王 凱,武道吉,陳舉欣,苗 蕾,彭永臻,王淑瑩*(.北京工業(yè)大學(xué),北京水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 004；.山東建筑大學(xué),山東 濟(jì)南 500)

SBR處理滲濾液深度脫氮的影響因素研究

王 凱1,2,武道吉2*,陳舉欣2,苗 蕾1,彭永臻1,王淑瑩1*(1.北京工業(yè)大學(xué),北京水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124；2.山東建筑大學(xué),山東 濟(jì)南 250101)

為了解決垃圾滲濾液的脫氮難題,通過(guò)改變SBR的操作模式對(duì)滲濾液進(jìn)行處理.同時(shí),試驗(yàn)重點(diǎn)考察了操作模式、曝氣時(shí)溶解氧、過(guò)曝氣以及滲濾液碳氮比對(duì)工藝脫氮效果的影響.研究結(jié)果表明,采用改進(jìn)SBR對(duì)滲濾液進(jìn)行處理,在原水COD濃度為4000mg/L左右,氨氮濃度為1000mg/L左右,總氮濃度在1100mg/L左右的條件下,不添加任何碳源,出水COD小于500mg/L,氨氮濃度小于5mg/L,總氮濃度小于40mg/L,COD、氨氮和總氮的去除率分別達(dá)到了85%、99%和95%以上.影響因素試驗(yàn)表明,反硝化菌中的PHA含量是影響系統(tǒng)脫氮效率的關(guān)鍵.曝氣時(shí)較高的溶解氧、曝氣前的厭氧攪拌以及盡量減少過(guò)曝氣將提高系統(tǒng)的脫氮效率.同時(shí),只要滲濾液碳氮比大于 4,系統(tǒng)均可以對(duì)滲濾液實(shí)現(xiàn)深度脫氮.

垃圾滲濾液；SBR；內(nèi)源反硝化；深度脫氮；PHA

垃圾滲濾液由于有機(jī)物和氨氮含量高,水質(zhì)變化大,一直被視為水處理行業(yè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1],處理方法主要有物化方法和生化方法.其中生化方法由于處理成本低,可循環(huán)利用且二次污染小,一般作為垃圾滲濾液處理的核心工藝[2-15],但其出水一般無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),需要進(jìn)行進(jìn)一步處理.

傳統(tǒng)生化處理方法脫氮的難點(diǎn)在于有機(jī)物氧化和氨氮氧化的矛盾.當(dāng)氨氮被氧化后,滲濾液中絕大多數(shù)的可生化有機(jī)物已被消耗殆盡,這給后續(xù)的反硝化帶來(lái)嚴(yán)重的困難.有些研究者通過(guò)硝化液回流的方式進(jìn)行前置反硝化[16],雖然可以利用原水碳源進(jìn)行脫氮,但一方面增加了能耗,另一方面總氮的去除效果也不理想.有些研究者通過(guò)在硝化后添加外碳源的方式實(shí)現(xiàn)了滲濾液的深度脫氮,但這不僅增加了工藝的復(fù)雜程度,還提高了處理成本[17-18].通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),活性污泥具有儲(chǔ)存一部分碳源的能力,可以將水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成PHA等內(nèi)碳源[19].通過(guò)改變SBR工藝的操

作模式,便可以充分挖掘微生物的這種儲(chǔ)存碳源的能力,用于曝氣后的反硝化,即內(nèi)源反硝化,最終實(shí)現(xiàn)利用原水碳源對(duì)滲濾液進(jìn)行深度脫氮[20-21].

本研究采用SBR工藝處理實(shí)際垃圾滲濾液,通過(guò)改變操作模式,可以增加原水碳源的利用率,提高系統(tǒng)的脫氮效果,最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液的深度脫氮.同時(shí),試驗(yàn)著重研究了操作方式、曝氣量、過(guò)曝氣及滲濾液碳氮比等對(duì)系統(tǒng)脫氮效率的影響.

1 材料與方法

1.1 垃圾滲濾液水質(zhì)和接種污泥

試驗(yàn)所用垃圾滲濾液取自北京市六里屯垃圾填埋場(chǎng)并放置于 4℃的環(huán)境下防止有機(jī)物的降解.其主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示.試驗(yàn)所用種泥為處理晚期垃圾滲濾液短程硝化良好的活性污泥,MLSS為3500mg/L,SVI值為56mL/g.

