城市生活垃圾晚期渗滤液氨氮的常温短程去除

书书书　第５８卷　第４期　　化　　　工　　　学　　　报　　　　　　　Ｖｏｌ．５８　Ｎｏ．４　２００７年４月　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　（Ｃｈｉｎａ）　　Ａｐｒｉｌ　２００７檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐研究简报　　城市生活垃圾晚期渗滤液中氨氮的常温短程去除张树军，彭永臻，王淑莹，郑淑文，毛心慰（北京工业大学环境与能源工程学院，北京１０００２２）关键词：垃圾晚期渗滤液；生物脱氮；短程硝化；荧光原位杂交技术（ＦＩＳＨ）中图分类号：Ｘ７０３　　　　　　文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２００７）０４－１０４２－０６犛犺狅狉狋犮狌狋狉犲犿狅狏犪犾狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳狉狅犿犿犪狋狌狉犲犿狌狀犻犮犻狆犪犾犾犪狀犱犳犻犾犾犾犲犪犮犺犪狋犲犪狋犪犿犫犻犲狀狋狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犣犎犃犖犌犛犺狌犼狌狀，犘犈犖犌犢狅狀犵狕犺犲狀，犠犃犖犌犛犺狌狔犻狀犵，犣犎犈犖犌犛犺狌狑犲狀，犕犃犗犡犻狀狑犲犻（犛犮犺狅狅犾狅犳犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犪狀犱犈狀犲狉犵狔犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犅犲犻犼犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００２２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂｏｔｈ“ｔｗｏｓｔａｇｅｕｐｆｌｏｗａｎａｅｒｏｂｉｃｓｌｕｄｇｅｂｌａｎｋｅｔ（ＵＡＳＢ）＋ａｎｏｘｉｃ／ｏｘｉｃ（Ａ／Ｏ）”ｓｙｓｔｅｍａｎｄ“ｏｎｅｓｔａｇｅＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ”ｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｔｒｅａｔａｌｅａｃｈａｔｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｓａｎｄｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆａｍｍｏｎｉａｆｒｏｍａｍａｔｕｒｅｌａｎｄｆｉｌｌｓｉｔｅ．Ｔｈｅ“ｔｗｏｓｔａｇｅＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ”ｓｙｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｆｉｒｓｔｌｙ．ＴｈｅｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｔｕｒｎｅｆｆｌｕｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔａｇｅＵＡＳＢ（ＵＡＳＢ１）．ＴｈｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｏｏｋｐｌａｃｅｉｎｔｈｅＡ／Ｏｒｅａｃｔｏｒ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｍｏｓｔｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｗａｓｒｅｍｏｖｅｄｉｎｔｈｅＵＡＳＢ１，ｓｏ“ｏｎｅｓｔａｇｅＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ”ｓｙｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｐｈａｓｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ＴｈｅＮＨ＋４ＮｌｏａｄｉｎｇｒａｔｅｏｆＡ／Ｏｒｅａｃｔｏｒａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅ０．