土壤-木片生物濾池處理低C-N比養(yǎng)豬廢水的效能與機(jī)制.pdf

1、隨著養(yǎng)豬業(yè)的向規(guī)?；较虬l(fā)展，養(yǎng)豬廢水的集中排放量越來越大，給環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，如何經(jīng)濟(jì)有效地對其進(jìn)行處理，以滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，成為養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。目前，常見的工程處理技術(shù)以序批式活性污泥法（SBR）、升流式厭氧污泥床（UASB）及其組合工藝為主，主要用于經(jīng)固液分離預(yù)處理后的水泡糞養(yǎng)豬廢水和干清糞養(yǎng)豬廢水的處理，存在管理復(fù)雜、運(yùn)行成本高等不足。無論是干清糞養(yǎng)豬廢水，還是經(jīng)固液分離預(yù)處理后的水泡糞養(yǎng)豬廢水，都具有高氨氮

2、、低C/N比的特征，如何在高效去除氨氮的同時實現(xiàn)有效脫氮是養(yǎng)豬廢水處理的重點和難點。以氨氮的去除和有效脫氮為目標(biāo)，融合土壤滲濾處理成本低和生物滴濾池占地面積較省的優(yōu)點，提出并構(gòu)建了一種土壤-木片填料生物濾池（SWBF），就其處理干清糞養(yǎng)豬廢水的效能和機(jī)制進(jìn)行了研究。
　　以木片填料濾池（WBF）和礫石填料濾池（GBF）為對照的啟動和運(yùn)行試驗證明，以SWBF處理干清糞養(yǎng)豬廢水在技術(shù)上是可行的。對于COD和氨氮分別為181-509mg

3、/L和192.8-802.0mg/L的干清糞養(yǎng)豬廢水，在表面水力負(fù)荷（SHL）為0.2m3/m2·d的條件下，SWBF在氨氮和總氮去除方面具有顯著優(yōu)勢，去除率分別可達(dá)83.8％和41.3%。SEM觀察發(fā)現(xiàn)，在SWBF中的木片和土壤顆粒表面，生物膜形態(tài)更加多樣，且有更多氨氧化細(xì)菌（AOB）的富集，是SWBF高效去除氨氮的主要生物學(xué)機(jī)制。COD去除/TN去除分析表明，木片為反硝化脫氮提供了部分碳源。
　　SHL對SWBF處理效能的影響

4、研究結(jié)果表明，處理干清糞養(yǎng)豬廢水的適宜SHL為0.2m3/m2·d。在進(jìn)水COD濃度為266mg/L左右（氨氮濃度約為467.7mg/L），SHL為0.08m3/m2·d的條件下，系統(tǒng)的COD、氨氮和總氮去除率分別平均為60.7%、84.2%和34.8%。當(dāng)SHL提高為0.2m3/m2·d后，系統(tǒng)的COD和氨氮平均去除率分別降低為60.3%和68.9%，但總氮去除率顯著提高，達(dá)到了43.5%左右。當(dāng)SHL進(jìn)一步提高到0.32m3/m2·

5、d后，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行，但對COD、氨氮和總氮去除率分別降低到了56.9%、53.3%和20.9%。
　　由于生豬養(yǎng)殖的周期性，養(yǎng)豬場排放的廢水水質(zhì)也隨之發(fā)生顯著改變。為此，探討了SWBF在SHL0.2m3/m2·d下，進(jìn)水水質(zhì)對系統(tǒng)去除效能的影響。結(jié)果表明，在進(jìn)水COD濃度從152mg/L（氨氮175.5mg/L）分階段提高為326mg/L（氨氮568.7mg/L）和421mg/L（氨氮788.7mg/L）后，系統(tǒng)的COD平

6、均去除率從52.3%提高到了61.2%，而氨氮去除率則從84.2%降低到了61.5%。系統(tǒng)的最佳總氮去除率43.5%則出現(xiàn)在進(jìn)水COD326mg/L（氨氮568.7mg/L）的條件，此時系統(tǒng)的COD和氨氮去除率分別為58.0%和68.9%。相對于水質(zhì)變化，SWBF對SHL的變化更加敏感，而且脫氮作用比氨氮去除受SHL變化影響更明顯。
　　鑒于SBR是目前干清糞養(yǎng)豬廢水處理的主要工藝之一，對比分析了其與SWBF在處理效果、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

7、方面的差異。結(jié)果表明，在處理水量相同，SWBF的SHL為0.2m3/m2·d、SBR曝氣時間為5h的條件下，兩者COD去除率相當(dāng)，平均分別為48.2%和45.6%，而SWBF的氨氮平均去除率顯著高于SBR，分別為78.1%和64.0%。對于處理水量為200m3/d的干清糞養(yǎng)豬廢水處理工程，在出水水質(zhì)均滿足GB18596-2001排放要求的前提下，兩者的工程投資大體相當(dāng)，但SWBF較SBR的直接運(yùn)行費(fèi)用低63%，且在運(yùn)行管理方面更加簡易。

8、
　　在上述試驗的各個穩(wěn)定階段，測量濾床10、30、50、70、90、110cm處土壤樣品中污染物的含量，結(jié)果表明廢水中有機(jī)物在30cm之上的區(qū)域基本降解完成，而50cm深度是木片腐敗物積累最多的區(qū)域。土壤中氨氮含量在50cm或30cm深處出現(xiàn)峰值，而硝態(tài)氮含量沿深度方向均表現(xiàn)為升高趨勢，但升高速率逐漸變緩。在闡明主要污染物在濾池縱深方向的變化規(guī)律基礎(chǔ)上，重點研究了氨氮在SWBF中的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化機(jī)制，構(gòu)建出水氨氮濃度與濾床高度間的函

9、數(shù)關(guān)系，是用于廢水處理工程SWBF濾床高度設(shè)計的理想工具。
　　SWBF的微生物群落結(jié)構(gòu)分析及污染物去除的生物學(xué)機(jī)制研究表明，系統(tǒng)中的溶解氧隨濾床深度遞減，但厭氧微環(huán)境的分布是相對均勻的。SWBF沿深度存在不同的功能區(qū)，在70cm深度細(xì)菌種類最為豐富，降解木質(zhì)纖維素的微生物主要集中在0-50cm的濾層，在90-110cm深度區(qū)間存在大量降解萜烯類化合物的細(xì)菌類群。木質(zhì)腐解成為異養(yǎng)反硝化菌群的一種內(nèi)在碳源。10-50cm深度區(qū)域的氮