表1 垃圾滲濾液主要水質(zhì)指標(biāo)Table 1 The characteristics of the leachate

1.2 試驗(yàn)裝置以及SBR操作模式

試驗(yàn)所用SBR是由有機(jī)玻璃制成的圓柱體,直徑為20cm,高60cm,有效容積為10L,并配備攪拌器及溫度控制裝置.SBR的溫度通過(guò)溫控裝置控制在25℃.SBR曝氣通過(guò)空氣泵及氣體流量計(jì)進(jìn)行控制.SBR的操作模式如圖1所示,包括瞬時(shí)進(jìn)水-厭氧攪拌-曝氣-缺氧攪拌-沉淀-排水-閑置.硝化階段通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量將溶解氧控制在1.5～1.8mg/L.在改進(jìn) SBR工藝處理垃圾滲濾液的過(guò)程中,硝化前厭氧攪拌時(shí)長(zhǎng)、曝氣量、過(guò)曝氣的時(shí)長(zhǎng)以及滲濾液碳氮比等是影響系統(tǒng)脫氮效果和效率的主要因素.為探討以上因素對(duì)SBR脫氮效果的實(shí)際影響,本試驗(yàn)取運(yùn)行至70d后脫氮效果穩(wěn)定的活性污泥進(jìn)行影響因素試驗(yàn),以獲得此工藝的最佳運(yùn)行參數(shù).影響因素試驗(yàn)由3組有效容積為 3L的反應(yīng)器組成.同時(shí),為其配備磁力攪拌器和曝氣系統(tǒng)和溫控系統(tǒng).試驗(yàn)期間,每60min以及硝化、反硝化和反應(yīng)的終點(diǎn)進(jìn)行取樣,對(duì)水樣的NH4+-N, NO2--N, NO3

--N, TN和COD進(jìn)行檢測(cè),對(duì)泥樣的PHA含量進(jìn)行檢測(cè).

圖1 SBR的操作模式Fig.1 The operation of the SBR

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目及分析方法

水樣分析項(xiàng)目中的COD濃度采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[22];BOD5采用GB7488-87[23]水質(zhì)5日生化需氧量測(cè)定法,氨氮質(zhì)量濃度采用納氏試劑光度法;總氮質(zhì)量濃度采用過(guò)硫酸鉀氧化法;硝酸鹽質(zhì)量濃度采用麝香草酚分光光度法;亞硝酸鹽質(zhì)量濃度采用 N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;污泥濃度采用重量法進(jìn)行測(cè)定;pH值、DO、ORP及溫度采用德國(guó)WTW公司生產(chǎn)的pH計(jì)及DO測(cè)定儀;堿度采用堿性指示劑法.PHA的檢測(cè)方法參考Zeng等[24]采用的方法.

2 結(jié)果與分析

2.1 改進(jìn)SBR工藝處理垃圾滲濾液快速啟動(dòng)與穩(wěn)定

試驗(yàn)共分 2個(gè)階段.0～67d為馴化啟動(dòng)期, 68～163d為負(fù)荷提高期.在整個(gè)試驗(yàn)期間,系統(tǒng)出水的COD一直保持在400～500mg/L 之間,去除率為85%左右.剩余的COD為大分子難降解有機(jī)物,需要采用物化方法進(jìn)一步處理.在馴化啟動(dòng)階段,SBR的排水比控制在10%,主要是為了使污泥適應(yīng)新的操作模式,逐步提高利用貯存碳源反硝化的能力.為了加速試驗(yàn)進(jìn)程,將硝化結(jié)束后的缺氧攪拌時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為 10h,如果不能徹底反硝化,則外加碳源(乙酸鈉)直至反硝化完全.在負(fù)荷提高階段,在保證系統(tǒng)深度脫氮的前提下,逐步提高排水

比至25%,增加進(jìn)水的COD和氨氮的含量,提高系統(tǒng)的脫氮效率.試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示.

