Cu对猪场废水厌氧-好氧生物处理的影响
目前国内外对猪场废水的处理进行了许多研究，但关于重金属离子对猪场废水处理影响的相关研究却几乎是空白。对猪场废水处理来讲，常用的工艺是先厌氧处理后好氧处理，而对重金属离子毒理作用的忽视往往造成猪场废水处理的效果不理想甚至失败。目前，由于高铜添加剂的广泛应用，使猪场废水铜离子含量超标严重，所以很有必要就铜离子对猪场废水生物处理的影响进行研究。
本研究就Cu离子对猪场废水厌氧好氧生物处理的影响进行了研究，并对主要工艺参数进行优选，提出猪场废水生物处理正常运行时污水中Cu离子的临界浓度以及Cu离子胁迫下SBR的最佳运行工艺。研究的主要结果如下：
在猪场废水厌氧发酵中，在Cu离子浓度达到5mgL-1时对COD去除率几乎没有影响。但随着Cu离子浓度进一步升高，COD去除率急剧下降。另外，随着温度的升高，Cu离子胁迫浓度也是有一定程度的升高。由于在养殖废水排放标准中出水COD浓度是最重要的指标，由试验得知，常温厌氧发酵下Cu离子胁迫浓度为5.99mgL-1，中温厌氧发酵下为6.1mgL-1。
试验发现，在猪场废水常温厌氧发酵中，Cu离子浓度为5mgL-1时总产气量(650mL)为最高，以20mgL-1时总产气量(335mL)为最低；而在中温厌氧发酵中，以Cu离子浓度为0mgL-1时总产气量(1018.5mL)为最高，以20mgL-1时总产气量(523mL)为最低。这说明在常温下Cu离子浓度不高于5mgL-1的情况下，Cu离子对主要产气菌甲烷菌的生长是起一定促进作用的，可能是作为微生物体内辅基或辅酶的必须成分发挥作用。这也表明在中温条件下，产甲烷菌和产酸菌的活性都有一定程度的提高，所以其产气量要大大超过相同浓度水平的常温组。但随着温度升高，产气菌对Cu离子的耐受性有一定下降。
常温厌氧发酵时，Cu离子浓度为0mgL-1水平时VFA值最高(8895mdgL-1)，其次则为20mgL-1水平(8665mgL-1)，而在中温条件下Cu离子浓度为0mgL-1水平时为最高(9885mgL-1)。对于VFA而言，受Cu离子的抑制作用不如产气率和COD去除率那样明显和富有规律性。这是由于Cu离子超过胁迫浓度后可能对甲烷菌产生了抑制，造成VFA的积累以及水解酶和产氢产酸菌随着Cu离子浓度升高在一定程度会受到毒害这正负两方面综合作用的结果。
在整个常温厌氧发酵周期，pH变化集中于7.3～8.2之间，而中温pH变化集中于7.3～8.3之间。各浓度水平之间变化幅度相差不大，即受Cu离子的抑制作用影响不明显，这也间接证明Cu离子主要针对产甲烷菌产生毒害作用而非产酸菌。从整个发酵周期趋势来看，常温组pH略低于中温组，这可能是由于在常温下，甲烷菌的活性较低，产酸速度和产气速度会在一段时间内失去平衡，出现一定的酸积累，抑制甲烷菌的降解和转化。
通过生物相观察发现，在胁迫浓度水平，产甲烷短杆菌属数量急剧减少，且出现菌体形态异常的情况，产甲烷球状菌属出现少量增加。这证明Cu离子主要针对产甲烷菌产生毒害作用，但甲烷球状菌属对Cu离子的毒害作用的耐受性强于产甲烷短杆菌属。
综合考虑运行效率和运行成本，可以确定在污水SBR处理系统中，基于COD去除工艺的SBR最优工况为运行周期为540min，即限制性曝气进水75min，曝气315min、沉淀75min，排水50min、闲置25min。基于脱氮除磷的最优工况是运行周期为660min，即进水60min，缺氧60min，曝气420min、沉淀60min、排水60min。
Cu对污水SBR处理系统的运行有一定的胁迫作用。在基于COD去除的工况中，Cu的胁迫临界浓度分别为Cu2+对SBR的临界胁迫浓度分别为4.956mgL-1(按Cu2+排放标准)和2.994mgL-1(按COD排放标准)：在基于脱氮除磷的工况中，Cu2+的胁迫临界浓度为0.6813mgL-1，另外，进水CH2+浓度对COD去除率的影响较为明显，而对出水Cu2+的去除率影响较弱。
在Cu2+存在下，可降低COD基质降解的一级反应动力学常数K，同时猪场废水中可生物降解的COD浓度以及COD可生化率在一定程度上得以上升。
在SBR处理系统中，DO值是猪场废水好氧生物处理的非常重要的参数。无论是COD去除工艺还是脱氮除磷工艺，DO的动态变化都是一个三段函数，并且与污水生物处理中各功能微生物的增长、主要污染物的去除机制相耦合。
Cu2+临界浓度内，污水SBR处理系统中的污泥对Cu的富集系数为0.0338，富集风险并不大并且污泥中Cu2+的含量远远低于农用污泥中污染物控制标准。
猪场废水;生物处理;废水处理;铜离子
西南大学
硕士
微生物学
陈玉成
2009
中文
X713;X703
50
2009-08-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）