论文总字数：14634字

摘 要

大型沼气工程的建立是畜禽养殖业经济高速发展的必然，它在带来清洁能源的同时，会带来大量河流和农田无法消纳的沼液，这已经对环境产生了较大的威胁，及时解决这一问题刻不容缓。本论文将对膜生物反应器（MBR）处理沼液进行深入探究，在经过为期两周的MBR处理之后，对出水的COD、总磷、总氮、氨氮等指标进行测量，并将的得到的结果与未处理前的各项指标分析比较，考察MBR法处理沼液的效果。结果显示，沼液的COD和总磷的降解率较高，可分别达到85.68%和65.06%，总氮和氨氮的降解率相对较低，只有46.96%和40.26%。由此可见，MBR对沼液的COD和总磷的处理效果比较理想，对总氮和氨氮的处理效果比较一般，但是对于降低沼液对环境的污染和回收沼液中的有用物质起到了一定的作用。

关键词： MBR 沼液 去除率 曝气

Experimental Study on Treatment of Biogas Slurry with MBR

Abstract

The establishment of a large-scale biogas project is an inevitable result of the rapid economic development of the livestock and poultry breeding industry. While bringing clean energy, it will bring a large amount of biogas slurry that can't be absorbed by rivers and farmlands. This has already pose a greater threat to the environment. It is imperative to solve this problem in a timely manner. In this paper, the bioreactor will be explored in the membrane bioreactor (MBR). After a two-week MBR treatment, the COD, total phosphorus, total nitrogen, ammonia nitrogen and other indicators of the effluent will be measured and obtained. The results were analyzed and compared with those before untreated, and the effect of biogas slurry treated by MBR was investigated. The results showed that the degradation rates of COD and total phosphorus in biogas slurry were high, reaching 85.68% and 65.06%, respectively. The degradation rates of total nitrogen and ammonia nitrogen were relatively low, only 46.96% and 40.26%. It can be seen that the effect of MBR on COD and total phosphorus of biogas slurry is relatively satisfactory, and the treatment effect on total nitrogen and ammonia nitrogen is relatively general, but it has certain effect on reducing the pollution of biogas slurry to the environment and recovering useful substances in biogas slurry.

Key words: MBR; Biogas slurry; Removal rate; Aeration

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 前言 1

1.1沼液的主要处理方法 1

1.1.1 自然生物降解处理法 1

1.1.2短程硝化除氮法 2

1.1.3 SBR工艺及其改进工艺 2

1.1.4 MBR及其组合工艺 2

1.2 MBR在我国的发展进程及特点 3

1.2.1 MBR在我国的发展进程 3

1.2.2 膜生物反应器的特点 4

1.3 本课题的目的 4

第二章 实验部分 6

2.1 实验所需仪器和试剂 6

2.2 实验内容 6

2.2.1 MBR处理沼液的实验 7

2.2.2 总氮测定 7

2.2.3 COD高量程测定 7

2.2.4 氨氮测定 8

2.2.5总磷测定 8

第三章 实验数据及分析 10

3.1 MBR系统对沼液中总氮的去除效果 10

3.2 MBR系统对沼液中氨氮的去除效果 11

3.3 MBR系统对沼液中总磷的去除效果 12

3.4 MBR系统对沼液中COD_cr的去除效果 12

第四章 结论与展望 14

4.1 结论 14

4.2 展望 14

参考文献 15

致 谢 17

第一章 前 言

近年来，我国的沼气技术有了十足的发展，全国各地陆续建成大中型沼气工程，沼气工程在获取能源和降低污染的同时，也带来了沼液和沼渣^[1]，沼液是经过厌氧发酵之后的残留物，沼液中含有许多丰富的营养元素、微量元素、腐殖酸、氨基酸、蛋白质等物质，沼液中水的含量可以高达高达90%以上，氮，磷，钾等物质的含量在20~2000 mg/L 范围内，铁、铜、锰等微量元素含量范围约在1~10 mg/L，有机质的含量大约只有0.2%，而腐殖酸含量约为0.1%，抗生素含量一般在1~10 mg/L内^[2]。祝延立等^[3]研究施用沼液对土壤理化性质的改化，土地在使用了适量的沼液灌溉后，土壤的性质会发生一定的变化，比如土壤会变得更加松软，有机物的含量会有所提高，通透性也会有一定的改观，还能降低害虫对农作物的侵害并提供农作物生长所需的许多营养物质，一般情况下可以将沼液当农药和化肥来使用，这样不仅降低化肥的使用量，还减少了农药对土壤的污染，既降低了农业的生产成本，还响应了国家保护环境的号召。但是现在沼气工程越来越多，沼液的产量越来越大，生产地附近的农田无法承受大量的沼液排放，大量的沼液一起排进农田或河流里，农田无法消纳这些沼液，这样多余的沼液就会被动植物吸收进入食物链以及在农业环境中积累，导致农业产品被污染和地表环境被污染^[4]，人类在食用了此类受污染的食物后，会导致各种疾病的产生，比如水俣病、骨骼变形、神经炎等。然而，如果将沼液处理达标之后再排放，不仅能使沼液中的重金属得到处理和各类物质循环利用^[5]，而且能减少沼液对环境和地表水的污染及对人类生命的危害，由此沼液处理达标及资源化利用尤为重要^[6]。

