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1、A B S T R A C T N H ；一Na n d D _ 一Ni nU A S Bw a sn e a r l y6 0 w h e nH R Ti S3 6 h B u tt h e r e m o v a lo fN H ；一Na n d D _ 一o f U A S B Bi Sn e a r l y6 0 w h e nH R Ti S2 4 h T hr e s u l ti n d i c a t e dU A S B Bh a dt h es t r o n g e rv o l u m e t r i cl o a d i n g a n dt h eH R To fi
2、 ti s s h o r t e rt h a nU A S B 0 nt h eo t h e rh a n d H R Ti nt h ea n a m m o xr e a c t o rc o u l dn o tb et o ol o w W h e nA 切j 一H j Ni Sc o n t r o l l e di n1 1 1 3 ，t h er e m o v a lo fa n a m m o x i Sb e s t t h em a x i n m mr e m o v a lo f H j Ni nU A S B Bi S6 7 1 7 ，a n dt h e m
3、 a x i m u mr e m o v a lo f D ：一Ni nU A S B Bi S6 2 2 ( 2 ) F o rt h eA n a m m o x S h a r o ns y s t e m w h e nt h et e m p e r a t u r ei sk e p ta t3 5 “ Ca n dp Hi S k e p ta ta b o u t8 0 ，a n dc i r c u l a t i o nr a t ei Sk e p ta t3 0 0 I ft h ea e r a t i o nr a t ei S2 0 0 m L m i n 。
4、e f f i c i e n c yo fN H j Ni nU A S B Bi ss t a r t i n gt od e c r e a s e ，t h er e m o v a lo fN H j Ni n u A S B Bi Sc o n t r o l l e di n 5 2l T h et o t a lr e m o v a lo fN H ；一Ni nt h es y s t e mi S c o n t r o l l e di n8 5 - 9 4 W h e nt h ea e r a t i o nr a t ei S15 0 m L m i no r2 5
5、 0 m L m i n ，t h e r e m o v a lo f N H ：一Ni nU A S B Ba n ds y s t e ma m m o n i aa r ea l ls e r i o u s l yd e c l i n e K e y w o r d ：A n a m m o x ；S h a r o n l V 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 研究的背景与意义1 1 2 猪场废水处理现状2 1 2 1 猪场废水简介2 1 2 2 猪场废水处理技术4 1 2 3 处理难点6 1 3 厌氧氨氧化与短程硝化联合系统7 1 3 1 厌氧氨氧化7 1 3 2 短程硝化1
