（环境工程专业论文）sharon—anammox工艺处理高氨氮猪场废水厌氧消化液.pdf

摘要 猪场废水具有高氨氮、高有机物浓度、高悬浮物等特点，在以往的猪场废水处理中，通常采 用厌氧产沼气的方法进行处理，对氨氮没有去除效果，氮的污染仍是一大问题；并且，猪场废水 经过厌氧处理后，采用传统生物脱氮工艺对消化液中氨的去除更加困难。因此，有必要研究开发 新型生物脱氮工艺。 本文研究了短程硝化厌氧氨氧化联合工艺处理高氨氮猪场厌氧消化液的可行性和运行性 能，主要结果如下： ( 1 ) 以好氧活性污泥接种，成功启动了短程硝化反应器。出水亚硝氮浓度占总硝态氮浓度达 8 0 以上，n h 4 + - n n 0 2 o n 在1 ：l 左右，总无机氮的平均去除率达3 5 a 2 。 ( 2 ) 当溶解氧( d o ) 浓度在1 1 1 5 m g l 、氨氮负荷0 0 2 9 k g n h 4 n k g v s s d 和p h 值在7 3 7 8 时，可以使亚硝酸盐得到稳定积累，出水亚硝氮总硝态氮大于9 0 ，出水n 0 2 。- n n i - i j - n 接 近1 0 ，满足厌氧氨氧化的进水要求。 ( 3 ) 具有硝化反硝化性能的污泥经过1 5 0 多天的培养驯化，转变为厌氧氨氧化污泥，污泥颜色 逐渐由最初的黑褐色变为棕褐色到最后变为浅红色。 ( 4 ) 在非基质浓度限制条件下进水n h j - n n o ： - n 的变化不仅直接影响到n h 十_ n 、n 0 2 - n 和t n 的去除率变化，而且其还与亚硝氮与氨氮去除比和硝氮生成比之间具有相关性。 ( 5 ) 当反应器中n 0 2 - n 浓度达到1 5 0 m g l 时。厌氧氨氧化反应受到抑制，该抑制可以通过添 加少量的羟氨得以解除。 ( 6 ) 在进水氨氮浓度为4 3 1 0 9 m g l 下，经短程硝化一厌氧氨氧化工艺处理后，出水平均n i + - n 浓度为3 5 6 3 m g l ，n 0 2 - n 浓度为1 2 1 9 m g l ，n o i - n 浓度为2 3 7 0 m g l ，总氮的平均去除率达 8 3 3 l ，具有良好的实际应用性和经济性 关键词：猪场废水厌氧消化液，脱氮，短程硝化，厌氧氨氧化 a b s t r a c t t h ep i g g e r yw a s t c w a t c rh a st h ec h a r a c t e r i s t i co f h i g ha m m o n j a ，a 苫a n i a n ds u s p e n d i n gs u b s t a n c e ( s s ) ，p r o d u c t i o no fm e t h a n eb ya n a e r o b i cf e r m e n t a t i o nw a sg e n e r a l l yu s e di np r e v i o u st r e a t m e n to f p i g g e r yw 撇w a t e r , i ti sn o te f f e c t i v et ot h er e m o v a lo f 锄m o n i a - n i 缸i ) g c n b u tm a k ei tm o 辟d i f f i c u rt o r c n l o v e n i t r o g e n o f a n a e r o b i c a l l yd i g e s t e d e f f l u e n to f p i g g e r y w a s t e w a t c r b y t r a d i t i o n a l b i o - - d e n i t r o g a t i o np r o c e s s t h e r e f o r e , i ti sn e c e s s a r yt os t u d ya n dd e v e l o pn e wb i o - d e n i t r o g e n a f i o n p r o c e s s ， t h ef e a s i b i l i t ya n dp e r f o r m a n c et ot r e a ta n a e