短程硝化联合厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液的启动

第44卷第5期中南大学学报(自然科学版)Vol.44No.52013年5月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)May2013短程硝化联合厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液的启动王凯，王淑莹，朱如龙，苗蕾，彭永臻(北京工业大学北京水质科学与水环境恢复工程重点实验室，北京，100124)摘要：针对晚期垃圾渗滤液脱氮难的问题，采用短程硝化SBR联合厌氧氨氧化SBR工艺处理晚期垃圾渗滤液。短程硝化SBR经过50d驯化和培养，其最终出水亚硝态氮质量浓度维持在500mg/L左右，短程硝化率稳定在98%以上。为了消除过高亚硝态氮对厌氧氨氧化菌的抑制，压氧氨氧化SBR由传统的操作模式改为反应期间连续进水间歇沉淀和出水，其水力停留时间控制在20h。在配水驯化期，进水亚硝质量浓度由60mg/L提升至395mg/L，总氮容积去除速率由0.10kg/(m3·d)提升至0.75kg/(m3·d)；驯化结束后，逐步掺入渗滤液，在实验的第156天，进水中的亚硝态氮全部由好氧SBR的出水提供。研究结果表明：渗滤液中难降解的COD未对厌氧氨氧化菌产生抑制作用，少量的反硝化作用反而提高了系统总氮的去除率，此时，系统的总氮容积去除速率为0.76kg/(m3·d)，进水COD、亚硝态氮和氨氮质量浓度分别为295，390，295mg/L，出水CDO、亚硝态氮和氨氮质量浓度分别为246，1.3和0.6mg/L；在不添加任何碳源的条件下，总氮去除率达90%以上。关键词：晚期垃圾渗滤液；SBR；厌氧氨氧化；脱氮；COD中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1672−7207(2013)05−2136−08Start-upofshort-termnitrification/ANAMMOXprocessfortreatmentoflandfillleachateWANGKai,WANGshuying,ZHURulong,MIAOLei,PENGYongzhen(KeyLaboratoryofBeijingforQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:Duetothedifficultyofnitrogenremovalinthematurelandfillleachate,acombinedprocessconsistingofshort-termnitrificationsequencingbatchreactor(SNSBR)andanaerobicammoniumoxidationsequencingbatchreactor(ASBR)wasdevelopedtotreattheadvancedstagelandfillleachate.Afterthedomesticationandcultivationof50d,theconcentrationofNO2−-NintheSNSBReffluentismaintainedatabout500mg/L,andtheshort-termnitrificationratecanbemaintainedatabove98%.InordertoeliminatetheinhibitionofthehighconcentrationofNO2--Nputontheanammoxbacteria,theoperationofASBRwaschangedfromthetraditionaltypetotheoneofcontinuousinfluentduringthereactionperiodandintervalsettleandeffluentwiththeHRTbeingabout20h.Theexperimentconsistedoftwostages,namely,thestart-upandthedomestication.Duringthestart-up,astheconcentrationofNO2−-Nwasincreasedfrom60mg/Lto395mg/L,theammoniumandnitriteremovalefficiencybothreachedover98%,andtotalnitrogenvolumeremovalratewasincreasedfrom0.10kg/(m3·d)to0.75kg/(m3·d).Afterdomestication,mixtheleachateintotheinfluentbyincreasingtherateof20%everyphase.Onthedayof156,alloftheNO2--NintheinfluentcamefromtheeffluentoftheSNSBR.TheresultsshowthatnonbiodegradableCODoftheleachatecannotinhibittheanammoxbacteria,however,alittledenitrificationincreasesthetotalnitrogenremovalefficiencyofthesystem.Thetotalnitrogenvolumeremoval收稿日期：2012−05−25；修回日期：2012−07−12基金项目：国家自然科学基金资助项目(21177005)通信作者：王淑莹(1953−)，女，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，从事污水脱氮除磷的新工艺与新技术的研究；电话：[phone]；E-mail:[e-mail]第5期王凯，等：短程硝化联合厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液的启动2137 