猪圈污水的连续曝气式活性污泥处理

环境能源 2018年05月10日

日本国立研究开发法人农业食品产业技术综合研究机构畜产研究部门与法国国家环境与农业科学技术研究院(IRSTEA),共同通过了标准设施1/60,000的小规模实验和计算机模拟,研究了在连续曝气式活性污泥处理法中的脱氮最佳条件。实验结果显示,如果使处理槽内的溶解氧浓度保持0.04~0.08mg/L左右的低水平,与溶解氧浓度:1.7~2.6mg/L的普通处理条件相比,氮的去除率可提高约50个百分点,达到60%以上。

以家畜粪便为主的畜舍污水中含有高浓度的氮。根据日本《水质污浊防止法》的规定,畜舍污水排放河流必须把“氨、铵化合物、亚硝酸化合物及硝酸化合物”的浓度降到基准值以下。目前的暂定标准为600mg/L(截至2019年6月),不过农户正被要求尽快达到100mg/L的统一排水基准,同时还需要农户确立相应技术。

1.小规模实验的结果显示,如果使曝气槽(处理槽)中的溶解氧浓度保持在0.04~0.08mg/L左右的低水平,则在低氧浓度条件下能把在普通条件下不到13%的氮去除率提高50多个百分点,使之达到60%以上(图1左图)。

2.接下来进行的计算机模拟(连续流入、连续曝气、BOD容积负荷为0.5kg/m3/day、流入水中的BOD/N比为3、水温为20°C)的结果显示,如果使曝气槽(处理槽)中的溶解氧浓度保持在0.03~0.07mg/L左右的低水平,除氮效率要远远高于普通条件(溶解氧浓度:2mg/L,图2下图)。

3.畜舍污水的净化处理还需要降低生化需氧量(BOD),此次在小规模实验和模拟实验中均确认(图1右图、图2下图),在低溶解氧浓度条件下,BOD也能有效降低。

4.低氧浓度条件下能高效脱氮的原因被认为是,根据溶解氧浓度的不同,微生物代谢氮的路径发生了变化(图2上图)。实验发现,在普通条件(溶解氧浓度为2mg/L)下,氨通过微生物反应被氧化为亚硝酸后,亚硝酸又被氧化为硝酸,然后再进行脱氮。而在低溶解氧浓度条件下,氨被氧化为亚硝酸后,亚硝酸直接被还原为氮气进行脱氮,在该条件下直接经由亚硝酸来脱氮(图2左上)。这与经由硝酸进行脱氮(图2右上)的普通条件相比,能同时节约用于氧化的供氧量和用于还原的BOD。

5.计算机模拟的结果显示,在低溶解氧条件下消耗的氧气量比在普通条件(溶解氧浓度:2mg/L)下少,因此曝气所需的能耗(耗电量)减少约30%,有望降低设施的运行成本。

参考图

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图1:利用连续曝气式活性污泥处理装置处理前和处理后的无机氮(曝气槽中)及BOD浓度(处理水中)

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图2:不同溶解氧浓度下的氮去除率和BOD去除率的计算机模拟结果(下),以及在低溶解氧条件下根据微生物反应直接经由亚硝酸脱氮的过程(左上)、普通氧条件下的氮代谢过程(中间上)和普通的脱氮过程(右上)

文 客观日本编辑部

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