r o b i c a l l yd i g e s t e de f f l u e n to fp i g g e r yw a s t e w a t e rb y s h a r o n a n a n d o xp r o c e s sw c t ci n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h em a i nr e s u l t sa r es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： ( 1 ) w i t ha e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g e t h es e e d i n gs l u d g e 。s h a r o nr e a c t o rw a ss u c c e s s f u l l ys t a r t e d u p n 0 2 - n n o x - ni ne f f l u e n to v e r t a k e8 0 ，n h 4 + - n n o f - ni sa b o u t1 ：l ，i l l ea v e r a g er e m o v a lo f t o t a l i n o r g a n i cn i t r o g e ni s3 5 4 2 ( 2 ) 、h e nd ow a s1 1 1 5 m g l 。n i - 1 4 + - i nl o a dw 觞0 0 2 9 k gn i - h + - n k g v s s da n dp hw a s7 3 7 8 ，n i t r i t ec a nb es t a b l ya c c u m u l a t e d , n 0 2 - n n o x - ni ne f f l u e n to v e r t a k e9 0 ，n i - h + - n 瓜c h - ni s a b o u t1 0 ，t h ee f f l u e n ts a t i s f i e st h ed e m a n d so f i n f l u e n to f a n a m m o x ( 3 ) w i t ht h es l u d g eh a v i n gn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n s e e d i n gs l u d g e i th a da c t i v i t yo f a n a m m o x b yc u l t i v a t e da n da c c l i m a t e di n1 5 0d a y s t h ec o l o ro fs l u d g ew a sg r a d u a l l yc h a n g e df r o m b l a c kt ob r o w na n df l e e tr e da tl e n g t h ( 4 ) u n d e rt h ec o n d i t i o no f n n a - s u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o nr e s t r i c t i o n , t h ev a r i e t yo f n h 4 + - n n 0 2 - ni n i n f l u e n tn o to n l ye f f e c t st h ev a r i e t yo ft h er e m o v a lo fa m m o n i a - n i t r o g e n ，n i t r i t ea n dt o t a li n o r g a n i c n i t r o g e n , b u th a st h ec o r r e l a t i o nw i t ht h er a t eb e t w e e nn i - h + - nd e c r e m e n t , n 0 2 - nd e c r e m e n ta n d n c b 。