氨吹脱与膜生物反应器组合工艺处理猪场厌氧消化液研究

【摘要】沼气工程处理畜禽粪污、回收生物能源在我国得到广泛示范应用，但产生的大量厌氧消化液，在无法还田利用的区域，由于缺乏适当的深度处理技术造成环境污染。针对这一个问题，本研究以猪场厌氧消化液深度处理为研究目标，在调研分析了水质参数、单一采用氨吹脱与膜生物反应器（MBR）工艺实验基础上，探讨了氨吹脱与膜生物分反应器组合工艺与运行参数，分析了脱氮细菌的群落演替规律，明确了高氨氮污水短程硝化的控制措施，为猪场厌氧消化液深度处理、畜禽养殖污染防治提供理论与技术支持。主要研究结论如下：（1）通过测试4家猪场的沼气工程厌氧消化液，分析了水质参数，其具有高氨氮、低碳氮比的特性。厌氧消化液氨氮浓度范围300-2000mgN/L、COD/TN仅为1.0-3.5，直接生物脱氮处理存在硝化碱度不足、反硝化碳源不足的问题。（2）采用氨吹脱工艺处理猪场厌氧消化液，分析了pH值、气液比、温度对氨吹脱的影响，并对参数进行了优化。在pH为10.5、气液比为2000-3000、沼液温度为30oC条件下，氨氮去除率为81.84%。经吹脱处理后，沼液碳氮比更为协调，有利于进一步生化处理。（3）采用MBR处理猪场厌氧消化液，明确了碳氮比、氨氮浓度对生物脱氮的影响。在相同的有机负荷（0.5kgCOD/(m3·d)）条件下，COD/TN为1.78-8.76，MBR有机物去除不受碳氮比影响，COD平均去除率75%。在COD/TN为8.76±0.30、BOD5/TN为3.02±0.09时，TN去除率最高为83%。MBR实现了较高的氨氮去除速率0.08kgN/(kgMLSS·d)和95%的氨氮去除率，AOB数量为107-109copies/mL。氨氮浓度对AOB结构具有选择作用。随着氨氮浓度降低，AOB菌群结构多样性降低，Nitronomonaseutropha逐渐消失，Nitrosomonassp.OZK11表现出较强的底物亲和性，发挥了高效的厌氧消化液氨氧化作用。（4）采用氨吹脱与MBR组合工艺处理猪场厌氧消化液，优化“低pH氨吹脱+短程脱氮MBR”耦合工艺与参数。与“高pH氨吹脱+传统脱氮”相比，采用“低pH氨吹脱+短程脱氮MBR”耦合工艺可实现厌氧消化液脱氮的高效、低成本运行。氨吹脱采用添加NaOH2.37±0.16g/L、pH值为9.39±0.04时，氨氮去除73%，TN去除65%，COD/TN提高至5.0-6.0。后续MBR中，在DO为6.12±0.69mg/L时，通过提高好氧区氨氮负荷至0.12-0.16kgN/(kgMLSS·d)，FA浓度为4-11mgNH3/L时，获得亚硝酸盐积累率53%-71%。通过低pH氨吹脱和MBR中短程脱氮可分别去除厌氧消化液TN的64%和30%，处理后污染物浓度低于国家排放标准（GB18926-2001）。该组合工艺不外加碳源、不影响产沼气过程且可回收氨氮，总处理时间仅为2.0天，处理成本为7.76元/m3。（5）比较了高氨氮污水的短程硝化控制措施，明确了高DO下FA的短程控制条件。FA为10.61±2.89mgNH3/L、DO为4.48mg/L条件下实现了氨氧化率91%、亚硝酸盐积累率83%和较高的氨氮负荷（2.05±0.16kgN/(m3·d)、1.41±0.06kgN/(kgMLSS·d)），该运行负荷比低DO、低FA处理（DO为1.75±0.09mg/L、FA为1.67±0.73mgNH3/L）高4倍。在高DO条件调控高效短程硝化FA浓度应为7-16mgNH3/L。
【作者】隋倩雯；
【导师】董红敏；
【作者基本信息】中国农业科学院，农业水土工程，2014，博士
【关键词】猪场厌氧消化液；氨吹脱；膜生物反应器；短程脱氮；氨氧化菌；

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