圖2 改進(jìn)SBR處理滲濾液三氮變化規(guī)律Fig.2 Variation of nitrogen in modified SBR

圖3 SBR處理滲濾液總氮去除率及周期變化情況Fig.3 Variation of total nitrogen remove rate and cycle in SBR

圖 2中馴化期所示亞硝態(tài)氮的出水為系統(tǒng)缺氧攪拌10h之后的亞硝濃度值.由圖2和圖3可知,在試驗(yàn)初期,反硝化菌貯存碳源的能力有限,因此內(nèi)源反硝化并不是十分理想,周期結(jié)束時(shí),出水中剩余亞硝濃度為 40mg/L左右,總氮的去除率為60%左右.隨著試驗(yàn)的進(jìn)行,系統(tǒng)的內(nèi)源反硝化能力不斷增強(qiáng),總氮去除率不斷提高.當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至第41d時(shí),系統(tǒng)可以在一個(gè)周期內(nèi)(約14h)實(shí)現(xiàn)在不添加碳源的條件下徹底的反硝化,總氮去除率達(dá)到了95%以上.試驗(yàn)從第42d開(kāi)始,停止添加碳源,并繼續(xù)保持在排水比為 10%的條件下運(yùn)行,周期時(shí)長(zhǎng)不斷縮短.當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至67d,反應(yīng)周期已經(jīng)穩(wěn)定在 12h左右,脫氮速率為 0.99mgN/ (h·gvss).為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的脫氮效率,深入挖掘反硝化菌利用內(nèi)碳源反硝化的潛力,試驗(yàn)從 68d開(kāi)始進(jìn)入負(fù)荷提高期.此時(shí)系統(tǒng)的排水比增加至

15%.在增加排水比后,系統(tǒng)的進(jìn)水COD和氨氮負(fù)荷增加了 50%,但仍然可以實(shí)現(xiàn)深度脫氮.反應(yīng)周期由原先的12h增加到17h.隨著試驗(yàn)的進(jìn)行,反應(yīng)周期不斷縮短,最終穩(wěn)定在 16h.雖然進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷和氨氮負(fù)荷增加了 50%,但最終周期時(shí)長(zhǎng)僅增加 30%左右,表明通過(guò)增加排水比,的確可以提高系統(tǒng)的脫氮效率.此后,試驗(yàn)不斷提高排水比,最終的排水比為 25%,周期時(shí)長(zhǎng)穩(wěn)定在 22h,最終速率為1.48mgN/(h·gvSS)脫氮效率相比排水比10%時(shí)的0.99mgN/(h·gvSS)增加了30%以上.

2.2 SBR處理垃圾滲濾液深度脫氮的影響因素分析

本工藝在硝化結(jié)束后的缺氧攪拌階段,系統(tǒng)沒(méi)有添加任何碳源仍然實(shí)現(xiàn)了深度脫氮.由此可以斷定,系統(tǒng)反硝化所需的碳源一定來(lái)自污泥中.污泥中內(nèi)碳源的來(lái)源有2個(gè),一個(gè)是反硝化菌自己存儲(chǔ)的碳源,另一個(gè)是其他細(xì)菌裂解產(chǎn)生的碳源.如果是細(xì)胞裂解產(chǎn)生的碳源,則系統(tǒng)中的氨氮濃度會(huì)有明顯的增加.但在整個(gè)反硝化的過(guò)程中,氨氮的濃度幾乎是不變的.由此可知,系統(tǒng)反硝化碳源來(lái)自反硝化菌存貯的內(nèi)碳源.PHA作為污泥內(nèi)碳源的重要組成部分,可以很好的表征污泥貯存內(nèi)碳源的含量.因此,試驗(yàn)系統(tǒng)考察了在改進(jìn)SBR工藝處理垃圾滲濾液的過(guò)程中,硝化時(shí)間,硝化前厭氧攪拌時(shí)長(zhǎng),過(guò)曝氣的時(shí)長(zhǎng)以及滲濾液碳氮比等對(duì)污泥中PHA含量的影響以及對(duì)系統(tǒng)脫氮效果和效率的影響.本試驗(yàn)取運(yùn)行至70d后脫氮效果穩(wěn)定的活性污泥進(jìn)行批次試驗(yàn),以獲得各種條件下污泥中PHA含量的變化情況及工藝的最佳運(yùn)行參數(shù).由于在反應(yīng)過(guò)程中硝態(tài)氮的含量很低(＜1mg/L),試驗(yàn)主要考察了各個(gè)周期內(nèi)氨氮、亞硝酸鹽氮以及污泥內(nèi)PHA含量的變化.