２８—０．６０ｋｇＮＨ＋４Ｎ·ｍ－３·ｄ－１ａｎｄ１７—２９℃，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｆｉｎａｌｅｆｆｌｕｅｎｔＣＯＤｗｅｒｅ５０％—７０％，１０００—１５００ｍｇ·Ｌ－１，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈ９０％—９９％ｏｆｎｉｔｒｉｔｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｔｏｏｋｐｌａｃｅｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅＮＨ＋４Ｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｒｉｅｄｂｅｔｗｅｅｎ９０％ａｎｄ１００％．ＷｈｅｎＮＨ＋４Ｎｌｏａｄｉｎｇｒａｔｅｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．４５ｋｇＮＨ＋４Ｎ·ｍ－３·ｄ－１，ｔｈｅＮＨ＋４Ｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｍｏｒｅｔｈａｎ９８％，ａｎｄｅｆｆｌｕｅｎｔＮＨ＋４Ｎｗａｓｂｅｌｏｗ１５ｍｇ·Ｌ－１．ＷｈｅｎｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｆｅｅｄＣＯＤｔｏｆｅｅｄＮＨ＋４Ｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｗａｓ２—３，ｔｈｅｔｏｔａｌｉｎｏｒｇａｎｉｃｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＴＩＮ）ｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓ７０％—８０％．ＴｈｅｓｌｕｄｇｅｓａｍｐｌｅｓｆｒｏｍＡ／Ｏｒｅａｃｔｏｒｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｌｕｏｒｅｓｅｎｃｅ犻狀狊犻狋狌ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ（ＦＩＳＨ）．ＴｈｅＦＩＳＨａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄａｔｉｏｎｂａｃｔｅｒｉａ（ＡＯＢ）ｗｅｒｅ４％ｏｆｔｈｅｅｕｂａｃｔｅｒｉａ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｎｉｔｒｉｔｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｂａｃｔｅｒｉａ（ＮＯＢ）ｗｅｒｅｌｅｓｓｔｈａｎ０．２％ｏｆｔｈｅｅｕｂａｃｔｅｒｉａ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍａｔｕｒｅｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌ；ｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＦＩＳＨ　　２００６－０６－０６收到初稿，２００６－０９－１２收到修改稿。联系人：彭永臻。第一作者：张树军（１９７０—），男，博士研究生。基金项目：国家自然科学基金国际重大合作项目（５０５２１１４００７５）；北京市属市管高等学校人才强教“创新团队”项目；北京市科委国际合作项目。　　　犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００６－０６－０６．犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：Ｐｒｏｆ．ＰＥＮＧＹｏｎｇｚｈｅｎ．犈－犿犪犻犾：[e-mail]犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀犻狋犲犿：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＫｅｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｏｐｅｒａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔＦｉｎａｎｃｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（５０５２１１４００７５），ｔｈｅＦｕｎｄｉｎｇＰｒｏｊｅｃｔｆｏｒＡｃａｄｅｍｉｃＨｕｍａｎＲｅｓｏｕｒｃｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓｏｆＨｉｇｈｅｒＬｅａｒｎｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅＪｕｒｉｓｄｉｃｔｉｏｎｏｆＢｅｉｊｉｎｇＭｕｎｉｃｉｐａｌｉｔｙ［ＰＨＲ（ＩＨＬＢ）］ａｎｄｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｏｐｅｒａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔＦｉｎａｎｃｅｄｂｙＢｅｉｊｉｎｇＭｕｎｉｃｉｐａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ．　引　言城市生活垃圾填埋场渗滤液（以下简称为“渗滤液”）中的污染物组成和浓度与填埋场的环境条件、填埋年限等因素密切相关［１］。早期渗滤液含有高浓度较易降解的有机物和氨氮。晚期渗滤液中有机物浓度低而且可生化性差，但氨氮浓度有增无减。理论和实际运行结果表明，完成硝酸盐反硝化需要ＣＯＤ／ＴＫＮ为４．０，但晚期渗滤液生物脱氮时反硝化的有机碳源不足。因而对于晚期渗滤液处理的重点和难点是：如何经济有效地去除高氨氮，同时在碳源缺乏的情况下，提高总氮去除率。由于短程硝化与全程硝化比较，不仅可以节省２５％的曝气量，而且反硝化可以节省４０％有机碳源，亦即亚硝酸盐反硝化只要求ＣＯＤ／ＴＫＮ＞２．５即可［２７］，可见实现稳定的短程硝化与反硝化是提高晚期渗滤液处理效率的有效途径。本试验先后采用两级ＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ系统与一级ＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ系统处理晚期渗滤液，实现了稳定的短程硝化反硝化，在不经吹脱等物化预处理、不投加药剂的条件下，实现了氨氮几乎全部去除、总无机氮ＴＩＮ去除率７０％～８０％的处理效果。１　试验材料和方法１１　试验流程与水质试验系统如图１所示，由两级ＵＡＳＢ与Ａ／Ｏ工艺组成，该系统在此试验之前用于处理早期渗滤液。ＵＡＳＢ１（一级ＵＡＳＢ）与ＵＡＳＢ２（二级ＵＡＳＢ）的有效容积分别为４．２５Ｌ、８．２５Ｌ。Ａ／Ｏ工艺的有效容积为１５Ｌ，平均分成１０个格室，第一格室为缺氧区。两级ＵＡＳＢ采用预热加保温的方式控制反应温度，ＵＡＳＢ１与ＵＡＳＢ２的温度分别控制在２０～３２℃、３５℃，好氧池在１５～３２℃的室温下运行。两级ＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ系统运行６０ｄ，第１～１０ｄ流量为３．５Ｌ·ｄ－１，第１１～６０ｄ提高到５．８Ｌ·ｄ－１。而后取消ＵＡＳＢ２，一级ＵＡＳＢ＋Ａ／Ｏ系统运行时间为第６１～１００ｄ，流量４．６Ｌ·ｄ－１。系统处理水回流至ＵＡＳＢ１的回流比为２００％，而二沉池污泥回流比为１００％。