6、 1 1 3 3 厌氧氨氧化与短程硝化联合系统1 4 1 3 4 存在问题1 7 1 4 课题来源、研究内容和技术路线1 7 1 4 1 课题来源1 7 1 4 2 研究内容1 7 1 4 3 技术路线18 第2 章实验材料与方法19 2 1 厌氧氨氧化装置1 9 2 1 1U A S B 反应器19 2 1 2U A S B B 反应器2 0 2 2 厌氧氨氧化短程硝化联合系统装置2 1 2 3 分析方法与仪器2 3 2 3 1 分析方法2 3 2 3 2 分析仪器2 4 第3 章厌氧氨氧化影响因素研究2 5 3 1 概j 苤2 5 3 1 1 实验装置2 5 V 目录 3 1 2 实验用水
7、。2 5 3 2 厌氧氨氧化的持续运行2 6 3 2 1C O D 的去除2 6 3 2 2 氨氮与亚硝态氮的去除2 7 3 3 厌氧氨氧化影响因素研究2 8 3 3 1 温度影响2 9 3 3 2p H 影响31 3 3 3H R T 影响3 4 3 3 4 基质比影响3 7 3 4 本章小结3 8 第4 章厌氧氨氧化短程硝化装置处理模拟猪场沼液研究4 0 4 1 概述4 0 4 1 1 厌氧氨氧化短程硝化4 0 4 1 2 实验装置4 0 4 1 3 实验用水4 1 4 2 厌氧氨氧化短程硝化处理模拟猪场沼液4 1 4 2 1 联合系统对C O D 的去除4 1 4 2 2 联合系统对氨氮
8、的去除4 2 4 2 3 联合系统的影响因素分析4 5 4 3 曝气量对厌氧氨氧化短程硝化系统的影响4 6 4 3 1 曝气量对联合系统中C O D 的去除影响4 7 4 3 2 曝气量对联合系统中氨氮的去除影响4 8 4 4 本章小结5 1 第5 章结论与展望5 2 5 1 结论5 2 5 2 展望一5 3 致谢5 4 参考文献5 5 V I 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究的背景与意义 建国以来，随着人类生活水平的不断提高以及农村经济体制不断改革，畜 牧养殖业逐渐朝着集约化和规模化的方向发展，而随之带来的是与日俱增的环 境问题。据国家环保部的资料显示：2 0 0 9 年，我国的畜禽
9、养殖粪便总量约4 0 0 0 0 0 万吨( 1 】，超过了生活垃圾的总量，并且是当年工业固体废物总量的4 1 倍。畜禽 养殖粪便是有机肥的重要组成部分，其含有氮磷等大量的营养物质，可利用于 农业建设。但是我国畜禽养殖粪便的处理方式不佳，大多数都在未经处理的情 况下直接排入水体，导致环境的富营养化和土壤污染，其发酵产生的N H 3 、H 2 S 、 挥发性有机酸等物质，当其积累到一定浓度会带来空气污染，甚至还会危害畜 禽自身和人类的健康，所以，带来对环境的污染问题也不容乐观。 养猪行业是畜禽养殖业的重要组成之一，其污染问题也十分严重。目前， 我国生猪存栏数已达4 8 亿多头，已成为全球养猪第一
10、大国。以江西为例，2 0 1 0 年全省生猪养殖场1 3 7 3 万个，年出栏5 0 0 0 头以上的6 5 0 个，较2 0 0 5 年增加了 2 4 4 ；年出栏1 万头以上的猪场近2 9 2 个，比2 0 0 5 年增加了1 6 4 ；年出栏5 万头以上的猪场1 3 个，较2 0 0 5 年增加了2 8 t 引。可见规模化养猪场在全省得 到迅速发展，养猪粪便污水排放总量也随之增加。而大多数养猪场在处理猪场 产生的废水时直接采用的是传统沼气池处理，其对粪污处理达不到环境接纳要 求，因此，规模化养猪业引起的环境污染问题，日益严重，需要妥善处理。 随着人类环保意识的提高和建设江西省鄱阳湖生态经
11、济区的相关要求，探 求一种新型经济高效的猪场废水处理工艺显得十分迫切。在探索工艺过程中， 一些研究者发现厌氧氨氧化和短程硝化对猪场废水处理具有较好处理效果【3 儿4 I ， 但怎么调整装置运行最佳化，使厌氧氨氧化和短程硝化发挥出最佳的去除效果 仍在进一步探索中。本文采用带外循环有填料的U A S B B 装置和生物接触氧化池 装置联合使用，探讨厌氧氨氧化和短程硝化联合系统在处理猪场废水过程中的 影响参数和最优控制条件。 第1 章绪论 1 2 猪场废水处理现状 1 2 1 猪场废水简介 ( 1 ) 猪场废水的来源与水质 猪场废水，它的来源主要包括养猪过程中饲料的残渣、尿液和粪便，以及 猪场清理中
