一体式MBR工艺处理养猪沼液的中试研究

针对浙江嘉兴某规模化养猪场沼液水质特点,建立一体式膜生物反应器(MBR)系统,着重考察不同运行状况下系统的长期运行稳定性。结果表明:系统运行效果稳定高效,当进水ρ(氨氮)为462~1 764 mg/L(平均862 mg/L),碳氮比为3.2~0.66(平均1.7)条件下,系统出水ρ(COD)和ρ(氨氮)分别为(241.6±74.8)mg/L和(26.6±29.3)mg/L,满足甚至优于DB 33/593—2005《浙江省畜禽养殖业污染物排放标准》。系统总抗生素同步去除效率达80%以上,Cu、Zn、Fe、Mn去除率分别为87.5%、94.1%、92.7%和94.2%。     

低温条件IASBR处理养猪沼液脱氮性能研究

以实际养猪沼液为研究对象,考察分步进水间歇曝气序批式生物反应器(IASBR)在低温条件下的脱氮性能.结果表明:IASBR反应器的硝化性能临界水温为10℃,水温低于10℃时硝化性能急剧下降,水温10℃以上时氨氮去除率达到90%以上,且水温15℃以上氨氮负荷极限可达到0.30 kg·m~(-3)·d~(-1);低碳氮比(COD/TN)1.7±0.3条件下,反硝化性能临界水温为20℃,20℃以上时TN去除率可保持在80%以上,最高达90%,20℃以下时脱氮效率明显降低,出现亚硝态氮积累现象.此外,IASBR反应器脱氮除磷效率高,温度对TOC和TP去除率的影响不敏感.不排泥条件下,进水COD/TN为3.1±0.4时,TN去除率高达90%以上,TOC和TP去除率分别高达83.6%±3.9%和58.5%±17.8%;随后COD/TN降低至1.7±0.3后,TN去除率仍高达80%以上,TOC和TP去除率仅略有降低分别为77.3%±4.6%、53.1%±10.1%.     

两种膜生物反应器处理养猪沼液的比较研究

养猪沼液有机物和氨氮浓度高,碳氮比低,生化处理难度大.本文对比研究了生物膜式膜生物反应器(biofilm membrane bioreactor,BF-MBR)和传统膜生物反应器(MBR)在进水化学需氧量(COD)和总氮(TN)比值分别为1.0±0.2和2.3±0.4条件下对养猪沼液的处理效果.结果表明,养猪沼液COD/TN为1.0±0.2时,两套反应器的出水水质都较差且波动较大.进水COD/TN比值提高到2.3±0.4后,两套系统的出水水质和运行稳定性均得到大幅度提高;BF-MBR对COD和氨氮的去除率分别为92.3%±2.4%和97.5%±4.1%,略优于MBR的91.9%±1.5%和91.2%±14.0%.与MBR相比,BF-MBR因生物膜的影响,对总氮和总磷去除率分别达36.7%±19.5%和54.0%±18.9%,显著高于MBR去除率19.2%±12.4%和29.0%±18.1%;BF-MBR系统比MBR减少了近40%的外加碱耗.BF-MBR比MBR有更好的污染物去除效果且消耗更少的外加碱剂,因此对处理沼液的适用性更好.     

施用沼液对土壤-马铃薯重金属污染状况研究

该文探讨沼液还田后对土壤和马铃薯重金属含量的影响,以实现沼液的无害化利用。于2018年1-5月采用田间试验,设置10个沼液施用量处理,以清水和常规化肥为对照。采集对应点位的马铃薯及土壤样品,测定重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd)含量,并对重金属含量、土壤-马铃薯污染状况及人体健康风险进行分析讨论。结果表明:(1)施用沼液后土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd均值为33.5、136.6、25.5、63.9、0.266 mg/kg,马铃薯重金属均值为1.34、4.07、0.022、0.055、0.018 mg/kg,均低于国家标准值,但沼液处理的土壤重金属值均高于试验前土壤测定值;(2)内梅罗污染指数表明,当沼液施用量76 t/hm2时,污染指数处于警戒级。潜在生态风险指数表明一季种植中施用沼液的土壤重金属潜在风险较低。马铃薯重金属富集能力排序为CdCuZnPbCr,相关系数表明马铃薯和土壤重金属Cu、Zn、Cd呈显著正相关。结合内梅罗污染指数、潜在生态风险指数、富集系数与相关系数表明,重金属Cd的贡献最大,有必要对沼液中的Cd进行防控;(3)施用沼液后,土壤-马铃薯系统的综合质量指数最大值为0.682,均值为0.656,状况良好。沼液处理组成人、儿童重金属暴露风险的最大值为0.520、0.710,均值为0.461、0.630,健康风险程度低,沼液种植的马铃薯可安全食用。综上,在一季种植中施用一定量的沼液进行调控对土壤和马铃薯重金属的污染影响不明显,可安全利用。     

