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书书书 第６０卷 第１１期 化 工 学 报 Ｖｏｌ．６０ Ｎｏ．１１ ２００９年１１月 ＣＩＥＳＣ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００９檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐研究论文单一缺氧／厌氧犝犃犛犅同步反硝化产甲烷与犃／犗组合工艺处理实际晚期渗滤液孙洪伟，王淑莹，时晓宁，张树军，杨 庆，彭永臻（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：以实际高氮晚期渗滤液为研究对象，应用缺氧／厌氧ＵＡＳＢＡ／Ｏ组合工艺重点研究有机物和氮的去除特性，同时考察了Ａ／Ｏ系统内短程硝化实现途径及稳定方法。试验结果表明，该生化系统可实现有机物和氮的同步、深度去除。在原液ＣＯＤ平均为６５３７ｍｇ·Ｌ－１，ＮＨ＋４Ｎ为２０２１ｍｇ·Ｌ－１的条件下，系统最终出水分别为３００ｍｇ·Ｌ－１和１５．６ｍｇ·Ｌ－１，去除率分别为９５．４％和９９．２％。ＵＡＳＢ反应器的平均ＣＯＤ负荷为６．５ｋｇＣＯＤ·ｍ－３·ｄ－１，去除速率为５．３ｋｇＣＯＤ·ｍ－３·ｄ－１。在单一ＵＡＳＢ反应器内，发生了缺氧反硝化和厌氧产甲烷的双重生化反应，ＵＡＳＢ反应器内获得了几乎１００％的反硝化率。通过高游离氨（ＦＡ）和游离亚硝酸（ＦＮＡ）的协同作用，使Ａ／Ｏ反应器实现并维持了稳定的短程硝化，通过９９％以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除。关键词：垃圾渗滤液；同步反硝化产甲烷；生物脱氮；短程硝化；游离氨；游离亚硝酸中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２００９）１１－２８９１－０６犛犻狀犵犾犲犪狀狅狓犻犮／犪狀犪犲狉狅犫犻犮犝犃犛犅狊犻犿狌犾狋犪狀犲狅狌狊犱犲狀犻狋狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀犪狀犱犿犲狋犺犪狀狅犵犲狀犲狊犻狊犮狅犿犫犻狀犲犱狑犻狋犺犃／犗犳狅狉狋狉犲犪狋犿犲狀狋狅犳狉犲犪犾犾犪狀犱犳犻犾犾犾犲犪犮犺犪狋犲犛犝犖犎狅狀犵狑犲犻，犠犃犖犌犛犺狌狔犻狀犵，犛犎犐犡犻犪狅狀犻狀犵，犣犎犃犖犌犛犺狌犼狌狀，犢犃犖犌犙犻狀犵，犘犈犖犌犢狅狀犵狕犺犲狀（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：Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｒｅａｌｌｅａｃｈａｔｅｆｒｏｍｍｕｎｉｃｉｐａｌｌａｎｄｆｉｌｌｗｉｔｈｈｉｇｈａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＮＨ＋４Ｎ）ｃｏｎｔｅｎｔｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌａｂｓｃａｌｅａｎｏｘｉｃ／ａｎａｅｒｏｂｉｃｕｐｆｌｏｗａｎａｅｒｏｂｉｃｓｌｕｄｇｅｂｅｄ（ＵＡＳＢ）Ａ／Ｏ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｃｈｉｅｖｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｐａｒｔｉａｌｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＡ／Ｏｒｅａｃｔｏｒｗａｓａｌｓｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｃｌｅａｒｌｙｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＣＯＤａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｃａｎｂｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｄｅｅｐｌｙｒｅｍｏｖｅｄｗｉｔｈｔｈｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ａｖｅｒａｇｅＣＯＤａｎｄＮＨ＋４Ｎｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍ６５３７ｍｇ·Ｌ－１ａｎｄ２０２１ｍｇ·Ｌ－１ｉｎｔｈｅｒａｗｌｅａｃｈａｔｅｔｏ３００ｍｇ·Ｌ－１ａｎｄ１５．６ｍｇ·Ｌ－１，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＦｏｒｔｈｅａｎｏｘｉｃＵＡＳＢｒｅａｃｔｏｒ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｒａｔｅｒｅａｃｈｅｓｔｏ６．５ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１，ａｎｄｉｔｓａｖｅｒａｇｅｏｒｇａｎｉｃｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｉｓ５．３ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１．ＴｈｅｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓａｒｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｃｏｎｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅＵＡＳＢｒｅａｃｔｏｒ，ａｎｄａｌｍｏｓｔ１００％ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ．ＡｓｔａｂｌｅａｎｄｌｏｎｇｔｅｒｍｐａｒｔｉａｌｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｔｈｅｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｆＦＡａｎｄＦＡＮ，ｔｈｅａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｈａｓｂｅｅｎｒｅｍｏｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｈｉｇｈｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｐａｒｔｉａｌｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈａｂｏｖｅ９９％ｎｉｔｒｉｔｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｒａｔｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ；ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌ；ｐａｒｔｉａｌｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＦＡ；ＦＮＡ ２００９－０４－０７收到初稿，２００９－０７－２７收到修改稿。联系人：王淑莹。第一作者：孙洪伟（１９７６—），男，博士研究生，讲师。基金项目：北京市自然科学基金重点项目（８０９１００１）；国家自然科学基金项目（５０８０８００４）。 犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００９－０４－０７．犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：ＷＡＮＧＳｈｕｙｉｎｇ，ｗｓｙ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀犻狋犲犿：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＫｅｙＰｒｏｇｒａｍｏｆＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＢｅｉｊｉｎｇ（８０９１００１）ａｎｄｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（５０８０８００４）． 引 言垃圾渗滤液由于其高有机物、高氨氮和低Ｃ／Ｎ比等独特、复杂的水质给处理带来困难［１］。研究表明［２３］，厌氧／好氧组合工艺能够同步去除渗滤液内有机物和氨氮，是被推荐广泛应用的方法。该方法是将厌氧反应（产甲烷去除有机物）和好氧反应（硝化作用去除氨氮）分别在各自反应器内单独完成，既能充分发挥厌氧法去除高浓度有机物和好氧脱氨的各自独特优势，又可避免有机物对后续好氧硝化的抑制作用。对于厌氧好氧系统，代表性研究为以下两方面：①Ｐｅｎｇ等［４］采用两级ＵＡＳＢＡ／Ｏ系统实现渗滤液短程生物脱氮，但其缺氧反应（ＮＯ－２Ｎ还原成Ｎ２）和降解有机物（厌氧产甲烷）是分别在两级ＵＡＳＢ内单独完成，如能在单一ＵＡＳＢ内实现同步反硝化产甲烷，将会较大程度发挥ＵＡＳＢ的功效；②Ｉｍ等［５］采用厌氧好氧生化系统处理垃圾渗滤液，在单一ＵＡＳＢ反应器内实现了同步反硝化产甲烷，但其好氧反应器通过全程生物硝化实现氨氮去除，如能实现短程硝化，将显著改善系统的特性。此外，文献报道较多试验用水均为人工模拟废水，与实际垃圾渗滤液较大的水质差异导致研究缺乏重要的应用价值。鉴于上述原因，本文针对实际垃圾填埋场晚期渗滤液，采用缺氧／厌氧ＵＡＳＢＡ／Ｏ生化系统，力求实现高氨氮、高浓度有机物的同步、深度去除；同时考察Ａ／Ｏ系统内短程硝化实现途径及稳定方法。