12、的冲洗废水，其中冲洗水占据了养猪废水的主要部分【5 1 。据资料显示 旧】，一头猪的同排粪尿为6 k g 左右，而万头养猪场的粪尿年排放量可达到3 万吨 左右。现在，我国规模化养猪场主要有以下3 种清粪污方式：水泡粪式、水冲 粪式和干清粪式【7J 。而采用不同的清粪污方式，所排放的水质水量也不一致。由 于猪粪污中含有大量有机物、氮、磷、重金属和兽药等物质，不经处理直接排 放容易造成有机物、氮磷等污染物的大量排放，使周边环境形成严重污染。 为了控制畜禽养殖业废水所产生的废水废渣废气对环境造成的污染，2 0 0 1 年国家环保部颁布了畜禽养殖业污染物排放标准( G B1 8 5 9 6 2 0 0
13、 1 ) ，并要求 重视畜禽养殖场在废弃物处理时的资源化和减量化。据资料统计【8 】【9 1 ，猪场废水 的水量、水质特性见表1 1 和表1 2 。 表1 1 猪粪猪尿排泄量 类耍姑重丛g 2 04 06 08 01 0 0 排粪量( k g d ) 0 4 3 O 7 10 9 91 2 61 5 4 排尿量( k g d ) 2 4 52 6 52 8 53 0 53 2 6 ( 2 ) 猪场废水的特点 猪场废水的主要特点如下： 污染负荷较大 一头猪产生的污染负荷等于1 0 人左右所产生的污染负荷【l o 】，所以，一个万 2 第1 章绪论 头规模化猪场的污染负荷等于1 0 万左右人口的污
14、染负荷。可见，其污染负荷非 常大。 污染成分复杂，污染物浓度较耐1 1 】 从表1 2 可知，猪场废水的污染物C O D 、B O D 和N H 3 N 等含量较高，另外 容易产生恶臭和病原体等。 治理难度大 目前国内大多数猪场都是直接采用传统的厌氧沼气池进行处理，特别是对 总氮的去除方面，难以达到畜禽养殖业污染物排放标准( G B l 8 5 9 6 2 0 0 1 ) 的 相关要求。而对于经济效益不高的猪场来说，建设高级的废水处理工程在一次 性投资高，难以接受。受到运行成本的限制，持续运行也相对较为困难。 ( 3 ) 猪场废水的危害 污染地表( 下) 水 猪场废水富含氮磷和其它有机物，若不
15、经处理直接进入水体后会加剧地表 水的富营养化的速度，引起藻类过度生长，减少水体中溶解氧的含量，使水生 动植物大量死亡，并可能造成传染病蔓延，危机人畜饮用水源，形成恶性循环【1 2 】 【1 3 】【1 4 】【1 5 】【1 6 】。 图1 1 猪场废水对地表( 下) 水的危害 恶臭气体 养猪场的恶臭气体已经成为了一大公害，是猪场运营过程中难以治理、最 容易引起纠纷的一种污染物。恶臭污染主要来自于猪体排粪污以及污水在猪舍 中的贮存发酵所致。研究表明【1 7 】，一个年出栏量为1 0 万头的猪场，每年可向大 3 第1 章绪论 气排放恶臭气体1 3 0 吨左右的氨气、1 2 7 吨左右的二氧化硫，
16、造成了严重的恶臭 污染。 重金属污染 随着养猪场的规模化发展，高效、廉价的促增长添加剂逐渐被用到养猪业 中，而这些添加剂里容易含有如C u 、Z n 等一些重金属【1 8 】【1 9 】【2 0 【2 1 】。由于滥用饲 料添加剂等因素，猪场废水重金属在农田灌溉已经形成了一定污染。黄治平等【2 2 】 测定了灌溉农田水中的重金属含量，发现猪场废水所产生的C u 、Z n 、A s 是主要 的污染源之一。重金属除了对植物的影响外，还会影响到动物，D a o m i n g S 等人 矧就证实，有毒重金属进入机体后，容易改变生物分子的代谢生理功能，最终 表现为生物中毒甚至是死亡。 微生物污染 猪体
17、内的微生物主要通过粪便作为载体排入环境。大量的研究表明【2 4 】，一 升猪场废水中所含大肠杆菌数为9 8 0 0 1 4 0 0 0 个。此外，还含有一定数目的寄生 虫卵、沙门氏菌等。因此，如果处理不妥当，容易导致传染疾病的蔓延，进而 影响猪体的正常生长。 残留兽药污染 猪场为了预防多发性疾病，在饲料中会添加部分抗生素及药物，这些抗生 素和药物部分会随尿粪排入环境，进一步威胁生态环境保护。此外，兽药排入 环境还会转为环境激素，容易威胁人体健康。 1 2 2 猪场废水处理技术 目前，猪场废水的主要处理技术有三种：物理化学法、自然处理法和生物 处理法： ( 1 ) 物理化学法 猪场废水C O D
