高氨氮垃圾渗滤液高效生物脱氮张树军

中国环境科学2008,28(3)：225~228ChinaEnvironmentalScience高氨氮垃圾渗滤液高效生物脱氮张树军1,2,王淑莹1,毛心慰1,韩晓宇3,曾薇1,彭永臻1*(1.北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022；2.北京城市排水集团有限责任公司,北京100038；3.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要：以高浓度氨氮城市垃圾渗滤液作为试验用水,在两级UASB(UASB1+UASB2)-A/O试验系统中,对比研究了先在UASB1反硝化(工艺1)与仅在A/O缺氧区反硝化(工艺2)2种工艺的脱氮过程.结果表明,在回流比为300%的条件下,2种工艺的氨氮硝化率均在99%左右,但工艺1比工艺2的TN去除率高21%.2种工艺的无机碳(IC)和pH值的变化规律差别较大,工艺1由于充分利用了原水碳源实现了高效反硝化,在系统中维持了充足的IC和较高的pH值,实现了75%~95%NO2--N累积率的短程硝化.确认能否有效利用有机碳源是产生脱氮效率差异的根本原因.关键词：高浓度氨氮；垃圾渗滤液；生物脱氮；厌氧前反硝化中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2008)03-0225-04Highlyeffectivebiologicalnitrogenremovalfromhighammonialandfillleachate.ZHANGShu-jun1,2,WANGShu-ying1,MAOXin-wei1,HANXiao-yu3,ZENGWei1,PENGYong-zhen1*(1.SchoolofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China；2.BeijingDrainageGroupCompanyLimited,Beijing100038,China；3.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China).ChinaEnvironmentalScience,2008,28(3)：225~228Abatract：Atwo-stageUASB(UASB1+UASB2)-A/Osystemwasinvestigatedtoimprovenitrogenremovalefficiencyfromthelandfillleachatewithhigh-concentrationammonia.Twodifferentoperationalpatterns:denitrificationoccurringfirstlyintheUASB1(technique1)anddenitrificationonlyinA/Oanoxiczone(technique2)werecontrastivelystudied.Undertheconditionofrecirculationratio300%,ammonianitrificationefficiencyof2kindstechniquewasabout99%,butTNremovalefficiencyoftechnique1was21%higherthantechnique2.Thedifferenceofvariationruleofinorganiccarbon(IC)andpHvalueof2kindsoftechnologywasgreat.Technique1owingtoutilizingcompletelyrawwatercarbonsource,thehighlyeffectivedenitrificationwasobtained,ampleICandhigherpHvalueinsystemwasmaintained,andnitritationof75%~95%nitriteaccumulationefficiencywasrealized.Ableornoteffectivelyutilizingorganiccarbonsourcewasthebasicreasonofproducingvariationofnitrogenremoval.Keywords：high-concentrationammonia；landfillleachate；biologicalnitrogenremoval；anaerobicpre-denitrification在处理含高浓度氨氮的有机废水时,通常采用“厌氧+好氧”组合工艺,由厌氧反应器去除大部分有机物,在后续的A/O工艺进行生物脱氮[1-5].但这些处理工艺存在有机物去除和脱氮矛盾的问题,导致脱氮效率难以提高.原因在于厌氧反应器去除大部分有机物,但氨氮浓度几乎保持恒定,导致厌氧出水的C/N降低,后续生物脱氮因缺乏有机碳源而效率不高.为解决高浓度氨氮废水传统脱氮工艺的问题,本试验以垃圾渗滤液为研究对象,对厌氧前反硝化脱氮工艺与传统A/O脱氮工艺进行对比,分析产生脱氮效率差异的原因,以开发经济有效的高浓度氨氮废水脱氮新技术.1材料与方法1.1水质试验用渗滤液取自北京某垃圾填埋场,其水质(mg/L):COD7000~25000;BOD53500~14000;收稿日期：2007-07-09基金项目：北京市教委科研基地-科技创新平台项目;“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAC19B03);北京市属市管高等学校人才强教“创新团队”项目*责任作者,教授,[e-mail]226中国环境科学28卷NH4+-N1250~1950;TN1600~2150;SS400~850;碱度8000~11000;TP9~15.pH7.2~7.9.