系统设置如下取样点：Ｒａｗ———原渗滤液；Ｕ１ｉ———ＵＡＳＢ１进水（原渗滤液与回流处理水的混合液）；Ｕ１ｅ———ＵＡＳＢ１出水；Ｕ２ｅ———ＵＡＳＢ２出水；Ａｎｏ．———Ａ／Ｏ工艺的缺氧区；Ｏ２～Ｏ１０———好氧池的不同格室。实验用水取自北京市已封场的某垃圾填埋场，属于典型的垃圾晚期渗滤液，水质如下：ＣＯＤ＝２０００～４５００ｍｇ·Ｌ－１，ＮＨ＋４Ｎ＝１２００～１８００ｍｇ·Ｌ－１，ｐＨ＝８．０～８．３，总碱度约为１００００ｍｇ·Ｌ－１。由于进水中可生物降解的有机物含量较低，ＵＡＳＢ２产气几乎停止，所以在以下的论述中将两级ＵＡＳＢ统称为ＵＡＳＢ。１２　分析方法ＣＯＤ：ＣＯＤ快速测定仪；氨氮：纳氏试剂光度法；亚硝酸盐氮：犖（１萘基）乙二胺光度法；硝酸盐氮：麝香草酚法；Ｃｌ－、ＳＯ２－４：离子色谱法，采用Ｍｅｔｒｏｈｍ７６１ｃｏｍｐａｃｔＩＣ。Ｎ２Ｏ：气相色谱法，采用Ａｇｌｉｅｎｔ６８９０ＮｎｅｔｗｏｒｋＧＣｓｙｓｔｅｍ；ＤＯ、ｐＨ、温度采用在线测量（ＷＴＷＤＯ３３０ｉ，ＷＴＷｐＨ３３０ｉ）；ＢＯＤ５采用ＯｘｉＴｏｐＣｏｎｔｒｏｌ（ＷＴＷ）测定。图１　两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ系统流程图Ｆｉｇ．１　ＦｌｏｗｄｉａｇｒａｍｏｆｔｗｏｓｔａｇｅＵＡＳＢＡ／Ｏｓｙｓｔｅｍ　·３４０１·　第４期　　张树军等：城市生活垃圾晚期渗滤液中氨氮的常温短程去除　　按照Ａｍａｎｎ的操作方法进行ＦＩＳＨ分析［８］。采用的寡核苷酸探针列于表１。杂交结束后，对每个污泥样品随机拍摄２０～２５张照片（ＯＬＹＭＰＵＳＢＸ５２荧光显微镜）用于定量分析（ＬｅｉｃａＱＷＩＮＳｏｆｔｗａｒｅ）。表１　犉犐犛犎分析中采用的寡核苷酸探针犜犪犫犾犲１　１６犛狉犚犖犃狋犪狉犵犲狋犲犱狅犾犻犵狅狀狌犮犾犲狅狋犻犱犲狆狉狅犫犲狊狌狊犲犱ＰｒｏｂｅＦＡ／％ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔａｇＴａｒｇｅｔｓＥＵＢｍｉｘ①—ＦＩＴＣ犈狌犫犪犮狋犲狉犻犪ＮＳＯ１２２５３５Ｃｙ３ａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄｉｚｉｎｇβ犘狉狅狋犲狅犫犪犮狋犲狉犻犪ＮＩＴ３４０Ｃｙ３犖犻狋狉狅犫犪犮狋犲狉犻犪Ｎｔｓｐａ６６２３５Ｃｙ３犖犻狋狉狅狊狆犻狉犪　　①ＥＵＢｍｉｘ—ＥＵＢ３３８∶ＥＵＢ３３８Ⅱ∶ＥＵＢ３３８Ⅲ＝１∶１∶１．２　结果和分析２１　有机物和氮的去除和变化系统处理水和原渗滤液按照不同比例混合进入ＵＡＳＢ１，在ＵＡＳＢ１进行回流液中ＮＯ－狓Ｎ反硝化，在Ａ／Ｏ池中完成高ＮＨ＋４Ｎ硝化。ＵＡＳＢ１进水ＣＯＤ负荷为３．６～６．０ｋｇＣＯＤ·ｍ－３·ｄ－１，试验期间系统ＣＯＤ去除情况见图２。当原水ＣＯＤ＝２０００～４５００ｍｇ·Ｌ－１时，绝大部分ＣＯＤ在ＵＡＳＢ１被去除，系统ＣＯＤ去除率为５０％～７０％，系统出水ＣＯＤ在１０００～１５００ｍｇ·Ｌ－１。ＵＡＳＢ１出水ＣＯＤ基本不可生化，所以ＵＡＳＢ２有机物降解作用很小（试验后期取消了ＵＡＳＢ２）。在Ａ／Ｏ工艺中主要完成回流污泥中ＮＯ－狓Ｎ的反硝化与ＮＨ＋４Ｎ的彻底硝化，由于缺少碳源缺氧区反硝化效率很低。在试验过程中，对ＢＯＤ５进行了检测，在进水ＢＯＤ５＝５００～１１００ｍｇ·Ｌ－１条件下，出水ＢＯＤ５＜３０ｍｇ·Ｌ－１。试验期间系统对氮的去除和变化规律见图３。晚期渗滤液有机氮含量大幅降低，几乎全部转化为氨氮，而原渗滤液的氧化氮（ＮＯ－狓Ｎ）浓度可以忽略，所以原渗滤液的总氮ＴＮ与氨氮浓度基本相同。试验期间Ａ／Ｏ池氨氮负荷（ＡＬＲ）范围在０．２８～０．６０ｋｇＮＨ＋４Ｎ·ｍ－３·ｄ－１，ＡＬＲ＜０．４５ｋｇＮＨ＋４Ｎ·ｍ－３·ｄ－１时，硝化率＞９８％，ＡＬＲ＞０．４５ｋｇＮＨ＋４Ｎ·ｍ－３·ｄ－１时，硝化率＞９０％，氨氮负荷升高硝化率有所下降。试验实现了ＮＯ－２Ｎ累积率为９０％—９９％短程硝化，当进水ＮＨ＋４Ｎ＝１２００～１８００ｍｇ·Ｌ－１，出水ＮＯ－３Ｎ＜３０ｍｇ·Ｌ－１，ＮＯ－２Ｎ＝１５０～４００ｍｇ·Ｌ－１。在进水ＣＯＤ／ＮＨ＋４Ｎ＝２～３时，无机氮ＴＩＮ去除率＝