UASB-OAO组合工艺对规模化养猪场废水的生物脱氮除
关键词:猪场养殖废水;脱氮除磷;UASB;微生物种群
0引言
畜禽养殖是我国重要的经济支柱，据报道我国规模化的养殖场已达到1400多个，畜禽养殖业产值已，[1]超过1.4亿元占农业产值的34%。然而近年来畜禽养殖业的污染问题日益突出，畜禽养殖废水已成为我国农业面源污染之首，畜禽养殖排放污水中COD、总氮和总磷分别占面源污染的95.78%、37.89%和56.30%[2]。养殖废水处理工艺主要有还田模式、生态化处理模式和生物反应器处理模式。我国大部分规模化养猪场附近土地资源紧张，生态匮乏，没有足够的土地用于接收养猪场废水。为了消除养猪场废水中的有机物，保护水资源，开发以生物反应器处理技术为核心的环境友好型处理工艺成为近年规模化养猪厂废水处理技术发展的新趋势。
近年来，好氧/缺氧/好氧工艺得到广泛研究，该工艺省略了传统的厌氧段，废水直接进入好氧段，利用好氧段富集的聚磷菌(PAO)超量吸收水体中的磷酸盐实现废水生物除磷，在随后的缺氧区实现生物反硝化脱氮。关于该技术应用于处理猪场养殖废水的研究至今尚未报道，因此本文首次探究了UASB-好氧/缺氧/好氧组合工艺处理猪场养殖废水的可行性，并分析了各阶段对TP、TN的去除率及内聚物含量的变化，最后应用高通量测序测定了反应体系中微生物的结构。
1实验部分
1.1污水性质及污泥来源
污水取自当地规模化猪场养殖废水蓄水池，池内废水主要是猪圈冲洗水和猪尿液混合液。废水取回后经过滤以去除较大不溶解颗粒。水质如下:
UASB的接种污泥取自当地某啤酒厂厌氧颗粒污泥，该颗粒污泥具有良好的沉降性。好氧和缺氧区污泥取自当地污水处理厂二沉池的活性污泥，该污水处理厂采用氧化沟工艺，活性污泥具有良好的生物脱氮除磷性能，其基本性质为:总悬浮颗粒(TSS)为4000mg/L，挥发性悬浮物质(VSS)为2500mg/L，pH=6.8。
1.2实验设置
新型UASB-O/A/O工艺流程如图1所示。
UASB为圆柱型反应器，有效体积为5.0L，UASB接种污泥的体积分数为80%。好氧、缺氧和好氧反应器的有效体积均为6.0L，反应器接种污泥的体积分数均为50%。好氧反应器中内嵌曝气装置，曝气时ρ(DO)为3～4mg/L，缺氧区内置搅拌器，反应器运行时搅拌器的转速为120r/min。整个反应器在温度恒定为35℃条件下进行。实验周期控制在35d，实验重复3次。
1.3检测方法
TSS和VSS采用重量法测定，pH采用pH计(雷磁PSHJ-3F型)测定，NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法，PO34--P和总磷(TP)采用钼酸铵分光光度法，COD采用重铬酸钾法测定。糖原质采用苯酚-硫酸法测定，内聚物聚羟基烷酸酯(PHA)采用气相色谱。反应稳定运行25d时，取好氧反应器内法测定污泥进行微生物种群结构分析，微生物群落结构的测定方法详见文献[8]。
2结果与讨论
2.1UASB对猪场养殖废水COD、NH4+-N和TP的去除
猪场养殖废水中COD含量较高。图2为UASB运行对COD质量浓度和去除率的影响。
可知:UASB进水ρ(COD)为2300～2500mg/L，出水为514～562mg/L，COD去除率为80%左右。实验结果表明，UASB对养猪场废水中COD具有良好的去除能力。UASB反应器的日产气量平均在1.2m3，由于产量较小，所以UASB产生的沼气可以经过净化处置后直接排放。
图3为UASB反应器对进水NH4+-N和TP去除率的影响。可知:UASB对NH4+-N、TP的去除影响较小，甚至出水NH4+-N的含量略高于进水，这主要是由于部分有机氮在厌氧期被分解为NH4+-N，进而导致出水中NH4+-N含量略微升高。王亮等也曾有UASB出水NH4+-N含量略高于进水的结论。本研究中UASB出水中TP含量略低于进水，这主要是由于进水中部分P元素被微生物所吸收。
2.2好氧区对生物脱氮除磷的影响
好氧区的主要功能是利用好氧区富集的聚磷菌超量吸收水体中的磷酸盐，此外好氧同时能够氧化进水中NH4+-N转化为NO2--N和NO3--N。图4为好氧期中磷酸盐的变化。可知:猪场养殖废水中TP含量随反应时间呈现下降趋势，6h时TP的含量由46mg/L降至5.4mg/L，去除率高达88.2%，说明该好氧期对TP具有较高的去除效果，但出水TP含量仍高于排放标准。