1.1 沼液的主要处理方法

1.1.1 自然生物降解处理法

自然生物降解处理法主要是利用氧化塘和人工湿地处理相结合来实现。在该技术中，通过让微生物与土壤、水等产生相互作用，让水或土壤中的营养物质使沼液中微生物的数量和活性有所提高，使沼液被微生物降解，从而达到净化的目的。该方法需要的成本较低、消耗的能源较少、操纵易掌握、涉及到的技术含量较低、比较容易开展。但该方法在开展过程中对土地面积要求较大，且天气状况对处理结果影响较大。虽然大型沼气工程在全国的数量不断上涨，但现在我国还是以中小型沼气工程为主，中小型沼气工程产生的主要产物是沼气，沼液排放量较低，所以该技术在国内处理沼液技术中仍然占主导地位。氧化塘技术主要是通过曝气装置向塘内通入空气或将塘内水搅动达到提升水中溶解氧的目的，从而使沼液中微生物数量和活性提高，提高其降解能力。不过在将沼液排进氧化塘前，需对氧化塘进行一定的预处理，在处理过程中要注意氧化塘泄漏问题，防止污染附近土壤。

1.1.2 短程硝化除氮法

短程硝化除氮法又可称为Sharon工艺，其基本原理是通过控制好氧段氧气的通入量，进而达到控制硝化反应进行程度的方法，该方法是使氨氮在进行硝化反应过程中转为化为亚硝态氮，并抑制亚硝态氮向硝态氮转化，然后再将得到的亚硝态氮直接回流至厌氧段进行反硝化反应，达到去除氮的目的，该方法缩短了硝化反应过程，在节约处理成本上有一定的优势，虽然现在该方法使用的较少，发展前景比较好^[9]。

1.1.3 SBR工艺及其改进工艺

SBR法又称连续批式活性污泥法，原理同活性污泥法相似，只是该方法是通过时间控制将调节池、曝气池和沉淀池等集中在一个池子进行。利用常规SBR工艺对化学需氧量含量为1000～4000 mg/L、氨氮含量300～600 mg/L的沼液直接进行处理，COD去除率仅为80%，氨氮去除为60%，在处理过程中添加碱维持平衡^[10]，氨氮去除效果仍不理想，说明只用SBR工艺进行处理沼液是不能达到直接沼液排放标准的，需要对该工艺进行优化调整或沼液在用此方法处理前需进行预处理^[11]。

1.1.4 MBR及其组合工艺

生物膜反应器（MBR）工艺是由膜分离技术和现代生物技术相结合的崭新污水处理技术^[17]。它主要是利用膜的分离功能将曝气池中的活性污泥和难以溶解于污水中的物质截留住，省略掉传统生物处理方法的二沉池。这样可以大大提高活性污泥浓度，不仅能单独控制生物膜反应器的水力停留时间（HRT），还能单独控制曝气池中的污泥停留时间（SRT）^[18]，而难被微生物降解的物质在反应器中被进一步反应、降解，这样可以提高污水处理的能力。因此，膜生物反应器（MBR）的处理效率被膜分离技术大大提升了，而且膜生物反应器的功能也得到进一步完善。将其与传统的生物处理方法进行比较，可以发现这种处理方法具备了很大的优势，是未来处理沼液比较有效的技术之一。

张威^[12]采用AO工艺 浸没式膜生物反应器工艺处理猪场废水，废水在处理前COD含量为7100 mg/L、氨氮含量达到550 mg/L，在经过一系列处理后，得到的水样COD含量小于85 mg/L、氨氮含量小于5 mg/L。税勇等^[13]采用传统膜生物反应器（MBR）和BF－MBR(生物膜式膜生物反应器，无纺布填料) 两种工艺对沼液进行处理，在COD/TN 提高至2.3 ± 0.2时，BF－MBR对氨氮和COD的降解率分别达到92.3% ± 4.4% 和97.5% ± 1.7%，而在使用了MBR处理污水后，氨氮和COD的降解率只有91.9% ± 2.5%和91.2% ± 6.0%。冯亮等^[14]的研究结果表明，当低浓度沼液（COD 含量小于500 mg/L，氨氮和总氮含量小于500 mg/L，总磷含量小于20 mg/L）经过 A/O－MBR 处理后，可以达到《农田灌溉水水质排放标准》要求，而浓度较高的沼液（COD含量为500～3000 mg/L，氨氮和总氮含量为500～1500 mg/L，总磷含量为20～50 mg/L）如果要达到排放的标准，必需经过化学絮凝和A/O－MBR等工艺处理^[15]，但这两种处理方法都对总氮的去除效率均不佳，氮主要以硝酸盐形式排出^[16]。

1.2 MBR在我国的发展进程及特点

1.2.1 MBR在我国的发展进程

中国对MBR从研究到推广已接近30年，由于早期对该项技术不够重视，因此，在上世纪90年代前基本都处于实验室研究阶段，不能推广到工程运用上。因我国经济迎来高速发展的时代，许多行业产生的污水的量增多，传统处理污水的方法已无法解决这一问题，膜生物反应器的研究和发展因此被提前，在看到国内外的试验成果后，通过与传统处理方法的结果法比较，可以直观的了解到膜生物反应器在污水处理中有广泛的运用空间。从 1995 年以后^[21]，膜生物反应器处理污水的研究在国内受到空前的重视，很多知名高校和科究机构都不约而同地参与到这项研究中，取得显著成果的包括清华大学、哈尔滨工业大学、中科院生态环境研究中心、同济大学等^[22]。清华大学在膜生物反应器的运行特征上有了较大突破，而同济大学则在膜通量的影响因素上取得成功^[23] ，膜污染的防止与清洗等难题则被中科院生态环境研究中心所攻破。由于关于膜生物反应器的大多数难题被一一解开^[24]，国家计委发布了关于组织实施膜生物技术及将进行产业化推广的告示，这标志着膜分离技术处理污水在我国进入实际运用阶段^[25]。

请支付后下载全文，论文总字数：14634字