常州一体化除氟水处理设施专业解答

常州一体化除氟水处理设施专业解答

畜禽养殖污染已经成为农业面源污染的主要来源。其中，畜禽养殖废水属于ρ(SS)、ρ(CODCr)和ρ(NH4+-N)“三高"的有机废水，由于其处理成本高，处理难度大，大量未经处理的畜禽养殖废水直接排放，对农村生态和环境造成严重破坏。如何高效处理该类废水，已成为制约畜禽养殖业绿色生态发展的瓶颈。对于规模化畜禽养殖废水，目前国内外采用的成熟处理工艺主要是厌氧-好氧联合或厌氧-自然处理联合工艺，养殖废水经过厌氧发酵处理后，虽然大部分CODCr被去除，但NH4+-N只是形态发生变化，浓度仍然很高，造成了低碳高氮沼液的产生，导致C∕N严重失调，脱氮效果差。好氧工艺发展已经成熟，但其在处理沼液时由于微生物耐高ρ(NH4+-N)性能差、碳源不足而导致后续工艺流程复杂、处理成本高和脱氮效果差等实际问题，鉴于此，该研究提出基于异养硝化-好氧反硝化脱氮技术(简称“HN-AD技术")的新型脱氮工艺。

HN-AD技术通过易培养的异养型单一菌种HN-AD菌(异养硝化-好氧反硝化菌)使得异养硝化和好氧反硝化在好氧条件下同时进行，实现CODCr、NH4+-N、NO2--N和NO3--N的同步有效去除。与现有的一些传统及新型脱氮技术相比，其具有生长速率快、培养周期短、环境耐受性能强、运行条件单一、运维控制简单、适应范围广、处理效率高等优点，因此更适用于养猪废水处理。但目前该技术的研究主要集中在HN-AD菌的分离筛选、鉴定及性能验证等方面，而关于该菌工程应用方面的研究却鲜见报道，同时，HN-AD菌在自然环境中数量少、功能单一以及难以在传统处理系统中富集等问题进一步限制了HN-AD技术的应用。

针对上述问题，该研究采用前期筛选出的兼具高ρ(NH4+-N)耐受性和高脱氮效率的HN-AD菌对生物转盘工艺进行生物强化，重点考察了强化污泥挂膜和菌剂挂膜两种不同生物强化方式对该工艺启动时间、碳耗、能耗及其对真实畜禽养殖废水处理效果的影响，并分别采用SEM(扫描电镜)和IlluminaMiSeq测序技术分析对比了生物膜表面微观形态和生物膜中微生物多样性的差异，以期为HN-AD技术的工程化应用提供理论及实践基础。

试验过程分为3个阶段，即挂膜启动阶段、参数优化阶段、处理真实废水阶段。

第Ⅰ阶段，挂膜启动阶段。条件控制在温度为25~30℃，盘片线速度为7.5m∕min，HRT(水力停留时间)为24h，ρ(DO)为3mg∕L，pH范围为7.5~8.0。菌剂挂膜方式:前1~15d为序批式运行，第1天向生物转盘反应器中接种OD600nm(表征菌液浓度的吸光度值)为1.2的HN-AD菌液18.5L，分别在第2、6、11、15天间歇补加5%有效体积菌液的方式实现挂膜，菌液ρ(NH4+-N)为500mg∕L，期间检测NH4+-N去除率及OD600nm的变化;第16~19天为连续流稳定运行，条件保持不变。强化污泥挂膜方式:向反应器中接种活性污泥18.5L，前2d进行闷曝;第3天开始改成连续流运行，并按梯度增大进水浓度，第3、9、15、23天进水ρ(NH4+-N)梯度分别为50、100、300、450mg∕L;第24~33天进行生物强化，每天接种5%有效体积HN-AD菌液，菌液OD600nm为1.2，进水ρ(NH4+-N)保持在500~600mg∕L，检测强化期间ρ(NH4+-N)变化。

第Ⅱ阶段，参数优化阶段。条件控制在温度为25~30℃，HRT为24h，pH范围为7.5~8.0。两个反应器均采用连续方式运行，探究在不同C∕N(5、8、10)、线速度(5.0、7.5、15.0m∕min)参数下该工艺的处理效果。

