（环境工程专业论文）垃圾渗滤液亚硝化反亚硝化生物脱氮研究.pdf

摘要 垃圾渗滤液的处理一直是近几年来污水处理领域的热点和难点问题。本 文以杭州市天子岭垃圾填埋场渗滤液( c o d c , 1 5 0 0 - - 4 5 0 0 m g l ，n h + _ n 7 9 5 1 5 5 0 m g l ，p h 8 0 - 9 0 ) 作为研究对象，利用串联运行的两级s b r 工 艺，针对垃圾渗滤液高氨氮、低碳氮比的水质特点，进行了亚硝化反亚硝化 生物脱氮实验研究。 【垃圾渗滤渡的有机污染物降解在前段s b r 反应器中符合零级动力学关 系， 匠触0 2 1 h ；在后段s b r 反应器中符合一级动力学关系，k l = o 0 0 9 2 h ： 与e c k e n f e l d e r 的“二相说”模型相吻合。以两级s b rt 艺处理垃圾渗滤液， 水力停留时间为3 4 h ，其c o d b 的去除率可以稳定在7 5 以上，但出水c o d c ， 浓度约为1 0 0 0 m g l ，n h 4 ) - n 去除率约为5 0 ，色度仍然较高。 在利用回流式两级s b r 工艺进行高氨氮、低碳氮比垃圾渗滤液生物脱 氮的实验研究中发现，影响亚硝化反亚硝化生物脱氟过程的主导因子是混合 液的有机碳源、p h 、温度、f a ( 游离氨) 的浓度和水力停留时间( h r t ) 。 在回流式两级s b r 反应器中，前段s b r 反应器主要进行反亚硝化反应 和有机污染物的好氧分解，在后段s b r 反应器主要进行亚硝化反应。亚硝 化反应的最适p h 为8 o 8 5 ，p h 在6 5 7 0 之间时，硝化反应占主导地位， p h 6 5 ，亚硝化过程受到抑制，反豫硝化反应的最适p h 在7 5 瑚5 之间；氮 氮氧化过程中，硝酸菌活性受抑制程度可用系数n = n 嘎n ，n o ，n 衡量， t l 1 表示硝酸菌活性受到抑制，r i 越小，受抑制的程度越剧烈；温度对亚 硝化反应的影响遵循u = 3 7 2 2 4 e 【”0 - 呐( t = 5 3 0 ) 温度系数日- - 0 0 5 1 3 。 亚硝化反应的最适温度在2 5 - 3 0 ：温度对反亚硝化反应的影响不明显；高 溶解氧浓度对亚硝化反应没有明显的影响；水力停留时间的延长艟提高氮氮 的平均去除率和亚硝化程度，本研究确定生化处理的水力停留时间为8 0 h ， 氮氮的去除率达到9 5 以上；回流比控制在3 0 0 以内，前段s b r 反应器中 亚硝酸盐的去除率达9 0 以上。 以回流式两级s b r - 活性炭吸附混凝沉淀组合工艺处理杭州市天子岭垃 i 囝查曼墨：堡壁墨些壅垄垩曼些垦垩壁些生塑些墨竺塞 圾填埋场渗滤波，粉末活性炭最少投加量为1 0 ，铝盐最小投加量为0 4 ， 总的水力停留时间为8 0 小时，最终出水c o d c , 3 0 0 m g r l ，n h ；- n 2 0 m g ，l ， n 0 2 - n 2 - 3 0 0 m g l - 色度 2 0 倍出水达到生活垃圾渗滤液排放限值 ( g b l 6 8 8 9 - 1 9 9 7 ) 中的二级标准限值( c o d c 。、 3 0 0 m g l ，n i l , + - n 、 2 5 m g l ) 。l ，一 关键字：垃圾渗溏螽x 生物脱氮适量多医垩壶主 废水菇螽 序批式活性污泥法 、 n a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s , n i t r o g e nr e m o v a lf r o m h i g h - s t r e n g t h a m m o n i u ma n dl o wc n r a t i o 、 m s t e w a t e ri sas t i l lf o c u sa n dd i f f i c u l tp r o b l e mi nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf i e l d i nt h i sr e s e a r c hp a p e r , t h ea u t h o ru s et w o - c o m b i n e db e n c h - s c a l es e q u e n c i n gb a t c h 北笛t o 撂t ot r e a t h i g h _ 蛐旧c l g t ha m m o n i u ma n dl o wc n r a t i ol a n d f i l ll e a c h a t e c o n t a i n e d c o d o1 5 0 0 - 4 5 0 0 m g l a n dn h i 十- n 7 5 0 - 1 5 s 0 m g l a sar e s u l t ， n i 廿：o s a f i o na n dd e n i 台o s a t i o nv i an i t r i t ei sad o m i n a n tn