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沼氣池沼液成分復(fù)雜,氨氮含量高,是難生物降解的高  濃度有機(jī)廢水,沼氣池沼液的處理是沼氣工程需要重點(diǎn)解  決的問題,單靠一種工藝難以取得理想的效果。  SBBR(序批式生物膜反應(yīng)器)兼具SBR和生物接觸  氧化工藝的優(yōu)點(diǎn),填料的存在為微生物創(chuàng)造了穩(wěn)定  的生存環(huán)境,生物種類豐富而穩(wěn)定,交替出現(xiàn)的好氧、缺氧狀態(tài)可有效地實(shí)現(xiàn)COD,N,P的同步去除,該工藝處理效率高、耐沖擊負(fù)荷能力高、抑制污泥膨脹、剩余污泥量少,目前,在工業(yè)廢水、生活污水、難降解有機(jī)廢水等處理方面進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)研究

小球藻等微藻細(xì)胞能利用沼氣池沼液中的氮源、碳源、

磷源進(jìn)行光能自養(yǎng)生長(zhǎng),合成氨基酸、蛋白質(zhì)和磷脂  等有機(jī)物,也能利用一些有機(jī)碳源進(jìn)行異養(yǎng)和兼養(yǎng)  生長(zhǎng)-。然而,高濃度污染物會(huì)使微藻細(xì)胞受到  毒害,生長(zhǎng)受到抑制,沼氣池沼液的濁度過(guò)高,不利于光  照,會(huì)影響微藻的生長(zhǎng)。因此,沼氣池沼液原液不適于培養(yǎng)  微藻,需要對(duì)沼氣池沼液進(jìn)行稀釋或前處理(2-1  銅錢草屬傘形花科植物,為多年生挺水或濕生草本植物,其地下走莖極為發(fā)達(dá),節(jié)間長(zhǎng)出根和葉,生性強(qiáng)健,繁殖迅速,生長(zhǎng)最適pH值為5~8,適溫為20℃~25℃,喜生于濕潤(rùn)的河岸、沼澤、草地中能對(duì)水體中的污染物進(jìn)行吸附、吸收、分解、轉(zhuǎn)化,凈化效果好、經(jīng)濟(jì)效益高、能耗低、簡(jiǎn)單易行,受到人們

的普遍重視"  本研究擬通過(guò)SBBR去除沼氣池沼液中COD氮、磷等污染物,使沼氣池沼液中污染物濃度大幅降低,然后通過(guò)培  養(yǎng)小球藻對(duì)SBR出水進(jìn)行二次凈化,去除COD氮、磷的同時(shí)收獲小球藻,最后在放養(yǎng)濾食性底棲動(dòng)物泥鰍的銅錢草水培系統(tǒng)中對(duì)小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)出水進(jìn)一步凈化,并通過(guò)泥鰍的濾食作用去除小球藻,為沼氣池沼液凈化和資源化利用提供參考。

1實(shí)驗(yàn)材料與方法

1實(shí)驗(yàn)材料  實(shí)驗(yàn)用沼氣池沼液取自嘉興市某養(yǎng)豬場(chǎng)沼氣工程厭氧  發(fā)酵后出水,溶液渾濁,外觀呈黑褐色,其各項(xiàng)成分  見表1。SBBR接種污泥取自嘉興市聯(lián)合污水處理  廠二沉池活性污泥;實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)用小球藻購(gòu)自上海光  語(yǔ)生物科技有限公司,將小球藻接種到消毒后的  10%稀釋沼氣池沼液中進(jìn)行培養(yǎng)馴化,獲得藻種;泥鰍購(gòu)自  嘉興市某泥鰍養(yǎng)殖場(chǎng);銅錢草取自嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝生產(chǎn)基地。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置  sBR實(shí)驗(yàn)裝置由亞克力板制成,規(guī)格為400  mmx300mm×600m,有效容積為60L,選用彈  性填料,裝填體積為30%,采用膜片微孔曝氣器,通  過(guò)PLC控制空氣泵的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)間歇式運(yùn)行。  小球藻培養(yǎng)裝置為小型微藻跑道池培養(yǎng)器,由  塑料板制成,水槽尺寸為800mm×500mm×400  mm,有效水深300mm,配備LED光源,塑料葉輪攪拌。  銅錢草水培裝置為長(zhǎng)方形玻璃鋼水槽,規(guī)格為  1000mm×400mmx400mm,均分成兩個(gè)單元  格,每個(gè)單元格中放入聚乙烯泡沫板生態(tài)浮床,單元  格之間由不銹鋼穿孔板隔開,可分別培養(yǎng)銅錢草,配備水回流裝置。

