不溶性磷,去除率较低。总磷的去除取决于后续厌氧和好氧条件下的生物除磷。
2.4水解酸化+A2O组合工艺对废水的处理效果
本实验中,水解酸化池和A2O反应器在稳定运行时接通,其中水解酸化池的水力停留时间为10h,A2O反应器的最佳控制参数为:回流污泥比为70%,混合液回流比为300%,好氧池溶解氧浓度为3 mg/L
水解酸化池可以提高废水的可生化性。水解酸化是利用水解微生物和产酸微生物的共同作用,将废水中的一部分大分子和不溶性有机物转化为小分子和易生物降解的有机物,有利于后续厌氧微生物对有机底物的快速有效吸收。COD和氨氮的去除效果如图9所示。经过水解酸化预处理后,系统的处理能力大大提高,COD和氨氮的平均去除率分别达到89.2%和77.4%。其中,COD出水平均浓度为284mg/L,氨氮平均浓度为59 mg/L
水解酸化过程中产生的挥发性脂肪酸是影响生物除磷质量的主要底物。在生物除磷过程中,进水中挥发性脂肪酸及其他转化的挥发性脂肪酸含量能否满足聚磷菌的合成要求,是控制聚磷菌释磷和吸磷效果的关键点。生物除磷中磷的释放和吸收是两个密切相关的过程,聚磷菌更好地吸收磷的前提是在厌氧环境中充分释放磷。增加进水中挥发性脂肪酸的含量可以提高磷释放速率、磷释放量和PHAs产量。厌氧释磷量越高,厌氧段聚磷菌储存的PHAs越多,相应好氧段的聚磷量也越高,除磷效果越好。总磷的去除效果如图10所示。经过水解酸化预处理后,系统的除磷能力也大大提高。当进水总磷平均浓度为30.4mg/L时,总磷平均去除率为84.2%,出水平均浓度为4.8 mg/L
3.结论和讨论
本实验在常温下,水解酸化池接种好氧污泥,通过逐渐提高进水浓度启动。系统启动后,水解酸化池pH稳定在6.5 ~ 6.7,COD去除率在27%左右,总磷去除率在4% ~ 6%,对氨氮去除无明显影响。系统较好的水力停留时间为10小时。经过水解酸化预处理后,A2O系统的性能得到了显著提高。组合工艺对废水中COD、氨氮和总磷的去除率分别为89.7%、77.3%和84.2%,出水可达到畜禽养殖业污染物排放标准的要求。由于复合A2O是整体设计,水解酸化预处理和A2O系统工艺同时进行,这种废水处理组合工艺不仅减少了土地使用,而且降低了制造成本和运行成本,符合资源节约型和环境友好型社会的发展要求,对大规模水产养殖废水的生物处理具有一定的理论参考价值。(来源:江西定南县农业农村局、江西正和环保工程有限公司)
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