18、 的主要来源之一是排放粪污时的固体悬浮物。通过固液分离 回收污水中的悬浮污染物，T S S 、C O D 一般可下降3 0 - 4 0 2 5 】【2 6 】；而向污水中投 加化学药剂，如石灰、三氯化铁、碱式氯化铝等也可回收一定数量的污染物， 进一步降低C O D 和S S 。物理化学法处理猪场废水的主要优点为具有简单实用有 效的特点，但其运行成本相对高昂，排入环境后容易产生二次污染，所以，该 方法一般用在预处理部分或后续处理部分。 ( 2 ) 自然处理法 4 第1 章绪论 自然处理模式：在废水处理时利用天然或人工构筑物及土地微生物来消纳 有机质的方法。它主要包含人工湿地处理、氧化塘处理和土地
19、处理三种。其主 要的优点是较好的实现了资源化、投资省、运行成本较少、便于管理，但占地 面积较大、处理效果容易受到气候变化的影响。高春芳等例研究发现，人工湿 地处理猪场废水C O D 去除率能达到9 0 左右，总氮的去除率为9 5 左右，磷的 去除率为9 5 左右。 ( 3 ) 生物处理法 由于受到周边土地资源和生态资源缺乏的限制，一些猪场难以采用自然处 理法进行处理，采用高效的生物反应器是猪场废水处理控制的基本途径。目前 我国已有较多的规模化猪场采用了生物处理方式处理废水，生物处理法主要有3 种：厌氧处理法、好氧处理法和厌氧+ 好氧+ 自然混合处理法。 厌氧处理法 我国在1 9 世纪8 0 年
20、代，就已经在养猪业中开始采用“猪沼果”的处理模 式。即猪场废水经过厌氧消化过程后，去除了一部分污染物的同时，将产生的 大量沼气和沼液用于农村生活和农田。在处理猪场废水中常见的厌氧法包含传 统的沼气池、U A S B 、U S R 和I C 等反应器。厌氧发酵具有处理量大、运行成本 低、产生的沼气沼液可回收利用等的优点【2 8 1 ，其缺点是出水水质仍然较高，不 能达到畜禽养殖业污染物排放标准 ( G B1 8 5 9 6 2 0 0 1 ) 。尤其在冬天，因温 度偏低使得厌氧消化速率慢，产沼气量较低，处理效果也随之下降。 而刘明轩【2 9 】等人用U S R 处理养殖废水实验中发现，当H R
21、T = 5 d 、S R T = 2 6 d ， 温度控制在3 5 条件时，其对C O D 和S S 的平均去除率分别可达9 0 和7 0 左 右。 好氧处理法 好氧反应器主要包括生物接触氧化池、氧化沟和S B R 等工艺，好氧处理具 有处理效果好、去除率高等优点，但运行成本较高，对经济效益不高的养猪场 来说容易形成一种负担。 L i a n gL u 【3 0 】等人用S B R 处理猪场废水，其T N 、T P 和B O D 5 的去除率分别 达到9 4 、9 9 3 和9 9 9 。孙峰【3 l 】用M B B R 处理畜禽养殖废水时，当H R T = 1 0 h 时，C O D c r
22、 的平均去除率可达到9 0 ，C O D c r 和N H 3 一N 出水平均浓度为1 2 5 m g L 和7 0 m g L 。 厌氧+ 好氧+ 自然混合处理法 5 第1 章绪论 虽然厌氧处理法、好氧处理法和自然处理法在猪场废水处理中各有优缺点。 由于猪场废水中的有机污染物浓度较高，直接采用厌氧处理难以达标排放，一 般需要先厌氧处理，再好氧后处理才能使得出水达标排放。而且猪场废水好氧 处理脱氮效果比较不好【3 2 J 【3 3 I ，因此，根据实际需要采用有机的混合处理模式。 一般来说，混合处理方法是根据猪场废水的实际水质水量具体值，采用以上2 种或3 种为主体结合处理猪场废水。这种处理模