i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s si n t r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e i nt w o - c o m b i n e db e n c h - s c a l es b r s , t h ed e g r a d a t i o no f o r g a l l i cs u b s t r a t ei s i d e n t i c a lw i t he c k e n f e l d e r st w o - p h a s em o d e l i nt h ef i r s tr e a c t o ri ti sa c c o r dw i t h z e f o - o r d e rd y l l 蛐j ce q u a t i o n ( k 印0 2 l h - i ) ；i nt h es e c o n dr e a c t o r , i tf o l l o w sf i r s t - o l d e r 由咖i n i ce q u a d o n k i = 0 0 0 9 2 h ) c o i ) c r r e m o v a lr a t er e a c h e d7 5 a t h r t = 3 4 h r s ，b u tr e m a i n e dc o d 。a l s oe x c e e d1 0 0 0 m 叽i nd i s c h a r g e a n d 目a n m o n i u mr e m o v a lr a t ei so n l y5 0 t h e l e a d e r - a f f e c t i n gf a c t o r sa l eo r g a n i cc o m p o u n d s 、p h 、t e m p e r a t u r e 、f r e e a r a m o n i u mc o n c e n t r a t i o na n dh y d r a u l i cr e t e n t i o na m e ( h r t ) i nn l t r o s a t i o na n d d e n i t r o s a t i o np l x ) c e s s a c c o r d i n gt h ea u t h o r sr e s e a r c hm s n l t s ，t h eo p 血n u mp ho f n l t r o s a t i o ni s8 8 5 ，w h i c hi s7 5 - 8 5f o rd e n i t r o s a t i o n n - n 0 3 。- n n o ；- nm a y r e f l e c tn i t r o b a c t e r sa c t i v a t i o ni na m m o n i u mo x i d a t i o np r o c e s s ，r t 1m e a n s n i t r o b a c t e ri s r c m a l n e d l o n gh r tc a n r a i s ea m m o n i u mr e m o v a lr a t ea n d n i t r o s a t i o nd e g r e e ，i nt h i sr e s e a r c h , t h eo p d m u mh r t o f t w o s t a g er e c y c l i n gs b r s i s8 0 h r sa n da m m o n i u mr e m o v a lr a t ei sa b o v e9 5 i n2 5 3 0 ，t h er e l a t i o n s h i p o ft e m p e r a t u r ea n dn i t r o s a t i o nr a t ef o l l o w se q u a t i o nu = 3 7 2 4 4 e o0 5 1 州o ) a n dt h e t e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n t ( o ) i so 0 5 1 3 c o n t r o l l i n gr e c y c l er a t i ow i t h i n3 0 0 ， n i t r i t er e m o v a lr a t ei nt h ef i r s t - s t a g es b rr o a c ha b o v e9 0 w i t h p o s t - t r e a t m e n t o f 1 0 o p a c ( w v ) a n d0 4 , c o a g u l a n t ( w v ) ，h r t = 8 0 h r s ， t h ed i s c h a r