[00133098]AGS-SBR工藝處理高氨氮畜禽養殖廢水的關鍵技術研究

一、課題來源與背景 重慶作為發展迅猛的直轄市,隨著城市人口的快速增長和人民生活質量的提升,對于禽蛋、肉類等需求旺盛,畜禽養殖廢水體量大且處理難的問題,亟待解決。重慶市2016年環境公報指出,針對畜禽養殖污染防治,將組織編制并實施畜禽養殖污染防治規劃,加快推進畜禽養殖地方立法進程,完成141萬頭生豬當量污染治理配套設施工程整改。同時相比以往的農村散養為主的畜禽養殖方式,我市養殖模式正發生巨大的變化,智慧養殖、生態養殖、規模化養殖已成為主要趨勢,急需配套高效、經濟和綠色的大規模畜禽廢水處理技術。好氧顆粒污泥因具有較大的粒徑,限制溶解氧DO基質的擴散,可在顆粒的不同位置形成好氧/缺氧或厭氧的微環境,適合多種微生物生存,為生物脫氮創造良好的條件,近年來成為廢水處理領域的研究熱點。針對當前養殖廢水處理效果不佳,主要表現在對其經厭氧發酵后的沼液中,高濃度氨氮的去除效果差的污染特征,好氧顆粒污泥（Aerobic Granular Sludge,AGS）技術具有負荷濃度高、抗沖擊性強、一體化運行顯著優勢。開發高效AGS技術,有望成為突破高氨氮生物毒性和抗負荷沖擊弱兩大脫氮瓶頸的關鍵,對于提高畜禽養殖廢水同步脫氮效果,降低建設運行成本和運行管理難度具有重要的現實意義。 二、技術原理及性能指標 AGS-SBR反應器中,采用畜禽養殖廢水沼液按一定比例稀釋后的污水為進水,在快速進水好氧運行模式下通過逐步縮短沉降時間的方法,形成高選擇壓,快速培養好氧顆粒污泥;以氨氮濃度、C/N比、水力停留時間（HRT）作為關鍵調控因子,通過單因素試驗、響應曲面Box - Behnken 中心組合試驗等手段,探索影響AGS-SBR工藝處理高氨氮養殖廢水沼液脫氮效能的關鍵因素,獲得最優工藝運行條件;通過高通量測序分析手段分,研究AGS-SBR工藝處理高氨氮養殖廢水沼液工藝調控過程中微生物群落結構與功能多樣性。 三、技術的創造性與先進性 本項目以養殖廢水沼液為進水,利用全好氧快進水模式,采用高選擇壓篩選法,實現好氧污泥顆?；＝Y合養殖廢水中高氨氮污染特征,形成AGS-SBR處理畜禽養殖廢水脫氮關鍵技術。首先,采用全好氧快進水模式啟動運行SBR,通過調控曝氣強度實現穩定上升流速,經高選擇壓梯度篩選法,快速培養適用于高氨氮養殖廢水的AGS污泥;其次,通過單因素試驗、響應曲面法等實驗手段,探索影響AGS-SBR工藝處理高氨氮養殖廢水沼液脫氮效能的關鍵因素,獲得工藝最優運行條件;再次,采用分子生物學分析檢測手段,考察上述工藝調控過程中微生物群落結構與功能多樣性特征,于微生物角度明確影響好氧顆粒污泥形成及反應的關鍵因子,為工藝最優化運行提供微觀分子生物學證據及理論支撐。通過上述研究,建立工藝調控策略,掌握AGS-SBR處理畜禽養殖廢水脫氮關鍵技術,對推進我市畜禽養殖污染治理技術研發與應用具有重要作用。 四、技術的成熟程度,適用范圍和安全性 盡管好氧顆粒污泥具有沉降性能好、生物量高以及能耐受高的有機物負荷并且啟動期較短可在短期內形成等諸多優點,但由于時間和試驗條件所限,項目組研究在試驗方面存在以下問題值得進一步探索：（1）好氧顆粒污泥具有良好的沉降性、抗沖擊負荷強、高生物量對高氨氮畜禽養殖廢水沼液中COD、氨氮去除效果較好,但由于C/N比低,反硝化作用不夠徹底,出水TN濃度達不到排放標準,如何進一步提升其脫氮性能,亟待進一步深入研究;（2）現階段有關好氧顆粒污泥處理畜禽養殖廢水的研究,主要集中在實驗室規模的小試反應器中進行,相關中試研究和實際工程應用的報道罕見,主要原因在于當運行條件控制不當時,顆粒污泥易解體,出水水質惡化,因此AGS的穩定性成為其工業化應用的瓶頸,也是今后的研究重點;（3）另外畜禽養殖廢水中抗生素（四環素類、磺胺類等）和重金屬（銅、鋅、鉻等）含量較高,嚴重污染水體。好氧顆粒污泥處理畜禽養殖廢水過程中殘留抗生素和重金屬的影響機制及微生物的抗性響應,也是今后研究的方向之一。