不同OLR下ABR-AO工艺处理畜禽养殖废水效能及污泥特性

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0784

摘要/Abstract

摘要：

传统的活性污泥法在处理畜禽养殖废水时脱氮除磷效果较差，对此，构建厌氧折流板反应器（ABR）-厌氧/好氧（AO）耦合工艺对其进行处理，并通过改变水力停留时间（HRT）控制有机负荷率（OLR），研究不同OLR下反应体系对有机物及氮、磷的处理效能以及污泥特性。结果表明，OLR从0.66 kg/（m³·d）提高至2.40 kg/（m³·d），运行稳定后体系对COD、NH₃-N和TP的去除率分别为80.39%、82.12%和86.57%；ABR除碳贡献率为80.64%，且其第一、第二隔室承担了COD的主要去除工作。污泥表征结果表明，随着OLR的提高和运行时间的推移，ABR内污泥颗粒化程度不断提升，粒径呈增大趋势；各隔室微生物形态产生分化，前端隔室以丝状菌、杆菌和球菌为主，微生物量丰富，后端以多球菌为主，生物量少且单一；混合液悬浮固体质量浓度（MLSS）最终提升至44.072 g/L，污泥体积指数（SVI）则下降至7.95 mL/g；胞外聚合物（EPS）中蛋白质、多糖的含量及二者比值逐渐增加，污泥表面疏水性增强，与污泥颗粒化趋势一致。

关键词: 厌氧折流板反应器, 畜禽养殖废水, 有机负荷率, 污泥特性

Abstract:

Traditional activated sludge processes have poor nitrogen and phosphorus removal efficiency when treating livestock wastewater. An anaerobic baffled reactor(ABR)-anaerobic/oxic(AO) coupled system was constructed to address this limitation. Organic loading rate(OLR) was controlled by adjusting the hydraulic retention time(HRT) to investigate the treatment performance for organic matter, nitrogen, and phosphorus, as well as sludge characteristics under different OLR. Results indicated that as OLR increased from 0.66 kg/(m³·d) to 2.40 kg/(m³·d), the stabilized system achieved removal rates of 80.39% for COD, 82.12% for NH₃-N, and 86.57% for TP. The ABR unit contributed 80.64% of the total carbon removal, with the first and second compartments primarily responsible for COD removal. Sludge characterization results showed that, with the increase of OLR and operational time, sludge granulation in the ABR continuously improved with an increasing trend in particle size. Microbial morphology became differentiated across compartments, front compartments hosted abundant microorganisms dominated by filamentous bacteria, bacilli, and cocci, while rear compartments contained sparse biomass primarily consisting of cocci. Mixed liquor suspended solids(MLSS) increased to 44.072 g/L, and the sludge volume index(SVI) decreased to 7.95 mL/g. The content of proteins and polysaccharides in extracellular polymeric substances(EPS) gradually increased, along with an increasing protein/polysaccharide ratio. Sludge surface hydrophobicity also enhanced, which was consistent with the sludge granulation trend.

Key words: anaerobic baffled reactor, livestock wastewater, organic load rate, sludge characteristics

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I10/78

图/表 10

表1 实验水质参数

Table 1 Experimental water quality parameters

指标	pH	COD/（mg·L^-1）	NH₃-N/（mg·L^-1）	TP/（mg·L^-1）	TN/（mg·L^-1）	全盐/（mg·L^-1）
数值	7.2~7.8	970~1 030	135~160	10.3~13.5	185~235	870~1 290

图1 ABR-AO工艺流程

Fig.1 Process flow of ABR-AO

表2 ABR-AO工艺各阶段运行工况

Table 2 Operational conditions of ABR-AO process at different stages

阶段	运行天数/d	OLR/（kg·m^-3·d^-1）	COD/（mg·L^-1）	HRT/h	水量（Q）/（L·d^-1）	表面水力负荷（q）/（L·m^-2·h^-1）
Ⅰ	16	0.66	1 000	36	18.6	0.08
Ⅱ	16	1.0	1 000	24	28	0.12
Ⅲ	12	1.5	1 000	16	42	0.18
Ⅳ	9	2.4	1 000	10	67.2	0.28

图2 不同OLR条件下ABR-AO工艺对有机物的去除效果

Fig.2 Effect of organic matter removal by ABR-AO process under different OLR conditions

图3 不同OLR条件下ABR-AO工艺脱氮除磷性能

Fig.3 Nitrogen and phosphorus removal effect of ABR-AO process under different OLR conditions

图4 ABR各隔室及A池、O池对COD的去除贡献

Fig.4 The contribution of each compartment of ABR and A and O tanks to COD removal

图5 各阶段污泥粒径分布

Fig.5 Sludge particle size distribution at each stage

图6 第Ⅳ阶段末期ABR反应器各隔室微生物形态（a）~（d）为C1隔室，（e）和（f）为C2隔室，（g）为C3隔室，（h）为C4隔室。

Fig.6 Microbial morphology in each chamber of ABR reactor at the end of stage Ⅳ

图7 MLSS及SVI的变化

Fig.7 Changes of MLSS and SVI

图8 不同阶段污泥的LB-EPS和TB-EPS变化

Fig.8 Changes of LB-EPS and TB-EPS in sludge at different stages

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