垃圾滲濾液厭氧-好氧生物處理短程脫氮及動力學(xué).pdf

1、目前，我國90％左右的城市固體廢棄物采用填埋法處理，填埋產(chǎn)生的滲濾液危害十分嚴(yán)重，我國垃圾滲濾液處理95％以上達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，伴隨著垃圾滲濾液新排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施(GB16889-2008.07.01，2011年7月執(zhí)行)，對出水水質(zhì)指標(biāo)(TN, NH4+-N TP COD)的排放濃度限值作了更加嚴(yán)格的規(guī)定，這無疑在原有垃圾滲濾液處理技術(shù)并不完善的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步增加了其處理的難度。
　　 垃圾滲濾液作為一種高濃度、多組分、多

2、變化的污水，難于處理的主要原因在于其特殊的水質(zhì)特點(diǎn)。垃圾滲濾液5水質(zhì)大特征：①有機(jī)物組分眾多：②氨氮含量較高；③營養(yǎng)元素比例失調(diào)；④水質(zhì)復(fù)雜；⑤磷含量偏低，這些特征決定了常規(guī)的、單一的處理方法并不可行。
　　 生物法是污水處理中最經(jīng)濟(jì)、有效的處理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。該方法最主要的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)物和氮的真正去除，而非“污染轉(zhuǎn)嫁”。這是因?yàn)橥ㄟ^生物處理，可將污水中的有機(jī)物氧化CO2和H2O，氨氮通過硝化作用-反硝化

3、作用轉(zhuǎn)化成N2，而從水中溢出。
　　 基于上述背景，本課題以實(shí)際垃圾滲濾液為考察對象，主要研究目標(biāo)包括：
　　 (1)探尋適合城市垃圾滲濾液處理的、經(jīng)濟(jì)高效的厭氧-好氧生物處理及短程生物脫氮新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)滲濾液內(nèi)有機(jī)物和氮的同步、深度去除：
　　 (2)建立常、低溫條件下，僅利用滲濾液水質(zhì)特征和簡單控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)好氧反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn)定短程硝化的新途徑，有效解決短程硝化的技術(shù)瓶頸；
　　 (3)基于FISH技術(shù)和S

4、EM技術(shù)，考察好氧反應(yīng)器內(nèi)微生物種群特性，實(shí)現(xiàn)生物脫氮硝化菌種群篩選和優(yōu)化；
　　 (4)利用好氧反應(yīng)器內(nèi)具有良好短程生物脫氮特性污泥，進(jìn)行反硝化動力學(xué)批次試驗(yàn)，以獲得對污水處理廠運(yùn)行具有重要指導(dǎo)意義的動力學(xué)參數(shù)值。
　　 本課題基于大量的、長期的試驗(yàn)研究和理論分析，建立了適合垃圾滲濾液處理的UASB-SBR和UASB-A/O生化系統(tǒng)，并獲得了穩(wěn)定的短程生物脫氮新技術(shù)?；谔幚硇Ч⑽⑸锾匦院蛣恿W(xué)3方面開展研究，62

5、3天的試驗(yàn)結(jié)果表明：
　　 (1)獲得了有機(jī)物和氮同步、深度去除
　　 采用UASB-SBR和UASB-A/O生化系統(tǒng)處理垃圾滲濾液，將有機(jī)物去除和脫氮反應(yīng)分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，具有獨(dú)特優(yōu)勢。
　　 a)UASB-SBR和UASB-A/O生化系統(tǒng)。該生化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了滲濾液內(nèi)的有機(jī)物和氮的同步、深度去除。在進(jìn)水COD為1000～13800mg/L的條件下，出水COD穩(wěn)定在150.1～1234mg/L，去除率為90

6、％以上：在進(jìn)水NH4+-N為574～2360mg/L條件下，出水NH4+-N穩(wěn)定在20mg/L以下，去除率在99.0％以上。UASB-SBR系統(tǒng)最終出水TN低于30mg/L，實(shí)現(xiàn)了氮的深度去除。
　　 b)UASB-脈沖式SBR生化系統(tǒng)。在較低溫度（16.1℃，15.2℃和13.1℃）條件下，脈沖式SBR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短程生物脫氮。采取分批進(jìn)水方式，能夠明顯節(jié)省外碳源投加量，亞硝積累率在90％以上，最終出水TN低于25mg/L

7、左右。此外，反應(yīng)過程DO、ORP和pH曲線的特征點(diǎn)與“三氮”的轉(zhuǎn)化具有非常好的相關(guān)性，可作為脈沖式SBR處理垃圾滲濾液短程生物脫氮過程的控制參數(shù)。
　　 c)序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)系統(tǒng)。在初始COD為122～2385mg/L的情況下，出水COD穩(wěn)定在23～390mg/L，在初始NH4+-N為40～396.5mg/L的情況下，出水NH4+-N穩(wěn)定在0～41.2mg/L。SBBR系統(tǒng)發(fā)生了明顯的SND現(xiàn)象。當(dāng)DO分別為0.4