圖4 硝化時(shí)間對(duì)污泥儲(chǔ)碳及SBR脫氮效率的影響Fig.4 the effect of storage of carbon in sludge and nitrogen remove rate by the time of nitrification

2.2.1 硝化時(shí)溶解氧對(duì) SBR脫氮效率的影響 在系統(tǒng)脫氮的過(guò)程中,短程硝化是進(jìn)行反硝化脫氮的前提,同時(shí),硝化時(shí)溶解氧不同,系統(tǒng)所用的硝化時(shí)長(zhǎng)也不一樣,對(duì)脫氮能力也會(huì)有一定的影響.本試驗(yàn)通過(guò)控制曝氣量,考察了在硝化階段不同溶解氧(1.0～1.5mg/L 低溶解氧、1.5～ 1.8mg/L中溶解氧和2.5～3.0mg/L高溶解氧)條件下系統(tǒng)硝化時(shí)間的變化以及硝化時(shí)間對(duì)系統(tǒng)脫

氮能力的影響.不同硝化時(shí)間對(duì)系統(tǒng)脫氮能力的影響如圖4所示.

由圖4可知,溶解氧與硝化時(shí)間成正比例關(guān)系,而硝化時(shí)間與系統(tǒng)脫氮效率成反比例關(guān)系,即曝氣時(shí)間越長(zhǎng),系統(tǒng)完成脫氮所需時(shí)間越短.系統(tǒng)缺氧攪拌結(jié)束后,污泥的 PHA都在 45mgCOD/ gvss左右,相差不大.但在硝化時(shí)間較長(zhǎng)的條件下,硝化結(jié)束時(shí)污泥中PHA的降低幅度明顯大于其他兩組.其原因可能是因?yàn)榉聪趸鸀榧嫘约?xì)菌,在有氧氣的條件下會(huì)進(jìn)行有氧呼吸,從而導(dǎo)致細(xì)胞中PHA的大幅度降低.盡管在硝化時(shí)間最長(zhǎng)的條件下SND的效果最好,但由于較長(zhǎng)的硝化時(shí)間消耗了更多的PHA,因此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度脫氮所用的時(shí)間最長(zhǎng),達(dá)到了 13.5h.值得注意的是,雖然在硝化時(shí)間最短的條件下完成深度脫氮的時(shí)間最短,為 11.5h,但相比較低溶解氧的條件下只縮短了0.5h,即只減少了4%.但在高溶解氧條件下,曝氣量大大增加,能耗相比中溶解氧增加1倍以上.由此可見(jiàn),將系統(tǒng)硝化時(shí)溶解氧控制在 1.5～1.8mg/L的條件下不僅脫氮效率有保證,而且成本相對(duì)最低,是最佳的選擇.

2.2.2 前厭氧攪拌時(shí)間對(duì) SBR脫氮效率的影響 傳統(tǒng)的SBR工藝在進(jìn)水后直接進(jìn)行曝氣,或利用原水進(jìn)行前置反硝化脫氮.本試驗(yàn)所用改進(jìn)SBR工藝由于在硝化后實(shí)現(xiàn)了徹底的反硝化,進(jìn)水后的攪拌由傳統(tǒng)的缺氧攪拌變?yōu)閰捬鯏嚢?在此條件下,好氧的異養(yǎng)菌活性很低,而兼性的反硝化菌可以將原水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為內(nèi)碳源貯存于體內(nèi).在硝化結(jié)束后的缺氧攪拌階段,反硝化細(xì)菌將利用這些貯存碳源進(jìn)行反硝化.由此可見(jiàn),硝化前的厭氧攪拌對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度脫氮十分重要.本試驗(yàn)通過(guò)控制不同的硝化前厭氧攪拌的時(shí)間(0、30和60min),考察其對(duì)系統(tǒng)脫氮效率的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

