餐厨垃圾水解酸化液作为外加碳源处理养猪废水

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaodhsnd
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要 采用分段进水多级A/O工艺处理低C/N的养猪废水以解决农村地区水污染问题,确定了分段进水的最佳配比为9∶1,但是其出水NH4+-N仍不能达标。为提高脱氮效果,提出以餐厨垃圾水解酸化液作为处理养猪废水的外加碳源,并与甲醇、葡萄糖、乙酸钠等传统碳源相比较,确定了甲醇、葡萄糖、乙酸钠和餐厨垃圾水解酸化液的最佳C/N分别为4.8、7.3、4.2和5.0。甲醇、乙酸钠、餐廚垃圾水解酸化液在最佳C/N的条件下,多级A/O工艺出水COD分别为319、301、354 mg/L,出水NH4+-N分别为36、25、22 mg/L,均能达标排放。此外,测定了餐厨垃圾固体物料的生化产沼气潜力(BMP)为546 NmL/gVS,并确定了处理养猪废水与餐厨垃圾的联合工艺布局。
  关键词 分段进水;多级A/O工艺;外加碳源;餐厨垃圾
  Abstract The segmented influent multistage A/O process was used to treat low C/N pig wastewater to solve the environmental pollution problem in rural areas. The optimal ratio of segmented influent was determined to be 9∶1, but the concentration of NH4+N in the effluent could not meet emission standards. In order to improve the denitrification effect, household kitchen waste hydrolysis acidification solution (KWHAS) as an additional carbon source for treating pig waste water was proposed. Compared with traditional carbon sources for wastewater treatment, the optimum C/N for Methanol, Glucose, Sodium Acetate, and KWL was determined to be 4.8, 7.3, 4.2, and 5.0. Under the optimal C/N conditions of Methanol, Sodium Acetate and KWHAS, the effluent COD of the multistage A/O process was 319, 301 and 354 mg/L, and the effluent NH4+N was 36, 25 and 22 mg/L, respectively. In addition, the BMP of household kitchen waste solid materials was measured to be 546 NmL/gVS, and the structural layout of the combined process of treating pig wastewater and kitchen waste was determined.
  Key words Segmented influent;Multistage A/O process;Additional carbon source;Kitchen waste
  养猪业产生的废物,包括粪便和尿液、用于清洁粪便和尿液的水以及食物残渣,其导致的水质恶化严重污染环境。因此,越来越多的研究关注开发具有经济效益的技术,去除废水中的有机物和营养物质,特别是氮和磷[1-2]。国内外开展了众多关于养猪废水处理的研究,分别采用人工湿地、物理化学、电化学、活性污泥法或者不同工艺之间的相互组合[3]。其中,分段进水多级A/O工艺具有修建和改造成本低、运行费用低、充分利用碳源、脱氮效果好、灵活可控、技术成熟等特点[4-6]。然而,对于低碳氮比(C/N)的养猪废水,碳源不足往往限制了其脱氮除磷的效果,补充碳源作为电子供体,可以提高反硝化脱氮的效果[7]。餐厨垃圾具有很高的资源利用价值,其水解酸化液有机质含量高、可生化性好、价格低廉、无毒害作用,是一种良好的碳源[8-10]。笔者在确定多级A/O工艺最佳进水配比的基础上,优化外加碳源的投加,最终实现养猪废水和餐厨垃圾协同处理。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  试验所用养猪废水取自惠州市某养猪场,其沼气池出水水质相关指标分别为COD 1 500~3 000 mg/L、TP 60~120 mg/L、NH4+-N 750~1 200 mg/L、SS 1 500~3 000 mg/L、pH 7~8。
