厭氧氨氧化技術(shù)處理低碳氮比養(yǎng)豬廢水研究

劉東斌　言海燕　陳亞利　王喜　曹文娟

摘? ?要：采用厭氧氨氧化技術(shù)對低碳氮比養(yǎng)豬廢水進行生化處理。考察厭氧氨氧化技術(shù)對低碳氮比養(yǎng)豬廢水中氨氮和COD的去除效果，并確定最佳的反應(yīng)參數(shù)。結(jié)果表明最佳反應(yīng)條件為初始pH 7.80，DO為0.5～1.0mg/L，溫度35℃，HRT為48h。在此條件下，廢水氨氮、CODCr濃度分別由初始的459.6～760.3mg/L、936.1～1352.7mg/L降至57.3～62.7mg/L、466.2～580.6mg/L，去除率分別為87.53%～91.75%、50.20%～57.08%。說明厭氧氨氧化技術(shù)對低碳氮比養(yǎng)豬廢水具有良好的處理效果。

關(guān)鍵詞：厭氧氨氧化技術(shù)? 低碳氮比養(yǎng)豬廢水? 去除效果

中圖分類號：X71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（b）-0070-03

規(guī)?；B(yǎng)豬場廢水一直是農(nóng)村水污染的主要來源，廢水若不經(jīng)處理直接排放，可導(dǎo)致水質(zhì)惡化、人畜傳染病蔓延，給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害[1]。處理豬場廢水的關(guān)鍵技術(shù)是脫氮，因為豬場廢水中含有高濃度的氨氮，而碳氮比（C/N） 卻很低，如果采用以往的硝化反硝化技術(shù)去處理，會增加處理成本、處理后的效率也很低。采用短程硝化反硝化能夠降低硝化過程中的耗氧量、投堿量以及減少反硝化過程中必需的碳源，并能夠縮短過程反應(yīng)時間，因此這種處理技術(shù)被廣泛用于廢水生物脫氮中[2]。但是在短程硝化反硝化技術(shù)處理中碳源緊缺依然是影響厭氧處理后的C/N 豬場廢水效果的重要因素[3]。同樣，進水中的有機物和溶解氧很容易抑制厭氧氨氧化過程和效果，因此對進水有很高的要求。當(dāng)前，多被應(yīng)用的厭氧氨氧化前置工藝的重點為短程硝化，此項處理技術(shù)的關(guān)鍵是充分實現(xiàn)亞硝化、嚴(yán)格控制出水氨氮與亞硝態(tài)氮比例。目前相關(guān)研究多采用添加單種有機物質(zhì)的方式進行，Pathak等、Chamchoi等和朱靜平等分別以己內(nèi)酯、全脂牛奶和葡萄糖為有機碳源，考察有機物對厭氧氨氧化的影響，其各項研究中得出在加入有機碳源的情況下，厭氧氨氧化菌能夠與反硝化菌共同存在，但是厭氧氨氧化菌的競爭能力比后者要小。厭氧氨氧化程度是否能夠受到抑制，主要取決于其中有機物的濃度以及CPN;Guven等。因此得出，加入甲醇和乙醇能夠抑制厭氧氨氧化菌，而加入葡萄糖、甲酸和丙胺酸則對厭氧氨氧化菌的抑制影響不明顯。但是，以成分復(fù)雜的低碳氮比養(yǎng)豬廢水為對象的研究尚少見報道.

本研究應(yīng)用對象為處理低碳氮豬場廢水，主要是對豬場污泥進行厭氧氨氧化來實現(xiàn)處理目的，嚴(yán)格控制觀察處理試驗過程中的pH值、DO、溫度以及HRT幾項指標(biāo)，并作詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄，以便從中分析出厭氧氨氧化工藝應(yīng)用于低碳氮比養(yǎng)豬廢水處理過程的最優(yōu)技術(shù)條件。

1? 實驗部分

1.1 實驗儀器

PHS-3E型精密pH計，恒溫振蕩器，電子天平，便攜式溶氧儀，COD微波消解儀，紫外可見分光光度計，電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實驗藥品

分析測定過程中用來配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的藥劑為優(yōu)級純藥劑，其余實驗藥劑均為分析純藥劑。厭氧氨氧化污泥采自某垃圾填埋場滲濾液處理廠。