圖5 前厭氧攪拌對(duì)污泥儲(chǔ)碳及SBR脫氮效率的影響Fig.5 the effect of storage of carbon in sludge and nitrogen remove rate by anaerobic stir before nitrification

由圖5可知,在進(jìn)水后厭氧攪拌0.5h的操作模式雖然比直接進(jìn)行曝氣硝化晚開(kāi)始曝氣30min,卻同時(shí)完成了硝化,硝化時(shí)間比直接曝氣少0.5h,表明在厭氧攪拌階段,大量的有機(jī)物被反硝化菌吸附并轉(zhuǎn)化為PHA存貯于體內(nèi),減少了水中有機(jī)物的含量,因此系統(tǒng)很快進(jìn)入硝化階段,從而減少了硝化時(shí)間.從污泥內(nèi)PHA的含量變化可以很好的證明此觀點(diǎn).反應(yīng)開(kāi)始前,污泥中的PHA含量處于同一水平,但經(jīng)過(guò)30min后,攪拌半小時(shí)中污泥PHA的含量比直接曝氣硝化的多出近 40%,說(shuō)明厭氧攪拌特別有利于反硝化菌儲(chǔ)存碳源.雖然兩組中污泥PHA的含量均隨著時(shí)間的推移而逐漸降低,但具有厭氧攪拌的污泥PHA含量始終多于直接曝氣硝化組的,完成深度脫氮的

時(shí)間也較其提前了 2h.更為重要的是,周期結(jié)束時(shí)污泥PHA含量的降低會(huì)直接影響下一個(gè)周期的脫氮效果,脫氮周期會(huì)越來(lái)越長(zhǎng),直至系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)深度脫氮.由圖5還可知,厭氧攪拌60min和30min相比,在硝化開(kāi)始前,污泥中PHA沒(méi)有明顯的增長(zhǎng),并且硝化時(shí)間也基本相同,然而,系統(tǒng)完成深度脫氮的時(shí)間相比厭氧攪拌 30min組增加1h,攪拌時(shí)間并非越長(zhǎng)越好.通過(guò)這組批次試驗(yàn)可知,加入硝化前的厭氧攪拌將給活性污泥儲(chǔ)存碳源提供了條件,為實(shí)現(xiàn)深度脫氮打下良好的基礎(chǔ).但活性污泥在30min內(nèi)將完成碳源的存儲(chǔ),因此,厭氧攪拌時(shí)間應(yīng)控制在30min左右.

2.2.3 過(guò)曝氣時(shí)間對(duì)SBR脫氮效率的影響 本工藝在處理滲濾液過(guò)程中,可以通過(guò)pH值和ORP等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,準(zhǔn)確的判斷硝化和反硝化的終點(diǎn),及時(shí)的停止曝氣和攪拌.在傳統(tǒng)的工藝中,及時(shí)停止曝氣的意義在于節(jié)約能源并防止系統(tǒng)向全程硝化轉(zhuǎn)變.在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中,由于設(shè)備的故障和人為操作的失誤,有可能會(huì)造成不能及時(shí)停止曝氣.由于絕大多數(shù)的反硝化為兼性細(xì)菌,因此,過(guò)曝氣不僅對(duì)硝化產(chǎn)生不利影響,還會(huì)消耗反硝化菌存貯的內(nèi)碳源,從而降低系統(tǒng)的脫氮性能.本試驗(yàn)考察了硝化結(jié)束后繼續(xù)曝氣(30,60min)對(duì)系統(tǒng)脫氮性能的影響.試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.

圖6 過(guò)曝氣對(duì)污泥儲(chǔ)碳及SBR脫氮效率的影響Fig.6 the effect of storage of carbon in sludge and nitrogen remove rate by over aeration

根據(jù)圖6可知,在硝化結(jié)束時(shí),3組泥中PHA的含量相當(dāng).但硝化結(jié)束后,2組過(guò)曝氣的活性污泥中PHA含量相比沒(méi)有過(guò)曝氣的出現(xiàn)了大幅度的減少,且過(guò)曝氣時(shí)間越長(zhǎng),PHA的消耗越嚴(yán)重.由于污泥中PHA的含量決定了后續(xù)反硝化的速率,2組過(guò)曝氣的反硝化時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于及時(shí)停止曝氣的.其中,過(guò)曝氣 1h的反硝化時(shí)間相比及時(shí)停止曝氣的增加了50%,達(dá)到了18h.由此可見(jiàn),采用實(shí)時(shí)控制及時(shí)的停止曝氣不僅可以節(jié)約曝氣量,還對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)深度脫氮具有重要意義.

