基于准好氧矿化垃圾床的渗滤液脱氮研究

基于准好氧矿化垃圾床的渗滤液脱氮研究刘丹，张爱平，李启彬[e-mail]西南交通大学环境科学与工程学院2007年9月主要研究内容研究背景试验条件准好氧矿化垃圾床的渗滤液脱氮性能准好氧矿化垃圾床的渗滤液脱氮机理结论1、研究背景卫生填埋场是处置城市生活垃圾的最常用技术垃圾渗滤液处理是卫生填埋场的一个技术难点，其中对氨氮的经济、有效处理是渗滤液研究的重点利用矿化垃圾进行渗滤液处理，尤其是脱氮处理是行之有效的途径同济大学的研究：NH3-N经三级串联工艺处理后（图1），总去除率可稳定在92%以上，进水浓度从820～1340mg/L，可稳定地降至55～105mg/L。图1三级串联工艺流程1、研究背景1、研究背景研究成果已规模化应用于上海老港（100t/d）、山东即墨（70t/d）和蓬莱(60t/d)、安徽马鞍山（150t/d）等地数座填埋场，见图2。图2山东即墨渗滤液处理示范工程开展上述研究大多是基于厌氧填埋方式下的矿化垃圾床，其对TN处理效果不理想，削减率仅约20~30%间。1、研究背景2、试验条件（1）试验装置的构建考虑到准好氧垃圾填埋场具有节约成本、改善填埋层复氧状况和强化生物脱氮等优势，将准好氧填埋技术与矿化垃圾技术结合，在实验室构建了准好氧矿化垃圾床（图3）。图3试验装置实物图与示意图图4准好氧矿化垃圾床内氧分布示意图借鉴准好氧填埋场的构造原理，本研究矿化垃圾床内氧的分布情况，见图4。（2）矿化垃圾的基本特性矿化垃圾的定义矿化垃圾的来源矿化垃圾的基本特性矿化垃圾的定义矿化垃圾是由成分复杂的原始生活垃圾在特定的填埋条件下，通过不断发生着的各种生物化学反应（尤以生物反应过程为主）的长期作用逐渐形成的一种多相多孔生物介质，其作为污水处理基质具有良好的微生物学特性。老港填埋场已开挖的矿化垃圾，见图5。图5老港填埋场矿化垃圾矿化垃圾的来源试验用矿化垃圾取自成都长安填埋场一个准好氧中试单元，采用其中埋龄达3年并已趋于稳定的准好氧垃圾，对其进行简单人工分选后装填入室内试验模拟柱。试验用矿化垃圾分选前后，见图6和图7。图6分选前矿化垃圾图7分选后矿化垃圾矿化垃圾的基本特性上述矿化垃圾有新鲜土壤的气味，表观颜色为棕黑色，其基本特性见表1。（3）垃圾渗滤液的水质垃圾渗滤液原水取自长安填埋场现场的渗滤液（图8）。根据进水氨氮浓度的要求，试验用渗滤液是由COD为6000mg/L的稀释水样加入定量的NH4Cl配制而成的模拟含氨渗滤液，其pH值为6.25，B/C值约为0.40。图8试验用垃圾渗滤液3、准好氧矿化垃圾床的脱氮性能为研究矿化垃圾床的脱氮性能，其进水NH3-N浓度由低浓度至高浓度运行共7个阶段，对应进水NH3-N浓度依次为195、360、600、810、1400、2000、2400mg/L，每阶段各运行10d，其出水水质如图9所示。图9矿化垃圾床出水水质变化趋势阶段1234567在水力负荷为21L/(m3.d)、容积负荷为128gCOD/(m3.d)的条件下，准好氧矿化垃圾床对渗滤液中NH3-N的去除效果如图10所示。图10出水NH3-N浓度及其去除率由图10可知：（1）当进水NH3-N浓度为195~2000mg/L之间（阶段1~6）时，出水NH3-N＜25mg/L，满足《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）二级排放标准；（2）当进水NH3-N浓度＞2000mg/L时，虽然渗滤液中NH3-N的去除率能达98%以上，但此时出水NH3-N浓度较高，需进一步达标处理后才可排放。