CN110240262A - 一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法 - Google Patents

一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，在污泥龄≥30d的好氧生物反应器中投加硝化抑制剂抑制硝化细菌的活性。所述硝化抑制剂优选为2‑氯‑6‑三氯甲基吡啶(TCMP)或烯丙基硫脲(ATU)。本发明通过在畜禽养殖污水好氧生物处理单元投加能抑制硝化细菌活性的化学药剂，抑制氨氮硝化作用的发生，但又不影响异养细菌对COD和抗生素的降解，实现既保留氨氮又去除抗生素的目标。

Description

一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生 素的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种在污水生物处理过程中既保 留氨氮又去除抗生素的方法。
背景技术
得益于兽用抗生素自身有效预防治疗疾病和促进动物生长的作用，近年来 全球畜禽养殖业规模不断扩大。为减少成本和增加产量，畜禽养殖方式逐渐由 半集约化向高密度、大规模、集约化转变，兽用抗生素量也随之大幅度增加。 据报道，我国2015年兽用抗生素的使用量已超过10万吨，占全球兽用类抗生 素使用量的一半以上。畜禽养殖行业抗生素的有效利用率并不高，使用的抗生 素有30％～90％仍以原药或者其代谢产物形式通过排泄物进入环境，其中很大 一部分进入了地表水。大量抗生素进入天然水体，会破坏天然水体的生态环境， 危害水生生物安全，甚至会威胁饮用水安全。如：提高环境中微生物耐药性， 增强细菌免疫机能；诱导出耐药菌株，使抗生素抗性降低。特别是当饮用水水 源地抗生素残留达到较高水平时，甚至有可能破坏人体胃肠道菌群的平衡。因 此，近年来天然水体中抗生素残留和去除问题受到了广泛关注，长三角和珠三 角等发达地区已开始探讨如何从源头控制畜禽养殖行业抗生素污染问题。
目前，我国畜禽养殖行业的粪便大多用作堆肥；污水则经适当处理后用于 还田，或处理达标后排放。畜禽养殖行业污水还田，不仅可以充分利用其中富 含的氮磷、减少农民对化肥的依赖，而且还可以解决畜禽养殖企业污水处理成 本高、达标排放率低的难题。但在现行的畜禽养殖污水还田模式(畜禽养殖污 水→沼气池→稳定塘→还田)下，残留在污水中的抗生素会通过淋溶作用或地 表径流污染地下水或地表水。此外，现行的畜禽养殖污水还田模式，在污水还 田时需要用河道水把稳定塘出水的COD稀释到1000mg/L以下，否则COD浓 度太高，极易导致“烧苗”。还田时使用河道水稀释污水，必然会增加总的浇 灌水量，导致按照“种养匹配”原则配套的粪污消纳用地无法消纳全部污水， 存在较高的环境污染风险。
显然，减少稀释水用量(或不用稀释水)的关键是降低畜禽养殖污水的COD浓度。现行还田模式中的沼气池相当于污水处理工程中的厌氧池，在运 行管理到位的前提下可以去除70％左右的COD，但抗生素去除效果很差。若 要进一步降低畜禽养殖污水的COD，并取得良好的抗生素降解效果，必须增 加好氧生物处理单元。如执行污水达标排放的畜禽养殖企业，大多采用厌氧(兼 氧)-好氧与混凝沉淀相结合的工艺处理污水，以实现COD、氨氮、总氮和总 磷等常规污染物达标排放的目标。但对于还田模式来说，应尽可能保留畜禽养 殖污水中的氮和磷，否则还田就没有意义了。
由于氨氮带正电荷，可被带副电荷的土壤胶体吸附，不易流失；而硝氮带 副电荷，与同样带副电荷的土壤胶体相互排斥，容易流失。所以，对于还田的 禽畜养殖污水来说，其中的氮最好保持氨氮形式。但在通常的畜禽养殖污水好 氧生物处理过程中，氨氮可以转化成硝氮，后者在缺氧的环境中易被还原成氮 气，造成氮的损失。所以，在好氧降解COD的同时防止氨氮的硝化，是减少 稀释水用量(或不用稀释水)并保留畜禽养殖污水还田价值的关键。