2.2.4 滲濾液碳氮比對(duì) SBR脫氮效率的影響 隨著填埋場(chǎng)場(chǎng)齡的變化,滲濾液的水質(zhì)會(huì)發(fā)生較大的變化,其中最主要的是滲濾液中碳氮比的變化.為了考察不同碳氮比對(duì)改進(jìn) SBR脫氮性能的影響,本試驗(yàn)以處理碳氮比為 4：1的垃圾滲濾液脫氮性能良好的活性污泥為種泥進(jìn)行了研究.試驗(yàn)所考察滲濾液的氨氮濃度均在700mg/L左右,其碳氮比分別為6：1、4：1和3：1.試驗(yàn)控制進(jìn)水混合氨氮濃度在 70mg/L左右,其結(jié)果如圖 7所示.由圖 7可知,在改變碳氮比為6：1后,由于進(jìn)水中的碳源充分,在厭氧攪拌結(jié)束后,系統(tǒng)中反硝化菌貯存碳源的能力明顯增加,

其PHA的含量由最初4：1時(shí)的70mgCOD/gvss左右逐漸增加到了85mgCOD/gvss左右.值得注意的是,雖然進(jìn)水的有機(jī)物有了明顯的增加,但系統(tǒng)的硝化時(shí)間依然穩(wěn)定在2.2h左右.不變的硝化時(shí)間表明,進(jìn)水中有機(jī)物的增加量轉(zhuǎn)化為了污泥的貯存碳源,因此,在硝化開(kāi)始時(shí),系統(tǒng)中所含有的有機(jī)物含量是幾乎相同的.由于在厭氧攪拌階段,污泥存儲(chǔ)了更多的內(nèi)碳源,在硝化結(jié)束時(shí),污泥中的PHA含量也由4：1時(shí)的50mgCOD/gvss左右逐漸增加至 60mgCOD/gvss左右.污泥中PHA的增加使系統(tǒng)完成深度脫氮的時(shí)間縮短至9.5h,相比碳氮比為4：1的條件下提高了17.4%左右.由此可見(jiàn),適當(dāng)提高進(jìn)水中的有機(jī)物含量會(huì)提高系統(tǒng)的脫氮效率.

圖7 滲濾液碳氮比對(duì)污泥儲(chǔ)碳及SBR脫氮效率的影響Fig.7 the effect of storage of carbon in sludge and nitrogen remove rate by carbon nitrogen ratio

當(dāng)進(jìn)水的碳氮比調(diào)至 3：1時(shí),系統(tǒng)厭氧攪拌結(jié)束后污泥中的PHA逐漸降至55mgCOD/gvss左右.同時(shí),系統(tǒng)的硝化時(shí)間也縮短至 1.8h左右.在碳氮比 3：1的條件下,硝化時(shí)間的縮短并未提高系統(tǒng)的脫氮效率.相反,由于進(jìn)水中有機(jī)物的減少使系統(tǒng)污泥中存儲(chǔ)碳源大量減少,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度脫氮的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng).當(dāng)進(jìn)水碳氮比為3：1時(shí),系統(tǒng)一個(gè)周期內(nèi)COD的去除總量為1600mg/L左右,而實(shí)現(xiàn)深度脫氮所需要的最低 COD含量為1800mg/L左右,兩者的比值為0.89.由于在硝化階段系統(tǒng)還將消耗部分有機(jī)物,因此,在碳氮比為 3：1的條件下,有機(jī)物不足是系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定深度脫氮的主要原因.而在滲濾液碳氮比為4：1時(shí),系統(tǒng)去除的COD為2300mg/L左右,與實(shí)現(xiàn)深度脫氮所需要的最低COD的比值為1.27左右,完全可以滿足深度脫氮的需求.