23、式处理效果较好【”】【3 5 】，投资成 本相对较低，产生的沼气沼液也可供猪场再利用。 厌氧。好氧模式是目前养猪废水中较为合适的处理方式，其去除率好，运行 成本相对较低，厌氧过程产生的沼气沼液可回收利用，出水易达标。吴永明、 万金保等【36 J 用I O C + S B B R 处理猪场废水，C O D c r 、N H 3 N 和T N 的去除率分别 达到9 5 6 、9 5 4 和7 8 6 。 1 2 3 处理难点 目前，猪场废水的处理方法虽然诸多，但难以找到一种单一、运行成本低、 处理水质较好、处理后能直接达标排放的方法。而从已有的资料显示，处理猪 场废水存在以下几方面问题： ( 1
24、) 氨氮的去除问题。大多数猪场在处理猪场废水时直接采用厌氧处理， 并以回收沼气能源、回收沼液农肥为主要目的之一，很少考虑废水的达标排放 问题，特别是对氨氮的去除效果。由于在厌氧消化中一些含氮有机物转化为氨 氮，厌氧直接出水的氨氮含量反而较高，达不到排放要求。 ( 2 ) 厌氧消化液的可生化性问题【3 7 】【3 8 】。厌氧消化在降解污染有机物的同时 也降低了废水的B C 和C N ，导致好氧处理去除有机物和脱氮时具有相当难度 难度，因此对厌氧生物处理进行优化操作，提高可生化性，使出水满足好氧生 物处理的要求十分重要。 ( 3 ) 厌氧消化温度的影响问题【”】。采用地下式厌氧沼气池，可以保持一
25、定 温度，但常年运行下，固体物质逐渐累积，减少了反应器的体积，厌氧消化效 果降低。而采用地上式厌氧反应器，在冬天低温条件下效率降低，而如何保持 适宜的厌氧消化温度是一个问题。 ( 4 ) 新处理工艺探索问题。目前，国内外的研究学者已经考虑将新工艺、 新方法、新技术应用到猪场废水处理上，并取得了相当的进步。1 9 9 0 年，荷兰 D e l f t 工业大学在废水处理实验中发现了厌氧氨氧化现象【4 0 】。1 9 9 7 年，该大学的 H e l l i n g a 等人【4 1 1 开发了S h a r o n 工艺。而国内在厌氧氨氧化和短程硝化上用于猪 场废水也已经开始研究，何占飞【4 2
26、 】等人成功用S B R 反应器富集了厌氧氨氧化菌 6 第1 章绪论 处理养殖废水。杨朝晖【4 3 1 等采用S h a r o n 工艺去除猪场废水中氮的实验中，氨氮 的去除效果也较为明显。新方法的应用使猪场废水的处理取得了一定突破，但 怎样实现减少投资的同时，达到运行效果最佳，还需进一步研究。 1 3 厌氧氨氧化与短程硝化联合系统 1 3 1 厌氧氨氧化 厌氧氨氧化( A n m m o x ) 在2 0 世纪9 0 年代发现【2 3 1 。它是在厌氧的条件下， 微生物利用N H ；作为电子供体，N 0 2 作为电子受体，将N H 4 和N O ；放置于一 定的反应器中转变为N 2 的生物
27、反应过程。 ( 1 ) 反应机理 M u l d e r 4 4 1 等利用生物脱氮流化床实验研究发现，在发生反硝化过程时，除 了各反应物浓度降低外，M E N 的量也会随之降低。并且朋一N 的去除与 N 0 3 一N 的去除是同时发生。他们认为反应器中有以下反应： 3 N O ；+ 5 M ：一4 N 2 + 9 H 2 0 + 2 H + A G 0 5 - 2 9 7 k J m o l ( 1 1 ) V a nd eG r a a f t 4 5 1 等通过活性污泥实验、灭活实验和采用1 5 N 作为失踪元素对 厌氧氨氧化代谢途径做了相应研究，并提出了可能存在的机理：日j 和N H
28、：O H 利用酶复合体的作用下，首先转化为N ：H 。N ：H 。进一步氧化为N 2 。与此同时， 反应中产生的电子将D ；氧化为N H ：O H 。并做出了厌氧氨氧化反应可能存在 的反应： N 2 丁 N 2 0 一N O N H 4 + _ N H 2 0 H + 一N 0 2 。+ 一N 0 3 N 2 H 4 叫N 2 H 2 ! N 2 图1 2 厌氧氨氧化可能存在的反应途径 7 第1 章绪论 在图1 2 中的反应途径，N O ；在反应过程中作用是处置反应所产生电子，另 外一个作用是作为能源在转变为N O ；。随后的实验证明【4 6 】，在厌氧氨氧化的过 程中存在的平衡关系：H ：消