g eo f t w o - s t a g es b r s ，c o d c ：3 0 0 m g ，l 、n h 4 + - n 2 0 m g la n dn 0 2 - n ：i l l j 一_ - - - _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ _ - _ - _ _ _ - l _ _ _ i _ - _ l _ - _ _ l l - - - - - _ _ - _ - _ _ _ l - - - - _ - _ - _ _ - _ - _ - - l _ i - l - 一 3 0 0 m g l k e y w o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e n i t r o g e nb i o r c m o v a l w a s t c w a t c rt r e a t m e n t n i t r o s a t i o n d c n i t r o s a t i o n s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r i v 前言 1 1 生物脱氮概述 许多研究证明，除了分子态氮以外，所有氮素循环中间产物积累均会对 人类和环境产生不良影响。其中，以氨氮、硝态氮( 盐) 和亚硝态氮( 盐) 的危害最为严重。水体氮素污染的危害主要有： ( i ) 造成水体的富营养化现象； ( 2 ) 增加了给水处理成本，使加氯量大大增加( 每克n i - 1 3 - n 须增加8 1 0 克c 1 2 ) ； ( 3 ) 还原态氮( n h 。+ n 、n h 3 ) 捧入水体会因硝化作用而耗去水体中大 量氧，造成水体发臭； ( 4 ) 对人及生物的毒害作用。水中游离氨超过l m g l 时，即会使水生生 物结合氧能力下降，严重时导致死亡。亚硝酸根与胺作用生成亚硝胺具有致 癌、致畸胎作用；人若饮用n 0 3 - n 超过1 0 m g l 的水，会引发高铁血红蛋 白症： ( 5 ) 影响污水的再生利用。 对氮素污染的工程治理，包括物理化学方法和生物方法。物理化学方法 包括折点加氯法、吹脱法和选择性离子交换法等。物化方法因费用高、效率 低，易引起二次污染等问题而逐渐被淘汰。本节主要针对各种生物脱氮方法 作一介绍。 1 1 1 硝化，反硝化生物脱氮 传统的生物方法眦o 。1 是指通过微生物的硝化( n i t r i f i c a t i o n ) 和反硝化 ( d e n i t f i f i c a t i o n ) 作用来脱除水体中的氮素污染。 硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝态氮和硝态氮离子的生物学反应，这个 过程由亚硝酸菌( n i t r o s o m o n a s ) 和硝酸菌( n i t r o b a c t e r ) 共同完成，包括亚硝化 反应和硝化反应两个步骤。该反应历程为峨6 7 】： 第1 页共6 7 页 垃圾渗毒液亚硝化反亚硝化生物脱氮研究 亚硝化反应 n h ，一n h z o h 一( n o ) 一n o ， 反应式： 2 n h 4 + + 3 0 2 2 n 0 2 + 2 h 2 04 - 4 h +( 1 ) 硝化反应 n o z 一n o ， 反应式：2 n o z + 0 2 2 n 0 3 。 ( 2 ) 反硝化作用是指硝态氮( 盐) 、亚硝态氮( 盐) 及其它氮氧化物被用作 电子受体而还原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应。这个过程由反 硝化细菌( d e n i u i f y i n gb 蛔j a ) 完成。该反应历程为 5 , 6 7 1 ： n 0 3 一n o z 一n o n z o n 2 n 0 3 + s h ( 有机电子供体) 一l ，2 n 2 + 2 h 2 0 + o h 。( 3 ) n 0 2 + 3 h ( 有机电子供体) 一l 忽n 2 + h 2 0 + o h ( 4 ) 传统的生物脱氮工艺在处理高氨氮废水时由于高的游离氨浓度抑制了硝 化细菌的活性，导致出水难以达标捧放，而对于低c n 比废水，则常需添 加额外碳源物质。此外，传统的生物脱氮工艺还有耗氧多、速率慢、易引起 二次污染等缺点。 1 1 2 亚硝化，反亚硝化生物脱氨 近年来，许多研究者p 9 ，1 且”1 1 4 1 认为存在亚硝化( n i ( r o s a t i o n ) 反亚硝化 ( d e n i t r o s a f i o n ) 生物脱氮途径，即n w ( n h ，) 在氧化为n o z 之后，直接进行反 亚硝化脱氮。与传统的生物脱氮途径相比，亚硝化，反亚硝化途径具有以下 优势： l 、比较反应式( 1 ) 和( 2 ) ，该途径可以节约2 5 的耗氧量； 2 、比较反应式( 3 ) 和( 4 ) ，该途径可以节约4 0 的碳源，在较低的c f n 比下实现完全脱氮目的； 3 、由于该途径省去了好氧过程的n 0 ：。