高氮渗滤液缺氧厌氧UASBSBR工艺低温深度脱氮孙洪伟

中国环境科学2009,29(2)：207~212ChinaEnvironmentalScience高氮渗滤液缺氧/厌氧UASB-SBR工艺低温深度脱氮孙洪伟1,彭永臻1*,时晓宁1,张树军1,杨庆1,陈莹2(1.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；2.四川大学建筑与环境学院,四川成都610065)摘要：在低温条件下,采用缺氧/厌氧UASB-SBR组合工艺处理实际垃圾填埋场渗滤液.结果表明,该工艺可实现有机物和氮的同步、深度去除.在进水COD平均为11950.2mg/L,NH4+-N为982.7mg/L的条件下,出水分别为390.1mg/L和2.9mg/L,去除率分别为96.7%和99.7%.同时,缺氧UASB1反应器的昀大COD负荷达到13kg/(m3⋅d),昀大COD去除速率为12.39kg/(m3⋅d),具有高效缺氧反硝化和高效厌氧降解有机物反应的双重功效,在SBR反应器的缺氧段和缺氧UASB,反应器内获得了99%以上的反硝化率.对于冬季水温分别为14.9,14.1,13.5,11.05℃的低温条件下,SBR反应器实现了完全硝化和反硝化,出水TN分别为4.1,5.7,14.1,16.5mg/L,达到了深度脱氮的目的.此外,在上述温度范围内,温度对反硝化速率(rN)的影响大于对硝化速率(rDN)的影响,rN/rDN比值相对恒定.关键词：垃圾渗滤液；缺氧/厌氧UASB-SBR；深度脱氮；低温中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2009)02-0207-06Biologicaladvancednitrogenremovalfromlandfillleachateofhighconcentrationnitrogenbyanoxic/anaerobicUASB-sequencingbatchreactor(SBR)atlowtemperature.SUNHong-wei1,PENGYong-zhen1*,SHIXiao-ning1,ZHANGShu-jun1,YANGQing1,CHENYing2(1.KeyLaboratoryofBeijingWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China；2.CollegeofArchitectureandEnvironment,SichuanUniversity,Chengdu610065,China).ChinaEnvironmentalScience,2009,29(2)：207~212Abstract：Thetreatmentofrealleachatefrommunicipallandfillwithhighchemicaloxygendemand(COD)andammonianitrogen(NH4+-N)contentwasinvestigatedbyusinglab-scaleanoxic/anaerobicup-flowanaerobicsludgebed(UASB)-sequencingbatchreactor(SBR)combinedprocess.CODandnitrogeneffectivelywasremovedsimultaneouslyandeffectivelybythebiologicalsystem,averageCODandNH4+-Nofinfluentcouldbereducedfrom11950.2mg/Land982.7mg/Lto390.1mg/Land2.9mg/L,respectively.ThemaximumorganicloadingrateofanoxicUASBreactorreached13kg/(m3·d),andthemaximumorganicremovalratewas12.39kg/(m3·d).DenitrificationefficiencyintheanoxicphaseofSBRandintheanoxicUASBwasabove99%.Underthelowerwatertemperatureconditionsat14.9,14.1,13.5and11.05inwinter,completenitrificationanddenitrificationwasachievedinSBRreactor,th℃eeffluentTNwasbelow16.5mg/L.Inaddition,itwasalsoindicatedtheinfluenceoftemperaturewasgreaterfordenitrificationrate(rDN)thanfornitrificationrate(rN),however,therN/rDNratiowasrelativelyconstantinacertaintemperaturerange.Keywords：landfillleachate；anoxic/anaerobicUASB-SBR；advancednitrogenremoval；lowtemperature垃圾渗滤液是一种成分非常复杂的高浓度有机废水,高氨氮和高有机物是其重要的水质特征,给处理带来困难[1].由于生物脱氮可实现真正意义的氮去除,而非“污染转嫁”,因此该法是目前处理垃圾渗滤液经济、有效、应用广泛的方法.传统生物脱氮包括硝化(NH4+-N→NO3--N)和反硝化(NO3--N→N2)两个过程[2].硝化是以羟氨为中间产物,氨氧化菌(AOB)首先将氨氮氧化为NO2--N,进而被亚硝酸氧化菌(NOB)氧化为NO3--N.反硝化是在硝酸盐还原酶(NaR)、亚硝酸盐还原酶(NiR)、一氧化氮还原酶(NOR)和一氧化二氮还原酶(N2OR)的作用下,NO3--N逐步还原为NO2--N,NO,N2O,昀终还原为N2[3].