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绕过原生废水厌氧消化和用IC-SBR法后续处理养猪废水
邓良伟，郑平，陈自隘
中国杭州浙江大学环境工程
中国成都亚洲太平洋区生物气研究与培训中心
在2005-5-14被承认，2005-10-19修正承认，2005-10-20公认
摘要
用一个由内循环厌氧反应器和SBR组成的系统处理养猪废水的目的是建立一个有经济效益的废水处理系统。在处理原生废水的过程中，IC反应器可以移除有机负荷为6–7 kg COD/(m3 day)中的80％。直接处理消化的后续处理的养猪废水的效果是很低的，COD移除率为7.54％，NH3-N移除率为81.2％，这是因为低的生物降解能力和不适当的碳氮比。用SBR后续处理外加的原生废水，流出的COD<300mg/L, NH3-N<10mg/L.在IC-SBR系统中的停留时间为5-6天时，COD, BOD5, NH3-N 和 TN的移除率分别为95.5%, 99.6%, 99.4% 和94.3%。
关键词：IC厌氧反应器，SBR,养猪废水处理，氮移除。

1. 介绍
在很多国家，养猪废水广泛应用于肥料，因为它有很高的有机物，氮，磷含量。如果一大群的猪在限定的区域内养，是很难使用到全部的养猪废水的。而且，这养猪废水可能造成本地的土壤污染和水体的富营养化。所以很多国家开始注意农场造成的污染，和已经加紧立法和加强排放标准。
至于有关养猪废水的处理，厌氧消化是能重大的改变土地的利用，因为它减少污染和生产甲烷。很多研究和申诉已经报道了养猪废水的厌氧消化『1-4』。然而，因为高很长的停留时间和低有机负荷，需要很大的反应体积和投资。内循环（IC）反应器提供了有前景的方法去处理问题，因为它是一个有效的厌氧反应器。『5，6』
厌氧消化的流出物含有高浓度的COD,氮，磷。这是有必要建立一个后续处理以达到排放标准。然而，前面的研究显示直接后续处理的效率是不能满足的，因为它在流出物中有很差的生物降解能力和低COD/NH3-N『7-11』。因此，新的处理策略将会发展。
这项研究的目的是为养猪废水建立一个有经济效益的处理系统和测试绕过原生废水厌氧消化和用IC-SBR法后续处理养猪废水的可行性。

2. 原料和方法
2.1. 实验系统
IC-SBR的步骤列于图1

2.1.1. IC反应器
如图1，IC反应器是有不锈钢做的，边长为320mm，高度为1300mm，总体积为133L（工作体积为120L）。2个气液固分离器定在中间和上面的部分。一个气体收集器与两个分离器连接，发动机安装在反应器的底部。IC反应器是通过泵流入的（型号SP-950），流出的水是通过堰流入水收集器的。从满的消化器中得到35.0L的厌氧污泥用于处理养猪废水，反应器里充满了流出水和原生废水。3天沉淀以后，IC反应器充满了原生废水。从Ic反应器流出的水用SBR处理。实验的温度保持在20-25度。

2.1.2 .SBR
SBR反应池是由不锈钢做的，边长为320mm，高度320mm，总体积是32.7L（工作体积18L）。空气是由风机（型号ACO-001）提供的，是通过SBR反应池的池底释放的（图1）。用一个小泵（型号SP-1000）来充水和放水。在实验室里当SBR嫁接了5.0L污泥时，剩下的体积就有IC反应器流出的水填满，然后运作3天的水利停留时间和30天的生物固体停留时间。温度保持在20-25度。顺序安排为3曝气时间，3h空闲时间，3h曝气时间，1h沉淀，1h倒出，1h充满。充水，反应，沉淀，放水，空置都是通过时间控制。污泥是用手动虹吸的，没有任何搅拌。

2.2. 原料
养猪厂废水的研究是从本地的一个养猪厂得到的。允许沉淀6-12h去除一些悬浮物。COD,BOD,NH3-NH和TN的浓度分别是3000-15000mg/L，1700-8500mg/L，400-1400mg/L，600-2100mg/L