1.3 分析方法

溫度采用GB 13195-91《水質(zhì)水溫的測定溫度計或顛倒溫度計測定法》測定;pH值采用GB 6920-86《水質(zhì) pH值的測定玻璃電極法》測定;DO采用HJ 506—2009《水質(zhì)溶解氧的測定電化學(xué)探頭法》測定;氨氮采用HJ 535-2009《水質(zhì)氨氮的測定納氏試劑分光光度法》測定;硝酸鹽氮采用GB 7480-87《水質(zhì)硝酸鹽氮的測定酚二磺酸分光光度法》測定;亞硝酸鹽氮采用GB 7493-87《水質(zhì)亞硝酸鹽氮的測定分光光度法》測定;CODCr采用GB 11914-89《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》測定。

1.4 廢水水質(zhì)

廢水取自永清水務(wù)公司某養(yǎng)豬廢水處理項目沼氣池出水，主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

1.5 實驗步驟

（1）厭氧氨氧化污泥的選取：厭氧氨氧化菌種體積小，生長緩慢，因此在選取厭氧氨氧化污泥時應(yīng)該盡取紅色顆粒菌種多的污泥，這樣，以低碳氮比養(yǎng)豬廢水為對象的探索性試驗才能具有代表性。

（2）實驗設(shè)計：取150mL低碳氮比養(yǎng)豬廢水放置于250mL錐形瓶中，用0.1mol/L HCl或者0.1mol/L NaOH溶液將廢水調(diào)節(jié)至所需要的pH值，在錐形瓶中加入適量的厭氧氨氧化污泥，放置于恒溫振蕩器中進行厭氧氨氧化過程，通過恒溫振蕩器控制溫度，同時，通過控制振蕩速度控制錐形瓶內(nèi)DO的濃度。每隔一段時間進行取樣，并測定水樣的氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮及CODCr等指標(biāo)。通過以上實驗設(shè)計探究厭氧氨氧化技術(shù)處理低碳氮比養(yǎng)豬廢水的最佳工藝條件。

2? 結(jié)果與討論

2.1 HRT對氨氮和CODCr去除效果的影響

在室溫條件下，低碳氮比養(yǎng)豬廢水的pH為7.33，向廢水中加入適量的厭氧氨氧化污泥，在恒溫振蕩器中，以保證錐形瓶處于缺氧狀態(tài)下的速度分別振蕩11.5h，23.5h，35.5h，47.5h，59.5h，71.5h，83.5h，95.5h，在靜止0.5h后，按照上述分析方法測定氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和CODCr，探究不同HRT對廢水中氨氮和CODCr去除效果的影響。

實驗結(jié)果得出，隨著HRT的增加，廢水中氨氮和CODCr的去除率是逐漸升高，并且在48h達到最高，分別為88.61%、50.20%，而硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的濃度并沒有隨之增加，這說明氨氮被厭氧氨氧化菌種轉(zhuǎn)化為氮氣，從根本上降低了廢水中的氨氮濃度。但是當(dāng)HRT隨之再增加后，因為廢水中提供給污泥的營養(yǎng)物質(zhì)減少，供需平衡體系被打破，導(dǎo)致氨氮和CODCr的去除率出現(xiàn)小幅降低。再綜合考慮氨氮、CODCr去除率及投資建設(shè)成本，48h的HRT為厭氧氨氧化技術(shù)處理低碳氮比養(yǎng)豬廢水的最佳工藝條件之一。

2.2 pH對氨氮和CODCr去除效果的影響

在室溫條件下，用0.1mol/LHCl或0.1mol/L NaOH將低碳氮比養(yǎng)豬廢水的pH調(diào)整至6.35、6.81、7.33、7.80、8.35，取適量的厭氧氨氧化污泥，以保證錐形瓶處于缺氧狀態(tài)下的速度恒溫振蕩47.5h，靜止0.5h后，按照上述分析方法測定廢水中的氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和CODCr。

實驗結(jié)果得出：隨著養(yǎng)豬廢水pH值的不斷升高，氨氮和CODCr的去除率先由逐漸增加再迅速降低，但是氨氮和CODCr去除率最高時的pH值卻不同，氨氮去除率在廢水pH為7.80時達到最高，為90.15%，CODCr去除率在廢水pH為7.33時達到最高，為50.11%。厭氧氨氧化菌與COD菌種的菌種不同是其中原因，同時，根據(jù)Schalk和Graaf等人提出的羥氨厭氧氨氧化反應(yīng)機理再結(jié)合本實驗的結(jié)果分析，pH過低不利于NO2--N向NH2OH的轉(zhuǎn)化，pH過高又促使NH4+-N向NH2OH反應(yīng)方向進行，過高或過低的pH值都不利于羥氨的生成，從而有可能使厭氧氨氧化反應(yīng)的速率下降?？紤]到低碳氮比養(yǎng)豬廢水的處理難點是氨氮的去除，因此，pH值為7.80是厭氧氨氧化技術(shù)處理低碳氮比養(yǎng)豬廢水最佳工藝條件之一。

