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随着我国养猪场的数量逐渐增多、养猪场的规模逐渐扩大,所产生的废水也越来越多。养殖场废水是一种典型的高氨氮高悬浮物的有机废水,由于当前的处理工艺技术不能有效地去除养猪场废水中的污染物,大部分养猪场废水经过常规处理后并不能达标,排放到江河中导致天然水体受到严重污染。本研究尝试采用厌氧氨氧化反应来处理养殖场废水,对厌氧氨氧化反应的实际应用进行了初步研究。
养猪场废水具有高氨氮高悬浮物的特性,处理难度较大,同时养猪场废水中的OC/N比率较低。在常规处理方法硝化-反硝化处理工艺中,因为反硝化阶段需要有机碳源,水中的有机物浓度较低时,脱氮的效果并不理想,需要额外添加大量的有机碳源。厌氧氨氧化现象是以氨氮为电子受体,以亚硝酸根为电子供体的生化反应,其反应产物为氮气,对环境不会造成二次污染,同时厌氧氨氧化菌为自养菌,其生化反应不需要额外碳源,因而非常适合处理如垃圾填埋场渗滤液、养猪场消化液及味精工业废水等高氨氮低C/N比的废水。本研究尝试采用厌氧氨氧化组合工艺处理养殖场废水,并且探索部分硝化单元和厌氧氨氧化单元运行的影响因素,为提高组合工艺的效果提供依据和参数。
实验设置三个反应器,分别为厌氧消化反应器、部分硝化反应器以及厌氧氨氧化反应器。实验废水采自佛山市三水区的某养猪场,原废水中COD的浓度为1188~1744 mg·L-1,其平均浓度为1264.15 mg·L-1; NH+4-N浓度为304.7~674.3mg·L-1,其平均浓度为642.45 mg·L-1;TN浓度为410.0-723.6 mg·L-1,其平均浓度为671.55 mg·L-1。废水依次进入三个反应器进行厌氧消化、部分硝化以及厌氧氨氧化三个阶段的生化反应,本次实验经过39天的静态培养和141天的动态培养成功启动了部分硝化-厌氧氨氧化反应器。反应器运行稳定后,COD平均出水浓度为251.17 mg·L-1,平均去除率达到80.09%; NH+4-N平均出水浓度为244.13mg·L-1,平均去除率为62.0%;总氮平均出水浓度为245.58 mg·L-1,平均去除率为63.43%。
部分硝化反应器运行稳定后,亚硝化反应出水中氨氮平均浓度为292.74mg/L,亚硝氮的平均浓度为279.22mg/L,氨氮经硝化反应后的产物中,亚硝酸根占较大比值,出水中平均亚硝化率(NO2--N/(NO2--N+NO3--N)为96.54%,而抑制厌氧氨氧化反应的硝氮产量极低,没有出现完全硝化的现象,这表明该反应器里的硝化菌受到抑制,硝化反应完全被控制在亚硝化阶段。厌氧氨氧化反应器运行稳定后,废水中氨氮和亚硝酸氮的去除效率趋于稳定,分别达到62%和78%,NH4+-N和NO2--N的当量消耗比例大致为1∶1.115,反应器表现出厌氧氨氧化活性。本次实验研究表明利用部分硝化-厌氧氨氧化反应器处理养猪场废水,其在高污染负荷条件下,部分硝化阶段,DO和pH对亚硝化作用有较大影响,当亚硝化反应器出水DO在0.4~0.6mg/L、pH在7.2~7.5时效果最佳;厌氧氨氧化阶段,当进水中COD低于350mg/L、进水亚硝酸根浓度低于331.3 mg/L以及进氨氮浓度低于376.2 mg/L时,厌氧氨氧化活性不会受到抑制,且亚硝酸根浓度对厌氧氨氧化菌活性的抑制要强于氨氮浓度。
本次研究表明亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理养殖场废水不会产生二次污染物,符合环境处理的可持续发展要求,并且动力消耗小,无需外加碳源,运行成本低,是具有很好前景的经济型处理工艺。