游离氨抑制协同过程控制实现渗滤液短程硝化_孙洪伟

中国科学:化学2010年第40卷第8期:1156~1162SCIENTIASINICAChimicawww.scichina.comchem.scichina.com《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS论文游离氨抑制协同过程控制实现渗滤液短程硝化孙洪伟①,杨庆①,董国日①,侯红勋②,张树军①,杨莹莹①,彭永臻①*①北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室;北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124②安徽国祯环保节能科技股份有限公司,合肥230088*通讯作者,E-mail:pyz@bjut.edu.cn收稿日期:2009-07-27;接受日期:2009-09-05摘要采用UASB-SBR生化系统处理高氮晚期渗滤液为研究对象,在获得稳定有机物和氮去除的前提下,考察了采用游离氨(FA)协同过程控制对实现渗滤液长期稳定短程硝化的可行性,建立实现与维持SBR系统内稳定短程硝化的途径及方法.试验结果表明:经过36d的运行,SBR系统的亚硝积累率始终稳定在90%以上,获得了稳定的短程硝化.游离氨和过程控制的协同作用是实现与维持SBR反应器稳定短程硝化的决定因素,以DO,ORP和pH作为渗滤液短程硝化反硝化的过程控制参数是可行的,在充分利用较高FA抑制亚硝酸盐氧化菌活性的前提下,过程控制能够准确判断硝化终点,避免过度曝气破坏短程硝化,从而为氨氧化菌(AOB)的生长创造有利条件,有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长并逐渐从系统中淘洗出去,实现了硝化菌种群的优化,荧光原位杂交技术(FISH)检测也证明这一点.在此基础上,通过批次实验考察了微生物种群的反硝化动力学特性,符合Monod动力学方程,NO2−-N基质最大比利用速率和半饱和常数分别为0.44gNO2−-NgVSS−1d−1和15.8mgL−1.关键词垃圾渗滤液短程硝化游离氨(FA)荧光原位杂交技术(FISH)过程控制动力学1引言实现短程硝化的难点在于如何将硝化反应及时、准确的控制在亚硝化阶段,避免亚硝态氮向硝态氮的继续转化,从而获得持久、稳定较高浓度的亚硝态氮积累[1,2].研究表明,实现硝化过程亚硝态氮积累的途径很多,主要包括控制低溶解氧(氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的溶解氧饱和常数分别为1.2~1.5mgL−1和0.2~0.4mgL−1,表明氨氧化菌对溶解氧的亲和力大于亚硝酸盐氧化菌)[3,4];低污泥龄协同高温(温度高于25℃时,氨氧化菌的增殖速率高于亚硝酸盐氧化菌,通过控制较短污泥龄实现亚硝酸盐氧化菌的淘洗)[5];较高游离氨和游离亚硝酸(相对于氨氧化菌,游离氨和游离亚硝酸对亚硝酸盐氧化菌具有更强的抑制作用)[6~8].上述这些途径均是利用氨氧化菌和亚硝化盐氧化菌的生理特性差异,创造有利于氨氧化菌增殖的环境,从而选择性抑制亚硝酸盐氧化菌的增殖或活性,实现系统中硝化菌群的优化,进而实现短程生物硝化.短程生物脱氮技技术尤其适用于高氨氮、低C/N废水.垃圾渗滤液是一种典型的高氨氮废水,由于生物脱氮可实现真正意义的氮去除,而非“污染转嫁”.因此生物法是目前处理垃圾渗滤液经济、有效及应用最广泛的方法.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[9~13],但有机物和氮的深度去除仍然是渗滤液处理的难点.因此采用生物法处理垃圾渗滤液时,如能够充分利用原水高氨氮的水质特性实现短程脱氮,可避免上述控制途径所带的反应速率慢,能耗高,运行管理复杂等问题,无疑具有重要的实际应用和理论研究价值.虽然上述途径可实现短程硝化,中国科学:化学2010年第40卷第8期1157但如何持久、稳定维持较高浓度的亚硝酸盐积累仍是短程硝化的难点和重点.基于上述研究背景,本文采用UASB-SBR生化系统处理实际晚期高氮垃圾渗滤液,在获得稳定有机物和氮同步、高效去除的前提下,采用游离氨协同过程控制对实现持久、稳定渗滤液短程脱氮的可行性进行了考察,建立实现并维持SBR系统内稳定短程硝化的途径及方法,通过荧光原位杂交技术(FISH)对长期在此模式下运行的SBR系统内硝化微生物种群进行定性分析.2材料与方法2.1试验装置及运行方式采用UASB-SBR生化系统处理垃圾渗滤液,装置如图1所示.原水水箱由不锈钢制成,容积为50L.水箱中间为容积为10L的水浴加热区,UASB反应器的材质为有机玻璃.UASB上部分的内径、外径和高度分别为50、70、400mm,下部分的内径、外径和高度分别为40、60、600mm,有效容积为1.5L.SBR反应器有机玻璃构成,内径、外径和高度分别为200、210和500mm,有效容积为12L,采用鼓风曝气.UASB通过水浴加热方式控制水温在30±2℃,SBR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SBR硝化出水一起进入UASB反应器(回流比