一n q 步骤和缺氧过程的n 0 3 一 n 0 2 步骤，缩短了总的反应历程加快了脱氮速率并提高了整个反应的效率。 此外，在传统的硝化反硝化途径中，反硝化碳源优先为硝酸还原酶利 用，从而抑制了亚硝酸还原酶接受电子的能力。而在亚硝化反亚硝化途径 中，因省去了n o ，。一n 0 2 这一过程，不存在硝酸还原酶对亚硝酸还原酶的 第2 页共6 7 页 竞争性抑制，从而加快了脱氮速率。 1 1 3 厌氧氨氧化 1 9 9 5 年，m u l d e r _ 【”i 等人在厌氧反硝化流化床反应器中发现，n h + 与n 0 3 。 一同消失，他们认为反应器中存在如下反应： 5 n r + + 3 n o f 一4 n 2 + 9 h 2 0 + 2 盯a g 。= - 2 9 7 k j m o l m o( 5 ) 其实早在1 9 7 7 年，b r o d a 5 1 就认为自然界中存在这个反应，他还认为存 在另一类似反应： n i - 1 4 + + n 0 2 - 一n 2 + 2 h 2 0 +g 。= - 3 5 8 k j m o l n h , +( 6 ) 生物学上陋，这两个反应能为微生物生长提供所需的能量，其中3 n 0 3 。 和n 0 2 - 作为电子受体，n i l , + 作为电子供体，不需外源有机质的参与。m u l d e r 等人旧把这两个过程称之为厌氧氨氧化( a n a e r o b i co x i d a t i o no fa m m o n i u m 简称a n a m m o x ) ，参与这个反应的微生物称之为厌氧氨氧化菌。 g 腿f ”1 等人通过1 稍h + 同位素示踪试验发现，如果厌氧氨氧化过程按 反应( 5 ) 进行，那么终产物”1 n 2 和“1 ，n ：应分别为2 5 和7 5 。事实上，他 们得到的分析结果中“1 稍2 和“。n 2 的产率分别为1 7 弭n9 8 2 。因此，他 们认为，厌氧氨氧化过程按反应( 6 ) 进行。到目前为止，还未有学者找到有 力的证据证明这个过程中也存在反应( 5 ) 。 与反硝化和反亚硝化过程相比，厌氧氨氧化过程不需任何外源有机质， 即不受废水c n 比的限制而倍受人们的关注。 l - 1 4 亚硝化伊芒氧氨氧化生物脱氮 目前，国外有学者认为，把亚硝化过程与厌氧氨氧化过程在同一反应器 中耦合起来，控制底物浓度、溶解氧) 、p h 、温度、水力停留时间( h r t ) 及污泥停留时间( s r t ) 等参数，有可能实现亚硝化厌氧氨氧化生物脱氮过 程，该过程可表示为： ( n h ，) n h + 逍n 0 2 匮氢氲氢峨n n h 。+ j ”2 图l - i亚确化厥氯氰氯化垃控式示意圈 第3 页共6 7 页 垃圾洛滤液亚硝化反亚硝化生物脱氮研究 亚硝化厌氧氨氧化过程兼有亚硝化与厌氧氨氧化过程之优点，进一步 节约了动力和能源的消耗。表l 是这几种工艺动力与能源消耗的比较，反映 了不同生物脱氮工艺之间的优劣。 表卜1几种生物脱氯工艺动力与能源消耗比较h “” 氧需求量 0 2 k g , n 。k g 有机物需求量 c o d k g n k _ g 污泥产率 c o d ( 污泥) k g c o d k g 硝化，反硝化 生物脱氧工艺 亚硝i f , 反亚硝化 生物脱氮工艺 蛹53 4 3 亚硝化，厌氧氨氧化 生物脱氮工艺 0 不管是亚硝化，反亚硝化途径还是亚硝化厌氧氨氧化途径，其实现的关 键就是控制氨氧化过程停留在亚硝态氮阶段，并尽可能抑制硝化过程第二步 反应的发生。 国内外许多研究者雕叩“5 1 发现，传统的生物脱氮反应器中常出现n o ：一 n 的积累，特别是出现在处理高氮氮、低c n 比废水过程中。综合现有的 文献资料，导致n o ：讣i 积累的因素可归纳为：高游离氨( f a ) 浓度：温 度； 高p h ；低d o ；较短的s r t ；n q 。的还原作用；非反硝化 菌的n 0 i 呼吸途径。但是，由于研究人员对控制该过程的生物学机制了解 得尚不彻底，在实际的工艺运行过程常无法长时间把硝化过程控制在第一 步。 1 1 5 同步硝化，反硝化生物脱氨 按传统的硝化反硝化生物脱氮理论，氨氮转化成亚硝态氮和硝态氮的 硝化反应是由自养型的好氧微生物在有氧条件下完成的，反硝化反应则是由 第4 页共6 7 页 一群异养微生物在厌氧( 缺氧) 的条件下完成的。但是随着检测技术的发展 和对微生物生理过程研究的不断深入，研究人员在自然界和污水处理设施中 陆续发现好氧反硝化菌和异养硝化菌的存在8 ”。好氧反硝化菌和异养硝化 菌的发现促进了人们对好氧反硝化、异养硝化和自养反硝化过程的研究，为 在同一反应器中通过同时硝化反硝化( s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o n a n d d e n i t r i f i c a l i o n ，简称s n d ) 过程进行生物脱氮莫定了理论基础 2 6 - 3 t 】。 