- np r o d u c t i o n ( 5 ) w h e nc o n c e n m l t i o no f n o i na c h i e v e d1 5 0 m g lt h ea c t i v i t yo f a n a m m o xi si n h i b i t e d , a n d t h ei n h i b i t i o nc a nb er e l e a s e db ya d d i n gas m a l le m o t m to f a z a n 0 1 ( 6 ) s h a r o np r o c e s sw a sc o u p l e dw i t ha n a m m o xp r o c e s s ，w h e nn i - h + - nc o n c e n t r a t i o no f i n f f u e n tw a s4 3 1 0 9m 叽, t h ea v e r a g en i - 1 4 + n ，n 0 2 。- na n dn 0 3 - nc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n tw e m 3 5 6 3 m g l , 1 2 1 9 m g la n d2 3 7 0 r a g l , t h ea v e r a g el m o v a lo ft o t a li n o r g a n i cn i t r o g e ni s8 3 3 1 ， s h a r o n - a n a m m o xh a sg o o da c t u a la p p l i c a t i o na n de c o n o m i cv a l u e k e yw o r d ：a n a e r o b i c a l l yd i g e s t e de f f l u e n t o fp i g g e r yw a s t e w a t e r , n i t r o g e nr e m o v a l ，s h o r t - c u t n i t r i f i c a t i o n ，a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n 作者简历5 9 英文缩略表 英文缩写 a n a m m o x b o d c o d d o f a f n a n h 4 + - n n 0 2 - n n 0 3 - n n o x - n s b r s h a r a n s s t n u a s b 英文全称 a n a e r o b i ca m m o n i ao x i d a t i o n b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d d i s s o l v e do x y g e n f l e ea m m o n i a f r e en i t r o u $ a c i d a m m o n i a n i t r o g e n n i t r i t en i t r o g e n n i t r a t en i t r o g e n n i t r i t en i t r o g e na n dn i t r a t en i t r o g e n s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r s i n g l er e a c t c 盯s y s t e mf o rh i g ha c t i v i t y a m m o n i ar e m o v a lo v e rn i t r i t e s u s p e n d e ds o l i d t o t a ln i t r o g e n u p - f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d v 中文名称 厌氧氨氧化工艺 生化需氧量 化学需氧量 溶解氧 游离氨 游离亚硝酸 氨氮 亚硝氮 硝氮 总硝态氮 