厌氧—好氧处理垃圾渗滤液与短程深度脱氮

【摘要】：由于我国的垃圾性质、经济实力和技术水平决定了城市垃圾处理中90%以上是采用卫生填埋法。但垃圾卫生填埋以后,由于垃圾的发酵、雨水的下渗以及地下水位的上升等导致垃圾填埋体内有相当数量的渗滤液。垃圾渗滤液是一种水质水量变化大、微生物营养元素比例失调、氨氮含量高、成分复杂的高浓度有机废水。垃圾渗滤液的特性随环境变化而变化。早期渗滤液有机物和氨氮浓度都很高,但有机物易降解,晚期渗滤液中有机物浓度低且难降解,故高氨氮的有效去除是渗滤液处理的重点和难点。目前对垃圾渗滤液的处理仍以生物法为主,而处理垃圾渗滤液最经济、有效的方法是厌氧-好氧组合工艺。 基于以上研究背景,本试验以实际的高氮垃圾渗滤液为研究对象,首先采用“两级UASB–缺氧/好氧(A/O)系统”处理实际城市生活垃圾渗滤液,完全依靠生物处理,通过短程硝化即实现了氨氮的高效去除,降低了处理成本,简化了处理工艺。该工艺运行方式如下:系统进水同一部分A/O工艺出水混合进入到UASB1(一级UASB),A/O反应器出水中的NOX-‐N(亚硝态氮与硝态氮)作为电子供体,利用原水中丰富的有机碳源在UASB1进行充分的反硝化。在UASB1中,有机物首先作为反硝化碳源被反硝化所利用,同时还通过了厌氧产甲烷去除一部分有机物。剩余有机物在UASB2(二级UASB)中通过产甲烷反应进一步降解。二沉池的污泥回流到A/O工艺缺氧段,回流污泥中的NOX-‐N在此进行反硝化。A/O工艺好氧段主要进行氨氮的硝化。 采用“两级UASB–A/O系统”首先对早期渗滤液处理进行了研究。早期渗滤液的C/N很高,易于生物处理,采用两级UASB-A/O系统处理,可取得很好的处理效果。通过在A/O反应器中亚硝态氮累积率为88%的短程硝化,实现了氨氮的几乎完全去除,系统氨氮去除率接近100%。 采用“两级UASB–A/O系统”处理晚期渗滤液,在未投外加碳源时,原水中可降解COD几乎全部作为一级UASB的反硝化碳源被利用,A/O池缺氧段反硝化碳源不足。在A/O池的A段投加适当的无水乙酸钠作为碳源后,由于反硝化产生大量的碱度,补充了硝化所消耗的碱度,使pH值维持在一个比较合适的范围,可实现稳定的短程硝化,亚硝累积率由未投加碳源时的20%提高到87%,系统出水氨氮为10 mg/L左右,氨氮的去除率也由未投加碳源时的92%提高到99.6%。 只采用两级UASB-A/O工艺处理,其出水总氮浓度不能达到国家最新排放标准(GB16889-2008)中对总氮和氨氮浓度的排放要求。为了进一步降低总氮浓度,A/O反应器出水再进入到SBR中继续处理,即采用两级UASB-A/O-SBR系统深度脱氮。试验结果表明,不论是处理早期还是晚期渗滤液,其最终出水NH_4~+-N浓度都在15 mg/L以内,NO_2~--N和NO_3~--N浓度也都在4mg/L以内,TN降低到30 mg/L左右,系统TN和NH_4~+-N去除率都接近100%,故本系统实现了总氮和氨氮的高效和深度去除。 对晚期垃圾渗滤液投加碳源方式进行了研究,系统进水采用将原渗滤液与生活污水1:1混合液,且投加外碳源无水乙酸钠,将C/N比由1.7提高到3.0。采用两级UASB-A/O-SBR系统深度脱氮。通过FA与FNA对NOB的联合抑制,在A/O反应器中实现了稳定的短程硝化,其中亚硝态氮积累率大与70%。产生的亚硝态氮和硝态氮在SBR中被彻底去除。最终出水氨氮浓度小于2 mg/L,氨氮的去除率为99%。最终出水总氮浓度为26 mg/L,系统总氮去除率接近98%。 为了考察游离氨浓度对城市生活垃圾渗滤液短程硝化的影响,采用“两级UASB- A/O系统”处理城市生活垃圾渗滤液。结果表明,适当的游离氨浓度(大于40 mg/L)可实现稳定的短程硝化,但游离氨浓度很高(大于160 mg/L)会抑制全部的硝化反应,当游离氨浓度降低则会解除这种抑制重新实现稳定的短程硝化。通过对原水进行稀释降低了游离氨浓度,从而得到了稳定的短程硝化,其中氨氮的去除率为98.6%,亚硝态氮积累率为92.17%。可见,游离氨是实现和维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素。 为了考察游离氨(free ammonia,FA)、游离亚硝酸(free nitrite acid,FNA)和温度何为垃圾渗滤液短程硝化的主要影响因素,采用“两级UASB - A/O系统”处理实际城市生活垃圾渗滤液。试验共经历3个阶段即高温无短程硝化,高温实现并维持稳定短程硝化、低温实现并维持稳定短程硝化。结果表明,FA是影响短程硝化的决定因素。适当的FA浓度(1 mg/L～30 mg/L)可实现并维持稳定的短程硝化,如在阶段2中亚硝态氮积累率为93%,氨氮的去除率为99%。但FA在250 mg/L会抑制全部的硝化反应。温度并不是影响短程硝化的关键因素,如果FA在合适范围内,即使降低了10℃(如阶段3在16～18℃),仍然可实现亚硝态氮积累率为88%的短程硝化。当系统内pH值很高(大于8.5),FNA对短程硝化的影响可忽略不计。可见,FA是实现和维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的主要影响因素。 针对C/N比低的晚期垃圾渗滤液,实现短程硝化脱氮和厌氧氨氧化脱氮工艺的结合,达到深度脱氮的目的。采用两级UASB-A/O-SBR系统深度脱氮,在A/O反应器中通过FA对NOB的选择性抑制实现短程硝化脱氮进而产生亚硝态氮,A/O反应器出水回流到UASB1,其中的亚硝态氮与原水中的氨氮在UASB1中发生厌氧氨氧化去除部分氨氮,从而避免了在A/O反应器中高浓度氨氮对硝化反应的抑制。试验结果表明,A/O反应器出水氨氮浓度仅为15 mg/L,亚硝态氮积累率为87.5%。A/O反应器出水进入到SBR中,同时加入8.5 g无水乙酸钠做为碳源进行反硝化,4 h反硝化结束。最终出水总氮仅为29 mg/L,氨氮也只有7 mg/L,亚硝态氮和硝态氮都还剩不到1 mg/L。因此,在整个系统中通过厌氧段的厌氧氨氧化反应和好氧段A/O反应器中的短程硝化以及后续的SBR最终反硝化脱氮,使得整个系统的氨氮和总氮去除率都接近100%,通过多种工艺的组合,在投加碳源最少的情况下实现了垃圾渗滤液氮的高效和深度去除。