29、耗量、N O ；消耗量和N O ；产量三者比例应为1 ： 1 3 2 ：0 2 6 。用反应方程式表示如下： 埘：+ 1 3 2 N 0 ；+ 0 0 6 6 H C 0 ；+ 0 1 3 H + j1 0 2 N ，+ 0 2 6 N 0 ；+ o 0 6 6 C H 2 0 05 N 0 15 + 2 0 3 O ( 1 2 ) ( 2 ) 厌氧氨氧化菌的研究 S c h a l k 47 J 等人从厌氧氨氧化富集物中提取出了H A O ，该三聚体的酶能还原 N O 和加i 。在采用显微镜观察发现，厌氧氨氧化体中存在内含H A O 酶的囊状 体，这种囊状体也被称作为厌氧氨氧化体。另外，其他
30、一些学者在研究中也发 现了厌氧氨氧化体的存在，例如：V a n d eG r a a f 4 8 】用流化床富集出来具有占6 4 厌氧氨氧化菌的培养物，S t r o u s 4 9 】用S B R 培养出了目标菌占7 4 的厌氧氨氧化 菌的培养物。 在国内，厌氧氨氧化菌的研究与探索也引起了人们的研究。浙江大学郑平 等人对已经发现的9 种厌氧氨氧化菌( P l a n c t o m y c e t a l e s 、P i r e l l u l a 等) 做了特性 和分类研究，建立了厌氧氨氧化菌科。重庆大学祖波 5 l 】等人采用厌氧E G S B 富 集了新的厌氧氨氧化菌种，并采用1 6
31、 Sr R N A 基因序列进行了测试，发现该菌的 同源性最大可达9 3 。 ( 3 ) 影响和控制因素 随着厌氧氨氧化研究的进一步发展，怎样设计反应器并使之达到最佳处理 效果已经被人们关注。在优化营养条件的同时，采用较为适合的条件控制，对 成功富集厌氧氨氧化菌并启动厌氧氨氧化反应器尤为重要。厌氧氨氧化菌的影 响因素如下： 温度 温度是厌氧氨氧化的影响因子中的重要部分，从众多实验中发现，不同的 实验装置得到的结果都略有差异。国内杨洋、左剑恶【5 2 】等在研究中认为，当温 度在3 0 “ C 3 5 。C 时，厌氧氨氧化的效果较高，反应速率为0 1 7 1 0 1 7 4 m g ( m g
32、d ) ， 温度低于3 0 。C 或高于4 0 。C 时，活性下降。而郑平删认为厌氧氨氧化最适温度应 该保持在3 0 * C ，而当继续升高温度至3 5 * C 时，反应速率会逐渐下降。国外J e t t e n 岭4 1 等人认为适宜厌氧氨氧化菌生长的温度范围应该维持在2 0 4 3 ，并认为其最佳 温度为4 0 。 8 第1 章绪论 p H p H 值对厌氧氨氧化尤为重要，影响着它的环境条件。不同的p H 对厌氧氨 氧化菌基质的有效性影响是较大的。研究表明，厌氧氨氧化的适宜p H 一般维持 在6 7 8 3 之间。A n t o n i o u 【5 5 1 等人采用离解方程推导，结果得到
33、厌氧氨氧化菌的 最适宜p H 应该为7 6 0 7 。李小霞【5 6 】等人在用U A S B 反应器研究厌氧氨氧化菌的 实验中发现，当p H 为7 5 8 5 时，N H 4 + - N 、N O ；N 和T N 的去除率分别达到8 2 9 、 8 5 8 和8 3 2 ，该p H 值也并被她认作较为适宜的p H 范围。 水力停留时间 水力停留时间( H R T ) 是影响厌氧氨氧化的另一个因素，不同的水力停留时间 不仅可以改变反应器的容积负荷，并且厌氧氨氧化效果也容易随之改变。游少 鸿、李小霞5 7 1 等人利用A S B R 对厌氧氨氧化进行实验研究时发现，在反应器的 体积为8 L 的A
34、 S B R 中，当H R T = 1 2 h 时，反应器的容积负荷达到0 7 6 k g ( T N ) ( m 3 d ) ， 反应器中州的去除率达到9 4 8 ，被认为是该反应器的最适宜H R T 。 溶解氧 如果厌氧氨氧化反应过程中含有浓度较高的溶解氧，整个反应容易出现抑 制状态。李详【5 8 】等人在研究D O 对厌氧氨氧化影响中，使用序批式生物膜反应 器进行启动。结果发现如果进水时不去除D O ，序批式生物膜反应器的启动将会 延缓。但张少辉【59 】等人在启动厌氧氨氧化时，发现反硝化生物膜反应器中进水 的溶解氧未对厌氧氨氧化产生太大影响，可能的原因是反应器中发生了好氧氨 氧化消耗了
