垃圾渗滤液生物耦合深度脱氮工艺研究

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填埋场渗滤液的高氨氮特性使得传统生物处理工艺难以对其实现高效低耗脱氮。在氮素污染问题严重,总氮(TN)排放标准日趋严格的情况下,寻找高效低耗的生物脱氮技术势在必行。本研究以某渗滤液处理厂的工艺改造为依托,采用A/O-SBR+EGSB-A/O-MBR+NF组合工艺,开展对垃圾渗滤液进行达标处理中试试验,验证A/O-SBR+EGSB工艺实现短程硝化反硝化脱氮耦合其他工艺处理垃圾渗滤液的可行性。由于中试工艺处理渗滤液需额外碳源才能实现深度脱氮,不够经济性,为进一步提升工艺脱氮性能,构建基于短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化(ANAMMOX)+硫自养反硝化(S0dAD)两级自养深度脱氮小试系统。中试试验调节SBR池pH在6.8~7.8,DO浓度控制在1~1.5 mg/L,稳定进水NH4+-N浓度,亚硝化率能稳定在98%以上。分析启动过程中FNA和FA变化特征,表明SBR反应器实现短程硝化的启动并能保持稳定运行是前期高FA及后期FNA对NOB的交替抑制作用的结果。对SBR池的污泥特性检测分析,短程硝化污泥稳定运行中MLSS和MLSS/MLVSS分别保持5000mg/L、0.4左右,SV30稳定在45%~50%,SVI值在88~100m L/g之间,污泥沉降性能良好,保证了系统稳定的脱氮效果。150天中试运行结果显示,进水渗滤液的TN浓度为(2 091±325)mg/L,NH4+-N浓度(1 857±340)mg/L时,A/O-SBR+EGSB工艺通过外加甲醇的方式可去除系统80%的TN及33%的COD;A/O-MBR工艺去除系统18%的TN和26%的COD,纳滤(NF)系统作为深度处理保障出水,整个工艺系统COD、NH4+-N、TN平均去除率分别达到96%、99.8%和98.7%,最终出水浓度分别为(63.7±18)、(2.9±3.8)、(26±9)mg/L,满足纳管排放标准。氮素平衡分析表明,系统中63.9%的氮素通过短程硝化反硝化路径去除。在水质波动条件下,组合工艺有一定的抗冲击负荷能力,脱氮效果良好。在小试规模下构建短程硝化反硝化-厌氧氨氧化(ANAMMOX)-硫自养反硝化(S0dAD)耦合系统对垃圾渗滤液进行深度脱氮处理,验证各工艺在长期运行过程中的可行性、稳定性和经济性。通过控制曝气时间与观测终点pH相结合的方法对短程硝化反应过程进行判定,实现部分短程硝化,240天的运行过程中亚硝化率稳定在81%左右,出水NO2--N/NH4+-N比稳定在1:1-1.4:1,符合Anammox反应器的进水要求。通过缩短HRT的方式对Anammox反应器进行负荷提升运行了240d,TN平均容积负荷(NLR)高达5.7 kg/(m3·d)时,TN去除率仍在68%以上,反应器脱氮效果稳定良好,分析发现反应器中以Anammox反应为主外,还存在部分异养反硝化共同提高了反应器脱氮能力。通过参数调整发现S0dAD反应器在HRT为4h时去除效果最好,在进水NO3--N浓度为(70.9±4.8)mg/L,TN平均容积负荷达0.69kg/(m3·d)时,NOX--N去除率达97.5%,出水TN平均浓度为19.7mg/L,远小于国标氮排放要求(TN≤40 mg/L),说明耦合S0dAD工艺可以实现稳定深度脱氮。此外,各耦合工艺处理渗滤液的出水急性毒性有所改善,从剧毒降低到中毒,降低了对水体环境的影响,表明各反应器微生物在处理垃圾渗滤液的过程中具有一定耐受性。通过对耦合工艺系统内部脱氮途径的分析计算,得出短程硝化反应过程相比全程硝化,可节约22.5%的供氧量,降低系统曝气动力消耗;厌氧氨氧化反硝化过程相比短程硝化反硝化,耗氧量近少65%,节约100%的外加碳源;S0dAD工艺相对于传统异养反硝化利用甲醇作为电子供体,在理论上能够减少62%的费用,因此耦合工艺对低C/N比、高NH4+-N的废水脱氮处理有可观的经济性。
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