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针对低碳高氮老龄化垃圾渗滤液中难降解有机物和高浓度氮去除的难点问题,以开发高效、低能耗的老龄化垃圾渗滤液处理技术为目标,提出了垃圾渗滤液中难降解有机物与氮同步去除技术,研究得出了难降解有机物和氮同步去除微生物系统快速构建的方法,并对HRT、pH、碱度、ORP、硝氮负荷和温度等因素对处理效能的影响进行了系统研究,得出了反应器的关键控制参数。同时,通过难降解苯、甲苯与硝酸盐氮共基质的降解试验,探讨了难降解有机物与硝酸盐氮同步去除的机理,对生物处理前后渗滤液分子量分布及官能团结构变化的监测,分析了难降解有机物的降解途径。此外,对反应器内微生物相及细菌微观结构进行了研究。得出主要结论如下:
①难降解有机物及硝酸盐氮的同步去除反应器启动试验结果表明:反应器采用接种1/2驯化污泥方式较采用脱水污泥直接驯化方式启动速度快。COD去除率达到45%时,启动时间缩短了26天。
②难降解有机物与氮同步去除效能影响因素试验结果表明:HRT、pH、温度、硝氮负荷及进水亚氮浓度对同步去除效能影响显著。最佳工况参数为,HRT为1d、温度为30℃、pH为7.0、ORP为160mv左右、碱度为540mgCaCO3/L左右、硝氮负荷为0.10kgNO3--N/(m3·d)。最佳工况下COD与NO3--N去除率分别为53.68%和71.52%。
③难降解有机物与氮降解的同步性试验结果表明:难降解有机物和硝酸盐氮存在显著的同步降解性。苯和甲苯与硝酸盐氮共基质时,微生物对难降解的苯和甲苯的降解率均比单一基质存在时提高了50%左右;NO3--N去除率在74.19%~85.12%之间。
④难降解有机物降解分子量变化规律试验结果表明:渗滤液进、出水的各级分子量分布(以TOC表征)差别比较显著。进水主要集中在5K~10K之间,分子量在0.22μm~0.45μm、10K~0.22μm和5K~10K之间的,占总分子量的比例分别为2.35%、15.10%和80.72%;出水分布相对较均匀,主要集中在10K~0.22μm、5~10K和小于500Da,在0.22μm~0.45μm、10K~0.22μm、5K~10K、500Da~5K和小于500Da之间的分子量,分别占总分子量的3.87%、36.98%、20.78%、10.64%和24.37%。
⑤难降解有机物去除官能团变化研究结果表明:生物系统进出水红外光谱图差别显著。进水中有机物种类多于出水,水质复杂,主要由含有芳环结构的物质和卤代烃构成,出水有机质主要由溶解性有机质(如腐殖酸、富里酸等)和醇类构成。各级出水的有机质官能团和分子结构组成基本相似,只是含量发生了变化。
⑥细菌生物相及污泥微观结构分析结果表明:一级反应器污泥絮体厚而密实,大量细菌呈球状或短杆状,少量细菌呈圆饼状,菌胶团形状不规则,但结构紧密;二、三级反应器污泥菌胶团结构较松散,细菌多为体积较小的球菌和部分短杆菌,有部分芽孢出现。
研究为垃圾渗滤液中难降解有机物和氮的同步去除工艺的开发提供了支持,为开发低投资、低成本的老龄化垃圾渗滤液处理开辟了一条新的技术途径,研究具有重要的实用价值和现实意义。