  多级A/O工艺试验及反硝化所用的活性污泥均来自深圳市某污水处理厂二沉池。
  反硝化碳源分别为甲醇、葡萄糖、乙酸钠和餐厨垃圾水解酸化液。餐厨垃圾水解酸化液取自深圳市某运行稳定的餐厨垃圾厌氧发酵处理厂,COD浓度为50.60 g/L、挥发性脂肪酸(VFAs)10.87 g/L、NH4+-N浓度为1.30 g/L。
  1.2 试验装置
  装置为有机玻璃制成,尺寸为180 cm×44 cm×50 cm,有效容积为240 L,第一段A/O与第二段A/O对应的有效容积分别为44、100、32、64 L,中沉池、二沉池和混凝沉淀池容积均为10 L。采用两段进水的方式,分别由第一和第二缺氧池进水;消化液回流为两段式回流,剩余污泥分别由中沉池回流第一缺氧池和终沉池回流至第二缺氧池,试验过程中的进水、混合液回流和污泥回流均采用蠕动泵输送。装置缺氧池安装搅拌器,好氧区由曝气头曝气。该装置工艺流程如图1所示。   1.3 水质检测方法
  COD、NH4+-N、NO3-N、NO2-N的测定均参照国家环保总局编写的《水和废水监测分析方法》(第四版)。
  COD采用快速密闭消解法测定;
  NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定;
  NO3--N采用紫外分光光度法测定;
  NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二铵光度法测定。
  2 结果与分析
  2.1 进水配比的影响
  为了合理分配碳源,优化最佳进水配比,需要探究不同进水配比对多级A/O工艺脱氮除磷效果的影响。装置运行参数为:进水流量为36 L/d,进水C/N=(2~3)∶1,HRT=6 d,回流比均为150%,装置的污泥回流比为60%。设置第一缺氧池和第二缺氧池原水进水配比分别为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4,试验进水水质:COD为(2 100±400)mg/L,NH4+-N为(700±100)mg/L,TP为(70±10)mg/L。
  2.1.1 COD的去除效果。
  不同进水配比下A/O工艺对COD的去除效果如图2所示,采用单点进水和以9∶1、8∶2的分段进水方式,多级AO工艺出水COD均可满足《畜禽养殖业污染物排放标准》中COD含量400 mg/L以下的要求。而以7∶3和6∶4的进水配比,出水COD高于排放标准甚至超过500 mg/L,不能达标。
  采用单点进水方式,出水COD的平均浓度为240~300 mg/L。采用分段进水,随进水配比的减小,出水COD浓度先降低后升高。其主要原因是在单点进水条件下,一级A/O段承担主要的污染负荷,二级A/O段因进水可降解有機物的减少,以及一级A/O段出水的冲击,不能满足污泥的正常生长,一级A/O段的污染物处理效果基本决定了整个工艺。利用两点进水向第二缺氧池补充一定易降解有机物,作为反硝化菌的碳源,促进污泥生长,在减少一级A/O段污染负荷的基础上增加二级A/O段的处理效果,以便更好地去除水体中的有机物。但随着第一缺氧池进水量的不断减少,降低了一级A/O段对原水中有机物的去除,使得二级A/O段超负荷运行,导致出水变差甚至不达标。
  2.1.2 NH4+-N的去除效果。
  不同进水配比下A/O工艺对NH4+-N的去除效果如图3所示,在单点进水和两点进水分配比为10∶0、9∶1、8∶2、7∶3和6∶4时,出水NH4+-N的浓度分别在120、100、115、155和190 mg/L左右,均大于80 mg/L《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001),不能达标排放。这表明在好氧区的硝化容量相对不足,脱氮能力有限。在进水配比为6∶4时,NH4+-N出水浓度远高于其他4种进水配比下的出水浓度,主要由于进水中40%的污水进入第二段A/O区,导致该段A/O区NH4+-N的去除超负荷运行。因为第二段A/O区中的NH4+-N主要以硝化液回流的方式进入缺氧池而被去除,而第一段A/O区在脱氮过程中消耗了大量的碱度,对第二段A/O区的硝化过程造成很大的压力,导致出水不能达标且远超过排放标准。
  2.1.3 各污染物沿程的变化。