1.3工藝路線與運(yùn)行  針對(duì)沼氣池沼液有機(jī)質(zhì)濃度高,氮、磷含量高等特點(diǎn)

本研究采用SBBR法小球藻銅錢草組合沼氣池沼液處理工藝,工藝流程如圖1所示。

1SBBR系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行

本研究采用接種掛膜法,實(shí)驗(yàn)時(shí)間在7~8月,氣溫較高,最高溫度在38℃左右,最低溫度在30℃左右,平均氣溫在35℃左右。第1天以25%稀釋沼氣池沼液為基質(zhì),稀釋沼氣池沼液量和活性污泥量比例為2:1,悶曝22h,靜置2h,連續(xù)悶曝3天,每天排放處理液20L,再加入25%稀釋沼氣池沼液20L;第4天開始采用間歇曝氣的方法來(lái)培養(yǎng)和馴化活性污泥,完成污泥馴化和填料掛膜。SBR間歇運(yùn)行每天2個(gè)周期,每個(gè)周期12h,進(jìn)水時(shí)間0.25h,反應(yīng)時(shí)間9h(厭氧1  h,曝氣2h,交替進(jìn)行3次,第1次曝氣階段反應(yīng)器內(nèi)溶解氧為3.5mg·L-1,后2次曝氣階段反應(yīng)器  內(nèi)溶解氧為1.5mg·L),沉淀時(shí)間1.5h,排水時(shí)間0.25h,靜置期1h,HBRT為3d,SRT為15d。系  統(tǒng)運(yùn)行中控制pH值為8左右,每3天進(jìn)水沼氣池沼液濃  度升高15%,直至實(shí)驗(yàn)進(jìn)水全部為沼氣池沼液。經(jīng)30天  左右培養(yǎng)后,反應(yīng)池中活性污泥顏色穩(wěn)定為黃褐色,  填料表面附著生長(zhǎng)了一層絮狀生物膜,說(shuō)明馴化與  掛膜成功,COD,NH4N,TN,TP去除率分別達(dá)到82%  85%,82%,69%以上,SBBR進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期  1.3.2小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行  經(jīng)SBR處理后的沼氣池沼液,置于小型實(shí)驗(yàn)室微藻  跑道池培養(yǎng)器中,將生長(zhǎng)于對(duì)數(shù)期的小球藻按照  20%的接種量接入沼氣池沼液中,小球藻初始接種后濃度  OD0)為0.25,以LED燈為光源,光照強(qiáng)度為  500,每天光照時(shí)間12h,培養(yǎng)溫度為2  30℃,HRT為6d。每天取清液測(cè)定COD,NH4N,  TN,TP,分析凈化效果。前6天SBBR處理液只進(jìn)  不排,每天進(jìn)液量20L,按20%接種量補(bǔ)充藻種(進(jìn)  液中小球藻濃度(OD)為0.25左右),第7天開始  進(jìn)液量和排液量相平衡,不再補(bǔ)充藻種,每天排液量  為20L,排放前攪拌混勻,小球藻和處理液一起排

放到銅錢草水培系統(tǒng)中,進(jìn)一步凈化。  1.3.3銅錢草水培系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行  選擇生長(zhǎng)健壯、發(fā)育良好的銅錢草,對(duì)地下走莖  進(jìn)行分割,取株高、葉面積大小盡量一致的單個(gè)分  株,自來(lái)水沖洗干凈后扦插到浮床,兩個(gè)單元格中  錢草株高、生物量盡量相等。兩個(gè)單元格中各放養(yǎng)  150g左右泥鰍,借助泥鰍的濾食作用、銅錢草地下  走莖的濾過(guò)和吸附作用等去除小球藻。將培養(yǎng)小球  藻后的沼氣池沼液加入銅錢草水培裝置中,用LED燈照射  代替太陽(yáng)光,光照強(qiáng)度為40001ux,每天光照時(shí)間12  h,通過(guò)回流裝置進(jìn)行沼氣池沼液內(nèi)循環(huán),HRT為6d。每