序批式反应器 短程硝化反硝化工艺 固体悬浮颗粒物 总氮 上流式厌氧污泥床 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：瘃j 司录 时间：幻矿年月，日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，印：中国农业科 学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被套阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 论文作者签名： 系阂象 导师签名唧苦牛 赋讯t 如。7 年其| 量b 时间：帅年6 月8 日 中国农业科学院硕十学位论文 第一章引言 第一章引言 1 1 猪场废水中氮的排放及其危害 改革开放以来。随着我国经济的高速发展，人民生活水平的提高及各地菜篮子”工程的实施， 使我国一跃成为世界第一养猪和猪肉消费大国。随着养猪行业规模不断扩大，规模化、集约化养 猪生产迅速发展，资料显示( 陶朝辉等，1 9 9 9 ) ，1 9 9 8 2 0 0 1 年全国年出栏肉猪5 0 万头以上的猪场 或专业户达1 0 0 万个左右，年出栏肉猪1 1 1 4 亿头。占全国生猪年出栏总数的2 2 2 6 ，其中规模 化猪场猪出栏头数占全国猪出栏头数的比例逐年上升：1 9 9 8 年为2 3 2 ；1 9 9 9 年，2 1 9 ；2 0 0 0 年， 2 5 7 ；2 0 0 1 年达到2 5 7 ( 邓蓉等，2 0 0 4 ) 规模化猪场数量逐年增加的同时，猪粪尿及冲洗水量也相应大幅度增加，而且更加集中，并 且大量猪场废水未能得到有效的回收利用与处理处置就直接排放，对环境造成了严重污染。猪场 废水属于高浓度有机废水，含有大量有机物、氨氮和磷，表1 为猪的粪尿排泄量及污染物指标( 华 南农业大学等，1 9 9 9 ) 有关资料表明，猪场废水中b o d 高达2 0 0 0 8 0 0 0 l i n g ，l ，c o d 5 0 0 0 2 0 0 0 0 m g r g ，n i - i ，- n 4 0 0 1 5 0 0 m g l ，t n 6 0 0 2 0 0 0 m g l ，t p l 0 0 3 0 0 m g l ( 李宝林等，1 9 9 7 = 王新谋等，1 9 9 7 ) ，可见猪场废水中氮的浓度基本上是生活污水的2 肚5 0 倍。 袭卜1 猪的粪尿排泄量及污染物指标 t a b 1 10 u t o u to f1 0 i gf e c e sa n di n d e x e $ o f0 0 ll u t e s 注l 括号内数字为平均值n o t e s ：t h e m 埘由肯i n t h e b r 辩k d 姊啦a v e r a g e v a l l 矗 据北京市环保局对一些猪场排放的猪粪尿进行监测并用国家污染排放标准进行评价，结果表 明，化学需氧量超标5 3 倍，五日生化耗氧量超标7 6 倍，悬浮物超标4 倍，三项综合指数( p i j ) 达6 3 6 l ，达到严重污染程度( 刘红，2 0 0 0 ) 。有资料表明我国畜禽粪便污染已超过生活污染和工 业污染成为第一大污染源，其中规模化猪场污染占很大的比重。根据农业部环境监测总站1 9 9 9 年 的统计结果集约化养殖场排放污水氨氮、总磷等指标超标2 0 倍以上，除偏远且流态特殊的洱海 和博斯腾湖外全部处于富营养化状态，这其中养殖场污染的贡献“功不可没”。仅以浙江为例，养 殖场排放污染物已占到水体富营养化物质来源的6 0 0 , 4 以上( 贾玉霞，2 0 0 2 ) 在以往的猪场废水处理中，通常采用厌氧产沼气的方法进行处理，对氨氮没有去除效果。并 中国农业科学院硕七学位论文第一章引言 且，猪场废水经过厌氧处理后，好氧后处理过程中氮的去除更加困难。因此，猪场废水氮索污染 仍然是一大环境问题。 氮素广泛存在于自然界，主要以有机氮化合物( 动物蛋白、植物蛋白) 、氨氮( n h 3 、n i - h + - n ) ， 亚硝氮( n 0 2 - n ) 、硝氮( n 0 3 - - n ) 、氮气( n 2 ) 以及氮氧化物( n o 、n 2 0 、n 0 2 ) 等形式存在， 不同形态的氮具有不同的环境功能。