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书书书 第６１卷 第１期 化 工 学 报 Ｖｏｌ．６１ Ｎｏ．１ ２０１０年１月 ＣＩＥＳＣ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１０檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐研究论文犉犃与犉犖犃对两级犝犃犛犅犃／犗处理垃圾渗滤液短程硝化的影响刘 牡，彭永臻，吴莉娜，王 燕，杨莹莹（北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室，北京１００１２４）摘要：采用两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ组合工艺处理实际高氨氮城市生活垃圾渗滤液，在获得稳定的有机物与氮同步去除的前提下，重点考察游离氨（ＦＡ）与游离亚硝酸（ＦＮＡ）对短程硝化稳定性的影响。在ＵＡＳＢ１中进行反硝化同时产甲烷以去除部分ＴＮ和部分ＣＯＤ，在ＵＡＳＢ２通过产甲烷进一步去除ＣＯＤ，在Ａ／Ｏ反应器中主要实现高氨氮的短程去除和剩余ＣＯＤ的降解。试验共进行１０４ｄ，历经短程硝化稳定、破坏和恢复３个阶段。结果表明，当最小ＦＡ浓度控制在３．１ｍｇ·Ｌ－１以上时，系统可维持稳定的短程硝化，ＮＨ＋４Ｎ去除率、ＮＯ－２Ｎ积累率、ＴＮ去除率分别可达到９９％、９５％和８６％。当ＦＡ浓度小于０．６ｍｇ·Ｌ－１时，在原水碱度充足且过曝气的条件下，仅依靠ＦＡ对ＮＯＢ的抑制作用，难于维持短程硝化，ＮＯ－２Ｎ积累率下降到２９％。前两阶段的ＦＮＡ浓度均低于０．０１１ｍｇ·Ｌ－１，没有对ＮＯＢ起到抑制作用，而在第３阶段，ＦＡ浓度仍维持在较低浓度，但系统ＦＮＡ浓度通过降低ｐＨ值而大幅度提高（最大值为０．４１４ｍｇ·Ｌ－１），从而利用ＦＡ和ＦＮＡ的协同抑制作用迅速恢复并维持短程硝化，ＮＯ－２Ｎ积累率升高到９２％。可见ＦＡ与ＦＮＡ是实现并维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素。关键词：垃圾渗滤液；短程硝化；游离氨；游离亚硝酸；抑制作用中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２０１０）０１－０１７２－０８犈犳犳犲犮狋狅犳犉犃犪狀犱犉犖犃狅狀狊犺狅狉狋犮狌狋狀犻狋狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳犾犪狀犱犳犻犾犾犾犲犪犮犺犪狋犲犻狀狋狑狅狊狋犪犵犲犝犃犛犅犃／犗狊狔狊狋犲犿犔犐犝犕狌，犘犈犖犌犢狅狀犵狕犺犲狀，犠犝犔犻狀犪，犠犃犖犌犢犪狀，犢犃犖犌犢犻狀犵狔犻狀犵（犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犅犲犻犼犻狀犵犠犪狋犲狉犙狌犪犾犻狋狔犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犠犪狋犲狉犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犚犲犮狅狏犲狉狔犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犅犲犻犼犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犅犲犻犼犻狀犵１００１２４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＡｌａｂｓｃａｌｅｔｗｏｓｔａｇｅＵＡＳＢＡ／Ｏｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｒｅｅａｍｍｏｎｉａ（ＦＡ）ａｎｄｆｒｅｅｎｉｔｒｉｔｅａｃｉｄ（ＦＮＡ）ｏｎｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｕｎｉｃｉｐａｌｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｒｉｃｈｉｎａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＮＨ＋４Ｎ）ｏｎｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｔｈａｔｔｈｅＣＯＤａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｗｅｒｅｒｅｍｏｖｅｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．ＴｈｅｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎＵＡＳＢ１ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｆｏｒｔｈｅｐａｒｔｉａｌｒｅｍｏｖａｌｏｆＴＮａｎｄＣＯＤ．ＴｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔＣＯＤｏｆＵＡＳＢ１ｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｒｅｍｏｖｅｄｉｎｔｈｅＵＡＳＢ２ｂｙｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ．Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＮＯ－狓ＮｉｎｔｈｅｒｅｔｕｒｎｅｄｓｌｕｄｇｅｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌＣＯＤａｎｄｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅＡ／Ｏｒｅａｃｔｏｒ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｔｈｒｅｅｓｔａｇｅｓｉｎ１０４ｄ：ｔｈｅｓｔａｂｌｅｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄａｍａｇｅｄｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｅｄｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｌｏｗｅｓｔＦＡｗａｓａｂｏｖｅ３．１ｍｇ·Ｌ－１ｔｈｅｓｔａｂｌｅ ２００９－０７－２１收到初稿，２００９－０８－１４收到修改稿。联系人：彭永臻。第一作者：刘牡（１９８６—），男，硕士研究生。基金项目：国家自然科学基金项目（５０９７８００３）；北京市自然科学基金重点项目（８０９１００１）；北京市教委科技创新平台项目（ＰＸＭ２００８０１４２０４０５０８４３）。 犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００９－０７－２１．犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：Ｐｒｏｆ．ＰＥＮＧＹｏｎｇｚｈｅｎ，ｐｙｚ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀犻狋犲犿：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（５０９７８００３），ｔｈｅＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＢｅｉｊｉｎｇ（８０９１００１）ａｎｄｔｈｅＰｒｏｊｅｃｔｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＢａｓｅａｎｄＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＰｌａｔｆｏｒｍｏｆＢｅｉｊｉｎｇＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ（ＰＸＭ２００８０１４２０４０５０８４３）． ｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅａｃｈｉｅｖｅｄａｎｄＮＨ＋４Ｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＮＯ－２ＮａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄＴＮｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｅｒｅ９９％，９５％ａｎｄ８６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＷｈｅｎｔｈｅＦＡｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ０．６ｍｇ·Ｌ－１ｗｉｔｈｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔａｌｋａｌｉｎｉｔｙａｎｄｅｘｔｅｎｄｅｄａｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒａｔｉｏｎｗａｓｄａｍａｇｅｄｒａｐｉｄｌｙａｎｄＮＯ－２Ｎａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏ２９％ｄｕｅｔｏｔｈｅｗｅａｋｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆｌｏｗＦＡｏｎＮＯＢ．ＦＮＡｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ０．０１１ｍｇ·Ｌ－１ａｔｐｒｅｖｉｏｕｓｔｗｏｓｔａｇｅｓ，ｗｈｉｃｈｌｅｄｔｏｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｎＮＯＢ．ＷｈｉｌｅＦＮＡｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙｉｎｔｈｅ３ｒｄｓｔａｇｅ（ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＦＮＡｗａｓ０．４１４ｍｇ·Ｌ－１）ｂｙｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｐＨ，ｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｒｅｃｏｖｅｒｅｄｓｏｏｎａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｅｄａｎｄＮＯ－２Ｎａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏ９２％ｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｆＦＡａｎｄＦＮＡ．Ｉｎｂｒｉｅｆ，ＦＡａｎｄＦＮＡｗｅｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓｔｏａｃｈｉｅｖｅａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｎｉｃｉｐａｌｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ；ｓｈｏｒｔｃｕｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｒｅｅａｍｍｏｎｉａ；ｆｒｅｅｎｉｔｒｉｔｅａｃｉｄ；ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ引 言垃圾渗滤液成分非常复杂且难于处理，是地下水最重要的污染源。渗滤液中的污染物组成和浓度取决于填埋场的环境条件、填埋年限等因素［１］。早期渗滤液含有相对高浓度较易降解的有机物，晚期渗滤液中含有相对低浓度且可生化性差的有机物，但两者均属于高氨氮废水［２］。应用物化法处理渗滤液有处理工艺简单、对温度和污染物浓度的适应范围大等优点，但是物化法处理的能源消耗和后续处理费用都比较高［３］。而生物处理法是目前为止，最为经济、实用的处理方法，使用厌氧好氧生化系统对渗滤液进行生物法处理以去除有机物和氨氮是可行的［４］，其中如何有效地去除高氨氮，同时在碳源缺乏的情况下提高总氮去除率是生物法处理渗滤液的重点和难点。与全程硝化相比，短程硝化可以减少２５％的能耗，节省４０％的有机碳源（ＣＯＤ／ＴＫＮ＞２．５即可）［５６］，缩短约４．３倍的反应历程［７］，可见实现稳定的短程硝化与反硝化是提高渗滤液生物处理效率的有效途径。为维持短程硝化，必须降低亚硝酸盐氧化速率，提高氨氧化速率，其影响因素包括：ｐＨ值、溶解氧、温度、污泥停留时间、游离氨（ｆｒｅｅａｍｍｏｎｉａ，ＦＡ）和游离亚硝酸（ｆｒｅｅｎｉｔｒｉｔｅａｃｉｄ，ＦＮＡ），其中ＦＡ与ＦＮＡ是重要的影响因素［８］。ＦＡ和ＦＮＡ对硝化反应速率的影响是通过对氨氧化菌（ａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄｉｚｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ，ＡＯＢ）和亚硝酸盐氧化菌（ｎｉｔｒｉｔｅｏｘｉｄｉｚｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ，ＮＯＢ）的选择性抑制实现的。已有研究表明，ＦＡ对ＮＯＢ的抑制浓度为０．１～１．０ｍｇ·Ｌ－１，对ＡＯＢ的抑制浓度为１０～１５０ｍｇ·Ｌ－１［９］。吴莉娜等［１０］和张树军等［１１］利用缺氧好氧系统处理垃圾渗滤液，结果表明，适当的ＦＡ浓度可以维持稳定的短程硝化，而当ＦＡ浓度在１６０ｍｇ·Ｌ－１左右会抑制全部的硝化反应。Ｃｈｕｎｇ等［１２］在连续流反应器中维持２０ｍｇ·Ｌ－１的ＦＡ浓度，实现了长期稳定的ＮＯ－２Ｎ积累。Ｐｒａｋａｓａｍ等［１３］认为，ＮＯＢ活性受ＦＮＡ抑制的临界浓度是０．０７ｍｇ·Ｌ－１。Ｖａｄｉｖｅｌｕ等［１４］研究表明，当ＦＮＡ浓度分别高于０．０１１ｍｇ·Ｌ－１和０．０２３ｍｇ·Ｌ－１时，ＮＯＢ的活性被部分抑制和完全抑制，而当ＦＮＡ浓度为０．５０～０．６３ｍｇ·Ｌ－１时ＡＯＢ仍具有较高的生物活性。基于上述研究背景，采用两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ组合工艺处理实际高氨氮城市生活垃圾渗滤液，在获得稳定的有机物与氮同步去除的前提下，通过３个阶段的试验重点考察了游离氨与游离亚硝酸对连续流Ａ／Ｏ系统内短程硝化稳定性的影响。１ 试验材料与方法１１ 试验装置及运行条件试验装置如图１所示，由两级ＵＡＳＢ与Ａ／Ｏ反应器组成。ＵＡＳＢ１（一级ＵＡＳＢ）、ＵＡＳＢ２（二级ＵＡＳＢ）和Ａ／Ｏ反应器的有效容积分别为４．２５，８．２５、１５Ｌ，其中Ａ／Ｏ反应器均分为１０个格室，第１格室为缺氧区。渗滤液经两级ＵＡＳＢ进入Ａ／Ｏ反应器，最后到沉淀池，整套反应器串连运行。Ａ／Ｏ反应器的出水回流到ＵＡＳＢ１，对原渗滤液起到稀释作用，并且使回流液中的ＮＯ－狓Ｎ借助原水中丰富的有机碳源进行厌氧反硝化同时产甲烷，以去除部分ＣＯＤ和部分ＴＮ；ＵＡＳＢ２主要通过厌氧产甲烷反应进一步降解ＣＯＤ；在Ａ／Ｏ反应器中利用剩余ＣＯＤ继续反硝化并实现高氨氮的短程去除。·３７１· 第１期 刘牡等：ＦＡ与ＦＮＡ对两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ处理垃圾渗滤液短程硝化的影响图１ 两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ系统流程Ｆｉｇ．１ ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｗｏｓｔａｇｅＵＡＳＢＡ／Ｏｓｙｓｔｅｍ 两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ系统流量为３．５Ｌ·ｄ－１。ＵＡＳＢ１、ＵＡＳＢ２和Ａ／Ｏ反应器的水力停留时间（ＨＲＴ）分别为２９、５６、１０３ｈ。系统处理水回流至ＵＡＳＢ１的回流比为３００％，二沉池污泥回流比为１００％。Ａ／Ｏ反应器中好氧段（第２格室到末格室）溶解氧的变化范围为０．５～５ｍｇ·Ｌ－１；两级ＵＡＳＢ采用预热加保温的方式控制反应温度，ＵＡＳＢ１与ＵＡＳＢ２的温度分别控制在２０～３２℃、３５℃，用加热泵维持Ａ／Ｏ反应器在２４～２６℃。试验期间仅以自然流失和取样形式排泥，系统的污泥泥龄在３５ｄ左右，试验过程中Ａ／Ｏ反应器的污泥浓度维持在３５００～４５００ｍｇ·Ｌ－１。ＵＡＳＢ１和ＵＡＳＢ２的污泥浓度分别为２６０００ｍｇ·Ｌ－１左右和２１０００ｍｇ·Ｌ－１左右。为系统设置取样点如下：原渗滤液（ｒａｗ），ＵＡＳ