另一方面，从现有文献报道来看，凡是在畜禽养殖污水好氧生物处理过程 中取得较高抗生素去除率的系统，其活性污泥的泥龄都很长，一般都在30d以 上(Zhen W，etal.Journal of Environmental Sciences,2018,65:8-17；Yang W,et al. Desalination,2008,231:200-208)。而好氧生物处理系统在长污泥龄(≥30d) 下运行，又不可避免地会发生氨氮的硝化，甚至在活性污泥絮体内部还有可能 发生反硝化脱氮，导致氮的损失。所以，在好氧生化处理过程中去除抗生素和 保留氨氮是一对矛盾。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能抑制硝化细菌活性而不影响异养菌活性的 在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既 保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，在污泥龄≥30d的好氧生物反应 器中投加硝化抑制剂抑制硝化细菌的活性。
作为一个优选方案，所述硝化抑制剂为2-氯-6-三氯甲基吡啶(TCMP)、 烯丙基硫脲(ATU)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、或双氰胺(DCD)。
作为一个优选方案，好氧生物反应器中2-氯-6-三氯甲基吡啶的投加量为 1.5～5.0mg/g VSS·d。
作为一个优选方案，好氧生物反应器中烯丙基硫脲的投加量为10～30mg/g VSS·d。
作为一个优选方案，好氧生物处理之前预先采用厌氧生物处理去除COD。
作为一个优选方案，厌氧生物处理采用常规的UASB反应器，其水力停留 时间HRT＝2～10d、污泥浓度MLSS＝10～40g/L、pH＝7.0～8.5。
作为一个优选方案，好氧生物处理水力停留时HRT＝3～6d、污泥浓度 MLSS＝3000～6000mg/L、pH＝6.5～8.5、溶解氧浓度DO＝1.0～6.0mg/L。
本发明的优点在于，本发明通过在畜禽养殖污水好氧生物处理单元投加能 抑制硝化细菌活性的化学药剂，抑制氨氮硝化作用的发生，但又不影响异养细 菌对COD和抗生素的降解，实现既保留氨氮又去除抗生素的目标。
附图说明
图1为本发明畜禽养殖污水厌氧-好氧生化处理工艺流程简图。
具体实施方式
以下，结合具体实施方式对本发明的技术进行详细描述。应当知道的是， 以下具体实施方式仅用于帮助本领域技术人员理解本发明，而非对本发明的限 制。
实施例1.采用图1所示的工艺对取自上海金山区某养猪场的污水进行厌氧 -好氧生化处理
图1中UASB的HRT＝3d、MLSS＝15±1g/L、pH＝7.5±0.5；
好氧池A:HRT＝3d、SRT＝40d、MLSS＝4500±500mg/L、pH＝8.0±0.5、 溶解氧浓度DO＝3.0±0.5mg/L；
好氧池B:HRT＝3d、SRT＝40d、MLSS＝4500±500mg/L、pH＝8.0±0.5、 溶解氧浓度DO＝3.0±0.5mg/L，TCMP投加量为3.0mg/g VSS·d。
进水COD和氨氮的平均浓度分别为5610mg/L和835mg/L，厌氧-好氧生 化处理系统运行稳定后，二沉池A出水COD和氨氮的平均浓度分别为247mg/L 和7.3mg/L。故曝气池没有投加TCMP时，COD平均去除率约为95.6％、氨氮 的平均去除(或硝化)率为99.1％。二沉池B出水COD和氨氮的平均浓度分 别为355mg/L和731mg/L，故曝气池投加TCMP时，COD平均去除率约为 93.7％、氨氮的平均去除(或硝化)率为12.5％。这说明在曝气池中投加适量 的TCMP可以有效抑制氨氮的硝化，且对COD去除效果影响不大，COD值符 合直接还田要求。
另外，在图1所示厌氧-好氧生化处理试验装置运行稳定后，用 HPLC-MS/MS分别测定了进水、二沉池A出水和二沉池B出水中磺胺类和β- 内酰胺类两大类抗生素的浓度，并根据分析结果计算进出水中二大类抗生素的 总浓度和去除率，结果为：进水抗生素总浓度323.1μg/L(平均值)，二沉池A 出水抗生素总浓度23.6μg/L(平均值)，二沉池B出水抗生素总浓度31.0μg/L (平均值)。故曝气池没有投加TCMP的工艺抗生素去除率为92.7％(平均值)， 而曝气池投加TCMP的工艺抗生素去除率为90.4％(平均值)。二者差别不大， 在曝气池中投加适量的TCMP对厌氧-好氧生化处理系统去除抗生素的效果影 响很小。
因此，通过在曝气池中投加能抑制硝化细菌活性的TCMP，可以有效抑制 氨氮的硝化，并且投加TCMP对厌氧-好氧生化处理系统去除COD和抗生素的 影响很小。
实施例2.
