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城市生活垃圾渗滤液含有的高浓度氨氮和有机物尤其难以处理,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。由于生物脱氮工艺能够对氮进行真正的去除而非氮元素的转移,被认为是最经济有效的的方法。此外,因为短程硝化可以减少25%的能耗,节省40%的有机碳源(COD/TKN>2.5即可),缩短约4.3倍的反应历程,而成为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、溶解氧、温度、污泥停留时间、游离氨(free ammonia,FA)和游离亚硝酸(free nitrite acid,FNA)。厌氧生物处理具有能耗低,污泥产量少,有机负荷率高且能够回收能源等优点,往往用于垃圾渗滤液的预处理。但是,由于氨氮厌氧降解的有效途径尚未找到,厌氧处理与好氧处理的组合工艺成为同时去除垃圾渗滤液高氨氮与有机物的最佳的选择。
本论文采用“两级UASB-A/O”组合工艺处理实际高氨氮城市生活垃圾渗滤液,对反应器二次启动的方法和影响因素进行了分析与考察。兼顾两类生化系统使其达到相互协调而且优势互补的状态,6周内即完成反应器的启动,NH4+-N、TN和COD去除率分别可达99%,87%,92%,能同时实现有机物和氮的高效深度去除。
在稳定运行后,获得稳定的有机物与氮同步去除效果,并在此基础上重点考察了游离氨(free ammonia,FA)与游离亚硝酸(free nitrite acid,FNA)对短程硝化稳定性的影响,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。
以A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,在不同NO2--N浓度和pH梯度下进行反硝化批次试验,基于大量试验数据确立反硝化抑制动力学模型,并通过函数拟合确定不同pH下以NO2-为电子受体的反硝化抑制动力学模型常数,考察了实际污水生物脱氮过程游离亚硝酸对以NO2-为电子受体反硝化的抑制动力学,从动力学角度验证了FNA为真正的抑制剂,并对相应的动力学参数进行了量化。
在不同FA浓度和MLSS梯度下进行硝化批次试验,基于大量试验数据确立硝化抑制动力学模型,并通过函数拟合确定不同FA和MLSS下硝化抑制动力学模型常数,考察不同污水硝化过程中游离氨(FA)耦合污泥浓度(MLSS)对硝化抑制动力学,结果表明,高污泥浓度下,污泥对FA的耐受性增加,FA对污泥的抑制减弱。
针对晚期渗滤液,采用“单级UASB-A/O组合工艺”处理实际晚期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,重点考察了不同回流比条件下(100%~600%),UASB与A/O中的污泥分布、DO浓度,UASB中同时反硝化与产甲烷的活性,A/O中亚硝酸积累率的变化,组合工艺系统氮与有机物的转化与去除,根据原液水质特性,综合能耗的考虑,将回流比控制在300%左右能够使系统性能处于较优状态。
最后采用“单级UASB+A/O+SBR组合工艺”处理高氨氮而低碳氮比的晚期垃圾渗滤液,以实现其氮与有机物的深度去除,在同一个系统中通过FA选择性抑制与实时控制实现长期稳定的短程脱氮是可行的。