去氮工藝對垃圾滲濾水治理的改進(jìn)

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目前對生活脫氮技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究的新認(rèn)識包括以下四方面[1]：（1）亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，而參與作用的氨氧化細(xì)菌和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌因其世代周期、生長速率等不同，可以互相分開，生物脫氮可經(jīng)歷以NO2--N為電子受體的反硝化反應(yīng)過程。（2）硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成，某些異養(yǎng)菌也可以進(jìn)行硝化反應(yīng)；一些硝化細(xì)菌除了能夠進(jìn)行正常的硝化作用外，還能進(jìn)行反硝化作用。（3）反硝化不僅在厭氧條件下進(jìn)行，某些細(xì)菌也可在好氧條件下進(jìn)行反硝化。（4）在厭氧條件下，發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌在硝化反硝化反應(yīng)中能利用NO3--N或NO2--N作電子受體將NH3-N氧化N2和氣態(tài)氮化物。在這些新認(rèn)識上，研究者提出了一些新脫氮理論，如：氨氮氧化成亞硝酸鹽后直接進(jìn)入反硝化；硝化和反硝化過程同時(shí)進(jìn)行而不是序批式進(jìn)行；在有氧條件下進(jìn)行反硝化。國內(nèi)目前脫氮新理論在垃圾滲濾液處理中研究方向包括：短程硝化反硝化生物脫氮技術(shù)、厭氧氨氧化生物脫氮技術(shù)及同步硝化反硝化生物脫氮技術(shù)。

現(xiàn)階段生物脫氮工藝難點(diǎn)問題應(yīng)對措施

1應(yīng)對措施

國內(nèi)目前運(yùn)行較好的垃圾滲濾液處理系統(tǒng)生物脫氮工藝均以傳統(tǒng)生物脫氮理論為基礎(chǔ)，大部分采用膜生物反應(yīng)器（MBR）為生物脫氮主工藝，組成包括“反硝化（A）+硝化（O）+超濾（UF）”。結(jié)合生活垃圾滲濾液生物脫氮新理論，現(xiàn)狀垃圾滲濾液脫氮工藝的主要難點(diǎn)問題的應(yīng)對措施見表1。

2應(yīng)對措施理論基礎(chǔ)

傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮按照兩階段脫氮模式完成氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，脫氮過程中通過人為的外在干預(yù)或調(diào)節(jié)應(yīng)對外界不利環(huán)境的影響，最終達(dá)到脫氮目的?；谏锩摰录夹g(shù)理論關(guān)鍵是硝化反硝化反應(yīng)系統(tǒng)中生物體系的強(qiáng)化，強(qiáng)化生物脫氮過程是通過強(qiáng)化生物體系中自養(yǎng)微生物的優(yōu)勢地位，提高優(yōu)勢菌種對不利外界環(huán)境的適應(yīng)性，使其利用環(huán)境提供的有機(jī)物為碳源或電子供體或消耗較小的外部供給，高效完成生物脫氮。

1)限氧條件下硝化反硝化生物體系

在限氧條件下，生物脫氮工藝中能夠建立好氧和厭氧菌群的共生、穩(wěn)定的系統(tǒng)?；驹硎窃谙扪鯒l件下，NH3-N被好氧亞硝化菌氧化成NO2--N。隨后，目的厭氧氨氧化菌將產(chǎn)生的NH3-N和NO2--N以及痕量的NO3--N轉(zhuǎn)化成N2。NO2--N也可作為微生物合成時(shí)的電子供體，CO2為電子受體，在這一過程中NO2--N被CO2氧化生成NO3--N。5mol的氧氣；而傳統(tǒng)的硝化反硝化反應(yīng)需要2.0mol的氧氣，因此，在氧氣供給下降約57.5%。1molNH3-N轉(zhuǎn)化成N2不需要碳源；而傳統(tǒng)的硝化反硝化反應(yīng)需要1.43mol的碳源，因此，在碳源供給上節(jié)省100%。1molNH3-N轉(zhuǎn)化成N2產(chǎn)酸量是1.4mol；而傳統(tǒng)的硝化反硝化反應(yīng)產(chǎn)酸量為2.8mol，因此，產(chǎn)酸量下降約50%。

