如何去除垃圾渗滤液中的有机物和氨氮

从图 3(a)还可看出,相对于原渗滤液,UASB出水NH+4-N浓度有了较大程度的降低,这是由于SBR硝化液回流稀释作用,而非生物降解作用.  整个实验期间,SBR出水NH+4-N平均浓度稳定在10 mg ˙L-1以下,这也是系统的最终出水,因此,单级UASB-SBR系统获得了稳定的氮去除.

图 3(b)为SBR系统内NH+4-N去除率和温度的变化关系图. 整个实验期间,由于SBR反应器在室温条件下运行,季节的更替导致了SBR内水温的不断变化.  对于硝化反应,文献报道适宜温度范围为20～30℃,一般温度低于15℃时,硝化速率明显降低,硝化反应受到明显抑制.  本实验过程中,温度波动较大,最高为32.1℃,最低为10.2℃左右,系统在较长期的低温条件下运行,其中15℃的运行天数共计为171  d,但SBR系统仍然维持了几乎为100%的NH+4-N去除率,并且硝化速率并未受到明显影响.

2.3 系统内有机物和氮的物料衡算

表 3为整个实验期间,生化系统内UASB和SBR单元内有机物和氮的物料衡算关系.  由此可知,不同的运行阶段,由于进水COD和NH+4-N浓度差异较大,因此去除机制也不尽相同.  在阶段Ⅰ和Ⅲ,进水COD浓度较高,而NH+4-N浓度较低时,渗滤液内的有机物主要通过UASB内的厌氧产甲烷作用去除,  UASB内的反硝化和SBR的硝化作用去除贡献为20%左右.  在阶段Ⅱ和Ⅳ,进水COD浓度较低,而NH+4-N浓度较高时,渗滤液内的有机物主要通过UASB内的反硝化作用去除,  UASB内的厌氧产甲烷作用和SBR的硝化作用去除贡献约为20%左右.

表 3 生化系统UASB和SBR单元的有机物和氮的物料衡算关系1)

此外,对于渗滤液内的NH+4-N,主要通过SBR的好氧硝化作用去除,贡献率为95%以上. UASB反应器内去除少量NH+4-N,应为微生物的同化作用利用.  对于渗滤液内的TN去除,主要在UASB和SBR反应器内完成,两者贡献大小主要取决于SBR硝化液的回流比. 当回流比较大时, UASB作为TN去除的主要角色.  当回流比较小时,TN去除主要在SBR内完成. 需要指出的是,  SBR好氧过程,TN损失是由于系统内存在同步硝化-反硝化作用,而缺氧过程TN去除是因为氧化态氮被还原成氮气,从系统中逸出.

2.4 低温条件下SBR系统深度脱氮

图 4为低温条件下SBR内氮的转化规律. 在温度分别为 14.9、 11.05、 17.1和13.4℃条件下,获得了充分的全程生物脱氮[图 4(a)、  4(b)]和短程生物脱氮[图 4(c)、 4(d)]. 对于全程生物脱氮,2种温度下出水NH+4-N分别为0.12 mg ˙L-1和 0.6 mg  ˙L-1,出水TN分别为4.13 mg ˙L-1和16.5 mg ˙L-1,实现了深度脱氮.  即使在11.05℃时,NH+4-N和TN的去除率仍高达99.8%和86.7%. 需要指出,反硝化过程中出现NO-2-N积累，积累浓度分别为21.5 mg  ˙L-1和34.9 mg ˙L-1,这种现象已被观察到[13, 14],认为NO-2-N的还原速率低于NO-3-N还原速率是主要原因.

图 4 低温条件下,SBR典型周期内TN、 NH+4-N、 NO-3-N、 NO-2-N的变化规律

对于短程生物脱氮,2种温度条件下,SBR实现了充分短程硝化. 在硝化过程中NH+4-N降低,相应地NO-2-N上升.  硝化过程TN损失了约17.6%～5.2%,可认为是同步硝化反硝化作用. 硝化结束时,SBR内亚硝积累率分别为96.7%和96.8%,维持了稳定的短程硝化.  反硝化过程中,随着NO-2-N的迅速还原,TN和NO-2-N不断降低. 2种温度下,SBR出水TN分别为15.9 mg ˙L-1和26.4 mg  ˙L-1,实现了氮的深度去除.

3 结论

(1)单级UASB-SBR系统可实现渗滤液内高浓度有机物的长期稳定去除,在进水COD为1 000～13 800 mg  ˙L-1条件下,出水COD为150～1 234 mg ˙L-1,去除率维持在90%左右.  基于UASB内高效的反硝化和厌氧生物降解作用,去除了原水中大部分有机物,SBR实现了UASB出水中有机物的深度去除.

(2) 单级UASB-SBR生化系统实现了长期稳定的氮去除. 在进水NH+4-N浓度为574～2 360 mg ˙L-1条件下,出水NH+4-N小于10  mg ˙L-1,去除率维持在95%以上,实现了氨氮的深度去除. 此外,UASB  和SBR系统内充分的反硝化为SBR硝化过程提供了充足的碱度,使得硝化反应过程得以顺利进行.

(3)低温条件下,SBR系统获得稳定的生物脱氮特性,成功跨越2个冬季,15℃以下共计171 d,最低温度为10.2℃.

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