典型规模化养猪场废水中兽用抗生素污染特征与去除效率研究

采用固相萃取结合高效液相色谱/串联质谱方法,对苕溪流域某规模化养猪场排放的典型废水进行兽用抗生素污染检测.结果表明,废水中四环素、土霉素、金霉素和强力霉素等4种四环素类抗生素污染最为严重,最高单体污染浓度可达13.65×103ng·L-1.磺胺嘧啶、磺胺甲唑和磺胺二甲嘧啶等3种磺胺类物质也有一定的检出量,但以磺胺二甲嘧啶较为突出,最高检出量为675.4ng·L-1.氧氟沙星以及红霉素和罗红霉素等喹诺酮和大环内酯类抗生素除了原水有较低的检出量,其它废水均未检出.厌氧消化废水处理系统对废水中高浓度的抗生素具有明显的去除效果,但对低浓度的抗生素去除率较低.与欧盟水环境抗生素阈值(10ng·L-1)相比,排放水中的抗生素污染浓度对周边地表水环境的污染风险仍需要引起重视.通过饲料摄入途径估算养猪场排泄物抗生素含量,并与实测值比较,结果表明,饲料摄入并不是该养猪场兽用抗生素利用的主要方式,可能存在其它用药途径,需要在今后的畜禽养殖兽用抗生素的污染调查、风险估算和消减工艺研发中引起重视.     

间歇曝气SBR与传统SBR处理养猪沼液的比较研究

采用间歇曝气序批式反应器(intermittently aerated sequencing batch reactor,IASBR)和传统序批式反应器(SBR)处理养猪沼液,研究进水中化学需氧量(COD)与总氮(TN)比值(COD/TN)和运行负荷对污染物去除效果的影响.结果表明,在进水COD/TN约为2.2、氨氮负荷为(0.12±0.04)kg·(m3·d)-1时,IASBR中的氨氮、TN和有机物去除率分别为97.2%±4.4%、81.5%±7.5%、88.5%±2.4%,优于SBR的78.3%±19.6%、79.8%±4.9%、86.6%±3.2%;当氨氮负荷提高至(0.18±0.02)kg·(m3·d)-1时,IASBR中的氨氮、TN和有机物去除率略有降低,分别为92.4%±7.3%、77.5%±5.3%、86.4%±2.2%,但仍然优于SBR中的相应去除率78.1%±15.4%、61.8%±11.2%、81.8%±5.6%.在氨氮负荷为(0.20±0.01)kg·(m3·d)-1下,提高进水COD/TN至约3.0,则IASBR和SBR的污染物去除能力较进水COD/TN为2.2时有显著提升,IASBR中氨氮、TN和有机物去除率分别达到99.6%±0.2%、91.5%±2.9%和92.0%±0.9%,仍然高于SBR的90.2%±1.4%、83.0%±1.9%、90.2%±0.5%.总体而言,相较SBR,IASBR对TN和氨氮的去除更高效、耐冲击负荷能力更强,因此对养猪沼液等低碳氮比的废水更为适用.     