第Ⅲ阶段，处理真实废水阶段。条件控制在温度为25~30℃，HRT为24h，ρ(DO)为4mg∕L，pH范围为7.5~8.0。对比分析二者工况(C∕N为10，线速度为15.0m∕min)下真实畜禽养殖废水的处理效果。分别选择菌剂挂膜反应器、强化污泥挂膜反应器的挂膜完成时期、运行时期在不同盘片上选取生物膜，分别标记为A、B、C、D样品，于-80℃下保存1h后提取DNA后进行微生物多样性分析，另取两个反应器挂膜后的盘片样，于-4℃下保存1h后脱水预处理，并分别进行SEM镜检。

1.4 分析项目及方法

水样经过4μm膜片过滤后，ρ(DO)采用HQ-30d便携式溶解氧测定仪测定，ρ(CODCr)采用快速消解分光光度法测定，ρ(TN)采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，ρ(NH4+-N)采用纳氏试剂分光光度法测定，OD600nm采用紫外分光光度法测定。SEM分析先冷冻干燥做脱水预处理，由武汉铄思百检测技术有限公司进行TESCANMIRA3热场发射扫描电镜观察生物膜表面微观形态结构。DNA提取和高通量测序采用购自天根生化科技(北京)有限公司的Mobio PowerSoil DNA Isolation Kit提取固定化菌液总基因组DNA。Miseq平台对16SrRNA基因高变区序列进行测序，测序区域选择V3+V4区，测序片段为468bp，测序引物为338F-806R，使用Trimmomatic、FLASH软件对Miseq测序数据进行处理获得干净数据，在Usearch软件平台中使用uparse方法将序列按照彼此相似性为97%划分为许多小组，一个小组为一个OTU(operational taxonomic units)，从而得到OTU的代表序列。然后，使用uchime检测PCR扩增中产生的嵌合体序列并从OTU中去除，再用usearch_global方法将优化序列map比对回OTU代表序列，最终得到OTU各样品序列丰度统计表。

由于垃圾焚烧发电厂产生的渗滤液的高负荷和复杂性，对废水处理工艺提出了特殊的要求。根据现有某A垃圾焚烧厂处理工艺及出水水质，针对性的提出一种垃圾焚烧发电废水方案，并进行环境经济效益方面分析。

1、垃圾焚烧发电厂废水组成

垃圾焚烧发电厂的废水排放主要包括渗滤液废水、循环用水排水、锅炉排污水、除盐水制备产生的浓液、生活污水及地面冲洗废水等，据调查渗滤液废水占厂区排水的50%左右，其余大多为含盐废水。

2、某A垃圾焚烧发电厂污水处理工艺及现阶段问题

某A垃圾焚烧发电厂配备渗滤液处理系统处理工艺主体采用“上流式厌氧污泥床（UASB)+膜生物反应器（MBR)+纳滤（NF)系统+反渗透（RO)系统"处理工艺。垃圾渗滤液及部分废水经过调节池混合均匀后经由提升泵进入UASB反应器，有机质被吸附分解，沉降性能好的污泥回流，含有少量。

现阶段该垃圾焚烧发电厂用水中绿化用水及地面冲洗水使用新鲜水，循环冷却系统排污水汇同渗滤液处理站出水外排下游污水处理厂，由于自身渗滤液处理站出水水质良好，主要污染物指标能够满足《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005)中敞开式循环冷却水系统补充要求，因此该垃圾焚烧发电厂用水及排水存在优化的必要条件。

3、废水优化设计方案

根据废水“污污分流，分质处理"的原则，建议配置一套150m3/d生产废水处理系统，统一处理循环冷却系统排污水、除盐水系统排污水及锅炉排污水，设计采用“初级软化+过滤+反渗透（RO)"进行处理。来水进入调节池，经调节池提升泵进入初级软化单元去除水中部分硬度，出水进入过滤单元进一步去除浊度、胶体和悬浮物。出水经供水泵加压后进入反渗透（RO)处理系统，进一步去除水中部分硬度和碱度、重金属离子，出水汇同渗滤液处理站出水进入暂存装置回用。根据山东某B垃圾焚烧发电厂生产废水处理系统运行监测结果见表2，出水水质主要污染物指标能够满足城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005)中敞开式循环冷却水系统补充要求。

常州一体化除氟水处理设施专业解答

同时针对渗滤液处理站及生产废水处理站过滤系统产生的浓水，建议增设一套碟管式反渗透系统（DTRO)对浓水进行减量化再浓缩处理，经DTRO在浓缩处理后废水能够再浓缩60%—70%，最终使反渗透浓液量大幅减少。DTRO系统出水立足回用于炉渣的冷却用水及飞回固化工艺用水，DTRO浓水用于脱硫石灰浆制备该优化方案能够减少新鲜水使用及废水排放各约5万m3/a，考虑到现阶段的水资源费用及排污费用，废的方式具有相当大的环境经济效益。