35、水中的D O 。 其他影响因素 除了以上几个影响因素，还可能有一些其他的影响因素。如光线和有机物 浓度等。厌氧氨氧化菌对光线的强弱十分敏感，有研究证明，在有光线的条件 下其活性可减低3 0 5 0 【6 0 。胡勇【6 1 1 等人研究表明，当存在有机碳源的情况 下，厌氧氨氧化的反应器中容易发生一定的反硝化作用，当保持C O D 和氨氮比 值在0 1 5 7 时，厌氧氨氧化作用较为适宜。 ( 4 ) 工艺特点 随着厌氧氨氧化研究的迅速开展，人们逐渐打破了以前生物脱氮工艺概念。 由于厌氧氨氧化反应是自养过程，与传统硝化反硝化比较，其对氮的去除效果 十分优越。其主要的优点如下： C N 低废水的处
36、理。厌氧氨氧化过程不需要投加其他的有机物来作为电 9 第l 章绪论 子供体，而是直接利用了H j 作为反应中的电子供体。所以，在处理低C N 废 水同时，减少了处理费用。 节省耗氧量。在厌氧氨氧化与短程硝化联合使用的反应中直接采用氨作 电子供体。每氧化1m o l 日：的同时，只需消耗氧0 7 5m o l ，而传统的生物脱氮 硝化反应需消耗氧2m o l 。与传统脱氮方式比较，其节省了氧6 2 5 。具体见表 1 3 示。 表1 3 厌氧氨氧化的经济性 传统硝化 厌氧氨氧化 反应式N H ：+ 2 0 2 专N 0 3 + 2 H + H 2 0 N I - l ：4 + O 7 5 0 2
37、j 0 5 2 + + 0 5 马0 耗氧量2 m o l 0 2 m o l N H 4 +0 7 5 m o l 0 2 m o l N H 4 + 节氧 6 2 5 N O ；+ 5 C H 3 0 H + C 0 2 反应式 6 N O ；+ 6 N H 4 6 N 2 + 1 2 H 2 0 3 N 2 + 6 H C 0 3 + 7 H 2 0 = 肖省 1 0 0 甲醇 剩余污泥量较少。厌氧氨氧化的细胞产率较低。在运行过程中剩余污泥 量较少，从一定程度上减少了污泥处理费用。 ( 5 ) 厌氧氨氧化在猪场废水中的应用 随着厌氧氨氧化技术的深入研究，人们已经从原来的机理研究向处理实际
38、 废水方向转移，并取得了应用价值。在日本荷兰等国，此工艺在消化污泥处理、 垃圾渗滤液处理和马铃薯加工废水处理中已有成功实例，在实践中显示了强大 的脱氮能力。在国内，一些研究学者已经逐步将该技术应用于实际废水处理。 而针对猪场废水氨氮含量较高的特点，西南交通大学宋炜【6 2 】采用A B R 厌氧氨氧 化处理猪场废水取得了一定效果。何占飞【6 3 】【删等人采用厌氧S B R 接种厌氧硝化 污泥，并成功启动了处理养殖废水的厌氧氨氧化反应器。在处理猪场废水研究 中，C O D 、日：一N 和N O ；一N 去除率最高可分别达到8 0 、6 0 和9 9 。尽 管厌氧氨氧化在猪场废水处理上已有研究，
39、但由于容易受到外界因素的影响， 应用在实际工程中仍然很少，而怎样达到各种厌氧氨氧化反应器处理废水时的 最佳效果，人们仍在研究中。 1 0 第l 章绪论 1 3 2 短程硝化 短程硝化反硝化工艺( S h a r o n ) 是由荷兰D e l f t 工业大学首先提出和开发的 另一种新型脱氮工艺【6 5 】【6 6 1 。该工艺的提出从观念和技术上都打破了硝化反硝化 的传统生物脱氮概念。 ( 1 ) 反应机理 一般认为，生物脱氮分为三个步骤：一是氨化过程。指微生物将有机化合态 氮分解为氨的过程( R C H N H ，C O O H N H ，+ R C O O H + C O ，) ；二是硝