人类开发活动对正常氮素循环的破坏，导致中间产物的积累， 将对人类和其生存的环境造成不良影响( 表2 ) 。 各种形式的含氮化合物拌入水中引起了严重的水体污染，氨氮和亚硝氮是其中的主要氮素污 染物，在近几年我国七大水系的主要污染指标中，氨氮位居第三( 国家环境保护总局，2 0 0 1 ；国 家环境保护总局，2 0 0 2 ) 成为水体氮素污染的首恶。 水体氮素污染造成的环境危害日益严重，最主要的是引起藻类的过度繁殖，导致水体富营养 化。水体富营养化不但给水体环境造成了严重的危害而且造成了巨大的经济损失，主要表现为： 藻类散发出的腥臭使水味变得腥臭难闻；藻类形成的“绿色浮渣”使水质浑浊，水体透明度降低； 许多藻类向水体释放有毒有害物质引起鱼、贝中毒；作为城市供水水源时，影响供水水质并增 加治水成本：破坏水生生态，导致农渔业欠收。国外通常将总氮浓度超过0 3 m g l ，总磷浓度超 过o 0 2 m g l 作为富营养化水质标准，在我国总氮浓度超过1 0 m g l 、总磷浓度超过o 3 m g 1 作为 富营养化水质标准据调查，我国位于长江中下游流域及人口密集的城区附近的湖泊水质富营养 化十分严重。 衰1 2 氯素循环中问产物的不良影响 t a b 卜2n e g a t l v ei n f i u e n o fi n t e r r a e d i a t ep r o d u c ti nn i t r o g e no y c l e 水体氮素污染还会引起生态以及健康方面的有害影响，最直接的影响是氨对水生生物的毒害。 氨在水中以离子( n i - h + 和分子n i - i s ) 的形态存在，引起毒害作用的主要是n h 3 。对于大部分鱼而 言，水中n h 3 的致死剂量为i m g l 。进入水体的氨氮在硝化菌的作用下，可氧化成亚硝酸盐和硝 酸盐，消耗大量氧气完全氧化l l n g 氨氮约需4 6 m g 溶解氧，在二级处理出水中，氨氮需氧量占 总需氧量的比例可高达7 1 3 ，假如水体没有足够的稀释能力，二级处理出水排入水体后，氨氮 将消耗大量d o ，降低水体质量，严重影响水生生态系统。 另外。硝酸盐和亚硝酸盐( 直接排放或氮氮转化而来) 也是严重威胁人类健康的有害物质。 人体吸收亚硝酸盐后能诱发高铁血红蛋白症，因主要发生于婴儿中，又被称为“蓝婴儿”，可导致 2 中国农业科学院硕 学位论文第一章引言 婴儿窒息硝酸盐和亚硝酸盐在人体中还会转化成皿硝胺，据有致畸、致癌、致突变作用，对人 体有严重的潜在威胁。研究表明，硝酸盐摄入量大的人群，胃癌发生率也高。 综上可知，猪场废水中的氨氮排放量大，对水体环境污染严重，威胁人类健康，并且氨氮去 除困难，因此，有必要对猪场废水中氨氮去除进行专门研究 1 2 国内外研究现状 随着人们对猪场废水中氮污染危害性认识的加深，各种治理氮素污染的技术逐步发展，开发 经济、高效的猪场废水脱氮处理技术是目前研究的热点。大量的文献报道表明，目前国内外对猪 场废水氮的去除技术主要分为自然处理法、物理化学处理法和生物处理法。 1 。2 1 自然处理法 1 2 1 1 还田利用 猪场废水中含有丰富的氮索以及磷钾等营养元素，进行无害化处理后可施入森林、草地、池 塘、农田、菜地、果园等生态系统，参与生态系统的物质循环，保持生态系统的平衡。还田利用 的关键是土地承载能力和经济的运输距离问题。主要农作物典型种植地区农田中猪粪当量有机肥 最大年适宜施用量( 土地承载能力) 为：蔬菜种植地区1 5 0 t hm l a ，粮棉瓜果夹种地区1 0 5t h 时a 纯粮种植地区6 0 妇肝a ( 沈根祥等，1 9 9 4 ) 。曾悦等( 2 0 0 4 ) 对畜禽养殖废弃物作为肥料还田的 经济可行性进行了分析，结果表明，使用粪肥的费用低于使用化肥的费用，在粪肥使用费与化肥 使用费持平的情况下，粪肥可以从较远的供给地运到使用地，猪粪的晟经济运输距离为1 3 3k l n 还田利用的优点是( 邓良伟；2 0 0 1 ) ； ( 1 ) 零排放。最大限度实现资源化，可以减少化肥施用，增加土壤肥力； ( 2 ) 投资省； ( 3 ) 不耗能，无需专人管理，基本无运行费。 