天上午取清液,測(cè)定COD,NHN,TP,同時(shí)觀察銅

錢草的變化。前6天小球藻處理液只進(jìn)不排,每天

進(jìn)液量20L,第7天開始進(jìn)液量和排液量相平衡,每

天排液量為20L

1.4分析測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沼氣池沼液測(cè)定指標(biāo)包括COD,TN,NH4N

TP,Ss等,測(cè)定方法均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。COD采

用重鉻酸鉀法測(cè)定;TN采用紫外分光光度法測(cè)定;

NHN采用納氏試劑分光光度法測(cè)定;TP采用鉬

錦抗分光光度法測(cè)定:S采用標(biāo)準(zhǔn)重量法測(cè)定;pH

值采用玻璃電極法測(cè)定。小球藻濃度(ODo)采用  分光光度法分析

2結(jié)果與討論

2.1SBBR運(yùn)行效果及影響

在SBBR工藝中,生物膜是發(fā)揮凈化作用的主  體,微生物種類豐富,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,穩(wěn)定性好,適合培養(yǎng)  世代周期較長(zhǎng)的反硝化細(xì)菌,可實(shí)現(xiàn)多通道脫氮,同  時(shí),為了強(qiáng)化除磷效果,本研究反應(yīng)器內(nèi)也保持一定  濃度的懸浮污泥,加上間歇曝氣的運(yùn)行方式,為去除  COD、脫氮除磷提供了條件

2.1. I SBBR對(duì)沼氣池沼液中COD去除效果

在SBBR啟動(dòng)初期,進(jìn)水為25%稀釋沼氣池沼液,接種  污泥濃度較高(MSs=2500mg·1),從圖2可  知,微生物對(duì)新的生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng),通過(guò)微生  物的吸附和降解作用,悶曝階段COD去除率明顯增  長(zhǎng),從第1天11.59%增加到第3天42.32%。隨著進(jìn)水沼氣池沼液濃度的不斷增加和曝氣方式改變?yōu)殚g歇曝氣,COD去除率總體呈現(xiàn)逐漸提高的趨勢(shì),反應(yīng)器內(nèi)微生物數(shù)量逐漸增加,微生物存在形式分為生物膜和活性污泥。間歇運(yùn)行方式使生物膜內(nèi)外層微生物幾乎能達(dá)到最大的生長(zhǎng)速率和最佳的活性狀態(tài),

微生物對(duì)進(jìn)水底物具有較強(qiáng)的快速吸附及吸收作  用,從而提高了系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)水量變化的適應(yīng)能  力。第12天去除率達(dá)到71.92%,16天以后進(jìn)  水為100%沼氣池沼液,進(jìn)水COD濃度為1761-205  mg·Lˉ,cOD去除率持續(xù)提高,30天時(shí)COD去除  率達(dá)到了85.02%,污泥沉降性能好,系統(tǒng)啟動(dòng)完成。30天后,隨進(jìn)水COD濃度變化,SBBR出水COD在230~315mg·L1之間波動(dòng),但去除率一直穩(wěn)定在84.25%~86.94%。

2.1.2SBBR對(duì)沼氣池沼液中NH4N去除效果  SBBR系統(tǒng)不但可通過(guò)間歇操作為微生物創(chuàng)造  好氧、缺氧、厭氧環(huán)境有效地進(jìn)行硝化和反硝化,在  好氧曝氣階段,填料表面的生物膜從外部到內(nèi)部形  成了好氧、缺氧和厭氧的微環(huán)境,為硝化和反硝化反  應(yīng)的同時(shí)發(fā)生提供了條件,可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化  (SND)2)。研究表明,當(dāng)反應(yīng)器中溶解氧濃度在較  大的范圍內(nèi)(0.8-4.0mg·L-)能有效地實(shí)現(xiàn)同  步硝化和反硝化2。在一個(gè)反應(yīng)周期中,生物膜對(duì)  溶解氧需求的分配是不同的,曝氣初期溶解氧主要  用于異氧菌對(duì)COD的降解,其后用于氨氮轉(zhuǎn)化,在  反應(yīng)初期保持一種較大的曝氣量,提高反應(yīng)器溶解  氧濃度,促進(jìn)COD快速降解,隨后保持一種小曝氣量使反應(yīng)器中溶解氧維持較低的濃度,能促進(jìn)亞硝酸鹽積累及優(yōu)化供氧效率,可以將硝化過(guò)程控制在亞硝化階段并直接進(jìn)行反硝化,從而有效地實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽累積的短程硝化2-2。為此,本研究間歇曝氣3個(gè)階段反應(yīng)器中溶解氧量分別控制在3.5mgL,1.5mg:L-,1.5mg·L-1。