实施例2的污水处理工艺、污水来源、运行条件等都与实施例一相同，唯 一差别是将实施例一中向曝气池B投加的TCMP换成ATU，其投加量为15mg/g VSS·d。
进水COD和氨氮的平均浓度分别为5382mg/L和792mg/L，厌氧-好氧生 化处理系统运行稳定后，二沉池A出水COD和氨氮的平均浓度分别为286mg/L 和10.3mg/L。故曝气池没有投加ATU时，COD平均去除率约为94.5％、氨氮 的平均硝化率为98.7％。二沉池B出水COD和氨氮的平均浓度分别为430mg/L 和652mg/L，故曝气池投加ATU时，COD平均去除率约为92.0％、氨氮的平 均去除(或硝化)率为17.7％。这说明在曝气池中投加适量的ATU可以有效 抑制氨氮的硝化，且对COD去除效果影响不大，COD值符合直接还田要求。
另外，在图1所示厌氧-好氧生化处理试验装置运行稳定后，用HPLC-MS/MS分别测定了进水、二沉池A出水和二沉池B出水中磺胺类和β- 内酰胺类两大类抗生素的浓度，并根据分析结果计算进出水中二大类抗生素的 总浓度和去除率，结果为：进水抗生素总浓度284.5μg/L(平均值)，二沉池A 出水抗生素总浓度23.2μg/L(平均值)，二沉池B出水抗生素总浓度34.5μg/L (平均值)。故曝气池没有投加ATU的工艺抗生素去除率为91.8％(平均值)， 而曝气池投加ATU的工艺抗生素去除率为87.9％(平均值)。二者差别不大， 在曝气池中投加适量的ATU对厌氧-好氧生化处理系统去除抗生素的效果影响 很小。
因此，通过在曝气池中投加能抑制硝化细菌活性的ATU，可以有效抑制氨 氮的硝化，并且投加ATU对厌氧-好氧生化处理系统去除COD和抗生素的影 响很小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，在污泥龄≥30d的好氧生物反应器中投加硝化抑制剂抑制硝化细菌的活性。
2.根据权利要求1所述的一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，所述硝化抑制剂为2-氯-6-三氯甲基吡啶(TCMP)、烯丙基硫脲(ATU)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、或双氰胺(DCD)。
3.根据权利要求2所述的一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，好氧生物反应器中2-氯-6-三氯甲基吡啶的投加量为1.5～5.0mg/gVSS·d。
4.根据权利要求2所述的一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，好氧生物反应器中烯丙基硫脲的投加量为10～30mg/g VSS·d。
5.根据权利要求1所述的一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，好氧生物处理之前预先采用厌氧生物处理去除COD。
6.根据权利要求5所述的一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，厌氧生物处理采用常规的UASB反应器，其水力停留时间HRT＝2～10d、污泥浓度MLSS＝10～40g/L、pH＝7.0～8.5。
7.根据权利要求1所述的一种在畜禽养殖污水生物处理过程中既保留氨氮又去除抗生素的方法，其特征在于，好氧生物处理水力停留时HRT＝3～6d、污泥浓度MLSS＝3000～6000mg/L、pH＝6.5～8.5、溶解氧浓度DO＝1.0～6.0mg/L。
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