１ 材料与方法１１ 垃圾渗滤液水质本试验所用垃圾渗滤液取自北京六里屯垃圾填表１ 渗滤液的水质特性犜犪犫犾犲１ 犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狅犳犾犪狀犱犳犻犾犾犾犲犪犮犺犪狋犲ＩｔｅｍＲａｎｇｅＡｖｅｒａｇｅｐＨ７．８—８．９８．３ＣＯＤ／ｍｇ·Ｌ－１１０３８—８０９１５６３１ＴＮ／ｍｇ·Ｌ－１１００５—２４４４２１４０ＮＨ＋４Ｎ／ｍｇ·Ｌ－１８９０—２３６０１８６３ＮＯ－３Ｎ／ｍｇ·Ｌ－１０．８—１０．５５．６ＮＯ－２Ｎ／ｍｇ·Ｌ－１０．２—１６．３２．０埋场，其水质特征见表１。１２ 试验装置及运行程序采用缺氧／厌氧ＵＡＳＢＡ／Ｏ生化系统处理垃圾渗滤液，该系统由缺氧／厌氧ＵＡＳＢ、Ａ／Ｏ反应器、二沉池顺序连接组成。系统试验装置如图１所示。原水箱由不锈钢制成，外裹敷保温材料，容积为５０Ｌ。水箱中间为内径１５０ｍｍ的水浴加热区，容积为１０Ｌ。缺氧／厌氧ＵＡＳＢ反应器为上流式厌氧污泥床，材质为有机玻璃。ＵＡＳＢ上部分的内径、外径和高度分别为７０、８０、４００ｍｍ，下部分的内径、外径和高度分别为４０、５０、１０００ｍｍ。上、下部分由５０ｍｍ高的圆台形有机玻璃管连接，有效容积为３Ｌ。Ａ／Ｏ反应器由有机玻璃构成，有效容积为１０Ｌ，均分为５格室，第１格室为Ａ池，采用鼓风曝气。ＵＡＳＢ通过水浴加热方式控制水温在（３０±２）℃，Ａ／Ｏ反应器在室温下运行。渗滤液从原水水箱通过蠕动泵与按一定比例回流的系统最终出水一起进入ＵＡＳＢ反应器，进行缺氧、厌氧反应。ＵＡＳＢ的出水与Ａ／Ｏ内循化回流的硝化液进入Ａ／Ｏ反应器，在Ａ池进行反硝化，然后在好氧池完成硝化反应。采用系统出水回流至缺氧／厌氧ＵＡＳＢ反应器的方式，对原渗滤液既有一定图１ 缺氧／厌氧ＵＡＳＢＡ／Ｏ生化系统Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｎｏｘｉｃ／ａｎａｅｒｏｂｉｃＵＡＳＢＡ／Ｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ ·２９８２·化 工 学 报 第６０卷 的稀释作用，又可使富含ＮＯ－狓Ｎ的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化，实现生物脱氮及有机物降解的双重目的，因而减轻了后续处理构筑物的负担。１３ 水样测定从反应器内取１００ｍｌ水样，用０．４５μｍＭｉｌｌｉｐｏｒｅｆｉｌｔｅｒ过滤，滤纸残余物在１０５℃的烘箱内烘至恒重，冷却后测量ＭＬＳＳ浓度。然后在６００℃的马弗炉内烘至恒重，冷却后测量ＶＳＳ浓度。过滤的水样中ＮＨ＋４Ｎ、ＮＯ－３Ｎ、ＮＯ－２Ｎ、ＣＯＤ、碱度等水质指标均采用国家规定的标准方法［６］。ＴＮ、ＴＯＮ、ＴＣ、ＴＯＣ、ＴＩＣ通过ＴＮ／ＴＯＣ分析仪（ＭｕｌｔｉＮ／Ｃ３０００，德国耶拿）测定。采用ＷＴＷ测定仪监测液相内ＤＯ、ＯＲＰ、ｐＨ值。１４ 接种污泥ＵＡＳＢ反应器接种的厌氧颗粒污泥取自哈尔滨啤酒污水处理厂。Ａ／Ｏ反应器接种污泥取自本实验室处理生活污水氧化沟内有良好生物脱氮除磷性能的活性污泥，经过一段时间的驯化，逐步培养适宜于降解垃圾渗滤液废水的“成熟”活性污泥。２ 结果与讨论２１ 缺氧／厌氧犝犃犛犅犃／犗系统的有机物去除特性 ＣＯＤ在系统内的变化规律如图２所示。试验共进行１１３ｄ，ＵＡＳＢ反应器的平均有机负荷为６．５ｋｇＣＯＤ·ｍ－３·ｄ－１，平均去除速率为５．３ｋｇＣＯＤ·ｍ－３·ｄ－１。图２ ＣＯＤ在缺氧／厌氧ＵＡＳＢＡ／Ｏ系统内的变化规律Ｆｉｇ．２ ＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＣＯＤｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎａｎｏｘｉｃ／ａｎａｅｒｏｂｉｃＵＡＳＢＡ／ＯｓｙｓｔｅｍＣＯＤ在ＵＡＳＢ反应器内去除由厌氧产甲烷和缺氧反硝化两种生化反应共同完成，两者的平均贡献大小分别为３５．４％和６４．６％。ＵＡＳＢ出水有机物在Ａ／Ｏ中实现进一步去除，出水ＣＯＤ浓度为３００ｍｇ·Ｌ－１，ＣＯＤ在Ａ／Ｏ反应器内的去除也是由两部分完成，一是作为Ａ／Ｏ反应器回流污泥中ＮＯ－狓Ｎ反硝化所需碳源（在Ａ池进行），另一部分为好氧生物降解作用（在Ｏ池进行）。可以看出，Ａ／Ｏ出水中的有机物基本上难生物降解。计算得出，ＵＡＳＢ、Ａ／Ｏ和系统对有机物去除贡献大小分别为８１．１％、１４．３％和９５．４％。因此，在系统原液ＣＯＤ为４７８５～８０９１ｍｇ·Ｌ－１时，最终出水ＣＯＤ在７２～５８２ｍｇ·Ｌ－１波动，平均去除率为９５．４％，实现了有机物的高效、深度去除。２２ 氮在缺氧／厌氧犝犃犛犅犃／犗系统内的转化氮在ＵＡＳＢＡ／Ｏ生化系统内的转化规律如图３所示。（ａ） （ｂ）图３ 氮在ＵＡＳＢＡ／Ｏ生化系统内的转化规律Ｆｉｇ．３ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎａｎｏｘｉｃ／ａｎａｅｒｏｂｉｃＵＡＳＢＡ／ＯｓｙｓｔｅｍＲａｗ—ｒａｗｌｅａｃｈａｔｅ；ＵＡＳＢｉ—ＵＡＳＢｉｎｆｌｕｅｎｔ；ＵＡＳＢｅ—ＵＡＳＢｅｆｆｌｕｅｎｔ；Ａｎｏｘｉｃ—ａｎｏｘｉｃｚｏｎｅｏｆＡ／Ｏ；Ｏｘｉ１～Ｏｘｉ４—ｆｏｕｒａｅｒｏｂｉｃｚｏｎｅｏｆＡ／