但是，当前我国规模化猪场废弃物还田利用仍存在以下问题： ( i ) 还田过程中相当数量畜禽粪尿从农田流失到水体中，引起水体富营养化； ( 2 ) 猪粪含水量大、恶臭，带来处理、运输、施用极不方便； ( 3 ) 需要容纳音禽粪尿的土地量大； ( 4 ) 对于不同的作物、不同的生长季节，没有建立统一的施肥标准( 潘学峰等，1 9 9 5 ) 1 2 1 2 人工湿地处理 人工湿地系统是模仿自然湿地而设计的，通常是几个深5 0 c m 的池串联，每池分层铺以粒径不 同的砾石或其它填料，并选择适合的湿生植物。主要利用污水在池中缓慢流动过程中发生的沉淀、 过滤、光化学分解等理化作用，以及水生植物和池中填料表面的生物膜等的生物作用，使污水得 到净化人工湿地可通过微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径去除废水中的氪。 人工湿地系统对入水水质有一定要求，过高的固体物和有机污染浓度可能导致系统失效。因此， 人工湿地处理猪废水首先需要将废水进行固液分离、沉淀等预处理，去除沉淀物和漂浮物后，才 3 中圉农业科学院硕十学位论文第一章引言 能将分离液或上清液通入人工湿地。一般地，人工湿地系统往往作为猪场废水的二、三及处理。 如：kc s t o n e 等( 2 0 0 4 ) 采用沼泽池塘沼泽构建人工湿地系统对猪场废水进行处理。 人工湿地处理系统设计时通常基于两种考虑，种是b o d 负荷，b o d 平均降解速率，平均温度 和水文特征；另一种是基于氨氮负荷。美国墨西哥海湾计划( g m p ) 总结了人工湿地处理养殖废 水的技术进展。研究表明，b o d 5 去除6 5 ，t s s 去除5 3 ，n i l 3 - n 去除4 8 ，t n 去1 象4 2 ，1 1 p 去 除4 2 ( r o b e r tl ，2 0 0 0 ) 人工湿地除氦具有以下一些优点： ( 1 ) 充分利用地形，工程简单； ( 2 ) 建设投资省，成本低； ( 3 ) 处理能耗少，维护方便。 但是，人工湿地也存在相当多的问题： ( 1 ) 占地面积大，一般一头猪需要o 5 1 0 亩净化地，土地紧张地区不适用； ( 2 ) 处理效果受季节、雨量、气温及光照影响大，北方寒冷地区必须采取经济可行的保温设施； ( 3 ) 防渗处理不当，容易造成地下水污染，卫生条件差。 1 2 2 物理化学处理方法 1 2 2 1 吹脱除氮 氨吹脱，汽提是一个传质过程。即在高p h 值时，使废水与空气密切接触从而降低废水中氮 浓度的过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差。 水中的氨氮多以n h 4 + 和n h 3 形式存在，两者存在以下平衡关系： n h + + o h = n i l 3 + h 2 0 ( 卜1 ) 在2 5 c 和p h 为7 的条件下，n i l 3 所占的比例为o 麟：温度不变，p h 升高到1 1 时，n i t 3 所 占的比例增大到9 8 2 提升温度，n h 3 所占的比例也随之增高。 p h l i a o ( 1 9 9 5 ) 等人用吹脱法除猪场废水中的氮，研究表明，影响吹脱效果的因素主要是n h 值、温度和气液比，p h 值影响更为主要。在温度为2 2 ( 2 、p h 值11 5 、气流速率9 0 l r a i n 时，氮去除 率达到9 0 3 。 吹脱除氮具有以下优点： ( 1 ) 工艺流程简单； ( 2 ) 处理效果比较稳定； ( 3 ) 基建费少 同时存在着一些缺点： ( 1 ) 容易生成水垢，影响吹脱效果； ( 2 ) 调节p h 需要加入大量的碱，因此运行费用比较高； ( 3 ) 冬季( 低温) 氨吹脱效率不高； ( 4 ) 逸出的氨氮会污染大气。 4 中国农业科学院硕士学位论文第一章引言 空【和n m 仝【 围1 - 1 欢脱除氯工艺茨程图 f 琅卜1h a m o n i - r e m o v a ib y ；r _ s t r i 印i n g 1 2 2 2 离子交换法 离子交换法通常采用沸石作为离子交换剂。沸石( z e o l i t e ) 是一种开采量很大的天然离子交 换物质。由于它的价格低于人工合成的离子交换树脂，并且具有选择吸附能力，因此常用于污水 中氨氮的去除。污水连续通过沸石交换柱，使沸石的交换能力趋于饱和而不断下降，当出水中浓 度超过运行要求时，需对沸石进行再处理。