rateis0.76kg/(m3·d),andtheconcentrationofCOD,nitriteandammoniumintheinfluentandeffluentis295,390,295and246,1.3,0.6mg/L,respectively.Thenitrogenremovalefficiencyofthesystemcanreachabove90%withoutanycarbonsourceaddition,whichshowsgoodperformanceofnitrogenremovalefficiency.Keywords:maturelandfillleachate;SBR;anaerobicammoniumoxidation(ANAMMOX);nitrogenremoval;COD垃圾渗滤液作为一种含有高氨氮的特种废水，若不能得到妥善处理，会对环境造成严重的危害。最近国家颁布了GB16889—2008.07.01(《垃圾渗滤液排放标准》)，增加了对总氮排放的标准，要求出水总氮质量浓度小于40mg/L，这无疑向目前的垃圾渗滤液处理技术提出了新的挑战。传统的厌氧可以去除渗滤液中绝大多数的有机物，但对氮素的去除效果非常差[1−3]。而传统的好氧工艺如SBR，A/O，生物滤池和生物转盘等能将渗滤液中绝大多数的氨氮转化成亚硝态氮或者硝态氮，但对总氮的去除效果不理想[4−6]。Spagni等[7]通过外加碳源的方式提高总氮的去除率，但此法增加了处理成本，不利于在实际处理工程中的推广应用。短程硝化是通过控制反应器中的FA、温度、FNA、溶解氧等条件，控制氨氮的氧化产物为亚硝态氮。与传统的全程硝化相比，可以节省25%的曝气量和30%的反应时间[8−10]。ANAMMOX(anaerobicammoniumoxidation)即厌氧氨氧化技术是20世纪90年代于荷兰Delft技术大学发现的一种新的自养脱氮技术，由于其可以高效低耗的进行生物脱氮，近年来备受关注[11−12]。垃圾渗滤液中含有大量的氨氮，在FA较高的条件下，容易实现短程硝化，因此，其好氧硝化出水中的氮素主要是亚硝态氮。而晚期垃圾渗滤液C与N质量比极低，且其中的有机物为难生物降解有机物，对自养的厌氧氨氧化菌影响不大，因此，特别适合采用短程硝化联合厌氧氨氧化技术进行经济、高效脱氮。目前，国内外利用厌氧氨氧化技术处理垃圾渗滤液有一定研究，但大多数工艺使用单一反应器，对反应条件要求严格，操控性差，且好氧菌和厌氧菌同在1个反应器，不利于提高脱氮效率[13−14]。采用好氧SBR短程硝化联合ASBR(ANAMMOX)处理晚期垃圾渗滤液尚未见报道。为此，本文作者以实际的晚期垃圾渗滤液为研究对象，研究好氧厌氧SBR组合工艺处理晚期渗滤液的脱氮效果。1试验1.1试验装置试验装置如图1所示。好氧和厌氧SBR均由有机玻璃制成，高为60cm，半径为10cm，有效容积为10L。好氧SBR按照进水—曝气—沉淀—排水—闲置的传统模式运行。反应器内设曝气装置和温控装置，曝气量维持在160L/h，温度控制在(25±1)℃，其排水比(体积分数)控制在30%。为保证硝化效果，好氧SBR不固定HRT(hydraulicretentiontime)，通过实时控制保证硝化完全。ASBR按照反应期间连续进水(同时搅拌)—沉淀—排水—闲置的操作模式运行，内设搅拌装置、温控装置和进水蠕动泵，搅拌速率为60r/min，温度控制在(30±1)℃，进水时间控制在10h，排水比(体积分数)控制在50%，其HRT为20h。为了避免光照对厌氧氨氧化菌的抑制作用，ASBR外覆黑色保温材料，可以同时起到保温和避光的作用。在驯化期，2个SBR分别独立运行。在驯化结束后，将2个反应器串联起来运行。1.2试验用水试验中所用的渗滤液为北京某垃圾填埋场实际渗滤液。在必要时加入自来水或系统出水进行稀释以符合试验要求。具体水质见表1。由表1可知：该渗滤液氨氮质量浓度较高，而氧化态氮含量很少，m(C)/m(N)＜1且m(B)/m(C)＜0.1。为保证渗滤液水质稳定，试验期间，在4℃条件下贮存。厌氧氨氧化在驯化阶段采用模拟废水，其组成(质量浓度)为：KH2PO40.01g/L，CaCl2·2H2O0.0056g/L，MgSO4·7H2O0.3g/L，KHCO31.25g/L。氨氮和亚硝态氮分别以NH4Cl和NaNO2提供，质量浓度按需配置。微量元素浓缩液Ⅰ的组成为：EDTA5g/L，FeSO45g/L。微量元素浓缩液Ⅱ的组成为：EDTA1g/L，H3BO40.014g/L，MnCl2·4H2O0.990g/L，CuSO4·5H2O0.250g/L，ZnSO4·7H2O0.430g/L，NiCl2·6H2O0.190g/L，NaSeO4·10H2O0.210g/L,NaMoO4·2H2O0.220g/L。1.3检测项目及分析方法水样分析项目中的COD质量浓度采用国家标准方法测定[15]；氨氮质量浓度采用纳氏试剂光度法测定；硝酸盐质量浓度采用麝香草酚分光光度法测定；亚硝酸盐质量浓度采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法测定；pH，DO，ORP及温度采用德国WTW公司生产的pH计及DO测定仪测定；碱度采用碱性指示剂法测定。1.4接种污泥好氧SBR种泥取自北京某研发中心，为处理生活中南大学学报(自然科学版)第44卷2138图1SBR+ASBR系统装置示意图Fig.1SchematicdiagramofSBRandASBRsystem表1渗滤液主要水质指标Table1Characteristicsofthelandfillleachate质量浓度/(mg/L)pH碱度NH4+-NNOx-NCODBOD7.1~8.55000~80002000~24000~11000~120050~808.073002200＜1115060污水的全程硝化污泥；ASBR种泥取自北京某中试厌氧氨氧化效果良好的UASB反应器出水中的悬浮污泥。污泥主体呈黄色，夹杂着红色的颗粒污泥。2结果与讨论2.1短程硝化SBR的启动及稳