[00133098]AGS-SBR工艺处理高氨氮畜禽养殖废水的关键技术研究

一、课题来源与背景 重庆作为发展迅猛的直辖市,随着城市人口的快速增长和人民生活质量的提升,对于禽蛋、肉类等需求旺盛,畜禽养殖废水体量大且处理难的问题,亟待解决。重庆市2016年环境公报指出,针对畜禽养殖污染防治,将组织编制并实施畜禽养殖污染防治规划,加快推进畜禽养殖地方立法进程,完成141万头生猪当量污染治理配套设施工程整改。同时相比以往的农村散养为主的畜禽养殖方式,我市养殖模式正发生巨大的变化,智慧养殖、生态养殖、规模化养殖已成为主要趋势,急需配套高效、经济和绿色的大规模畜禽废水处理技术。好氧颗粒污泥因具有较大的粒径,限制溶解氧DO基质的扩散,可在颗粒的不同位置形成好氧/缺氧或厌氧的微环境,适合多种微生物生存,为生物脱氮创造良好的条件,近年来成为废水处理领域的研究热点。针对当前养殖废水处理效果不佳,主要表现在对其经厌氧发酵后的沼液中,高浓度氨氮的去除效果差的污染特征,好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge,AGS）技术具有负荷浓度高、抗冲击性强、一体化运行显著优势。开发高效AGS技术,有望成为突破高氨氮生物毒性和抗负荷冲击弱两大脱氮瓶颈的关键,对于提高畜禽养殖废水同步脱氮效果,降低建设运行成本和运行管理难度具有重要的现实意义。 二、技术原理及性能指标 AGS-SBR反应器中,采用畜禽养殖废水沼液按一定比例稀释后的污水为进水,在快速进水好氧运行模式下通过逐步缩短沉降时间的方法,形成高选择压,快速培养好氧颗粒污泥;以氨氮浓度、C/N比、水力停留时间（HRT）作为关键调控因子,通过单因素试验、响应曲面Box - Behnken 中心组合试验等手段,探索影响AGS-SBR工艺处理高氨氮养殖废水沼液脱氮效能的关键因素,获得最优工艺运行条件;通过高通量测序分析手段分,研究AGS-SBR工艺处理高氨氮养殖废水沼液工艺调控过程中微生物群落结构与功能多样性。 三、技术的创造性与先进性 本项目以养殖废水沼液为进水,利用全好氧快进水模式,采用高选择压筛选法,实现好氧污泥颗粒化。结合养殖废水中高氨氮污染特征,形成AGS-SBR处理畜禽养殖废水脱氮关键技术。首先,采用全好氧快进水模式启动运行SBR,通过调控曝气强度实现稳定上升流速,经高选择压梯度筛选法,快速培养适用于高氨氮养殖废水的AGS污泥;其次,通过单因素试验、响应曲面法等实验手段,探索影响AGS-SBR工艺处理高氨氮养殖废水沼液脱氮效能的关键因素,获得工艺最优运行条件;再次,采用分子生物学分析检测手段,考察上述工艺调控过程中微生物群落结构与功能多样性特征,于微生物角度明确影响好氧颗粒污泥形成及反应的关键因子,为工艺最优化运行提供微观分子生物学证据及理论支撑。通过上述研究,建立工艺调控策略,掌握AGS-SBR处理畜禽养殖废水脱氮关键技术,对推进我市畜禽养殖污染治理技术研发与应用具有重要作用。 四、技术的成熟程度,适用范围和安全性 尽管好氧颗粒污泥具有沉降性能好、生物量高以及能耐受高的有机物负荷并且启动期较短可在短期内形成等诸多优点,但由于时间和试验条件所限,项目组研究在试验方面存在以下问题值得进一步探索：（1）好氧颗粒污泥具有良好的沉降性、抗冲击负荷强、高生物量对高氨氮畜禽养殖废水沼液中COD、氨氮去除效果较好,但由于C/N比低,反硝化作用不够彻底,出水TN浓度达不到排放标准,如何进一步提升其脱氮性能,亟待进一步深入研究;（2）现阶段有关好氧颗粒污泥处理畜禽养殖废水的研究,主要集中在实验室规模的小试反应器中进行,相关中试研究和实际工程应用的报道罕见,主要原因在于当运行条件控制不当时,颗粒污泥易解体,出水水质恶化,因此AGS的稳定性成为其工业化应用的瓶颈,也是今后的研究重点;（3）另外畜禽养殖废水中抗生素（四环素类、磺胺类等）和重金属（铜、锌、铬等）含量较高,严重污染水体。好氧颗粒污泥处理畜禽养殖废水过程中残留抗生素和重金属的影响机制及微生物的抗性响应,也是今后研究的方向之一。