沸石选择性离子交换工艺主要由离子交换柱、再生贮 液槽和吹脱塔三部分组成，其工艺流程如图1 2 所示，选择性离子交换法对氨氮的去除率可达 9 0 0 o 9 7 r c i n t o l i ( 1 9 9 5 ) 等用沸石滤床对猪粪水作脱氮前处理，氨氮浓度从1 5 0 0 m g i 下降到4 0 0 5 0 0 r a g l ：研究还表明，在前处理中，当沸石与猪粪水体积比为l ：1 0 时，氨氮的去除率可达n 6 5 8 0 ，每头猪每天的处理费用为0 0 6 美元，使用过的沸石可被用作土壤肥料。 沸石离子交换脱氮的优点主要表现在： ( 1 ) 设备构造简单、管理方便 ( 2 ) 具有综合治理污染废水的功能： ( 3 ) 吸附材料无毒、无害、耐磨、耐蚀。 但也存在以下缺点： ( 1 ) 高浓度的氨氮废水，会使树脂再生频繁而造成操作困难： ( 2 ) 再生液仍为高浓度氨氮废水，需再处理； ( 3 ) 处理费用昂贵。 进水空气和n b 圈1 _ 2 沸石离子吸附除氮工艺流程图 f i g i - 2a m o n j - r e m o r a ib y e i z c t i r ei o ne x c h a n g e 5 气 水 中国农业科学院硕士学位论文 第一章引言 1 2 3传统硝化反硝化脱氮 自然界的微生物氮素循环可分为以下几个过程：固氦，氮的同化、氨化、硝化，反硝化、异 化型硝酸盐还原、厌氧氨氧化。见图1 - 3 ( y er w 等，2 0 0 1 ) r , l g 穆一 再i 葫f 烹黼置 i i i c c f t h j ；磊磊焉2 峨 田1 - 3 徽生物氯素循环 f i t ；1 - 3i l l c r o b i a in i t r o g e nc y c l e 传统的生物脱氮途径包括硝化和反硝化两个过程。硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化 菌作用完成，由于两种菌对环境条件的要求不同。这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝 化反应发生在好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下，因此，由此发展而来的生物脱氮工 艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝化工艺，或在两个分离的反应器中进行，或在时间上造 成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行以便硝化与反硝化能够独立地进行。采用间歇曝气 的好氧，缺氧交替工艺直接对猪场废水进行脱氮处理，一般能取得较好的效果。t i l c h e ( 1 9 9 9 ) 采 用具有好氧，缺氧交替功能的序批式反应器( s b r ) 系统直接处理猪场废水，进水n 剑和n h + - n 浓度 分别为2 1 5 3 m g l 和1 4 1 4 m 儿在硝化和反硝化各为2 h ，沉淀排泥为4 h 条件下，出水t k n 和n + - n 浓度分别为1 8 3 6 m g m 和5 4 9 m g k 去除率达到9 8 以上。但由于猪场废水浓度高，直接进行好氧处 理，装置容积大，能耗和运行费用均高。 因为猪场废水有机污染物浓度高，往往先进行厌氧处理后再进行好氧后处理。然而，猪场 废水厌氧消化液好氧后处理脱氮效果都很差。众多研究者( 杨虹等，2 0 0 0 ；邓良伟等2 0 0 2 ：n g w ： g ，1 9 8 7 ) 发现：猪场废水经过厌氧消化后，再利用序批式活性污泥法工艺( s b r ) 进行厌氧消化 液好氧后处理，n i q 4 + - n 去除率仅为3 0 0 一8 0 ，出水n i - l + n 浓度高于2 0 0 r a g l ；最高c o d 去除 率仅为7 3 o ，出水c o d 浓度一般在5 0 0 m g a 。以上。出水水质不能满足畜禽养殖业污染物排放 标准( g b1 8 5 9 6 - 2 0 0 1 ) 。 厌氧消化液好氧后处理效果差的主要原因在于：猪场废水经过厌氧消化后，碳氮比例失调， 碳源严重不足，给后续反硝化脱氮带来困难。