华南理工大学开题报告-部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理渗滤液的脱氮性研究

硕士学位论文开题报告硕士学位论文开题报告 研 究 生： 指导教师：. 学号： 学院：土木与交通学院 专业：. 华南理工大学研究生院 二一一年九月 一、摘要一、摘要 论 文 中文部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理渗滤液的脱氮性研究 - 2 - 题 目 英文 Study on Partial-nitrification/ANAMMOX coupled process for nitrogen removal from leachate 摘要（不超过800字） 随着我国生活水平提高和城市化进程的加速，城市生活垃圾排放量也不断增长， 由此产生的高污染的垃圾渗滤液是亟待研究的重大课题。渗滤液具有高氨氮、可生 化性差的水质特征，脱氮是废水处理的重要环节之一。许多垃圾填埋场由于缺乏合 适设备和措施无法发挥作用使得渗滤液排入周围环境，雨季时大量垃圾渗滤液渗入 地下，严重污染水体环境，如何有效处理我国日均产生量已达十几万吨垃圾渗滤液 是我们当前研究的重要课题。 垃圾渗滤液的成分与垃圾填埋场的地理位置、种类、性质以及填埋方式等诸多因 素有关，化学成分变化很大，其浓度和水质随着填埋时间的延长、季节交替而变化。 老龄化渗滤液的主要成分是降解的有机物和高浓度氨氮等。对于高浓度氨氮的去除 大多包括物化法和生物法两种，现在大多垃圾填埋场采用吹脱法和传统的生物脱氮 法去除氨氮。 以传统生物脱氮为理论基础上的实际工程应用存在许多弊端：能耗高、需要有机 碳源作为电子供体、硝化与反硝化反应分别为产酸和产碱过程等，实际工程中需加 大量酸碱中和试剂，这些都使得运行费用很高，另外还有占地面积大、流程长等缺 点。工程实践中传统废水生物脱氮技术的诸多弊端使得人们试验探索寻找新型高效 经济的生物脱氮技术。 近年来,短程硝化反硝化和厌氧氨氧化等新型生物脱氮技术的发现为解决传统生 物脱氮技术存在的问题提供了新的思路。新型生物脱氮技术具有更经济、效率更高 等诸多优点。发展投资省、效果好的渗滤液处理技术和工艺是适合我国国情的，研 究和应用应以多种方法技术的结合为方向，开发组合工艺时要研究易于管理运行同 时又能达到排放标准的新型组合工艺。高氨氮、低 C/N 是“老龄化”垃圾渗滤液、 污泥浓缩池消化液等废水的重要水质特征，这使得传统的物化、生物的鞥脱氮工艺 综合效果不佳。部分亚硝化-厌氧氨氧化是新型全程自养高效生物脱氮技术对处理 “老龄化”渗滤液等高氨氮、C/N 比废水尤为具有优越性。随着基础研究的逐渐深 入,各国学者开始将研究视角转向该工艺的实际应用。 通过以 SBR 作为部分亚硝化反应器，通过不断优化反应器运行参数，控制出水基 质 NO2-N/NH4+-N 在合适的范围。UASB 作为厌氧氨氧化反应器，不断加大进水中 SBR 亚硝化反应器出水渗滤液的比例，在有机物高、毒性大的条件下，研究厌氧氨 氧化处理老龄化渗滤液的可行性。 关 键 词 中文部分亚硝化 厌氧氨氧化 老龄化渗滤液 短程硝化反硝化 英文 Partial-nitrification、 ANAMMOX、 aged leachate、 Shortcut nitrification and denitrification 1、关键词数量不少于三个； 2、关键词之间空一格（英文用/分隔） 二、立题依据二、立题依据 - 3 - 1、研究意义 2、国内外研究现状 3、主要参考文献及出处 1、 研究意义 随着我国生活水平提高和城市化进程的加速，城市生活垃圾排放量也不断增长，由此产生了大 量高污染的垃圾渗滤液。许多垃圾填埋场由于缺乏合适设备和措施无法发挥作用使得渗滤液排入 周围环境，雨季时大量垃圾渗滤液渗入地下，严重污染水体环境，如何有效处理我国日均产生量 已达十几万吨垃圾渗滤液是我们当前研究的重要课题。 一般来说，随着填埋时间的增长， BOD5/CODcr会逐步下降并最终渐维持在较低水平；氨氮浓度 则维持较高浓度，尤其是老龄化渗滤液，是渗滤液中长期性的最主要无机污染物。排入水体会对 周围环境造成严重污染，进而威胁人我们人类的健康。脱氮是废水处理的重要环节之一。传统脱 氮工艺流程长、氧耗大、反硝化碳源不足、脱氮效果低等诸多缺点。对于老龄化渗滤液，氨氮浓 度高、可生化性差，导致 C/N 比低，利用传统脱氮工艺耦合处理不仅日处理量低，而且经济费用 大。部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺是目前最经济、最高效率的生物脱氮工艺，非常适用于处理 低 C/N 废水。 在这种情形下，结合生产实际的迫切需要，开始部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺对渗滤液的脱 氮性研究。 2、 国内外现状 渗滤液水质的变化受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾体内温度、垃圾填埋时间、填埋规律、填埋 工艺、填埋场区域构造方式、降雨渗透量等因素的影响，其中受降雨量、季节和填埋时间而动态 变化。