從圖3可見,悶曝階段NH4-N去除率分別為20.45%,27.66%,29.60%,NHN的去除效果較  差,這是因?yàn)閱?dòng)初期反應(yīng)器中生物膜沒有形成,主要為異養(yǎng)菌,硝化細(xì)菌數(shù)量較少,盡管溶解氧充足  但硝化作用效率較低,影響了NHN去除率,部分  NHN通過(guò)同化作用去除,部分通過(guò)吹脫作用去

除。隨著反應(yīng)器中生物膜的逐漸形成和硝化細(xì)菌的  不斷增加,NHN的去除率有了明顯的增加,16天  時(shí)進(jìn)水為100%沼氣池沼液,進(jìn)水NHN濃度為71  mg·L1,NHN去除率達(dá)到了80.42%,30天時(shí)  NH4N去除率達(dá)到88.02%,系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行階  段,此后,SBBR出水NH4N在81~96mg·L之  間,去除率保持在86.55%以上,說(shuō)明SBBR反應(yīng)器去除NH4N效果好。

2.1.3SBR對(duì)沼氣池沼液中TN去除效果  從圖4可見,悶曝階段TN變化趨勢(shì)和NHN  較為相似,第3天去除率為29.21%,隨著馴化過(guò)程  的進(jìn)行,有粘性的絮狀生物膜逐漸在填料上掛膜,硝  化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌也不斷累積,TN的去除率隨之  逐漸增加。當(dāng)反應(yīng)器負(fù)荷增加時(shí),TN的去除率依然  保持穩(wěn)定增長(zhǎng),第12天時(shí)進(jìn)水TN濃度為557  mg·L1,出水TN濃度為149mg·L-1,去除率達(dá)到  73.25%。當(dāng)進(jìn)水改為100%沼氣池沼液后,進(jìn)水TN濃度  為890mg·L時(shí),出水TN濃度為166mg·L1,去  除率為81.35%,說(shuō)明SBBR反應(yīng)器耐沖擊負(fù)荷的能  力很強(qiáng)。30天后反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定,盡管進(jìn)水TN濃  度有一定的波動(dòng),但是出水TN濃度均在125~146  mg·L之間,去除率保持在82.31%以上。

2.1.4SBBR對(duì)沼氣池沼液中TP去除效果

隨著SBBR反應(yīng)器厭氧好氧交替運(yùn)行,聚磷菌

不斷重復(fù)著厭氧放磷、好氧吸磷的過(guò)程,通過(guò)脫落的  生物膜和反應(yīng)器中存在的活性污泥定期排出,不斷  地去除水中的磷。從圖5可見,悶曝階段TP的去除  率保持較快的增長(zhǎng),第1天為16.67%,第3天即上  升至38.46%,這可能是因?yàn)樵撾A段微生物處于快  速增長(zhǎng)期,進(jìn)水TP濃度相對(duì)較低,一部分磷元素被  同化為微生物細(xì)胞組織。隨著生物相不斷豐富,聚  磷菌逐漸增殖,此后TP去除率保持繼續(xù)遞增的趨  勢(shì),第12天達(dá)到了64.88%,出水TP濃度為5.9  mg:L-。當(dāng)進(jìn)水為100%沼氣池沼液時(shí),TP的去除率出現(xiàn)  了輕微的下降后又很快恢復(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)30天  的運(yùn)行,TP的去除率達(dá)到72.94%,出水TP濃度為  9.2mg·L1。系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行后,TP去除率保  持在71.15%~73.12%之間,出水TP濃度為7.7

