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猪粪厌氧消化液的短程硝化反硝化脱氮研究

猪粪厌氧消化液的短程硝化反硝化脱氮研究

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作者：陈静西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着集约化养猪业的快速发展,猪粪排泄量以及TN、COD污染物总量快速增加,厌氧消化目前是猪粪处理的主流技术,但是,厌氧消化液中NH-N含量远高于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001),如果得不到有效处置将产生巨大的环境压力。... 详细信息

随着集约化养猪业的快速发展,猪粪排泄量以及TN、COD污染物总量快速增加,厌氧消化目前是猪粪处理的主流技术,但是,厌氧消化液中NH-N含量远高于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001),如果得不到有效处置将产生巨大的环境压力。猪粪厌氧消化液具有低COD/NH-N的特点,所以采用传统硝化反硝化处理厌氧消化液通常需要外加碳源,成本较高。与此相比,短程硝化反硝化对碳源需求减少40%,对氧的需求减少25%,还具有更快的反应速率和更小的反应容积等优点,更适合处理低COD/NH-N废水。针对短程硝化反硝化处理猪粪厌氧消化液,合理调配碳源,探究不同负荷下的脱氮效果,明确微生物作用机制是研究的关键内容。本实验研究内容分为三个部分,第一部分采用SBR反应器直接处理猪粪厌氧消化液,探讨了短程硝化反硝化直接处理厌氧消化液的可行性;第二部分重点考察了在不同负荷下以猪粪原水为碳源(ZF-SBR)和以乙酸钠为碳源(YS-SBR)对脱氮效果的影响;第三部分对反应器内微生物进行多样性分析和群落结构解析。主要工作和结论如下:(1)用SBR直接处理稀释后的猪粪厌氧消化液,反应过程只调控反应条件,不添加任何碳源,在进水氨氮浓度为50 mg/L和200 mg/L两种浓度下,氨氮转化率均大于84%,但是出水中硝态氮和亚硝态氮浓度过高,TN去除率仅为100%,而且体系内的碱度不足,pH降低至6以下。即便通过优化反应器运行条件仍然难以提高TN去除率,所以短程硝化反硝化直接处理猪粪厌氧消化液是不可行的。(2)以猪粪原水和乙酸钠为有机碳源,考察了两个反应器在不同负荷条件下的运行情况。结果表明,两个反应器的脱氮效果基本相当,其中ZF-SBR在进水浓度为500 mg-NH-N/L下获得最大TN去除率(70%);YS-SBR在进水浓度为400mg-NH-N/L下获得最大TN去除率(78.4%)。以猪粪原水为碳源的反应器运行过程NRR较为稳定,且在处理猪粪厌氧消化液时不需要外加碳源就可以满足短程硝化反硝化的需求。(3)通过逐渐增加进水氨氮浓度的方式把反应器运行分为5个阶段,以猪粪原水为碳源反应器在第4阶段(进水氨氮浓度为600 mg/L),总氮去除负荷(NRR)达到最高为190.6 mgN L d,此时NRR=0.72 NLR,平均TN去除率为67.9%,最高TN去除率为74.8%。达到以猪粪原水为碳源时,反应器运行最佳工况:猪粪厌氧消化液稀释到氨氮浓度约为600 mg/L,反应过程控制温度为25℃,曝气阶段溶解氧为2 mg/L,污泥停留时间为13d。以猪粪原水为短程硝化反硝化的碳源,可以实现最为经济的猪粪厌氧消化液的短程硝化反硝化脱氮,对实际工程有指导意义。(4)微生物高通量分析结果表明:较以乙酸钠为外加碳源的反应器,以猪粪原水为有机碳源的反应器其生物群落的丰富度更高,均匀性更好。以猪粪原水为有机碳源时反应器内反硝化菌的相对丰度(9.80%)大于以乙酸钠为碳源的反应器的丰度(6.72%)。以猪粪原水为碳源时优势反硝化菌为Comamonas(3.33%)、unclassified_omamonadaceae(1.69%)、Ottowia(1.63%)、paracoccus(1.51%)和Thauera(1.11%)。

关键词：猪粪厌氧消化液短程硝化反硝化脱氮碳源微生物作用机制

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