在水力负荷为21L/(m3.d)、容积负荷为128gCOD/(m3.d)的条件下，渗滤液中TN的去除效果以及其他形态氮的变化趋势，如图11所示。图11出水氮化合物浓度及其去除率由图11可知：（1）当进水NH3-N浓度为195~2400mg/L之间（阶段1~7）时，渗滤液中TN的去除率达75%以上；（2）当进水NH3-N＞800mg/L（阶段4）时，出水NO3--N含量较高，其值大于110mg/L，占进水TN的8~17%，而出水NO2--N含量一直较低，占进水TN的百分比≤0.3%，可忽略不计。在矿化垃圾对渗滤液进行脱氮的同时，考察进水NH3-N浓度对其中有机物去除的影响，如图12所示。图12出水COD浓度及其去除率由图12可知：（1）当进水NH3-N浓度为195~2400mg/L之间（阶段1~7）时，渗滤液中COD的去除率保持在82%以上；（2）当进水NH3-N≥600mg/L（阶段3）时，COD去除率达97%以上，出水COD＜200mg/L，满足《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）二级排放标准。由此可知，即使在较高氨氮浓度下，准好氧矿化垃圾床对渗滤液中有机物仍有良好的降解效果。4、准好氧矿化垃圾床的脱氮机理在矿化垃圾床表层d1、中部d2、底部d3点取样（图3），分别制成菌液，见图13。对矿化垃圾床内脱氮菌群进行研究，结果如表2所示。图13矿化垃圾及其菌液在准好氧矿化垃圾床中，部分脱氮菌属平板菌落照片，见图14。图14部分脱氮菌属平板菌落照片在准好氧矿化垃圾床中，部分脱氮菌属美蓝染色照片，见图15。图15部分脱氮菌属美蓝染色图（相差×400）由表2可知，矿化垃圾床由表层至底部的生物脱氮过程都主要由亚硝化菌、硝化菌、好氧反硝化菌和厌氧反硝化菌四大类菌群完成，表明矿化垃圾床脱氮的生物机理主要为亚硝化、硝化、好氧反硝化和厌氧反硝化。基于矿化垃圾各类脱氮菌群的分析，矿化垃圾床内的生物脱氮过程可进行如下解释：渗滤液中的NH3-N水解成氨盐后，被矿化垃圾吸附，依次经亚硝化菌（亚硝化球菌属）的作用转化为NO2--N，经硝化菌（硝化球菌属和硝化杆菌属）的作用将NO2--N转化为NO3--N，经好氧反硝化菌和厌氧反硝化菌的作用将NO3--N转化成气态N2O和N2离开反应床，使渗滤液中的氮素污染物得以最终去除。5、结论1）矿化垃圾床脱氮效果较理想，在水力负荷为21L/(m3.d)、容积负荷为128gCOD/(m3.d)的条件下，进水NH3-N浓度为195~2000mg/L之间时，出水NH3-N浓度＜25mg/L，TN的去除率达到82%以上。2）渗滤液高效脱氮处理的同时基本不存在其中有机物积累的现象，当进水NH3-N≥600mg/L时，COD去除率保持在97%以上，出水COD浓度＜200mg/L。3）矿化垃圾床由表层至底部的生物脱氮过程都主要由亚硝化菌、硝化菌、好氧反硝化菌和厌氧反硝化菌四大类菌群完成，矿化垃圾床脱氮的生物机理主要为亚硝化、硝化、好氧反硝化和厌氧反硝化。需进一步探讨的问题：好氧和厌氧环境的形成与分布水力负荷和有机负荷增大后的处理效果矿化垃圾处理渗滤液的技术定位致谢本研究得到“铁道部十一五重点课题”旅客列车垃圾减量化技术体系研究（2005Z007）”、“2007年西南交通大学博士生创新基金资助项目”的资助。谢谢！