  为了探究单点进水和分配进水对污染物去除效果的影响,对沿程COD、NH4+-N、TP和pH进行了分析,结果如表1所示。从表1可看出,整个工艺段单点进水和9∶1配比进水对COD的去除率分别为86.97%和88.92%,而NH4+-N的去除率则分别为81.44%和86.67%。当以9∶1的进水配比时,NH4+-N的去除有较可观提升,但出水NH4+-N含量约为96 mg/L,仍不能达标。单点进水和9∶1的配比进水对COD和NH4+-N的去除都主要发生在一级A/O段,COD的去除率分别为77.39%和79.43%,NH4+-N的去除率则分别为72.10%和75.56%。9∶1的进水配比可以有效地降低一级A/O段的进水负荷,其NH4+-N的去除效果要优于单点进水。2种进水方式的二级A/O段COD的去除率分别为9.24%、8.91%,NH4+-N的去除率分别为8.50%和10.27%,对污染物的去除并没有明显差异。表1中的pH持续下降,表明二级A/O段碱度不足,导致氨氮去除效果变差,这主要是由于一级好氧区消耗了大量碱度。同时,二级缺氧池因易降解有机物不足,造成其反硝化过程难以补充足够的碱度,最终使得二级好氧区硝化效果变差,出水NH4+-N难以达标。因此,可通过直接投碱或外加碳源间接提高碱度的方式来强化脱氮,并确定进水配比9∶1为最佳进水配比。
  2.2 外加碳源的优化
  根据以上的研究发现,碱度不足是导致出水氨氮不达标的主要原因。因此,补充硝化过程所需碱度,可以增加氨氮的去除效果,而合理投加碳源可以有效地解决因反硝化不充分导致的碱度不足的问题[11]。
  2.2.1 确定合理的碳氮比。
  适宜碳氮比是指当完全去除水质中的硝酸盐氮时所需的最少有机物量与硝酸盐氮的比值[10]。该试验以餐厨垃圾水解酸化液、甲醇、葡萄糖和乙酸钠作为外加碳源进行反硝化试验,碳氮比的范围由理论值和参考文献确定的。从图4可以看出,甲醇、葡萄糖、乙酸钠和餐厨垃圾水解酸化液的最佳碳氮比分别为4.8、7.3、4.2和5.0。水解酸化液的反硝化速率优于甲醇,产生这一现象的原因是甲醇在作为碳源的过程中,首先需要被转化成相应的VFA,才可被用于微生物代谢循环,故其反硝化速率应低于直接利用VFA作为外加碳源时的反硝化速率。而餐厨垃圾水解酸化液含有较多的乙酸、丙酸和丁酸,属含有多种VFA的混合物,故其反硝化速率较高[10,12]。
  2.2.2 污染物去除效果。
  第二缺氧池进水质:COD为(450±100)mg/L,NH4+-N为(180±50)mg/L,在最适宜碳氮比情况下,将不同碳源投加入第二缺氧池。   2.2.2.1 COD的去除效果。
  从图5可以看出,经过30 d的稳定运行,其出水COD含量均小于400 mg/L,满足排放标准。由于餐厨垃圾水解酸化液成分比较复杂[13-14],存在部分难降解有机物,导致出水COD的含量有一定升高,但仍在排放标准范围内。
  2.2.2.2 NH4+-N的去除效果。
  从图6可以看出,经过30 d的稳定运行,在有外加碳源的条件下出水NH4+-N含量均小于80 mg/L,满足排放标准。
  水解酸化液作为外加碳源对于氨氮的去除,可以与甲醇、乙酸钠等传统碳源的效果没有明显差别,其作为外加碳源可以克服反硝化碳源不足的问题。在反硝化过程中没有碳源的限制,可以为硝化过程补充足够的碱度,促进硝化反应的发生,体系中NH4+-N浓度不断减少。由图7可以进一步推断,外加碳源在促进反硝化过程后,为硝化过程补充了一定量的碱度,进一步提高了二级A/O段的氨氮去除效果。当没有碳源投加时,水体中NO3--N浓度从136 mg/L降低至72 mg/L,其主要是由于水体中易降解有机物不足而导致反硝化效果较差。补充碳源后可以看出,二级A池进水NO3--N浓度反而升高,出水NO3--N浓度降低。其主要是因为碳源的投加促进了二级A池的反硝化效果,在增强反硝化过程的同时产生更多碱度,进而补充二级O池中的碱度,促使NH4+-N转为NO3--N,最终,通过回流增加了二级A池的进水NO3--N浓度。
  3 结论与建议
  (1)采用分段进水多级A/O工艺处理养猪废水,在9∶1最佳进水配比下NH4+-N的去除效果比较可观,但是仍不能达标,出水NH4+-N含量约为96 mg/L。
  (2)对养猪废水的外加碳源进行了优化,确定了甲醇、
  葡萄糖、乙酸钠和餐厨垃圾水解酸化液的最佳碳氮比分别为4.8、7.3、4.2和5.0;在最佳碳氮比的条件下,出水中COD、NH4+-
  N的浓度均能达标。
  参考文献
  [1] DE LA MORAOROZCO C,GONZLEZACUA I,SAUCEDOTERN R,et al.Removing organic matter and nutrients from pig farm wastewater with a constructed wetland system[J].International journal of environmental research & public health,2018,15(5):1-16.
