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随着城市经济发展和生活水平的提高,城市生活垃圾产生量日益增长,卫生填埋处理作为城市生活垃圾的最终稳定处置方法,在国内城市生活垃圾处理中占据着重要地位,而垃圾渗滤液已成为制约垃圾卫生填埋处理的主要瓶颈,为保障环境安全,须对渗滤液进行有效的收集与处理,垃圾渗滤液处理技术也成为热点和难点研究问题之一。本试验场地位于深圳市宝安区老虎坑环境园垃圾卫生填埋场,随着近年来深圳市、特别是宝安区的经济高速发展,老虎坑垃圾卫生填埋场的处理量增长很快,促使填埋场二期工程提前投入运行,使得垃圾渗滤液的产量大大增加。为实现深圳市“绿色宝安”新形象,实现宝安区垃圾卫生填埋场内污染物的零排放的目标,深圳市宝安区老虎坑环境园垃圾渗滤液处理工程重建的工作已迫在眉睫。本文以深圳市宝安区老虎坑环境园坑垃圾填埋场渗滤液作为研究对象,利用间歇式循环上流污泥床反应装置,针对垃圾渗滤液高氨氮、低C/N比且可生化性较差的水质特点,进行了短程硝化反硝化生物脱氮实验研究。
研究主要创新点:在一体化反应器中利用内循环作用形成交替好氧、厌氧条件,实现短程生物脱氮;利用硝酸细菌和亚硝酸细菌对氧亲和力的差异,控制溶解氧浓度,保证NO2-持续累积;利用游离氨(NH3)既能作为反应基质,又能作为有毒物质而抑制硝酸细菌和亚硝酸细菌生物活性的特点,控制硝化反应处于氨氧化阶段,更利于实现短程硝化。
主要结论如下:
(1)对反应器接种生活污水处理厂干污泥,通过调节循环流量、pH、进水负荷对厌氧污泥进行驯化。以pH值指示反应器厌氧启动情况(脂肪酸VFA累积水平),经过约80d启动调试,后期反应器进水反应后pH维持在7~8,未出现反应器酸化现象,产氢产乙酸菌与产甲烷细菌实现协调。COD去除效率为30%~35%,具备了一定的抗冲击负荷能力。
(2)在厌氧启动基础上,通过改变现有碟水曝气方式,利用射流器有效提高反应器溶解氧反应浓度及利用效率,综合比较多种曝气方案并选择最适曝气方式,在进水渗滤液高氨氮和较高的pH条件下完成了短程硝化污泥的驯化,实现亚硝酸盐有效累积。
(3)在供气量为3m3/h~4.5m3/h时,氨氮降解速率达到峰值4.84mg/(L·h)~4.87mg/(L·h)。控制供气量使得1#池底层形成了含一定溶解氧浓度的混合层,氨氧化速率增加的同时亚硝酸盐氧化速率保持在最低水平,氨氮去除率为90%,亚硝酸盐累积量达到最大值。反应器适宜曝气量为3m3/h~4.5m3/h,DO宜保持在0.5mg/L~1.2mg/L。
(4)不同上流速度情况下,氨氮去除率及NO2-累积均出现较大程度的差别。上流速度为2.8m/h~3.5m/h时,降解速率达到最大值6mg/(L·h),氨氮去除率95.4%。当上流速度增至4.2m/h以上时,1#反应池缓冲层受到破坏,好氧污泥进入2#厌氧池,厌氧污泥层受到扰动,硝化反应条件受到破坏,硝化速率降至4.5mg/(L·h),氨氮去除率为67.5%。综合考虑,上流速度宜保持在2.8m/h~3m/h,循环流量为4m3/h~4.5m3/h。
(5)通过调节进水量,改变反应器进水后反应初始氨氮浓度,氨氮浓度为600mg/L~750mg/L左右时氨氧化速率时达到最大值,超出其范围,硝酸细菌活性将受到严重抑制作用。游离氨(NH3)浓度为10mg/L~65mg/L时,氨氧化速率维持稳定,亚硝酸盐持续累积,短程反硝化获得充足的反应基质;当NH3浓度为65mg/L~75mg/L时,反应器硝酸盐累积速率长时间受到抑制,氨氧化速率亦降至最低,亚硝酸细菌及硝酸细菌活性均受到严重抑制。
(6)反应后期反硝化速率维持在低水平,此时有毒基质HNO2浓度达到3μg/L,未达到抑制浓度值(60μg/L),对反硝化作用影响较弱。主要原因由于好氧池内异养微生物量增长过快,可生化降解有机物在好氧阶段被过度消耗,造成后续厌氧反硝化碳源不足,反硝化作用受到抑制。
(7)在反应器循环流动下,2#池出水回流至进水池,充分利用反硝化作用产生的碱度,硝化作用产生的酸度得到中和,从空间上为反应器实现内部酸碱平衡创造了条件。由于及时利用了反硝化产生的碱度,反应器内的pH始终被保持在有利于生物脱氮的范围(6.5~9)。且系统内pH整体呈现逐渐下降趋势,NH3影响逐渐减弱。