对同时硝化反硝化现象的解释可以分为两大类m l ，一类是从微生物的生 理学角度来解释，可称之为生物论：一类是从微生物所处环境的角度来解释， 可称之为生境论，其中生境论还可分为宏观生境论和微观生境论【3 2 l 。 1 1 5 1 生物论解释 生物论的解释源于近年来微生物学家发现好氧反硝化菌和异养硝化菌的 存在叫。r o b e r t s o n “i 等人在研究中发现，分子氧和硝态氮( 盐) 都可作为 异养硝化菌的电子受体，异养硝化菌的生长速率在分子氧与硝态氮共存的环 境中要高于在这两种电子受体单一存在的环境。但在不同环境中异养硝化苗 的细胞产率相近，测得的最大硝化速率达到4 4 n m o l n h p , n i n m g 蛋白质，最 大反硝化速率达到6 9 m n o l n 0 3 m i n 。m 9 1 蛋白质。r o b e r t s o n 和k u e n e n 3 研在后 续研究中指出，“异养硝化菌与好氧反硝化反应之间存在着某种联系，而不 是为了在这个过程中获得能量”，异养硝化菌把氨氮氧化成亚硝态氮后又通 过反亚硝化作用把亚硝态氮还原成氮气。传统的观点认为亚硝酸菌和硝酸菌 是严格好氧的，在有氧的条件下把氨氮氧化成亚硝态氮和硝态氮。但是，在 b o c k 等人i s 6 州的研究中却发现，硝化细菌的某些种类可以在没有溶解氧的 环境中生存，它们可以利用氨作为电子供体，亚硝态氮作为电子受体进行厌 氧反硝化反应。b o o k 等还发现 3 7 1 ，在低溶解氧的环境中，n i t r o s o m o n a s e u r o p a e a 和n i t r o s o m o n a se u t r o p h a 可以同时利用氨氮和分子氧作为电子供体 进行硝化和反硝化反应，随着溶解氧浓度的进一步降低。被利用的亚硝态氮 将会增多。m o n a 肿j 在c s t r 反应器的活性污泥中加入t h i o s p h a e r a p a n t o t r o p h a ，研究该菌种的好氧反硝化特性，发现当h r t 控制在0 5 - 1 天， 第5 页共6 7 页 垃圾凄滤液亚硝化反亚硝化生物脱氰研究 s r t 控制在2 8 天时，起始n o ，讣i 的浓度为4 2 5 m g l ，不同反应器中n 0 3 - n 的去除率都达到了7 5 8 5 。 1 1 5 2 生境论解释 生境论的解释源于研究人员对生物反应器中溶解氧浓度的不均匀性的认 识。从宏观角度出发，他们认为反应器流态不可能处于完全均匀混合的状态， 缺氧区和富氧区并存，硝化反应在富氧区进行，反硝化反应则在缺氧区发生， 于是反应器中出现了同时硝化反硝化现象。从微观的角度出发，认为反应器 中由于溶解氧向活性污泥絮体内部扩散受到限制，在活性污泥絮体内产生浓 度梯度，絮体外溶解氧的浓度较高，往絮体内部逐渐下降直至在内部形成一 缺氧区。这样就在活性污泥絮体的外部发生好氧的硝化反应，在内部则迸行 着反硝化反应从而达到了同时硝化反硝化的目的。因此，在实际应用中可 以通过控制反应器中溶解氧的浓度和污泥絮体的颗粒大小来实现同时硝化反 硝化生物脱氮。 目前，研究人员对s n d 的影响因素尚不统一，y o o 等1 认为影响s n d 的因素主要有溶解氧的浓度、p h 、f a ( 游离氨) 、f h ( 游离羟胺) 、温度和 曝气时问；高廷耀等认为嗍溶解氧的浓度、污泥絮体结构和污泥有机负荷是 s n d 的主要影响因素；m t m c h u l i 推导了在s b r 反应器发生s n d 现象时d o 的浓度公式，褥出当d o 的浓度为0 5 m g l 时，反应器中硝化速率等于反硝 化速率。m u n c h l 2 ”研究中还发现，好氧反硝化速率随着曝气时间的延长而下 降，s n d 的发生伴随着n 0 2 - - n 氧化成n o ，- n 过程的抑制。尽管对s n d 的 认识还不够全面，但利用s n d 过程进行生物脱氮的优越性是显而易见的 口1 捌，可以省去传统生物脱氮工艺的厌氧池( 缺氧池) 或至少可以减少对厌 氧池的投入、可以缩短水力停留时间、可以减少外加碳源、可以减少动力消 耗( 溶解氧的需求量较低) 、还可以简化操作流程( 在一个反应器中同时实 现有机质的降解和生物脱氮过程) 。 1 2 垃圾渗滤液的产生和水质 1 2 1 垃圾渗滤液的产生 第6 页共6 7 页 垃圾渗滤液，又称渗沥水或浸出液，是指垃圾在堆放和填埋过程中由于 雨水的淋洗，冲刷，以及地表水和地下水的浸泡，通过萃取、水解和发酵而 过滤出来的污水坤”，渗滤水的产生的成因可归纳成： 渗滤水的产生 由此可见，垃圾渗滤液的主要来源是降水和垃圾本身的内含水，因而渗 滤液的产生和水量随季节变化而变化。m a r t a sa k e s s o n 4 s 1 和郝一琴等人都 对此作了研究。 1 2 2 垃圾渗滤液的水质 垃圾渗滤液除了水量变化以外，成分也很复杂。渗滤液一般含有高浓度 的有机物质和无机盐，水质会随着外界水文地质、气候、填埋规模、填埋工 艺、填埋时间和垃圾成分变化而变化。另外一个影响垃圾渗滤液的水质的因 素就是人们的生活水平。