该垃圾填埋场的填埋龄为3年.1.2试验流程系统在开展本研究之前已经稳定运行了1年,由两级UASB与A/O工艺组成.UASB1与UASB2的有效容积分别为4.25,8.25L.A/O工艺的容积为15L,平均分成10个格室,第1格室为缺氧区,其余格室为好氧区.两级UASB采用预热加保温的方式控温,分别控制在30,35℃,A/O工艺好氧池的运行温度为20~32℃.设置如下取样点:Raw为原渗滤液;U1i为UASB1进水;U1e为UASB1出水;U2e为UASB2出水;Ano.为A/O工艺的缺氧区;O2~O10为好氧池的不同格室.处理水污泥回流内循环UASB1原渗滤液水箱二沉池处理水回流出水箱A/O反应器UASB2内循环a工艺1b工艺2硝化液回流处理水污泥回流内循环UASB1原渗滤液水箱二沉池出水箱A/O反应器UASB2内循环图1工艺1与工艺2的流程示意Fig.1Schematicdiagramofprocess1orprocess2先后进行了2个阶段的实验.第1阶段实验(工艺1,图1a)为首先在UASB1反硝化的研究阶段(第1~30d).该阶段的处理水量为3.5L/d,系统出水按300%回流至UASB1,因此UASB1的进水量、UASB2出水即A/O进水均为14L/d.二沉池至A/O缺氧段的污泥回流比为100%.第2阶段实验(工艺2,图1b)为仅在A/O反硝化的研究阶段(第31~60d).处理水量为3.5L/d,A/O的硝化液按300%回流至A/O的缺氧段,二沉池污泥回流比为100%.第2阶段实验结束后,取消A/O的硝化液回流,实验系统恢复厌氧前反硝化(第61~80d).1.3分析方法COD采用COD快速测定仪(兰州炼化厂)测定;NH4+-N采用纳氏试剂光度法测定;NO2--N采用N-(1-奈基)-乙二胺光度法测定;NO3--N采用麝香草酚法测定;DO、pH值、温度在线测量(WTWDO330i,WTWpH330i);BOD5采用OxiTop®Control测定;TC、TOC、总无机碳(IC)、TN采用multiN/C3000TOC测定仪(AnalytikJenaAG)测定.2结果与讨论2.12种工艺处理效果的比较表12种工艺处理效果的比较Table1Contrastofremovalefficiencyoftwooperationalmodes指标工艺1工艺2TC去除率(%)79±879±6TOC去除率(%)86±985±10IC降低率(%)30±560±4UASB的pH值8.2~8.57.9~8.2COD去除率(%)90±385±5BOD5去除率(%)99.5±0.199.5±0.1NH4+-N去除率(%)99±0.499±0.4NO2--N累积率(%)75~9515~47原水TN(mg/L)1833±2281944±108出水TN(mg/L)227±38603±80TN去除率(%)88±367±4由表1可见,2种工艺对TC,TOC,BOD5的去除效果接近,但IC和pH值的变化差别较大.2种3期张树军等：高氨氮垃圾渗滤液高效生物脱氮227工艺显著的区别为脱氮性能,尽管高浓度氨氮的硝化率均在99%左右,但TN去除率相差21%,传统A/O工艺的出水TN浓度为厌氧前反硝化工艺的2.4倍.2.22种工艺对原水TOC利用比较由图2可见,在工艺1中,进水TN与TOC在UASB1中同时降低,在A/O缺氧区发生了高效的反硝化,系统脱氮效率88%左右.而工艺2在UASB1中只是TOC大幅降低,TN浓度几乎不变,A/O缺氧段的反硝化效率较低,脱氮效率仅有67%左右.05001000150020002500300035004000RawU1eU2eAno.O2O3O5O7O10取样点TOC,TN浓度(mg/L)TOC（工艺2）TN（工艺2）TOC（工艺1）TN（工艺1）图22种工艺的TN,TOC的变化规律Fig.2VariationofTNandTOCundertwoprocesses由表2可知,由于原水的TOC/TN平均值为2.6,工艺1反硝化碳源充足,回流出水中的NOx--N(NO2--N与NO3--N)几乎100%去除.结果UASB2出水的TOC/TN平均值仍为2.1,这样回流污泥中NOx--N的反硝化碳源是充足的,在A/O缺氧区的反硝化率为97%左右,系统TN的去除率为88%左右.工艺2经过两级UASB的产甲烷反应,UASB2出水的TOC/TN平均值降低到0.8,碳源不足导致缺氧区反硝化不完全,TN的去除率仅为67%.表2TOC/TN对脱氮效率的响应Table2TheeffectofTOC/TNonnitrogenremovalefficiencyTOC/TN工艺原水UASB2出水UASB2出水TOC(mg/L)TN去除率(%)出水TN(mg/L)工艺12.6±0.202.1±0.211071±7788±3227±38工艺21.7±0.240.8±0.181238±9067±4603±80恢复阶段1.6±0.221.4±0.24750±7489±3218±28为了进一步比较2种工艺脱氮性能,第2阶段实验结束后,恢复工艺1,在原渗滤液的TOC/TN与第2阶段实验基本一致的前提下进行比较.结果发现,恢复阶段UASB1的反硝化率仍然在99%左右,UASB2出水TOC/TN的平均值为1.4,远高于第2阶段的UASB2出水.在A/O缺氧区的反硝化率也在97%左右,TN去除率仍为89%左右.2.3短程硝化对2种工艺脱氮性能的影响工艺1由于实现了高效反硝化,系统中一直维持了较高的IC浓度与pH值,这有利于获得较高的游离氨(FA)浓度,形成和维持短程硝化[6-11].由表1可知,工艺1实现了NO2--N累积率为75%~95%的短程硝化,在恢复阶段也实现了相似的短程硝化.而工艺2的NO2--N累积率减少到15%~47%.所以厌氧前反硝化不仅有效利用了原水有机碳源,而且因为发生短程硝化使反硝化的有机碳源需求量也减少了40%[12-14].2.4IC与pH值的变化规律比较02004006008001