厌氧-硝化-硫自养反硝化组合工艺处理餐厨垃圾发酵废水研究

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餐厨垃圾经厌氧发酵处理会产生一定量的消化废液,这些废液与餐厨垃圾本身所含的水分共同构成了餐厨垃圾发酵废水,其具有C/N低、NH4+-N和COD浓度高、含有难生化有机物、富含油脂和蛋白质以及水质波动大等特性。采用传统生物脱氮工艺处理该类废水时,需要消耗大量电能、碱度和碳源,开发高效低耗的处理工艺是当务之急。硫自养反硝化因具有处理成本低、环境友好、污泥产率低等优点,被认为是比异养反硝化更好的生物脱氮技术,对高浓度氮、低C/N废水的处理有巨大的推广潜力。本文以ABR、完全混合式活性污泥反应器、硫自养反硝化生物滤池等3个处理单元构建厌氧-硝化-硫自养反硝化组合工艺处理实际餐厨垃圾发酵废水。通过对各处理单元的处理性能进行独立实验研究以及对完整组合工艺处理餐厨垃圾发酵废水效果的考察,得出主要结果如下:(1)厌氧除碳单元采用ABR作为厌氧反应器,以实际餐厨垃圾发酵废水作为实验进水。通过固定HRT逐步提高进水浓度的方式连续进水18 d成功启动。单因素实验得出最佳控制参数:p H为7.0~8.5、HRT为24 h、温度为30℃。在单因素最佳控制参数下连续运行63 d,进水COD浓度为4483~5719 mg/L,容积负荷为4.48~5.71 kg COD/(m~3·d),COD去除率为62.5%~79.8%,容积负荷为4.84kg COD/(m~3·d)时,COD去除率可达79.8%;出水TN平均浓度较进水降低了5.29%~6.09%,NH4+-N平均浓度基本未变;ABR内沿水流方向第一隔室的COD去除比重最大,达到46.1%。(2)硝化单元采用完全混合式活性污泥反应器,以厌氧单元出水作为实验进水。通过固定进水浓度逐步缩短HRT的方式连续进水40 d成功启动,最佳HRT确定为5 d。单因素实验得出最佳控制参数:p H为7.0~8.5、DO浓度为3.3 mg/L、温度为25~30℃。在单因素最佳参数下连续运行30 d,进水NH4+-N浓度为1185~1234mg/L,污泥负荷为0.036~0.038 kg NH4+-N/(kg MLSS·d),NH4+-N去除率为87.3%~98.9%,出水NO3--N浓度为1073~1251 mg/L;进水COD浓度为1076~1856mg/L,COD去除率为44.5%~68.0%。(3)硫自养反硝化脱氮单元采用某商品滤料构建硫自养反硝化生物滤池,以硝化单元出水作为实验进水。通过固定HRT逐步提高进水浓度的方式连续进水42 d成功启动。单因素实验得出最佳控制参数:HRT为24 h、进水p H为6.5~8.0、温度为30℃,最佳进水NH4+-N浓度为20~40 mg/L,进水中低浓度的COD可形成异养-自养协同反硝化而增强脱氮效果,当进水COD为1000 mg/L时NO3--N去除率可达97.9%,异养反硝化贡献比例约13%。在单因素最佳参数下连续运行30 d,进水NO3--N浓度为1063~1244 mg/L,容积负荷1.06~1.24 kg NO3--N/(m~3·d),NO3--N去除率为90.3%~93.6%;出水SO42-平均浓度4796 mg/L,产出SO42-和去除NO3--N的浓度比为4.4,推断滤料中硫元素以S2-和S1-为主;滤池内沿水流方向NO3--N去除速率逐渐降低,NO3--N浓度曲线呈凹弧。(4)组合工艺在最佳参数下,以餐厨垃圾发酵废水作为进水,连续运行30 d,COD、TN、NH4+-N去除率分别是87.3%~89.5%、82.3%~85.9%、97.1%~100%,SO42-和NO3--N出水浓度分别是4748~5167 mg/L、55~100 mg/L,最后根据处理效果探讨了优化思路。
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