下面二个表格分别列出了国内和国外垃圾渗滤液成 分的典型数据o o ： 表l - 2 我国城市垃圾渗滤液的水质 婪市 上海广州深圳台湾菜市 项目 c o d c ， 15 0 p 8 0 0 01 4 0 0 - - 5 0 0 05 0 0 0 0 - - 8 0 0 0 03 7 0 0 - - 4 0 0 0 b o d 。2 0 0 - 4 0 0 04 0 0 - - 2 0 0 02 0 0 0 0 3 5 0 0 06 0 0 2 8 0 0 t n1 0 0 - 7 0 01 5 0 - 9 0 04 0 0 - 2 6 0 02 0 蚴0 0 s s3 0 - 5 0 02 0 m 击0 02 0 0 0 7 0 0 05 0 0 - 5 0 0 0 n 也+ - n6 0 - - 4 5 0 1 6 0 一5 0 05 0 0 2 4 0 01 0 0 1 0 0 0 p h5 “56 5 7 86 2 6 65 6 7 5 第7 页共6 7 页 ，iilfrf 垃圾洛滤液亚硝化反亚硝化生物脱氰研究 表1 - 3 国外城市垃圾渗滤液的水质( 除口h 外，浓度均为m g n ，) 浓度( 阚 0 o o 扣1 2 3 0 0 l 西1 0 0 1 1 3 0 l 1 7 0 0 n t i o 从表1 - 2 和表1 - 3 中可以看出，垃圾渗滤液的水质相当复杂不仅含有 有机污染物，还含有重金属盐和植物性营养物( 以n h + n 为主) 。工业部 门和某些特殊行业的垃圾产生的渗滤液还含有有毒有害物质，使得永质更加 复杂。 郑曼英等人i 从垃圾渗滤液中检出的有机污染物有7 7 种，其中芳烃类 共2 9 种，烯烃类共1 8 种，酸类物质共8 种，酯类5 种，醇类、酚类共6 种， 酮类、醛类共4 种，酰胺类共2 种其它物质共5 种。张兰英等人采用g c m s d s 联用技术鉴定出垃圾渗滤液中含有9 3 种有机化合物，其中有2 2 种 被列入我国和美国e p a 环境优先控制污染物的黑名单中吲。 国内外许多调查和研究结果还表明吡地”。l ，垃圾渗滤液的水质变化与 第8 页共6 7 页 一|；： l ；l l 一 硼劬 n晰动蝴熊一黼|藿仳峨吼础 阈 耵 们： ， 。 一 纛：= = = l l 质 搬勘僦 州州鼯倦鳎 m 舡眈 a 。曲轴 填埋场的场龄有密切的关系。一般认为在最初的几年，渗滤液中的c o d 。 和b o 聩会呈逐年上升的趋势【| 7 ”m l 。c o d c ，和b o d 5 以及b o d ，c o d c | 在一 年内随季节的变化幅度也较大，并且随着场龄的增加，这种变化更为明显。 此后，随着场龄的继续增加，各项指标，特别是可溶性的有机污染物浓度会 慢慢降低。 i 吼r y i 蜘等人认为，随着场龄的增加，渗滤液中的可溶性有机污 染物因厌氧发酵分解作用而降低。有研究指出m ，处于酸性发酵阶段的较年 轻的填埋场的渗滤液：p h 5 5 “5 ，c o d l 5 0 0 0 - - 4 0 0 0 0 m g l 或者更高， b o d c o d 在0 3 0 7 之间，因p h 较低，其中的重金属含量较高，可达 3 3 岫g ，l ；而处于碱性发酵的较年老的渗滤液：p h 7 8 ，b o d c o d 0 1 ， 重金属盐含量 4 - - 6 时，可以认为碳源 充足，才有可能达到完全脱氮的目的嘟】，如果以甲醇作为碳源则甲醇与 n o f - n 的比例为3 时方可达到充分反硝化。从表2 - i 中可以看出，杭州天子 蛉垃圾填埋场渗滤液含有高浓度的氨氮，在本实验期间，其氨氮浓度在 9 4 5 - 1 5 5 0 m g l ，b o 功在4 s 0 - 6 0 0 m g l 之间，b o d j f i k n 的比值远小于4 。 显然，通过传统的硝化反硝化生物脱氮途径是不可行的。 1 9 7 5 年，v o “”就发现在硝化过程中n 0 2 - n 积累的现象，首次提出了 短程硝化一反硝化生物脱氮( s h o n c m r , i u i f i c a t i o na n dd e n i u i f i c a f i o n ，也称为不 完全或简捷硝化一反硝化生物脱氮) 的概念。随后，国内外许多研究人员进 行了研究 1 1 , 1 3 , 1 5 , 2 1 - w ”。短程硝g 反硝化生物脱氮实现的关键就是将硝化过 程控制在亚硝化阶段，n o f - n 不再继续氧化成n 0 3 - n ，通过反亚硝化作用 把n o ：- n 还原成n ：或其它氮氧化物。 根据杭州天子岭垃圾填埋场渗滤液高氨氮、低碳氮比的水质特点，笔者 利用两级s b r 工艺进行了渗滤液的生物脱氮研究，在实验室中实现了亚硝 化一反亚硝化途径生物脱氮。本章重点探讨了影响此类废水亚硝化一反亚硝 化生物脱氮途径的因素。 4 2 活性污泥的培养和驯化 s b r 工艺最大的特点就是能够在同一个反应器中交替实现缺氧和好氧环 第2 4 页共6 7 页 境，符合生物脱氮的生物学原理。笔者对上章中两级s b r 工艺的运行参数 作了一些调整，使之满足生物脱氮所需的条件，调整后的运行参数见下表。 