為了實(shí)現(xiàn)反硝化細(xì)菌、聚磷菌等微生物的富集,  反應(yīng)器啟動(dòng)前30天沒有正常排泥,第30天開始正常排泥,排泥后保持SBBR反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度  為1000mg·L左右,運(yùn)行結(jié)果表明TP的去除率不會(huì)受到影響除磷效果良好。

2.1.5SBBR對(duì)沼氣池沼液中SS去除效果  SBBR反應(yīng)器對(duì)沼氣池沼液中SS去除效果明顯,在  SBBR反應(yīng)器中,部分SS會(huì)被生物膜和污泥吸附截  留,部分有機(jī)質(zhì)微粒會(huì)被微生物分解,還有一部分  SS經(jīng)沉淀后隨污泥一起排放而去除。在SBBR沉  淀階段可以觀察到污泥顆粒沉降性能良好,SV30基  本保持在20%左右,沉淀效率高,經(jīng)過(guò)1.5h沉淀  后,反應(yīng)池上部清液濁度大大降低,呈清澈的棕色,  透光性明顯改善。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每3天檢測(cè)一次反應(yīng)  器進(jìn)水和出水中SS濃度,進(jìn)水SS濃度為1485~  18209mg·L1,平均濃度為162mg·L-,出水Ss  濃度為在76~102mg·L,平均濃度為87

L-1,平均去除率為94.7%

2.2小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效果及影響  沼氣池沼液經(jīng)過(guò)SBBR處理以后,能降低濁度和污染  物濃度,顏色由深黑褐色變成清澈的棕色,透光性增強(qiáng),濁度降低。為了匹配SBR反應(yīng)器的處理量,以半連續(xù)培養(yǎng)方式進(jìn)行沼氣池沼液中小球藻接種培養(yǎng),定期排放一定比例的含小球藻細(xì)胞的沼氣池沼液,同時(shí)添加補(bǔ)充相同體積SBBR處理后沼氣池沼液。系統(tǒng)啟動(dòng)后,進(jìn)水污染物濃度為每天加入新鮮沼氣池沼液攪拌后混合液的測(cè)定結(jié)果,出水污染物濃度為每天混勻后排出的含藻水的測(cè)定結(jié)果

2.2.1小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)中小球藻生長(zhǎng)情況

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以觀察到,小球藻在沼氣池沼液中停滯期不到1天,能夠很快地適應(yīng)沼氣池沼液環(huán)境,表現(xiàn)出良好的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì),跑道池中的藻體顏色逐漸轉(zhuǎn)為深綠色用分光光度計(jì)在680mm處測(cè)得的吸光值變化可反映小球藻在沼氣池沼液中的生長(zhǎng)情況。小球藻接種后初始濃度(OD6)為0.25,從圖6可以看出,經(jīng)過(guò)10天培養(yǎng)后,小球藻最高濃度(OD6)達(dá)到1.98,由于培養(yǎng)系統(tǒng)前6天沼氣池沼液只進(jìn)不出,新鮮沼氣池沼液和藻種的進(jìn)入會(huì)影響到小球藻的濃度和增殖,導(dǎo)致系統(tǒng)中部分小球藻停滯期和對(duì)數(shù)期有一定的交叉,影響到了小球藻的增長(zhǎng)速度,最快增長(zhǎng)速度在第7,8兩天,隨著系統(tǒng)進(jìn)出水平衡以后,小球藻的濃度(OD6)基本能保持在2左右,較高濃度的小球藻有利于去除沼氣池沼液中各種污染物。

2.2.2小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中COD去除效果

小球藻細(xì)胞除了可在自養(yǎng)條件下利用光能和二氧化碳進(jìn)行正常的生長(zhǎng)外,還可以在無(wú)光條件下利用糖或其它有機(jī)化合物作為能源和碳源進(jìn)行異養(yǎng)生長(zhǎng),葡萄糖、半乳糖、醋酸鹽、乙醇、乙醛、果糖、甘油、丙酮酸等可支持小球藻的生長(zhǎng)。并且,在混合營(yíng)養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)速率比在自養(yǎng)條件下高,通過(guò)混合營(yíng)養(yǎng)方式成功地生產(chǎn)微藻生物質(zhì),能夠減少暗呼吸作用引起的生物質(zhì)損失和在其生長(zhǎng)過(guò)程中的有機(jī)質(zhì)消