生物沥浸对牛粪沼液脱水性能的影响研究

采用嗜酸性硫杆菌,通过摇瓶试验研究了不同硫杆菌及其复合生物沥浸对含固率为3.4%的沼液脱水性能的影响.设置了如下5个处理：①原始沼液（作对照）;②4 g.L-1 Fe2＋（不接菌）;③2 g.L-1S0＋25 mL A.t;④4 g.L-1Fe2＋＋25 mL A.f;⑤2g.L-1 S0＋4 g.L-1 Fe2＋＋12.5 mL A.t＋12.5 mL A.f.考察了不同的处理生物沥浸过程中的pH、Fe2＋、Fe3＋、总Fe、比阻、毛细吸水时间（CST）、沉降性能及沉降12 h后上清的浊度等的变化.结果表明,原始沼液＋Fe2＋、原始沼液＋Fe2＋＋A.f和原始沼液＋Fe2＋＋S0＋A.f＋A.t这3个处理沼液的比阻和CST都得到了不同程度的降低,综合沼液的脱水性能、沉降性能以及沉降12 h后的上清液浊度,结合经济成本分析,建议选择原始沼液＋Fe2＋＋A.f作为沼液生物沥浸处理比较合理.生物沥浸后沼饼中的有机质、N、P、K的含量分别降低了1.14%、0.09%、0.05%、0.1%,不影响肥效,对沼饼中的重金属Cu、Zn的去除率分别为63.2%和91.3%,同时对沼液中的总大肠杆菌的杀灭率超过了99%.可见,生物沥浸技术为沼液的资源化利用提供了一个全新的途径.     

沼液还田对土壤-作物系统重金属累积的影响:Meta分析

为探讨沼液还田方式、还田时长和重金属带入量等对土壤-作物重金属累积的影响,明确重金属累积影响因素的重要性,对41篇文献和1972对数据进行整合分析.结果表明,单施沼液使土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn和作物As、Cr的累积显著提高20.5%、15.2%、25.6%、18.7%、26.3%和14.6%、39.5%,对作物其它重金属累积作用不明显.沼液与化肥混施可显著提高8.05%和4.70%的土壤Cr和Zn的累积且降低作物对As的累积.相关分析表明,土壤As、Cd和Cr的累积速率与沼液还田时长和土壤有机质（SOM）含量呈极显著正相关（P<0.01）,相关系数分别为0.30、0.15、0.13和0.22、0.27、0.22,而与土壤pH值呈极显著负相关（P<0.01）,相关系数分别为0.16、0.13和0.11.沼液还田带入的重金属会促进土壤As、Cd、Cr和作物As、Cd、Cr、Zn的累积,而土壤Cd、Cu和Zn的累积又会促进作物Cd、Cu和Zn的累积,其间相关系数分别为0.45、0.58和0.42.因子重要性分析表明,沼液还田对土壤-作物系统中重金属累积的主要因素是还田时长、SOM和土壤pH值.     

喷施沼液对芸豆产量和重金属含量的影响

该研究通过田间试验,以芸豆为试材,开展了喷施沼液对其生长、产量、病虫害和重金属含量影响的测试,并采用目标危险系数法(THQ)评价了芸豆果实中重金属的健康风险。结果表明,喷施沼液促进了芸豆植株根系发育,果实籽粒生长,提高果实数量,降低了芸豆锈病和细菌性疫病发病率,减少了二十八星瓢虫的啃食作用,增加了果实产量,增产幅度为17.6%。芸豆果实样品中检测了5种重金属,其中Zn、Cu、Cr、Cd 4种重金属含量范围分别为31.93~38.88 mg/kg、5.56~8.29 mg/kg、0.64~1.29 mg/kg和0.09~0.15 mg/kg,未检测到Pb,喷施沼液芸豆中重金属含量满足《食品中污染物限量》(GB 2762-2005)规定。总目标危险系数显示食用喷施沼液的芸豆不存在明显的健康风险,但儿童潜在健康风险高于成人,城市人群高于农村人群。     

混凝前处理对猪场沼液MAP回收时抗生素残留的影响

养猪废水磷酸铵镁（MgNH₄PO₄·6H₂O,MAP）回收时会有大量抗生素转移至回收MAP固体中,采用混凝前处理去除沼液中抗生素减少后续回收MAP中抗生素残留.首先对比聚合硫酸铁（PFS）、壳聚糖（CTS）、阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）和非离子型聚丙烯酰胺（PAM）四种典型无机和有机混凝剂对抗生素去除效果.实验结果显示CPAM去除抗生素效果最好,四环素类抗生素（TCs）去除率为22.8%-44.8%,喹诺酮类抗生素（FQs）去除率为32.2%~70.3%,回收MAP固体中抗生素含量为TCs 8.6mg/kg~19.6mg/kg,FQs 0.8~12.33mg/kg.在此基础上,考察了pH值和CPAM投加量对CPAM去除抗生素的影响.当pH7.5-8.0、CPAM投加量为17.5mg/L时,TCs去除42.5%~50.6%,FQs去除率42.9%~66.3%;与没有混凝处理的沼液MAP回收相比,产物中TCs含量下降43.2%~54.1%,FQs含量下降50.1%~69.5%.     