2.3. 分析方法
取样是用于确定每天的COD,NH3-N，SV30,和鉴定每个月的BOD5,SS,TN,和TP .分析COD,BOD5,SS,NH3-N,TN和TP是根据CNEPA发布的标准方法展开的，『12』

3. 结果和讨论
3.1. 用IC反应器预处理的成绩
在实验的开始，40L养猪废水充进IC反应器，控制停留时间为3d。如图2，在前两个星期当有机负荷为1-2kgCOD/(m3d)时，COD的移除率达到80％或更高。增加有机负荷是通过增大流入物的浓度或许减短停留时间。在实验的最后（第21-22个星期），负荷是6-7 kgCOD/(m3d)和COD移除率达80％。据报道在相似的条件下，以有机负荷为3-4 kgCOD/(m3d)，和沼气生长速度为1-1.5m3 /(m3d)，用其他方式的厌氧反应器去处理相同的废水。『1-3，13，14』。因此IC反应器是有能力去处理养猪废水的。
图2中可以看到NH3-N的浓度在流出水中高于流入水，这以为这有机氮有部分转换为氨氮（NH3-N）

3.2. 用SBR法直接后处理的成效
SBR是用于直接处理从IC反应器流出的废水的。在运行2月后，成效会变得很低。入在表1中所列出的，COD和NH3-N的除去率仅仅为7.54％和81.2％。COD的浓度（>800mg/L）和NH3-N的浓度（>100mg/L）在SBR反应池中流出是很高的。这结果类似于Su et al 的那些观测『11』。他们报道，当SBR用于处理消化的养猪废水时，COD的移除率仅仅为10.4*43.6％，TKN的移除率仅为42.5-71.1％。
为了找到低处理COD和NH3-N的原因，要分析IC反应器流进流出废水的性质。BOD5/COD
通常是作为一项指标去评估废水的生物降解能力。BOD5/COD大于0.45表明生物降解能力很好，BOD5/COD＝0.3-0.45，生物降解能力好，BOD5/COD＝0.2-0.3，生物降解能力差，BOD5/COD<0.2，不适合用生物处理。表2中计算出的BOD5/COD在原生废水中为0.66，这表明其生物降解能力很好。在厌氧前处理后，在原生废水中大部分可生物降解的有机物都得到降解。在厌氧流出（IC流出废水）的废水中BOD5/COD降到0.18，它的生物降解能力很差。最适合微生物生长的碳，氮，磷比为BOD5:N:P = 100:5:1,当比率为20.4：4.6：1（从表2中计算得到），表明原生废水已经不适合生物处理。在养猪的消化废水中BOD5:N:P转变为3.1：10.2：1，这以为这养猪废水中严重缺少有机物。这些因素会影响到好氧后续处理消化的养猪废水。
当NH3-N被氧化时，在SBR的曝气阶段PH会急速下降。在第一次曝气的最后，PH下降到6.0左右。在闲置阶段（3-6h）由于反消化，PH有一点上升。在第二次曝气（3-9h）的最后阶段PH下降到5.5，这会约束微生物的活动。这是以低处理率COD和NH3-N,用SBR直接处理IC反应器流出的废水的原因。在进水阶段（11-12h）消化的养猪废水被充满和PH仅仅上升到6.8（小于最初的废水中PH的循环）。NOx-N（总的NO2-N和NO3-N）在最后的循环阶段大于在开始的循环阶段，指示了NOx-N的积累（图3）。这可归结于弱的消化作用，因为在消化养猪废水中没有足够的可降解有机物。『9』
从以上提及的结果中可以判断，传统的厌氧好氧过程处理养猪废水的效果是很差的，很不稳定的。消化的后续处理新的策略必须尝试。