表4 - i两级s b r 生物脱氮工艺运行参数一览表 s b ri s b r a ( 缺氧) 2 h 3 h o ( 好氧) 7 l l 6 h s ( 沉降) 0 7 5 h 0 7 5 h d ( 排水) 0 2 5 h 0 2 5 h 进水量为4 升，仍然采用瞬时进水方式，运行的流程为s b ri 先缺氧搅 拌2 小时，再好氧曝气7 小时：s b ri 的出水也以瞬时方式排入s b r i i ，s b r 先好氧曝气6 小时，再缺氧搅拌3 小时，整个工艺流程的水力停留时间为 4 0 小时。驯化过程中增加了t k n 、n h 4 + - n 、n o ， - n 和n 0 3 - n 四个指标的 分析，部分驯化数据见表4 _ l 、4 2 。 表4 - 2两级s b r 生物脱氮工艺部分驯化数据一览表( 还原态氨) 时阃s b r i ( m c l )q 击陲a l w )s b r i i ( m u , l )n 苴击障轴) ( 天)t k n b l t - i , * n lt 翻n i i , * - n _ t k nn i i , * - nt k n n h , * - n _ t k n n i l , * - n 2i 1 2 29 4 5”i 2 37 iz 2 6 46 ，05 3 i 村0 74 j 6 3 l 暗99 5 67 2 32 矗3 52 4 3 7瑚4 8 35 06 94 94 , 8 6l 粥1 2 9 18 4 5托93 9 1 22 57 。榔6 2 65 00 4射5 l 81 3 7 。1 2 8 5i o n争站2 4 0 52 58 46 9 46 8 94 96 44 63 8 1 01 3 5 01 2 7 2l 9 1 8 2 34 l 2 7 8 3鲫6 0 i5 05 25 2 7 5 1 21 3 9 11 2 2 4i 嗡船72 6 “2 7 5 37 3 86 4 54 6 9 44 7 3 0 1 41 3 抖1 2 9 3l 39 配2 4 4 62 5 脚7 “6 4 64 i 0 65 0 m 1 61 ，7 6l ，1 0 3 29 7 02 5 0 02 5 j 87 0 】6 4 9 0 55 i 7 7 1 l1 4 6 81 2 9 41 1 0 71 0 1 s2 45 92 i j 37 0 75 9 8 j l ，b 35 37 9 2 0l6 1 81 5 1 21 2 8 31 1 7 92 07 02 2 - 0 27 s 77 1 05 l3 55 3 0 4 2 2t 2i m1 2 6 3】1 6 42 l1 62 9 07 7 97 4 35 i3 75 2 0 6 2 4l m1 3 7 21 1 3 5 9 9 72 工32 7 3 37 1 5 5 2 2 64 殳7 i 2 61 3 7 91 3 2 51 0 2 38 1 42 5 s 23 8 拍6 3 l5 9 95 4 2 45 t 7 9 2 81 3 8 21 2 膀1 0 5 98 7 22 33 73 2 j 56 5 51兜6 05 3 j 7 3 01 2 7 61 1 8 39 7 68 2 35 13 2 1 25 5 75 6 i5 3 9 95 2 5 l 第2 5 页共6 7 厦 垃圾渗滤 蠹亚硝化反亚硝化生物脱氟研究 表4 - 3 两级s b r 生物脱氮工艺部分驯化数据一览表( 氧化态氮) 时间t 天)进水( m 叽)s b r i ( m l g l )s b r l l f m 叽 g o , 一nn o , - - nn o , - nn 0 , - - nn o , - - nn 0 _ - n 2n dn dn dn d44 0n d 4n dn dn d6 2 7n d 6n dn d0 1 0o2 31 14 010 3 ln dn d0 _ 0s j 207 5 1 0n dn d0 ，9 i7 31 0 2 64 j 8 1 2h d帅0 mh d1 5 舶2 1 l h dn do 盟o 配2 n 4 舯 1 6n dn dn dn d2 56 i5 1 8 n dn dn do2 13 74 61 l3 2 0n dn di 2 0o m3 5 1 4争幻 2 2n dn d0 6 5o j 7柏5 69 6 0 2 4n dn dn dn d4 i6 51 4 2 - 2 6n dn dn dn d5 0 6 71 3 酆 2 8n dn d08 707 98 41 6 妮 3 0w dh do 舯1 2 6钉2 12 3 针 从表4 _ 2 中可以看出，经过1 个月的驯化，进水t k n 和n i - i , + - n 总的去 除率都稳定在5 0 左右。s b ri 的r n 去除率稳定在2 5 2 瞻，n i - i , + - n 的 去除率波动较大。表4 3 中n o i n 和n 0 3 讣i 的测定数据看出，s b ri 中出 现少量的n 0 2 - n 和n o ， - n ，而在s b r i i 反应器中这两种成分则出现逐渐升 高的趋势。