为此国内外众多学者主要采用预处理去除氨氮、外 加碳源内加碳源或内外结合方式来调整猪场废水的碳氦比。 ( 1 ) 预处理去除氩氮，改善碳氦比 t a k a a k i m a e k a w a ( 1 9 9 5 ) 通过猪粪水中添加k - 1 2 p 0 4 和m g c l 2 进行前处理，在反应温度为2 5 ( 2 度，反应时间为l h ，p h = 7 5 , n h 4 * - n ：p o , l o p ：m g 的摩尔比为1 o ：o 9 ：0 9 时，经过镁盐和磷酸盐的 结晶沉淀，n h 4 + o n 的去除率达到9 0 以上，c n 从1 9 8 增加到8 ；在沉淀后接间歇好氧缺氧过程。 6 中国农业科学院预十学位论文第一牵引言 最终出水t n 和n i - h + - n 的去除率分别达到9 1 和9 9 ，p 0 4 - p 去除率达到6 0 。 ( 2 ) 加乙酸钠 s a n g1 1 1l e e ( 1 9 9 7 ) 等在缺氧开始阶段向两个s b r 反应器的分别添加已酸钠和猪粪发酵液 作为补充碳源，另一个s b r 反应器不外加碳源作对比实验。实验结果表明，外加碳源与不加碳源 相比，氮的去除率分别从7 6 提高至u 9 0 。 ( 3 ) 加葡萄糖 w a nm a h n e ( 1 9 9 6 ) 等对后置反硝化处理猪场废水中的氮的效果进行了实验评估。研究显 示，进水中的高浓度氨( 1 5 0 0 3 0 0 0 r n g l ) 在优化菌种和控制p h 和供氧条件下并没有对硝化过程 产生抑制。在反硝化阶段，通过添加葡萄糖作为补充碳源，出水氨氮浓度可以降到l o o m g l 以下 ( 4 ) 加原水 x a v i e rf o n t ( 1 9 9 7 ) 在后置反硝化工艺中添加原水，n i - 1 4 + n 和n 0 3 - n 去除率分别达到9 9 8 和 9 8 8 ，但是，后置反硝化在引入猪粪原水作为补充碳源后，原水中又有一部分n 也+ - n 没有去除， 出水n i l 4 + n 浓度达到3 5 0 4 5 0 m g 几。为l t t j u - h y u nk i m ( 2 0 0 4 ) 利用实时控制手段来控制猪粪原水 的最优添加时间和添加量。其过程是通过硝酸盐的变化对应的氧化还原电位和口h 曲线的变化对硝 化和反硝化过程进行实时监控，当反硝化进行的不彻底的时候，计算机发出脉冲指令，每周期向 反应器中加入l g 粪水直到硝化反应进行彻底，停止加原水并开始曝气进行硝化反应。通过对反应 器的实时控制，t o c 和氮的平均去除率分别达到9 4 和9 6 。 邓良伟( 2 0 0 2 ) 等将部分猪粪原水引入好氧硝化池作为补充碳源使s b r 中的b o d 5 c o d 值提 高到o 4 0 5 ，碳、氮、磷的比例调整到b o d 5 ：n ：p = - 1 1 ：7 ：l ，使s b r 对添加原水后的猪场废水 厌氧消化液处理效率大大提高。在n h + n 进水浓度高达1 4 0 0 m g l , 出, 水能达到很低浓度( 1 4 m g l ，羟胺 o 7 r a g l ) 而解除( s t r o u s m ，1 9 9 9 ) ( 4 ) 对抑制剂和刺激剂的敏感性：研究表明2 - 4 - 硝基酚、c c c p 、氯化汞、乙炔、磷酸盐、 光照对厌氧氨氧化有抑制作用；而联氨对厌氧氨氧化有刺激作用( j e t t e nm s m ，1 9 9 9 ) 氧气浓度在0 5 2 o 空气饱和度下厌氧氨氧化活性被完全抑制，除氧后，活性可恢复( s t r o u sm ， 1 9 9 7 ) 厌氧氨氧化工艺基本运行条件： 由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，高浓度氨和亚硝酸盐对其有毒性，所以已报道的 成功运行的a n a m m o x 反应器大都采用序批式反应器。国内外报道a n 啪m o x 工艺正常运行的适宜条 件是；温度在3 0 4 0 c ；p h 范围为6 。7 8 3 ，最大反应速率在州值8 0 ；溶解氧低于2 空气饱和度； 亚硝酸盐浓度低于5 m m o l l ；污泥氨负荷为0 0 2 0 3 k g ( k g d ) 1 4 m g l ) 恢复活性 ( s t r o u