原水添加比例对猪场废水厌氧消化液后处理的影响

采用序批式反应器(SBR)处理猪场废水厌氧消化液,研究添加原水(配水)比例对处理性能的影响.连续动态试验表明,配水30%的处理,出水NH₃-N浓度低,一般在10　mg/L以下;配水10%、20%处理的出水NH₃-N浓度逐渐升高,至试验结束时,出水NH₃-N分别达300　mg/L和80　mg/L左右.主要是因为配水30%的反应系统,pH能稳定在7.7左右,而配水10%、20%的反应系统,pH逐渐下降直至降到5.5以下.1个运行周期的监测表明,配水10%、20%、30%的处理,NO^-₂-N峰值、NH₃-N低值分别出现在曝气第4　h、第3　h、第2　h.配水比例越大,NH₃-N氧化速度越快,原因是配水比例越高,反硝化程度越高,系统pH也越高.批式反硝化试验表明,BOD₅/TN越高,反硝化速率越快.动态和批式试验都说明,消化液好氧后处理系统正常运行的配水比必须达到30%以上.     

添加原水改善SBR工艺处理猪场废水厌氧消化液性能

采用序批式反应器(SBR)工艺直接处理猪场废水厌氧消化液,处理系统的效率较低,COD去除率仅有10%左右,NH₄⁺-N去除率70%左右;处理出水水质较差,出水COD高于1 000mg/L,出水NH₄⁺-N在200mg/L左右;处理系统的工作不稳定,效能逐渐恶化.在猪场废水厌氧消化液中添加部分未经厌氧消化的猪场废水(原水),处理系统的处理效率明显提高,COD去除率高于80%,出水COD降到250～350mg/L;NH₄⁺-N去除率高于99%,出水NH₄⁺-N小于10mg/L;处理系统的稳定性也得到增强.添加原水后,猪场废水厌氧消化液的BOD₅/COD比值从0.19上升到0.54,BOD₅/TN比值从0.28上升到2.04,增加了微生物生长和反硝化所需的碳源,强化了反硝化作用,不仅提高了总氮去除效率,而且通过回补碱度,维持了处理系统的pH值稳定.     

沼液养殖钝顶螺旋藻的中试研究

在室外中试规模的跑道池中,使用混凝沉淀处理后的沼液养殖高耐污钝顶螺旋藻,研究了螺旋藻的生长情况以及沼液中氮磷的去除情况,计算了沼液中氮磷向螺旋藻体的转化效率.在此基础上,结合小试研究,分析总结了使用沼液室外规模化养殖螺旋藻过程中存在的问题和对策.以12 d为一个培养周期,总共进行了6批次培养试验,其中3批次培养的螺旋藻浓度能够达到采收要求(D560>0.8);而另外3批次未能收获螺旋藻.成功的3个养殖批次中,螺旋藻采收后沼液中COD、氨氮、总氮、总磷分别减少了28.6%~48.5%、30.4%~48.5%、41.8%~48.6%、14.3%~94.5%;其中去除的总氮和总磷向螺旋藻细胞的转化率分别为12.1%~98.5%和21.2%~83.7%.沼液中的高浓度氨氮以及残存虫卵孵化产生的虫害是导致另外3批次培养螺旋藻生长缓慢的主要因素,使用生物处理技术降低沼液中氨氮含量、使用膜过滤技术去除沼液中虫卵对于稳定获得高产率的螺旋藻非常必要.     