從圖7可見,盡管小球藻在接種后的1天內(nèi)處  耗量。

于適應(yīng)期,但是COD濃度仍然有一定的下降,去除  率達(dá)到15.38%,第2天COD濃度繼續(xù)下降,由290  mg·L-下降到210mg·L-,去除率達(dá)到到  27.75%,說(shuō)明在培養(yǎng)系統(tǒng)中可能有異養(yǎng)菌存在,能  吸收或降解部分有機(jī)物,同時(shí),沼氣池沼液經(jīng)過(guò)SBBR系統(tǒng)  處理后有一部分有機(jī)物可能轉(zhuǎn)化為小球藻異養(yǎng)生長(zhǎng)  的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),通過(guò)小球藻的異養(yǎng)生長(zhǎng)得以去除。在  小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)中,沼氣池沼液中COD的去除率不斷提  高,到第6天時(shí),COD濃度由237mg·L-下降到97  mg:L-,去除率為59.13%,第10天時(shí)去除率達(dá)到  62.80%,第17天后系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段,盡管進(jìn)水COD濃度有一定的波動(dòng),但出水COD濃度為7999mg·L-,去除率大于65.38%。

2.2.3小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中NH4N去除效果  小球藻能有效地去除沼氣池沼液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),尿素  銨鹽和某些氨基酸都可以被小球藻細(xì)胞吸收利用  沼氣池沼液中NHN能促進(jìn)小球藻的生長(zhǎng),但NHN濃  度過(guò)高會(huì)對(duì)小球藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響,經(jīng)過(guò)SB  BR處理后的沼氣池沼液中NH:N濃度明顯降低。從圖8可見,進(jìn)水第1天NH4N去除率就達(dá)到了25.68%,第2天以后NHN去除率穩(wěn)步增長(zhǎng),第5天去除率達(dá)到了75.10%,說(shuō)明沼氣池沼液中NH4+N不會(huì)對(duì)小球藻生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。由于每天有沼氣池沼液補(bǔ)充,培養(yǎng)系統(tǒng)中NH-N濃度能夠保持在合適的范圍內(nèi),保證了小球藻的穩(wěn)定增長(zhǎng)。第6,7天的NHN去除率略低于第5天,可能是因?yàn)榍?天滑液只進(jìn)不排,部分進(jìn)入衰亡期的小球藻沒有及時(shí)  放所致,第8天以后NH4-N去除率恢復(fù)增長(zhǎng),出水  中NHN濃度顯著降低,第10天以后,出水中  NHN濃度穩(wěn)定在9.1-12.9mg·L,去除  持在84.78%以上。

2.2.4小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中TN去除效果

小球藻細(xì)胞對(duì)氮源沒有特殊要求,但在自養(yǎng)培養(yǎng)條件下,以硝酸鹽為唯一氮源時(shí),會(huì)引起小球藻細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢、細(xì)胞黃化等現(xiàn)象2。從圖9可見,接種小球藻以后,沼氣池沼液中TN去除率快速增長(zhǎng),系統(tǒng)很快就進(jìn)入到了穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),說(shuō)明沼氣池沼液中的混合氮源有利于小球藻生長(zhǎng)。前6天去除率幾乎呈線性增長(zhǎng),第1天去除率為24.61%,第6天去除率即達(dá)到76.3%,第7天去除率增速雖有所放緩,但是出水中TN濃度已降至25.3mg·L,去除率達(dá)到81.58%,接近最佳狀態(tài)。此后,去除率穩(wěn)定在7.8%~82.65%之間,系統(tǒng)出水TN濃度處于25.3~28.5mg·L1

