高浓度氨氮对厌氧膜生物反应器处理养猪废水的抑制影响及生物炭缓解效能

针对养猪废水中高浓度氨氮对甲烷发酵过程的抑制问题,研究了不同氨氮负荷对厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR) 处理养猪废水效能的影响及生物炭投加的缓解调控效能。结果表明,在(外源)氨氮负荷为0、3 000、4 500 mg·L⁻¹时,常规AnMBR的甲烷产率分别为85.2%、73.2%、51.7%,生物炭的投加可使甲烷产率提高至93.2%、83.7%、63.7%。随着氨氮负荷的提高,AnMBR对污染物的去除能力下降：氨氮负荷由0提升至4 500 mg·L⁻¹时,常规AnMBR对养猪废水中化学需氧量(chemical oxygen demand , COD)、多糖、蛋白的去除率分别由94.0%、95.7%、86.8%降低至92.4%、90.2%、80.2%,生物炭的投加使其去除率维持在92.7%、91.6%、84.3%。进一步研究发现,高浓度游离氨(free ammonia,FAN)的存在是导致AnMBR发酵效能下降的主要原因。
且在氨氮负荷由3 000 mg·L⁻¹提高到4 500 mg·L⁻¹时,常规AnMBR污泥中的可溶性微生物产物(soluble microbial products,SMP)与微生物胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)含量分别提高了84.1%、62.6%,其中,芳香族蛋白类是微生物代谢产物的主要物质;生物炭的投加减少了17.9%~27.1%的SMP含量与2.6%~9.3%的EPS含量。挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFA)甲烷发酵活性实验结果表明,高浓度氨氮主要抑制了乙酸降解微生物的比产甲烷活性,而生物炭的投加利于维持污泥在高氨氮浓度下的乙酸盐降解产甲烷能力。本研究结果可为缓解高浓度氨氮抑制AnMBR处理养猪废水效能的应用提供参考。