间歇曝气SBR处理养猪沼液的短程脱氮性能

采用间歇曝气序批式活性污泥法(intermittently aerated sequencing batch reactors,IASBR)处理养猪沼液,研究在控温30℃、分步进水条件下的短程脱氮性能.结果表明,进水化学需氧量(COD)与总氮(TN)的比值对脱氮性能影响很大,当进水COD/TN为0.8±0.2时,反应器内亚硝态氮浓度持续积累到高达800 mg·L~(-1),对TN、氨氮(NH~+_4-N)和总有机碳(TOC)的去除率仅分别为18.3%±12.2%、84.2%±10.3%、60.7%±10.7%;进水COD/TN提高到2.4±0.5后,亚硝态氮积累浓度迅速从800 mg·L~(-1)降低至10 mg·L~(-1)以下,TN、氨氮和TOC的去除率分别上升至90%、95%和85%以上.逐步缩短HRT以提高运行负荷,发现氨氮负荷是IASBR稳定脱氮的制约因素,体系耐受的氨氮负荷最大为0.30 kg·(m3·d)-1,当超过耐受负荷后,TN、氨氮和TOC的去除率将显著下降.整个运行阶段反应器内亚硝态氮积累率达74.6%~97.8%,运行稳定期实现TN去除率达90%以上,IASBR系统在低碳氮比下实现了高效稳定的短程硝化反硝化,且不需要额外添加碱度药剂,在处理高氨氮低碳氮比废水上具有优越性.     

猪场废水厌氧氨氧化脱氮的短程硝化反硝化预处理研究

在常温(13～20℃)、不调节pH的条件下,采用短程硝化反硝化预处理低C/N（2左右）猪场废水,考察了反硝化与亚硝化过程,并以经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水为进水,分析了厌氧氨氧化的脱氮效果.结果表明,采用短程硝化反硝化预处理低C/N猪场废水,可以达到去除部分COD、部分脱氮、控制出水氨氮和亚硝态氮浓度之比在1∶1左右、pH在7.5～8.0左右的目的,为厌氧氨氧化创造了进水条件,全程COD和总氮平均去除率分别为64.3%和49.1%;经过短程硝化反硝化预处理的猪场废水,其厌氧氨氧化脱氮效果稳定,氨氮、亚硝态氮、总氮的平均去除率分别为91.8%、99.3%、84.1%.     

溶解氧及碳氮比对SBR处理猪场厌氧消化液脱碳除氮效能的影响

猪场厌氧消化液因C/N低,常规的生物脱氮工艺存在COD去除效率低、脱氮效果差等问题.文章以模拟猪场厌氧消化液为处理对象,考察了不同溶解氧浓度(DO浓度均值为2.0和4.0 mg/L)及进水C/N(C/N=2.7、4和6)对SBR工艺脱碳除氮效能的影响.结果表明:CODcr去除率随C/N的增加而升高,并且提高C/N有利于氨氮和总氮的去除,它们的去除率随进水C/N值的增加均呈上升趋势,在C/N =6时分别达到86％和94％.     

沼液SBR处理出水养殖螺旋藻

养猪沼液氮磷等营养物质丰富,可作为廉价的螺旋藻培养基,但其成分复杂,尤其是高氨氮等因素严重抑制螺旋藻的生长.采用序批式生物反应器(sequencing batch reactor,SBR)降低沼液中的氨氮浓度,通过改变进水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)与总氮(total nitrogen,TN)的比值,研究了沼液中的亚硝态氮及硝态氮的保留情况,为螺旋藻生长提供氮源.通过对比螺旋藻在不同工况出水中的生长情况,以及氮元素的保留情况,筛选出最佳SBR工况.摇瓶试验结果表明,当进水COD/TN=3.0,出水中氨氮、硝态氮、亚硝态氮浓度分别为51.2、91.6、213.1 mg·L~(-1),此时螺旋藻具有较快生长速率,产率达到0.084 g·(L·d)~(-1).在此基础之上,通过放大螺旋藻培养规模至120L,研究了螺旋藻在室外大棚中的生长情况及螺旋藻对沼液中氮、磷元素的去除,结果表明螺旋藻在室外依然生长良好,培养10 d后,产率为(0.075±0.003)g·(L·d)~(-1),螺旋藻蛋白含量达到60%左右,养殖出水中氨氮去除率达到99%.     

猪场废水厌氧消化液后处理过程中DOM变化特征

为了快速表征猪场废水厌氧消化液的后处理过程中有机物的特性变化,利用离子色谱、荧光光谱和紫外光谱方法对水解酸化-好氧反应器内溶解性有机物(DOM)时空变化进行了系统分析.水解酸化反应器进水2 h和循环1 h后,有机酸产生的总量分别达到283.6 mg/L和305.5 mg/L,随后降低,并稳定在200 mg/L左右,而在...