一般来说，随着填埋时间的增长， BOD5/CODcr会逐步下降并最终渐维持在较低水平；氨氮 浓度则维持较高浓度，尤其是老龄化渗滤液，是渗滤液中长期性的最主要无机污染物。 高浓度氨氮导致 C/N 低，难以满足生化脱氮需求，因此在生物法脱氮前需前置物化法脱氨氨处 理工艺。目前渗滤液脱氮处理方法包括物化法和生物法，其中物化法除氨包括吹脱法、吸附法、 化学沉淀法等。生物法包括传统生物脱氮发和新型生物脱氮法。 生物脱氮法是最有效彻底的方法。 但长期以来人们都将生物脱氮禁锢在传统的硝化反硝化过程。 首先是硝化作用，在氧气充足的条件下，AOB（氨氧化细菌）首先将废水中氨氮养化成亚硝酸盐， 接着 NOB（硝化细菌）的进一步将氧化亚硝酸盐成硝酸盐；第 2 步是反硝化作用，即在厌氧条件 下反硝化细菌以有机碳源为电子供体，将 NO3-还原为 N2。传统脱氮工艺流程长、氧耗大、反硝化 碳源不足、脱氮效果低等缺点。 随着微生物学研究的迅速发展，生物脱氮技术的新发展突破了传统理论的认识，新 型的脱氮微生物群被发现，由此产生了生物脱氮理念的革新和一批新型的生物脱氮技 术，短程硝化反硝化和厌氧氨氧化是其中两种典型新型脱氮技术。SHARON 工艺是荷兰 Delft 技术大学开发的一种新型的生物脱氮技术，其基本原理就是短程硝化反硝化。ANAMMOX 工艺由于是在厌氧条件下直接将 NH4+作为电子供体，无需供氧、无需外加有机碳源进行反硝化、 无需额外投加酸碱中和试剂，具有降低能耗、运行费用和无二次污染等优点。SHARON 技术通过 控制温度和 HRT 等条件使氨氧化控制在亚硝化阶段、降低了供氧能耗，但反硝化过程仍然需外加 有机碳源为了实现更高效经济的生物脱氮技术， 一般将 SHARON 和 ANAMMOX 两种新型脱氮技 术耦合应用。SHARON 与 ANAMMOX 生物脱氮耦合工艺具有耗氧量少、不需外加碳源、无须另 外处理污泥等优点，是目前最高效低耗的生物脱氮技术。部分亚硝化-厌氧氨氧化是新型全程自养 高效生物脱氮技术对处理 “老龄化”渗滤液等高氨氮、C/N 比废水尤为具有优越性。随着基础研 究的逐渐深入，各国学者开始将研究视角转向该工艺的实际应用。 3、 主要参考文献及出处 - 4 - 1王丹,赵朝成.城市垃圾渗滤液处理技术发展现状J.油气田保护,2006,16(01):37-40. 2颜丽辉,吴银彪.城市生活垃圾处理带来的二次污染问题J.中国环保产业,2003,(4)：16-17. 3耿国明,赵宗升,魏小明.垃圾填埋场渗滤液脱氮处理技术J.山西建筑，2008, 34 (12):27-29. 4王文斌，董有，刘士庭.吹脱法去除垃圾渗滤液中的氨氮研究J.环境污染治理技术与设备， 2004,5(06):51-53. 5卢贤飞.城市垃圾卫生填埋场渗滤液的控制和处理J .给水排水，1999,25 (6) :4-6. 6张祥丹，王家民.城市垃圾渗滤液处理工艺介绍J .给水排水，2000 ,26(10):914. 7喻晓，张甲耀，刘楚良.垃圾渗滤液污染特性及其处理技术研究和应用趋势J.环境科学与技 术，2002,25(5):43-45. 8孟了，熊向陨，马箭.我国垃圾渗滤液处理现状及存在问题J.给水排水，2003,29(10)：26-29. 9侯文俊，余健，孙江.垃圾渗滤液处理技术的新进展J.中国给水排水，2003,19(11):22-24. 10 董春松，樊耀波，李刚，等.我国垃圾渗滤液的特点和处理技术探讨J.中国给水排水， 2005,21(12):27-31. 11 王芳，娄金生，韩庆昌.垃圾渗滤液脱氮技术研究现状J.净水技术，2007,26(2):4-6. 12 赵由才，龙燕，张华.生活垃圾卫生填埋技术M.北京:化学T业出版社，2004 . 13 王文斌，董有，刘士庭.吹脱法去除垃圾渗滤液中的氨氮研究J.环境污染治理技术与设备， 2004,5(6):5l-53. 14 胡曰利， 昊晓芙， 聂发辉.天然蛙石对污水中氨氮吸附去除率的影响J.中南林学院学报， 2004， 24(l):30-33. 15 周少奇，周吉林.生物脱氮新技术研究进展J.环境污染治理技术与设备，2000,1(6):11-19. 16ABELINGU,SEYFRIDCF.Anaerobic-aerobic treatment of high strength ammonium wastewater-nitrogen removal vianitriteJ. Wat. Sci&Tech,1992,26 (5/6):l007-l015. 17Voets J.P.et al.Removal of nitrogen from highly nitrogenous wastewater. JWPCF, 1975, 47:394-398. 18 袁林江，彭党聪，王志盈.短程硝化反硝化生物脱氮J.中国给水排水,2000,16(2):2931. 19 张龙，肖文德.亚硝化厌氧氨氧化生物脱氮技术J.化工环保，2004,24(2):103-106. 20 MulderA.A.A.,Vandegraaf L.A.et al.Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrification fluidized bedreactor. FEMS Microbiol. Ecol.,1995,16:177183. 21 周少奇.环境生物技术M.北京科学出版社,2003. 22 Kuenen J. G., Robertson L.A Combined nitrification-denitrification process. EMS Microbiol. Rev.,1994,15(2): 109-117. 23 Strous M，Heijnen J J，Kuenen J G，et al.The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium oxidizing microorganismsJ.ApplMicrobiol Biotechnol,1998,50(4):589-596. 24 郑平.厌氧氨氧化菌基质转化特性的研究.浙江农业大学学报,1998,23(4):409-413. 25 Jetten M S M,Strous M,Van de Pas-Schoonen K T,et al.The Anaerobic Ammonium Oxidation.FEMS Microbiology Reviews,1999,22:421-437. 26 Fux C,Boehler M,Huber P,et al. Biological Treatment ofAmmonium-rich Wastewater by Partial Nitritation and SubsequentAnaerobicAmmonium Oxidation in a Pilot Plant.Journal of Biotechnology,2002,99:295306. 27 郝晓地，Mark van Loosdrech.荷兰鹿特丹DOKHAVEN污水处理厂介绍J.给水排水， 2003,29(10):19-25. 28 刘杰,杨洋,左剑恶,等.亚硝化与厌氧氨氧化串联工艺处理高氮低碳废水的研究进展J. 2009,27(3):13-18. 29Zhu Liang, Junxin Liu, Landfill leachate treatment with a novel process:Anaerobic ammonium oxidation (Anammox) combined with soil infiltration systemJ. Journal of Hazardous Materials, 2008, 151: 202-212. 30 吕艳丽，单明军，等.短程硝化-厌氧氨氧化处理焦化废水的研究J.冶金能源，2007, 26(5): 55-58. 31 陈旭良， 郑平， 等.味精废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究J.环境科学学报， 2007, 27(5): 747-751. 32 何岩，周恭明，赵由才，等.亚硝酸型硝化厌氧氨氧化联合工艺处理“中老龄”垃圾渗滤液J. 给水排水，2006,32(10):43-46. - 5 - 三、研究方案及工作基础三、研究方案及工作基础 1、研究目标、研究内容及拟解决的关键问题 2、拟采取的研究方法及技术路线 3、研究工作基础 1、研究目标、研究内容及拟解决的关键问题 研究目标： 通过调试SBR部分亚硝化反应器的运行参数， 使得SBR出水中基质比例NO2-N/NH4+-N 在合适的范围。不断加大 ANAMMOX-UASB 反应器进水中 SBR 出水渗滤液的比例，并最终全部 进渗滤液，使得部分亚硝化-厌氧氨氧化完全耦合处理老龄化渗滤液。 研究内容：(1) 通过现场试验，获得的运行参数。 (2) 探讨温度、pH 和曝气量对 SBR 部分亚硝化反应器的影响，通过优化组合，使得 日处理最大且出水基质比例合适。 (3) 探讨老龄化渗滤液对厌氧氨氧化菌的抑制作用，不断调大渗滤液的比例，分析 ANAMMOX-UASB 反应器的最大承受能力。 (4) 通过各项措施， 使得 ANAMMOX-UASB 反应器处理渗滤液效果最好且处理量最 大。 拟解决的关键问题： (1) 对 SBR 部分亚硝化反应器运行参数进行观测，分析不确定定因素因素对出水中 基质比例 NO2-N/NH4+-N 的影响。 (2) 探讨分析渗滤液中有机物和有毒物质对厌氧氨氧化菌的抑制作用，让厌氧氨氧 化始终占主导地位。 (3) 优化分析部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺，在保证出水去除效果的条件，不断 加大负荷，使日处理量最大。 2、拟采取的研究方法及技术路线 (1) 现场实验，获去相关实验数据。 (2) 每天记录进水水质、出水水质的情况，如 pH、SS、VSS、COD、三氮和碱度等。 (3) 针对水质变化情况，找出影响因素、优化条件、使出水效果最佳。 (4) 针对系统各种异常运行情况的原因， 积极采取相应的措施解决出现的问题。 寻找 出运行规律，找出最佳运行参数条件。 3、研究工作基础： 本课题组在江门市垃圾