8、5mg/L和1.19mg/L時(shí)，TN去除率分別為73.8％和30％左右。
　　 (2)建立實(shí)現(xiàn)短程硝化新途徑新方法
　　 a)首次提出采用游離氨(FA)協(xié)同過程控制（以pH為參數(shù)）實(shí)現(xiàn)SBR系統(tǒng)內(nèi)短程硝化的新方法?；诖朔椒ǎ瑢?shí)現(xiàn)了微生物種群的優(yōu)化，氨氧化菌(AOB)成為優(yōu)勢菌屬，使UASB-SBR生化系統(tǒng)維持了長期穩(wěn)定的短程生物脫氮，成功跨越2個(gè)冬季，亞硝積累率(NAR)在90％以上。
　　 b)首次提出利用F

9、A協(xié)同F(xiàn)NA輔以pH實(shí)現(xiàn)A/O系統(tǒng)短程硝化的新方法?；诖朔椒?，實(shí)現(xiàn)了微生物種群的優(yōu)化，AOB成為優(yōu)勢菌屬，使UASB-A/O系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)持久、穩(wěn)定的短程硝化，亞硝積累率(NAR)均在90％以上，即使在最低溫度11.2℃時(shí)。
　　 (3)實(shí)現(xiàn)了微生物種群優(yōu)化
　　 a)SBR系統(tǒng)內(nèi)微生物種群：全程生物脫氮期間，鏡檢發(fā)現(xiàn)活性污泥系統(tǒng)生物相十分豐富，包括累枝蟲屬(Epistylis)，鐘蟲屬(Vorticella)；遁蟲(Asp

10、idisca)和草履蟲(paramecium)。短程生物脫氮期間，F(xiàn)ISH分析表明，活性污泥系統(tǒng)硝化菌群中AOB約占4.6％，NOB小于0.3％，AOB成為優(yōu)勢菌屬。SEM分析表明，活性污泥系統(tǒng)中以橢球狀的亞硝化球菌屬（Nitrosococcus）和桿狀的亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）為主。
　　 b)A/O系統(tǒng)內(nèi)微生物種群：短程程硝化階段，F(xiàn)ISH分析表明：AOB約占活性污泥系統(tǒng)中所有活性細(xì)菌的3.2％，未檢測出N

11、OB，AOB成為優(yōu)勢菌種。SEM分析表明：活性污泥系統(tǒng)中應(yīng)包含大量的亞硝化球菌屬（Nitrosococcus）和亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）。
　　 c)SBBR系統(tǒng)內(nèi)微生物種群：當(dāng)SBBR系統(tǒng)處于硝酸型SND和亞硝酸性SND共存期間，鏡檢發(fā)現(xiàn)活性污泥系統(tǒng)內(nèi)存在大量的累枝蟲(Epistylis)和少量的遁蟲(Aspidisca)。當(dāng)SBBR系統(tǒng)處于亞硝酸性SND期間，F(xiàn)ISH檢測發(fā)現(xiàn)，AOB約占所有活性細(xì)菌的2.6

12、％，NOB小于0.1％，AOB成為優(yōu)勢菌屬。SEM檢測發(fā)現(xiàn)，載體形成了縱橫交錯(cuò)的骨架，內(nèi)部存在大量的空隙，附著大量的微生物群體。在活性污泥絮體內(nèi)部，含有亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）和亞硝化球菌屬（Nitrosococcus）。
　　 (4)進(jìn)行反硝化動力學(xué)研究
　　 基于SBR系統(tǒng)內(nèi)具有良好短程生物脫氮特性的活性污泥，進(jìn)行批次試驗(yàn)：
　　 a)pH對以NO2--N為電子受體反硝化動力學(xué)常數(shù)具有明顯影

13、響。在本試驗(yàn)所設(shè)定4個(gè)pH值(6.5，7.0，8.0，8.5)條件下，不同pH下的Monod方程主要差別體現(xiàn)在曲線一級反應(yīng)部分的長短不同，由此導(dǎo)致動力學(xué)參數(shù)（Ks和k)差異較大，pH8.0的Ks和k最大，分別為15.77mg/L和0.51gN/gVSS·d。
　　 b)DO對NO2--N的還原過程具有明顯的抑制作用，對NO2--N為電子受體的溶解氧抑制系數(shù)K＇0有顯著影響。在不同DO濃度范圍內(nèi)，K＇0值存在明顯的分段現(xiàn)象，且恒定

14、。DO≤0.4mg/L時(shí)，K＇0=0.351mg/L；當(dāng)0.4mg/L≤DO≤0.72mg/L時(shí)，K＇0=0.059mg/L，當(dāng)0.72mg/L≤DO≤1.03mg/L時(shí)，K＇0=0.031mg/L。
　　 c)FNA對NO2--N的還原過程具有明顯的抑制作用。在初始和恒定pH值兩種條件下，Andrews和Aiba兩種抑制模型能夠較好的預(yù)測FNA對NO2--N還原過程抑制影響。在恒定pH8.0條件下，F(xiàn)NA對NO2--N的還原過