  [2] 周娟,劉锋,尹黎明,等.南方农村分散养猪废水生态处理技术研究[J].水处理技术,2018,44(6):101-104,109.
  [3] 欧阳婷,王涛,樊华.养猪废水深度治理技术研究进展[J].安徽农业科学,2016,44(35):81-83,112.
  [4] ZHU G B,PENG Y Z.Theoretical evaluation on nitrogen removal of stepfeed anoxic/oxic activated sludge process[J].Journal of Harbin Institute of Technology (New Series),2006,13(3):263-266.
  [5] ZHU G B,PENG Y Z,WANG S Y,et al.Effect of influent flow rate distribution on the performance of stepfeed biological nitrogen removal process[J].Chemical engineering journal,2007,131(1):319-328.
  [6] ZHU G B,PENG Y Z,ZHAI L M,et al.Performance and optimization of biological nitrogen removal process enhanced by anoxic/oxic step feeding[J].Biochemical engineering journal,2009,43(3):280-287.
  [7] 邓凯文,李建政,赵博玮.WFSI处理低C/N比养猪废水的效果及脱氮机制[J].中国环境科学,2016,36(1):87-91.
  [8] LIM S J,AHN Y H,KIM E Y,et al.Nitrate removal in a packed bed reactor using volatile fatty acids from anaerobic acidogenesis of food wastes[J].Biotechnology & bioprocess engineering,2006,11(6):538-543.
  [9] BARIK S,PAUL K K.Potential reuse of kitchen food waste[J].Journal of environmental chemical engineering,2017,5(1):196-204.
  [10] 李梦露,蒋建国,张昊巍.餐厨垃圾水解酸化液作碳源的脱氮效果研究[J].中国环境科学,2014,34(4):917-923.
  [11] GU M Q,YIN Q D,WANG Z Z,et al.Color and nitrogen removal from synthetic dye wastewater in an integrated mesophilic hydrolysis/acidification and multiple anoxic/aerobic process[J].Chemosphere,2018,212:881-889.
  [12] CYSNEIROS D,THUILLIER A,VILLEMONT R,et al.Temperature effects on the trophic stages of perennial rye grass anaerobic digestion[J].Water science & technology,2011,64(1):70-76.
  [13] HUSSAIN A,FILIATRAULT M,GUIOT S R.Acidogenic digestion of food waste in a thermophilic leach bed reactor:Effect of pH and leachate recirculation rate on hydrolysis and volatile fatty acid production[J].Bioresource technology,2017,245(Pt A):1-9.
  [14] LI Y Y,JIN Y Y,BORRION A,et al.Effects of organic composition on mesophilic anaerobic digestion of food waste[J].Bioresource technology,2017,244(Pt 1):213-224.
其他文献