由此说明，经过一个月的驯化，两个反应器的活性污泥各有不同 的优势微生物，s b ri 中主要是异养微生物占主导地位，而在s b r i i 中是自 养微生物特别是硝化细菌占有很大的比例。也就是说在s b ri 反应器中主 要进行的是有机质降解过程，而在s b r i i 反应器中则主要进行的是亚硝化和 硝化过程。 为了进一步说明这个问题，笔者间隔一时间对两个反应器中n o - n 、t k n 和n h 。+ n 的浓度变化进行一个运行周期的跟踪测定，每隔1 小时分别测定 两反应器中的n 0 2 n 、n 0 3 - n 、t k n 和n i l , + - n 的浓度，共测定了五个运行 周期。测定结果以时间为横坐标浓度为纵坐标作图，见下图4 1 。 第2 6 页共6 7 页 4 0 0 2 0_ 皤豳瞄；蝴勰；龋蓝譬 十s b r i 帅3 n e 卜s b r in 0 2 n一一s b r l 硎4 + _ n( 周期) * s b rit k n 鼍- 一s b r i i n 0 2 一n e s b r n 0 3 一n + s b r i 州4 + _ ns b r t 酬 图4 _ l s b rl 、s b r i i 各彤态氰变化曲线 从匾4 1 中看出，s b ri 在五个运行周期内均未检出有亚硝态氮和硝态氮， 证明在这个反应器中没有发生硝化、亚硝化反应。s b r i i 反应器中，亚硝态 氮和硝态氮的浓度则随着时间的变化而变化：在6 小时的好氧曝气阶段，亚 硝态氮和硝态氮的浓度均有升高的，其中，亚硝态氮升高的趋势较为明显， 在第五周期最高浓度达到了2 0 1 6 9 m g l ，硝态氮浓度变化较为和缓，在第五 周期其最高浓度为2 6 1 3 m g l ，两者占n o 。_ - n 的比例分别为8 8 5 3 和 1 1 4 7 ，说明在反应器中n h + - n 的氧化是以亚硝化过程为主。从图中还可 看出在各个运行周期内亚硝态氮和硝态氮的最高浓度均出现在好氧曝气阶 段的第6 小时，亚硝态氮的浓度分别为8 1 4 3 m g l 、1 1 4 4 9 m g l 、1 2 9 5 6 m g l 、 1 6 6 8 3 m g l 和2 0 1 6 9 m e 扛，硝态氮的浓度分别为2 4 2 1 m g l 、1 5 2 3 m g l 、 2 0 2 3 m g l 、2 1 9 8 m g l 和2 6 1 3 m g l ：在随后3 个小时的厌氧阶段，这两种 物质的浓度略有下降，但下降的幅度并不大。 从图4 1 中两反应器中氨氮和凯氏氮的变化曲线来看，这两种还原态氮 总的趋势都是下降的，但对不同的反应器在不同的运行阶段情况有所不同。 s b ri 反应器中，t k n 在开始2 小时的缺氧搅拌阶段变化不大，氨氮浓度在 开始有一个上升趋势，这可能是混合液中有机氮的厌氧水解释放出氨氮引起 的：在随后的好氧曝气阶段，s b ri 中氨氮的浓度则随曝气时间增加而下降， 第2 7 页共6 7 页 蕊盛 喜 竺墨兰堂垩塑垡垦垩堕些兰塑堕塑堕塞 反应器中n o j - n 的浓度则没有相应地增加，说明在该反应器中氨氮和凯氏 氮的下降是由曝气吹脱所致( 见氨氮的吹脱实验) 。s b r i i 反应器中，氮氮 的浓度在前6 个小时的好氧曝气阶段是不断下降的，在随后的3 个小时的厌 氧搅拌阶段则变化不明显。在这个过程中还伴随着反应器中n o 讣i 的上升 和下降过程说明在这个反应器中进行着亚硝化反亚硝化生物脱氮过程。 枷l ) 1 5 0 1 0 0 g o 0 12345 + s 眈i i 眦一n + s b r i i n 0 3 一n r s 崃i 帅2 一n 卜s 豫in 0 3 一h 田4 - 2 五十不同运行周期各反应嚣出术氯化态蕾浓度壹化曲垃 周期 图4 - 2 是五个不同运行周期两反应器出水各氧化态氮的浓度变化曲线。 从图中可以看出，随着运行周期数的增加，s b r u 的出水中亚硝态氮的浓度 从开始的5 9 7 8 m # l 上升到1 7 9 5 s m g l ，硝态氮浓度在9 7 8 r a g l 2 4 2 1 m g l 之间，反应器中亚硝态氮已经开始积累，并呈不断上升的趋势。b a r n a r d v 7 1 指 出，在不同的碳源有机物条件下，反硝化速率可以有三个不同速率阶段，第 一阶段在5 1 5 m i n 内，反硝化速率为5 0 m g ( l h ) ，该阶段利用厌氧发酵产物 ( 可快速生物降解的可溶性有机物) 作碳源；第二阶段速率为1 6 m g ( l h ) ， 用不溶或复杂的可溶性有机物( 慢速生物降解有机物) 作碳源，这一阶段一 直延继到外部碳源用尽为止；第三阶段反硝化速率为5 4 m g ( l h ) ，利用微生 物内源代谢产物作碳源，这一过程可以延继很长的时间，但是随着时间的推 移，会由于溶菌作用释放出n h , + - n ，降低脱氮效率。经测定，s b r 反应器 的反硝化率在l o 5 5 一3 4 1 5 之间，说明反应器中反亚硝化和反硝化过程进 行得很不彻底。导致的反硝化，反亚硝化过程不彻底的原因笔者认为主要是以 下几方面：一是进水凯氏氮的浓度太高( 1 3 0 2 m g ，】卜1 1 0 0 m g ，l