实际利用过程中还可通过建立水务信息管理平台的方式，对全厂给水、排水系统进行水务综合管理，对废水的循环利用进行动态调控。

1、人工湿地污水处理技术的应用意义

1.1 调节城市气候，促进低碳生活

人工湿地系统通常利用多形式的转换方法使系统中的水分转换成水蒸气，以实现地区空气湿度的增大，然后利用降雨的形式为周围区域带来降水，进而实现调节区域性气候的目的。经过相关研究显示，通常湿地的蒸发量是利用水面蒸发量的2~3倍。人工湿地蒸发量较大的关键原因在于，其通过自然驯化的湿地水生物以及人工种植的植被，能够不断地提升人工湿地的热容量，因此实现了水分的大量蒸发，同时也使湿地调节气候的能力大于普通水面。人工湿地不仅能增加地区空气的湿度，同时也能够降低区域气温，进而实现缓解热岛效应，改善空气质量等目的。湿地植被通过光合作用与大气中的二氧化碳进行交换，平衡了大气中的水动态和二氧化碳，并有效降低了大气中二氧化碳含量，这对与地区经济发展有着十分重要的意义。因此，人工湿地不仅能够起到调节区域气候的关键作用，同时还可以地区低碳经济的发展。

1.2 净化水资源，提升水资源运用率

现阶段，水体富营养化现象不同程度的影响着我国各地区的水系统，其主要是由污水中的氮磷富集所引起的。通过调查显示，传统的污水处理模式对于氮、磷的有效去除率非常低，导致氮磷排出后渐渐地富集，进而造成地表水体的富营养化。单一的除磷脱氮工艺需要很大的资金成本，且产生的污泥极易发生二次污染的危害，而人工湿地污水处理系统可以有效地净化污水中的磷和氮，湿地植物可以有效吸附污水中所含的各种物质特别是磷和氮，并将所吸附的物质转化成利于植物生长的微量元素，并能吸收植物根系的微生物进行分解。目前，国外一些地区的湿地系统，其除磷、氮生态工程都可以实现去除地表水中高含量磷和氮的良好效果。经过检测标明，氮磷的净化率近乎，实现了为人们提供净化水源的新途径。

2、人工湿地污水处理技术应用分析

2.1 污水分类处理

在传统的污水处理工艺中，人工湿地主要是针对洗涤水、排泄物冲洗水、种植水以及养殖水进行净化及处理，近年来已经逐步面向城市污水以及工业废水方向发展，就不同类型的污水而言，其排水量及其所含的污染物均有不同，其中氮、磷、碳以及有毒重金属的含量差别比较大，所以没针对不同类型的污水，需要采用相适应的基底、微生物以及水生植物来配置处理工艺。结合污水中的有毒物、无机物、有机物类型及其含量，可划分为厌氧型和好氧型生物处理。污水处理方式可分为集中式和分散式两种处理形式，集中式处理可以直接连接至城镇污水处理系统，主要把家庭以及农户生产的污水进行收集并统一处理，具有建设成本低且处理效果好等优点；而分散式处理主要针对农户、家庭进行污水处理，化零为整，有效节省了收集与传送的资金投入，小型的人工湿地还能够发挥装饰庭院的功效。

2.2 污水处理工艺联用

虽然，人工湿地能够达到污水处理的良好效果，但是其处理周期较长，且占地面积较大，对于大排量的污水处理方面难以满足处理要求，为此，针对大型的污水处理系统，人工湿地可以作为其第三级搭配技术来实现其他污水的处理，利用不同的污水处理技术组合匹配与之相适应的污水处理需求。例如，可采用塘系统处理技术对富含磷水体进行前期处理；利用膜生物反应器作为富含氮水体的前期处理方式；利用生物滤池可以作为农村生活污水的前期处理方式，后期处理可运用稳定塘来进行；利用活性污泥法对城市污水进行前期处理；利用低氧氧化法对被污染河水进行前期处理，人工湿地堵塞情况可运用微曝气技术进行处理。

3加强人工湿地污水处理机理研究

人工湿地污水处理机理非常复杂，且设计范围较广。当前，部分机理虽已得到初步的认可，然而还存在很多的问题，丞待进一步研究和解决，例如针对污水中所含的有机和无机污染物、金属污染物更有效的去除模式；对湿地系统中的无机化合物、有机化合物、金属离子的共同作用；对于微生态系统的综合作用。另外，还包含对微生物、土壤以及植被的作用和影响。