摘要 以贵妃玫瑰葡萄为试材,研究不同消毒时间、取材部位、外植体大小以及不同浓度植物激素对增殖和生根培养的影响,优化组培快繁技术,以期为优良鲜食葡萄品种的快速繁殖提供依据。结果表明,最适宜的外植体消毒条件是用0.5%的次氯酸钠溶液消毒15 min;外植体的最佳取材部位为中部茎段;选用外植体长度和粗度分别为2~<3 cm和0.5~0.8 cm时,组培快繁的效果最佳;增殖培养过程中,最理想的6-BA浓度
期刊
摘要“稻田+”是基于农业综合效益提升而提出的稻田经济创新模式,对推进农业供给侧结构性改革具有重要意义。该研究以“稻田+”发展模式的先行者四川省开江县为例,详细解读了“稻田+”产业模式内涵及作用机理,介绍了“稻田+”田园综合体项目的打造思路,并提出强化农业品牌、培育农旅融合项目、创建新村建设模式、连锁餐厅营销等“稻田+”的运营模式,有效推进农业产业升级、乡村振兴。  关键词开江县;“稻田+”;产业振
期刊
摘要以大连工业大学校园为例,通过对校园内植物生活型构成、物种形式构成、季相构成、空间类型构成等实地调查,结合问卷量表,借助SPSS 因子分析,综合分析校园植物的景观构成特征及影响校园植物景观满意度感知的5个维度21个子维度的权重与评价情况,结果显示:大连工业大学校园内植物隶属44科72属共计93种,景观以丛植型群落结构为典型构成特征;植物景观满意度总体情况较好(3.712),体验与情感效应、植物观
期刊
摘要 海洋中药是中药材中的一类,海洋所具有的特殊环境及其他因素造就了其特别的功能与药效。海洋中药大致可分为3类,分别为动物类、植物类以及矿物质类中药。主要介绍了不同种类的海洋中药及其功能特性的研究进展,并对其发展前景进行展望。  关键词 海洋;中药;功效  Abstract The marine traditional Chinese medicine is a kind of Chinese m
期刊
摘要 荃玉9号(F1)是由玉米自交系Y3052和18-599杂交获得,并通过国家审定的高赖氨酸、强优势玉米杂交种。构建了高赖氨酸玉米杂交种荃玉9号F2∶3群体,共240个家系,并对该群体的穗长、穗行数、行粒数、秃尖长、穗粗、轴粗、粒深、百粒重和单株产量共9个穗部性状的变异系数及相关性进行分析。结果表明,除百粒重外其余穗部性状家系间均存在极显著差异;秃尖长变异系数最大,其次是单株产量。单株产量与穗行
期刊
摘要 选用石蜡切片法观察了红掌品种Pandola的大小孢子发生及雌雄配子体发育过程。研究结果表明,红掌子房为二心皮、二心室,每个子房有2个直生胚珠,胚珠为双珠被,厚珠心,胚囊发育为廖型胚囊,成熟胚囊为八核七细胞胚囊,包括2个助细胞、1个卵细胞、2个极核、3个反足细胞,其中反足细胞有退化趋势;红掌花药4室,每侧有2个花粉囊,花药壁从外至内由表皮、药室内壁、中层和绒毡层组成,绒毡层为变形绒毡层类型,小
期刊
摘要 [目的]为研究腐熟小麦秸秆制作水稻育苗基质的可行性,促进秸秆基质化应用。[方法]通过5种不同配比的腐熟小麦秸秆复合基质用于水稻育秧,研究了其对水稻形态指标、生理指标的影响,选出适宜于水稻幼苗生长的最佳基质配比。[结果]腐熟小麦秸秆70%+蛭石15%+珍珠岩15%基质所培育的水稻幼苗的株高、茎粗、地上部干重和根系活力等,与其他处理有显著性差异。最高株高为14.3 cm、最粗茎粗2.580 mm
期刊
摘要 武汉市农业科学院林业果树研究所科技人员从国内引种了70种攀缘植物,并总结出一套供品种筛选用的打分标准,从观赏性、适应性、繁殖性、毒害性等方面对引种的70种攀缘植物进行了综合评价,优选出适合武汉地区的攀缘植物14种,分别为常春油麻藤、京久红忍冬、中华猕猴桃、地锦、五叶地锦、 三叶地锦、鸡血藤、紫藤、葡萄、茑萝、凌霄、鸡矢藤、常春藤和洋常春藤,以供城市垂直绿化工作者参考。  关键词 攀缘植物;引
期刊
摘要 运用冷等离子体种子处理技术(CPT)对不同品种紫花苜蓿种子进行非电离幅射处理,研究该技术对苜蓿种子萌发机制的影响。利用不同剂量的冷等离子体处理苜蓿种子,经过室内发芽试验,研究苜蓿的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数以及丙二醛含量。结果表明,经0~310 W不同剂量冷等离子体处理后,种子各发芽指标及丙二醛(MDA)含量均有明显变化。与对照相比,处理后苜蓿种子更具有发芽优势。说明该技术对苜蓿种子
期刊
摘要 [目的]研究土壤盐分对养心菜生长及品质等指标的影响,为不同程度盐碱地条件下养心菜的功能性栽培提供技术支撑。[方法]采用原土调配盆栽试验,通过CK(0.65 g/kg)、T1(2.00 g/kg)、T2(4.00 g/kg)、T3(6.00 g/kg)、T4(8.00 g/kg)5个盐分胁迫处理,进行株高、单株产量指标及单宁、黄酮、硝酸盐、Vc等品质指标分析。[结果]养心菜株高、茎数、单株产量
期刊