3.3.外加原生废水用SBR后续处理的效果
为了改善后续处理消化养猪废水，原生废水加进了消化的养猪废水中原生废水和消化养猪废水的比率为1：2，这使得SBR中流出的废水BOD5/COD和COD5:N:P都有所提高。COD和NH3-N的去除率大大的增加了。如表2所列，在SBR中COD(<300mg/L)和BOD5(<20mg/L)是非常低，特别在消化的养猪废水中，几乎没有。NH3-N在加进原生废水后在SBR里的处理效果也是很好。NH3-N在流入废水中的浓度最高为1400mg/L，平均为721mg/L,在流出的废水中NH3-N低至10mg/L，去除率达99％多。这已经证实高NH3-N去除率是由于生物氮并不是空气膜。
在图3中显示，当在SBR中处理消化的养猪废水和原生废水时，PH维持在大于7.0是，大约70mg/L的NH3-N转化为硝酸盐或亚硝酸盐。这表明SBR系统比直接后处理SBR有更大的缓冲能力。在曝气阶段（0-3h和6-9h），NOX-N由于NH3-N的氧化而增加。在闲置阶段（4-6h和10-12h），NOX-N由于反消化作用而降低，在SBR处理消化的养猪废水而没有加原生废水的时候，在反消化中出去的NOX-N少于在消化中生产的，这导致NOX-N的积累和碱度的不足，在BR处理消化的养猪废水而加了原生废水时，在反消化中除去的NOX-N远远大于消化中生产的，因为有大量的可降解有机物在混合的养猪废水中。使得在反消化中生产的碱度大于消化中消耗的碱度。这使得PH值在后来的循环中高于开始的（7.58>7.16）和消化作用变好。

3.4.IC-SBR的成效
IC-SBR的全部成效列于表2中，污染物得到有效的去除COD为95.5％，BOD5为99.6％，NH3-N为99.4％，TN为94.3％。这些参数比厌氧好氧的SBR的好（Ng『10』Edgerton et al『16』和Fernandes et al『18』）或者联合厌氧和好氧的混合系统（Bernet et al。『17』）或者水解反应和SBR（Deng『15』）。IC-SBR优于只使用IC或SBR.如果养猪废水只用厌氧过程，污染物的浓度将会过高，以致不能达到排放标准。如果所使用SBR直接处理原生养猪废水，它将会使用更长的HRT(大概9-16天『17，19』)和需要一个大的反应器。而且它会消耗更多的能量IC-SBR的HRT绕过原生废水仅仅用5-6天，而且会显示更大的优势。

4.总结
IC-SBR处理养猪废水已经得到测试；以下的总结在现在的学习中可以描绘出：
当NH3-N的浓度在出水大于进水时，在处理原生废水中有机负荷6–7 kg COD/(m3 day)时，可以除去80％的COD。
直接后续处理消化的养猪废水的成效是非常低的，是因为低的生物降解能力和不适当的碳氮比。用传统的厌氧好氧过程是不可行的。
在SBR系统中，加上原生废水SBR后续处理的效果很好，COD,BOD5,NH3-N和TN的去除率是95.5％，99.6％，99.4％，94.3％。
在实验的基础上，绕过原生废水用IC-SBR处理养猪废水得到了发展。在新的程序中，原生废水分为两部分，如一部分（大概70％）放进厌氧反应器，另外一部分（大概30％）绕过派进SBR于消化废水混合。

认证
中国科学与技术部门，支持这项研究工作的财政，这化学分析工作得到陈葛敏的赏析。
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绕过原生废水厌氧消化和用IC-SBR法后续处理养猪废水 17
摘要 17
1. 介绍 17
2. 原料和方法 18
2.1. 实验系统 18
2.1.1. IC反应器 19
2.1.2 .SBR 19
2.2. 原料 19
2.3. 分析方法 19
3. 结果和讨论 20
3.1. 用IC反应器预处理的成绩 20
3.2. 用SBR法直接后处理的成效 21
3.3.外加原生废水用SBR后续处理的效果 22
3.4.IC-SBR的成效 23
4.总结 23
认证 23
相关文献 24