2.2.5小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中TP去除效果

磷對(duì)小球藻細(xì)胞的代謝過(guò)程有重要的作用,沼氣池沼液中TP濃度對(duì)小球藻的生長(zhǎng)有直接影響,也會(huì)影  響到小球藻對(duì)TP的吸收作用。磷的清除作用包括  小球藻吸收和沉淀兩部分,一是被小球藻吸收用于  細(xì)胞中重要組成部分如憐脂、核酸等的,二是在堿性  條件下(pH值>8)藻類會(huì)產(chǎn)生吸附作用而使磷酸  鹽沉淀。從圖10可見,由于小球藻接種濃度較  高,加上藻種是在稀釋沼氣池沼液中培養(yǎng)獲得,適應(yīng)性強(qiáng),  第1天小球藻對(duì)沼氣池沼液中TP的去除率就達(dá)到了30  43%,隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng),沼氣池沼液中TP去除率持續(xù)增

長(zhǎng),第6天TP去除率達(dá)到70.59%。第7天開始正  常排水后,TP去除率稍有波動(dòng),第10天恢復(fù)增長(zhǎng)態(tài)  勢(shì),到第15天以后系統(tǒng)TP去除率基本保持80%左  右,進(jìn)水TP濃度波動(dòng)基本不影響出水TP濃度,TP濃度在1.8mg·L-以下,出水質(zhì)量穩(wěn)定。

2.3銅錢草水培系統(tǒng)運(yùn)行效果及影響

和沼氣池沼液原液相比,培養(yǎng)小球藻后的沼氣池沼液中污染物濃度有了大幅度降低,經(jīng)過(guò)銅錢草進(jìn)一步凈化處理,可達(dá)標(biāo)排放。但是,小球藻生物量相對(duì)較低,分離和采收困難,為此,本研究將含有小球藻的沼氣池沼液直  接加入銅錢草水培系統(tǒng)中,銅錢草水培系統(tǒng)中放養(yǎng)有濾食性底棲動(dòng)物泥鰍,每個(gè)單元格中放養(yǎng)150g泥鰍,在銅錢草凈化沼氣池沼液的同時(shí),借助泥鰍的濾食作用、銅錢草地下走莖的濾過(guò)和吸附以及沉淀等方式利用和去除小球藻,實(shí)現(xiàn)了小球藻資源化利用。  實(shí)驗(yàn)過(guò)程中銅錢草對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng),生長(zhǎng)旺盛,  葉片顏色油綠,泥鰍大量攝食水中的小球藻、懸浮物及游離細(xì)菌等,而泥鰍的排泄物既能被銅錢草作為  肥料吸收利用,又能夠促進(jìn)水中懸浮物和小球藻等  的絮凝沉淀,出水清澈,小球藻的濃度(OD)接近  空白值。由于小球藻培養(yǎng)系統(tǒng)第7天才開始排水,  因此,銅錢草水培系統(tǒng)從第7天才開始運(yùn)行。  2.3.1銅錢草水培系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中COD去除效果  銅錢草水培系統(tǒng)中生物相豐富,既有水生植物,  又有水生動(dòng)物,還有小球藻和各種微生物,可通過(guò)多  種途徑去除COD。從圖11可見,銅錢草對(duì)沼氣池沼液中  COD的去除效果較為明顯,通過(guò)銅錢草的吸附、吸  收和根系微生物等作用,COD去除率保持遞增趨  勢(shì),第12天COD濃度下降到了65.70mg·L,去  除率達(dá)到41.86%,第13天開始排水時(shí)COD去除率  略有降低,但排水COD濃度還是基本穩(wěn)定。此后,  隨著進(jìn)水COD濃度的變化,出水COD濃度相應(yīng)地  有所變化,但去除率保持緩慢增長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),泥鰍

的存在并沒有導(dǎo)致COD的去除效果產(chǎn)生明顯波動(dòng)。  第24天以后,出水COD濃度保持在40.04~45.66  mg·L之間,水質(zhì)穩(wěn)定,去除率保持在50.18%~  54.37%,銅錢草對(duì)沼氣池沼液中COD的去除作用進(jìn)入穩(wěn)定階段。