由此可見(jiàn),進(jìn)水碳氮比是影響系統(tǒng)能否穩(wěn)定深度脫氮的重要因素.只要進(jìn)水碳氮比在 4：1以上,系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的深度脫氮.當(dāng)進(jìn)水低于4：1時(shí),系統(tǒng)的反硝化菌無(wú)法存儲(chǔ)足夠的碳源進(jìn)行徹底的反硝化,因此,在長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)程中,無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的深度脫氮.通過(guò)對(duì)污泥內(nèi)含PHA的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可知,在改變進(jìn)水碳氮比的過(guò)程中,污泥內(nèi) PHA的含量會(huì)出現(xiàn)逐漸的增加或減少而不是突然的增加或減少.這表明本系統(tǒng)的活性污泥對(duì)進(jìn)水碳氮比的變化有一定的適應(yīng)能力和緩沖能力,出水水質(zhì)不會(huì)隨著進(jìn)水水質(zhì)的變化而立刻改變.

3 結(jié)論

3.1 采用改進(jìn) SBR工藝處理實(shí)際垃圾滲濾液,在硝化前后加入了攪拌,可以實(shí)現(xiàn)在不添加碳源

的條件下對(duì)滲濾液實(shí)現(xiàn)深度脫氮.在進(jìn)水COD濃度為4000mg/L左右,氨氮濃度為1000mg/L左右,總氮濃度為1100mg/L左右的條件下,出水COD、氨氮和總氮濃度分別達(dá)到了500、5和40mg/L以下,去除率分別為85%、99%和95%以上.

3.2 采用低排水比的方式進(jìn)行啟動(dòng),可以在 40d內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液的深度脫氮.隨后采用逐漸增加排水比的方式,可以逐步增強(qiáng)系統(tǒng)的脫氮效率,最終SBR的脫氮速率為1.48mgN/ (h·gvss).

3.3 本研究詳細(xì)考察了硝化時(shí)間、操作模式、過(guò)曝氣以及滲濾液碳氮比等對(duì)系統(tǒng)脫氮效率的影響.研究結(jié)果表明,污泥中的 PHA含量是決定系統(tǒng)脫氮效率的關(guān)鍵.較短的硝化時(shí)間,增加硝化前的攪拌以及盡量減少過(guò)曝氣都會(huì)提高系統(tǒng)的脫氮效率.只要滲濾液碳氮比大于 4：1,系統(tǒng)均可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的深度脫氮.

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The influential factors of landfill leachate advanced nitrogen removal by SBR.

WANG Kai1,2, WU Dao-ji2*, CHEN Ju-xin2, MIAO Lei1, PENG Yong-zhen1, WANG Shu-ying1*(1.Key Laboratory of Beijing for Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China；2.Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China). China Environmental Science, 2016,36(11)：3287～3294

Since denitrification of landfill leachate was a challenging problem, this study modified SBR to improve the efficiency of nitrogen removal. The effects of several operation parameters were investigated, including operation mode, dissolved oxygen, over aeration, and carbon nitrogen ratio of the leachate. The results demonstrated that the modified SBR could reduce the COD, ammonia-nitrogen, and TKN of the leachate from about 4000 mg/L, 1000 mg/L, and 1100 mg/L to less than 500 mg/L, 5 mg/L and 40 mg/L, respectively, without extra carbon source, meaning that the removal rates could reach up to 85%, 99%, and 95%, respectively. Besides, it was found that the PHA content in denitrifying bacteria was the key factor affecting the denitrification efficiency. Nitrogen removal efficiency would be improved by high dissolved oxygen, anaerobic mixing before aeration and less over aeration. Additionally, the advanced denitrification would be achieved if the leachate carbon nitrogen ratio was more than four.

landfill leachate；SBR；endogenous denitrification；advanced nitrogen removal；PHA

X703

A

1000-6923(2016)11-3287-08

王 凱(1983-),男,山東萊蕪人,工程師,博士,山東建筑大學(xué)博士后,主要從事水污染控制研究.發(fā)表論文10余篇.

2016-02-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51178007)

* 責(zé)任作者, 武道吉, 教授, wdj@sdjzu.edu.cn;王淑瑩, 教授, wsy@bjut.edu.cn