40、化过程。 指硝化菌和亚硝化菌将氨氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的过程( N H ；一N O ； 一N 0 3 ) ；三是反硝化过程。指硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在反硝化菌的作用下， 转化为氮气的过程( N O ；一D 了一，) 。通常，这种硝化过程与反硝化过程 也被称为全程硝化和全程反硝化过程。 研究学者们发现【6 7 】【6 8 】，在硝化过程中亚硝酸盐转变为硝酸盐过程( 们_ 一 N O ；) 和反硝化过程中硝酸盐转变为亚硝酸盐过程( N 防一N O ；) 是要多走 一段路程。如果少了这个路程，反应速度以及脱氮能力将会得到很大提高。根 据这一思想，人们发现在一定的条件控制下，这种新型脱氮方法是可以实
41、现的 3 1 。这种新型的脱氮工艺逐渐被人们所认可，并称之为“短程硝化反硝化工艺”， 即S h a r o l l 工艺。 在一定的微生物生长条件，把硝化作用控制在亚硝酸盐阶段。此时，反硝化 就以加i 为电子受体。反应式如下： 在亚硝化阶段：N H ；斗中间形态一N O ；( 好氧) ( 1 3 ) 在反硝化阶段：N O ；j 中间形态jN ：( 厌氧) ( 1 4 ) 总的反应过程：N H ；斗N O ；jN ， ( 1 5 ) ( 2 ) 影响和控制因素 如果要实现短程硝化，怎样将硝化过程停止在亚硝化阶段是至关重要的。 一般来说，短程硝化的一个重要标志是亚硝化率较高，可表示为即N O ；
42、( N 0 3 + N O ；) 5 0 。研究发现，硝化菌的生存条件与亚硝化菌的有所差异。 因此认为，可通过将系统调节到较为适合亚硝化菌的生长环境来富集亚硝化菌。 其具体的影响因素如下： 温度 第1 章绪论 研究显示【69 l ，温度在1 2 1 4 时，硝化污泥中的硝化菌容易发生抑制作用， 可实现们i 的积累。温度在1 5 3 0 时，N O ；容易氧化为N O ；温度升高到3 0 以上，会发生N O ：的积累；而温度超过4 0 。C ，亚硝化速率开始下降。因此， 当温度保持在3 0 4 0 。C ，实现短程硝化较为合适。尚会来【7 0 1 等人对短程硝化研究 中表明，当温度控制在1 0
43、。C 下时，反硝化速率是2 6 时的2 9 1 倍，因此低温 对短程硝化的影响也相对较大。 p H 值 p H 的短程硝化的影响主要是当其变化的时候容易引起水中H N O ，和N H 4 + 发生变化( N H 4 N H 。+ H + N O ；+ H + ) 。p H 相对较低时，水中含有大量 的H N O ，和N H 4 + ，较适合于硝酸盐的积累；p H 相对较高时，也可造成亚硝酸 盐积累。郭海娟【7 lJ 等人采用S B R 在短程硝化的研究中发现，当p H 6 8 时系统 中可积累亚硝酸盐氮，并认为当p H 维持在7 5 8 O 时，反应器可实现短程硝化。 溶解氧浓度 硝化菌和亚硝
44、化菌属于好氧菌，在硝化过程中，通入充足的氧气，两种菌 可基本实现平衡。然而，溶解氧浓度相对较低时，亚硝化菌和硝化菌的增殖会 有所不同。G a r r i d o 等1 72 j 人通过实验测出，当D O = I 5m e d L 时，出水亚硝酸盐的 积累率较高。 游离氨浓度 在实现短程硝化过程中，游离氨浓度像是一把双刃剑。其既能作为反应基 质参与反应，加速氨氧化；也能作为抑制剂来抑制亚硝化菌的活性。不同文献 中采用不同反应器进行短程硝化实验时，游离氨的影响差距较大。A n t h o n i s e n 7 3 J 等人发现，当控制游离氨浓度到O 1m g L 1 0m g L 时，亚硝化菌出现了明显抑 制现象。J o a n n a l 7 4 1 等人在游离氨浓度为1m g L - - 6m g L 的混合液中，可以实现 短程硝化。总体来说，大部分文中认为游离氨控制在5m g L 1 0m g L ，较为有 利于短程硝化的实现。 污泥泥龄 污泥泥龄是指污泥在反应器中完全更换一次所耗时间。由于亚硝酸细菌的 倍增时间短于硝酸菌，在启动