2.3.2銅錢草水培系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中NH4-N去除效果  銅錢草等水生植物可通過(guò)沉淀、吸附、揮發(fā),植  物的吸收、截留,以及微生物的降解作用等去除水中  的NH4-N(2)。由于銅錢草地下走莖極為發(fā)達(dá),存  在著好氧區(qū)與厭氧區(qū),為附著微生物提供了好氧厭  氧環(huán)境,部分NH4N會(huì)通過(guò)硝化反硝化過(guò)程去除。  在各種因素的共同作用下,銅錢草水培系統(tǒng)對(duì)  NH4-N的去除效果較為明顯。從圖12可見,在前6  天進(jìn)水中NH4-N濃度逐漸下降,銅錢草水培系統(tǒng)  中NH4N的去除率逐漸升高,第12天去除率達(dá)到了45.10%,第18天以后,進(jìn)水NH4-N濃度變化不大,出水NH4-N濃度在557~6.58mg·L之間,穩(wěn)定在6mg:·L1左右,系統(tǒng)對(duì)NH4-N的去除效果  達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),去除率在47.35%~49.85%。如果  搭配其他水生植物共同培養(yǎng),可進(jìn)一步改善NH4-N去除效果

2.3.3銅錢草水培系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中TN去除效果

銅錢草水培系統(tǒng)對(duì)TN的去除方式和NH4-N

的去除方式類似,一部分被銅錢草作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸  收利用,一部分被銅錢草的根系微生物通過(guò)硝化作  用和反硝化作用而去除等。由圖13可見,培養(yǎng)初期  TN去除率增長(zhǎng)迅速,第14天出水TN濃度即降至  13.69mg·L-,此后出水TN濃度一直保持在14mgL-以下,去除率在45.55%-49.75%之間,系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。沼氣池沼液回流過(guò)程強(qiáng)化了系統(tǒng)內(nèi)紊流程度增加了系統(tǒng)中的溶解氧含量,可能會(huì)影響到反硝化作用,因此,出水TN濃度明顯高于NH4-N濃度。

2.3.4銅錢草水培系統(tǒng)對(duì)沼氣池沼液中TP去除效果  在銅錢草水培系統(tǒng)中,銅錢草地下走莖的吸收  同化作用是去除磷的主要途徑,少部分通過(guò)根系微  生物的固定以及水體中的物理化學(xué)沉淀過(guò)程去除。  經(jīng)過(guò)前面的處理單元后進(jìn)水中TP濃度已降至較  低,會(huì)影響銅錢草對(duì)磷的凈化效果。由圖14可見,  銅錢草對(duì)TP的凈化效果比較明顯,系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),進(jìn)  水中TP濃度相對(duì)較高,去除率在第12天已到達(dá)  42.86%,出水濃度降至0.93mg·L-,此后進(jìn)水TP濃度一直保持在1.73mg·L-以下,出水TP濃度在0.9mg·L以下,去除率穩(wěn)定在46.42%49.06%之間。由于沼氣池沼液回流過(guò)程增加了系統(tǒng)中的溶解氧含量,可能會(huì)影響銅錢草對(duì)磷的吸收和微生物對(duì)磷的固定作用,因此,盡管進(jìn)水TP濃度較低,但系統(tǒng)對(duì)TP去除率沒有顯著的提高。

2.4組合工藝運(yùn)行效果

組合工藝啟動(dòng)30天后,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,各處理單元對(duì)污染物的去除效果如表2所示。

從表2可知,本組合工藝能夠有效地去除沼氣池沼液中的污染物,去除效率高。大部分污染物在SBBR  反應(yīng)器中得以去除,小球藻和銅錢草也能有效地去除不同濃度沼氣池沼液中各種污染物。

由于銅錢草水培系統(tǒng)滯后6天進(jìn)水,所以從第7天開始評(píng)價(jià)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效果。組合工藝啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中各污染物的去除情況如圖15所示。

從圖15可知,本組合工藝能夠有效地去除沼氣池沼液中的污染物。組合工藝啟動(dòng)前期,NH4-N和TN去除效果要好于COD和TP,去除率增速快。30天后,NH4N和TN去除效果較為穩(wěn)定,而COD和TP的  去除效果略有一些波動(dòng),但組合工藝對(duì)污染物去除  總體平穩(wěn),COD,NH4-N,TN,TP的平均總?cè)コ史?nbsp; 別達(dá)到97.51%,99.11%,98.28%和97.28%。組  合工藝可為養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣池沼液處理提供一定的依據(jù)。

摘自《中國(guó)沼氣》2018第二期 張正紅 何文輝 向天勇 單勝道

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