2)強(qiáng)化優(yōu)勢菌群

硝化和反硝化反應(yīng)時(shí)，各階段的菌群占優(yōu)勢。由于硝化菌是不生芽孢的短桿狀細(xì)菌和球菌，反硝化菌以桿菌和小球菌為主，因此，各階段優(yōu)勢菌群的特性決定了其對于外界環(huán)境不利影響的適應(yīng)性較差。當(dāng)反應(yīng)器溫度超過37℃時(shí)，需要降溫冷卻，當(dāng)溫度低于20℃時(shí)，反應(yīng)效率下降；當(dāng)反應(yīng)碳源不足時(shí)，需要補(bǔ)充碳源；硝化反應(yīng)產(chǎn)酸，反硝化反應(yīng)菌群對酸敏感度較高，需要投加堿液中和等。強(qiáng)化優(yōu)勢菌群的基礎(chǔ)是提高菌群對外界不利環(huán)境的適應(yīng)性，通過為硝化反硝化菌群的研究與篩選，芽孢桿菌屬（Bacillus）具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。硝化反硝化反應(yīng)中，以芽孢桿菌為優(yōu)勢菌種，可提高生物脫氮工藝中菌群對外界不利環(huán)境的適應(yīng)性。

3)生物反應(yīng)器選用

傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮反應(yīng)通常選用活性污泥法，活性污泥的生長處于懸浮狀態(tài)，需要嚴(yán)格控制硝化反硝化反應(yīng)的臨界條件達(dá)到高效脫氮效果。附著生長反應(yīng)器（如生物膜法），主要依靠附著載體將硝化菌和反硝化菌“包埋”或“混合包埋”，好氧硝化菌集于外層，厭氧反硝化菌集中在內(nèi)層，建立菌群之間穩(wěn)定的共生關(guān)系。通過外界臨界條件的不斷循環(huán)變化，促使生物脫氮各階段的反應(yīng)，達(dá)到高效脫氮目的。

生物脫氮工藝優(yōu)化的應(yīng)用

目前基于生物脫氮新理論垃圾滲濾液生物處理技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)成功應(yīng)用，出水主要污染物指標(biāo)執(zhí)行GB16889——2008表2排放限值。如杭州天子嶺垃圾滲濾液處理工程（處理規(guī)模1500m3/d），生物處理工藝為“基于芽孢桿菌（Bacillus）為優(yōu)勢菌群的生物處理”。經(jīng)運(yùn)行方核算，生物處理直接運(yùn)行成本約8.19m3/元，相對于目前兩級反硝化硝化直接處理成本下降約65%，能耗下降約45%。反應(yīng)過程中不需要外加碳源，未配套冷卻設(shè)備及除臭設(shè)備。柳州立沖溝垃圾滲濾液處理廠改造工程處理規(guī)模為600m3/d，生物處理工藝為“基于芽孢桿菌（Bacillus）為優(yōu)勢菌群的【生物預(yù)處理+膜生物反應(yīng)器（限氧）】”經(jīng)建設(shè)方預(yù)測，生物處理直接成本約11.29m3/元，相對于目前兩級反硝化硝化直接處理成本下降約50%，能耗下降約41%。

結(jié)語

（1）對于目前應(yīng)用較成熟的兩級MBR工藝，對主要污染物特別是氨氮和總氮去除效果較好。在實(shí)際運(yùn)行過程中，本工藝也存在一些技術(shù)難點(diǎn)或控制難點(diǎn)問題。如碳源、能耗、反應(yīng)溫度等因素對處理工藝的正常運(yùn)行帶來較大的影響，需要采用必要措施為生物處理提供較好運(yùn)行條件。（2）從技術(shù)應(yīng)用方面，基于生物脫氮新理論對傳統(tǒng)脫氮過程進(jìn)行強(qiáng)化，改善了生物反應(yīng)中生物體系優(yōu)勢菌群的種屬，使之對外界不利環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。在反應(yīng)過程通過對關(guān)鍵因素的控制，提高生物體系內(nèi)部的碳源、能量的循環(huán)利用，減少外在的投入。（3）按照國家相關(guān)規(guī)范推薦的垃圾滲濾液處理技術(shù)路線中，“生物處理”是重點(diǎn)，也是污染物減排的重要處理環(huán)節(jié)。但目前生物處理系統(tǒng)中高效污染物去除率與能耗、投資等存在一定矛盾?；谏锩摰吕碚搶鹘y(tǒng)脫氮過程在一定程度上解決了這種矛盾，通過反應(yīng)條件的控制縮短傳統(tǒng)生物處理過程，改變生物體系內(nèi)部能源的利用途徑，達(dá)到較好地反應(yīng)效果。（4）在能耗和運(yùn)行成本上，基于生物脫氮新理論在能耗和運(yùn)行成本上較傳統(tǒng)生物脫氮具有較好的優(yōu)勢。（5）垃圾滲濾液生物處理基于生物脫氮新理論的應(yīng)用和發(fā)展，能從根本上解決了諸如碳源和能耗問題，此技術(shù)是今后國內(nèi)垃圾滲濾液處理生物脫氮技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的方向。