由于渗滤液内的高氨氮所形成的游离氨对硝化菌的活性收稿日期：2008-07-15基金项目：国家“863”项目(2006AA06Z319);国家自然科学基金资助项目(50778005)*责任作者,教授,[e-mail]208中国环境科学29卷产生强烈的抑制作用,使硝化作用无法进行[4].同时,硝化反硝化作用受温度的影响较大,当温度低于15℃时,硝化、反硝化速率明显降低,当温度在10℃以下时,反硝化作用将停止[5].鉴于上述原因,本研究针对实际垃圾填埋场渗滤液,采用缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统,力求实现高氨氮、高浓度有机物的同步、深度去除;低温条件下,实现SBR系统的深度脱氮;并定量研究温度对硝化速率(rN)和反硝化速率(rDN)的影响.1材料与方法1.1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埋场一个运行3年的渗滤液区,其水质特征见表1.表1渗滤液的物化特性Table1Thecharacteristicoflandfillleachate物理指标数值有机物指标数值氮指标数值pH值7.1~8.5COD(mg/L)7856~22500TN(mg/L)838~1390TS(mg/L)15800TOC(mg/L)3100~3700NH4+-N(mg/L)738~1287TSS(mg/L)3200TIC(mg/L)318~237NO3--N(mg/L)2.6~9.6色度臭味500~750,深褐色臭味等级为4级TC(mg/L)3450~4010NO2--N(mg/L)1.0~2.61.2试验装置及运行缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统由分建式的缺氧UASB、厌氧UASB和好氧SBR反应器组成(图1).排水阀出水回流泵原水箱气体流量计气体流量计碱液吸收器UASB2SBR反应器中间水箱进水泵气泵内循环泵进水泵UASB1内循环泵图1缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统示意Fig.1Schematicdiagramofanoxic/anaerobicUASB-SBRbiologicalsystem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.由于两级UASB采用连续进水方式,而SBR为间歇进水,因此在两者之间设容积为25L的中间水箱.缺氧/厌氧反应器分别为2个上流式厌氧污泥床UASB1,UASB2,材质为有机玻璃.UASB1上部分内径、外径和高度分别为70,80,400mm,下部分内径、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.UASB2反应器的内径、外径和高度分别为70,80,1350mm,有效容积为5L.SBR反应器的材质为有机玻璃,容积为9L,采用鼓风曝气.通过水浴加热方式控制UASB1,UASB2水温分别在(30±2)℃和(35±2).SBR℃反应器在室温下运行.渗滤液通过蠕动泵从原水水箱与按一定比例回流的SBR硝化出水一起进入UASB1反应器,进行缺氧、厌氧反应.UASB1的出水进入UASB2反应器,主要进行厌氧反应,进一步去除污水中有2期孙洪伟等：高氮渗滤液缺氧/厌氧UASB-SBR工艺低温深度脱氮209机物.经过两级UASB处理的渗滤液进入SBR,完成生物脱氮的硝化-反硝化生物反应以及残余有机物的去除.为了达到充分利用原水的有机碳源及对原水进行稀释2个目的,SBR反应器采用两种模式交替运行.模式A:静态进水→曝气反应→静沉→出水回流.模式B:静态进水→曝气反应→缺氧搅拌(投加碳源)→静沉、排水.1.3水样测定从反应器内取100mL水样,用0.45μm微孔滤膜过滤,滤纸残余物在105℃烘至恒重,冷却后测量MLSS浓度.而后在600℃的马弗炉内烘至恒重,冷却后测量MLVSS浓度.过滤的水样中NH4+-N,NO3--N,NO2--N,COD,碱度等水质指标均采用国家规定的标准方法.TN,TON,TC,TOC,TIC通过TN/TOC分析仪(MultiN/C3000,德国耶拿)测定.采用WTW测定仪及相应探针监测液相内DO,氧化还原电位ORP,pH值.1.4接种污泥UASB1,UASB2反应器接种的厌氧颗粒污泥取自哈尔滨啤酒污水处理厂.好氧SBR的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,反应器内的MLSS控制为2500mg/L,污泥体积指数(SVI)为116.在试验过程中,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2.1缺氧/厌氧UASB-SBR系统的有机物去除特性系统内COD的变化规律如图2所示.整个试验期间,UASB1反应器的平均有机负荷为11.95kg/(m3⋅d),其中昀大COD负荷达12.85kg/(m3⋅d),昀大有机负荷去除率为12.39kg/(m3⋅d).同时UASB1出水COD平均值为939.5mg/L,去除率达到77.4%,高于文献所报道的值[6-7].对于UASB1反应器,采用SBR硝化液回流的方式,对原水既有一定的稀释作用,又可使富含NOx--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.由图2可见,UASB1的进水COD较渗滤液原液(Raw)相比有较大幅度的降低,这是由于回流水的稀释作用.反应器内COD的去除由两部分完成,一部分为厌氧生物降解作用;另一部分是作为回流水中硝态氮反硝化碳源.可采用2种方式来确定反硝化去除COD的量.根据Randall等[8]研究,计算出还原硝态氮所去除的COD约占6.8%~9.6%,其余93.2%~90.4%为厌氧生物降解作用去除;根据McCarty等[9]提出的反硝化化学剂量关系式,得出还原硝态氮所去除的COD约占5.5%~6.6%,其余94.5%~93.4%为厌氧生物降解作用去除.RawUASB1iUASB1eUAS