2.3 溫度對氨氮和CODCr去除效果的影響

用0.1mol/L HCl或0.1mol/L NaOH調(diào)整低碳氮比養(yǎng)豬廢水pH值至7.80，取適量的厭氧氨氧化污泥，溫度分別設(shè)置為20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，以保證錐形瓶處于缺氧狀態(tài)下的速度恒溫振蕩47.5h，靜止0.5h后，按照上述分析方法測定廢水中的氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和CODCr。

實驗結(jié)果得出，當(dāng)溫度在35℃時，氨氮和CODCr的去除率達到最大，分別為89.14%、56.17%。因為溫度能夠?qū)ι锩富钚援a(chǎn)生直接影響。實驗表明，當(dāng)溫度控制在小于20℃時，低溫能夠明顯抑制微生物的生命活動，降低新陳代謝的速度，其自身的降解能力也會受到很大限制;當(dāng)溫度控制在大于35℃時，高溫能夠降低微生物內(nèi)含的酶活性， 同時降低氨氮和CODCr去除率。因此，溫度為35℃是厭氧氨氧化技術(shù)處理低碳氮比養(yǎng)豬廢水最佳工藝條件之一。

2.4 DO對氨氮和CODCr去除效果的影響

用0.1mol/LHCl或0.1mol/L NaOH調(diào)整低碳氮比養(yǎng)豬廢水pH值至7.80，取適量的厭氧氨氧化污泥，將恒溫振蕩器的溫度設(shè)定在35℃，通過調(diào)整振蕩器的速度以及對錐形瓶采取密封措施，將錐形瓶內(nèi)低碳氮比養(yǎng)豬廢水的DO保持在0mg/L、0～0.5mg/L、0.5～1.0mg/L，1.0～2.0mg/L，2.0～4.0mg/L，在恒溫振蕩器中振蕩47.5h，靜止0.5h后，按照上述分析方法測定廢水中的氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和CODCr。

實驗結(jié)果得出：當(dāng)DO在2.0～4.0mg/L時，低碳氮比養(yǎng)豬廢水中氨氮的去除率是最高的，達到98.66%，同時，也可以很清楚的看到硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮出現(xiàn)高達45.09%和82.96%的負(fù)增長，這說明此時并不是發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，而是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，這并沒有從根本上去除廢水中的氨氮，同理當(dāng)DO在1.0～2.0mg/L時，也發(fā)生相同的狀況。只有當(dāng)DO控制在0.5～1.0mg/L時，氨氮去除率為91.75%的同時，硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮都是一定的正相關(guān)，這說明此時廢水中的氨氮被厭氧氨氧化污泥轉(zhuǎn)化為氮氣，從根本上將低碳氮比養(yǎng)豬廢水中的氨氮去除，并且，此時CODCr的去除率能夠保持在57.08%。因此，DO控制在0.5～1.0mg/L時，低碳氮比養(yǎng)豬廢水處理效果呈現(xiàn)出最優(yōu)工藝條件之一。

3? 結(jié)論

通過實驗分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）厭氧氨氧化技術(shù)能夠?qū)Φ吞嫉瑞B(yǎng)豬廢水中的氨氮去除具有較好的效果，對低碳氮比養(yǎng)豬廢水中的CODCr具有一定的去除效果，能夠?qū)捬醢毖趸夹g(shù)應(yīng)用于低碳氮比養(yǎng)豬廢水的處理;

（2）當(dāng)將低碳氮比養(yǎng)豬廢水的pH調(diào)節(jié)至7.80，DO控制在0.5～1.0mg/L，溫度控制在35℃，HRT控制在48h，經(jīng)過處理的低碳氮比養(yǎng)豬廢水氨氮濃度由459.6～760.3mg/L降低為57.3～62.7mg/L，CODCr濃度由936.1～1352.7mg/L降低為466.2～580.6mg/L，去除率分別達到87.53%～91.75%、50.20%～57.08%。

參考文獻

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[2] 鄭平，徐向陽，胡寶蘭.新型生物脫氮理論與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[3] 楊朝暉，高峰，曾光明，等.短程硝化反硝化去除高氨氮豬場廢水中的氮[J].中國環(huán)境科學(xué)，2005，25（增刊）：43-46.