垃圾渗滤液SND生物脱氮的工程实践
摘要：介绍了同时硝化/反硝化(SND)生物脱氮技术在江苏省吴江市垃圾卫生填埋场渗滤液处理中的实验和应用情况。研究结果表明：同时好氧硝化/反硝化技术可以实现硝化耗碱和反硝化产碱互补，使得反应pH控制变得简单经济；在第一曝气池中的溶解氧浓度在1～2mg/L、第二曝气池中溶解氧浓度维持在 3～4mg/L时，出水氨氮浓度可以保持在<5mg/L的水平，去除率达99%。
关键词：垃圾渗滤液；好氧；硝化；反硝化
1引言
据调查，目前我国已经有垃圾填埋场几百座，但垃圾渗滤液都未能有效处理和实现达标排放，在不同程度上存在处理系统不完善或处理方法缺乏可靠技术保证。造成这种情况的主要原因有对垃圾渗滤液的水质认识不足，仅将该类废水于归为高浓度有机废水，对垃圾渗滤液很高的NH3-N含量(常高达1000mg/L)，很低的有机物和NH3-N含量(比值C/N＝2～4)等问题，未引起足够重视。反映在渗滤液处理技术上多为一般技术的简单串联应用，目的也主要是针对有机物。虽然处理费用高昂，但最终对较高浓度的NH3-N处理不当，处理出水NH2-N难以达到国家垃圾渗滤液水质排放标准，对于某些环境敏感地区更高的排放要求 (如江苏省苏州地区要求达到一级排放，NH3-N＜15mg/L)则更难。
国内外用于这类高氨氮高有机废水的处理技术主要有两类：一类是传统的缺氧/好氧工艺(A/O)；另一类是在曝气池内加填料，造成生物膜内外不同的缺氧和好氧两种微环境，实现同时硝化/反硝化(SND)。
好氧反硝化近来可见一些文献报道，其原理尚不完全清楚。工艺上实现单纯完全好氧状态下的SND，可应用于普通曝气池而无需添加填料。由于硝化耗碱和反硝化产碱互补，使得反应pH控制变得简单而经济；而曝气段存在异氧的反硝化菌，可以承受更高有机负荷和获得更高的CODcr去除率，因而脱氮工艺可以变得简单，脱氮效率更高。
好氧硝化/反硝化在实际工程实践中的应用尚未见报道。该项目在前期好氧硝化/反硝化实验研究的基础上，在江苏省吴江市垃圾渗滤液处理的工程实践中现实了好氧硝化/反硝化(SND)生物脱氮。
2实验部分
2.1垃圾渗滤液的水质水量
垃圾渗滤液的水质水量如表1所示。
| 表1垃圾渗滤液的水质水量情况 |
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2.2实验装置
该实验时间为2003年9月5日～12月20日；实验地点及装置为吴江市垃圾卫生填埋场渗滤液生物处理装置，工艺流程见图1。
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| 图1吴江市垃圾卫生填埋场渗滤液生物原处理装置工艺流程 |
原设计的生物处理流程为A2/O+接触氧化流程，为1个厌氧池、1个兼氧池和1个推流式曝气池之后串联1个接触氧化池。在该实验过程中，仅运行生物处理部分，将兼氧池作为第1曝气池(1～2mg/L DO)，推流式曝气池作为第2曝气池(3～4mg/L DO)。
2.3污泥的培训与驯化
污泥的培养与驯化在第1曝气池和第2曝气池进行，保持池中液位低于第2曝气池溢流堰。在合适的碳氮磷比例下，加入一定量的渗滤液，利用河水进行适当稀释，控制池中CODcr在1000mg/L左右，添加脱水污泥并持续曝气，待CODcr降到300～400mg/L时，停曝沉降，排部分上清液，再补充垃圾渗滤液、营养物质使CODcr重新回到8000～1000mg/L的浓度，再曝气，如此重复以增加污泥的数量和增强污泥活性。
经过大约2周的驯化后，SVI为15%，MISS为6.2～6.3g/L，污泥呈棕色絮状，活性较好。垃圾渗滤液的CODcr在1d内可以由稀释后的1000mg/L降到 350mg/L，氨氮降至未检出，出水中NO2-N和NO3-N的浓度均维持较为恒定的数值，说明活性污泥在有较高的CODcr去除率的同时已经具有好氧硝化/反硝化作用，可以认为污泥驯化完成。
2.4逐步提高入水负荷至满负荷运转
连续进水，但流量应逐步提高至满负荷。其间通过添加磷盐来维持废水的营养成分的比例，同时通过补充葡糖来恢复接触氧化池中微生物的活性。此过程分3个阶段进行。
第 1阶段渗滤液的流量基本控制在0.4～0.6m3/h。在此阶段中，渗滤液CODcr的去除情况见图2。渗滤液进水的CODcr基本保持在2500mg /L左右，二沉池出口的CODcr基本上维持在500mg/L左右。16d的稳定运行表明：微生物已经可以稳定去除渗滤液中的CODcr。在运行过程中，发现二沉池出水CODcr超过500mg/L后，在运行156h后开动了电解装置，运行结果表明，电解对CODcr的去除量很少，对降低二沉池出水 CODcr没有明显效果。
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| 图2流量为0.4～0.6m3/h时的CODcr去除情况 |
渗滤液氮氮的去除情况示见于图3。由图3可以看出，二沉池出口的氨氮和亚硝基氮始终维持在很低的水平。在开始连续运行的初期，二沉池出口氨氮浓度有一个急剧下降的趋势，主要是由于在污泥驯化阶段未进行连续运行，二沉池中的水为原来积存的水，连续运行后，其氨氮被从第2曝气池中出来的水稀释。考察运行初期第 2曝气池出水的氨氮浓度，可以知道，其浓度几乎为零。这表明，污泥中已经存在硝化菌，且已经适于处理渗滤液中的氨氮。
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| 图3流量为0.4～0.6m3/h时的氨氮去除情况 |
从图3还可以看出，第2曝气池出口的硝基氮也维持在一个相对稳定的数值。减小缺氧池中的曝气量，有利于硝基氮的去除。但由于缺氧池中的搅拌功率不够，在减小曝气量后，污泥不能保持很好的悬浮状态，导致缺氧池中的污泥向第2曝气池的溢流量下降，第2曝气池中的污泥浓度下降。为了保证CODcr的去除效果，缺氧池中的曝气量又调回原来状态。
第2阶段渗滤液的流量基本控制在1.0m3/h，其间通过添加磷盐来维持废水的营养成分的比例，同时通过补充葡糖作为碳源保证反硝化作用。
由于天气逐渐变冷且雨水较少，渗滤液的产生量减少，浓度有所上升，基本上维持在3000mg/L左右。从这一段时间的运行结果来看，二沉池出口的CODcr逐渐上升至1000mg/L，之后基本稳定在1000mg几左右见图4。
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| 图4流量为1.0m3/h时的CODcr去除情况 |
渗滤液氨氮的去除情况见图5。从图5可以看出，二沉池出口的氨氮和亚硝基氮在运行后期维持在很低的水平。在开始连续运行的初期，二沉池出口氨氮浓度有一个逐渐上升、再下降的趋势，主要是由于停电导致压缩机停止工作，水中的溶解氧下降，导致硝化作用降低，反硝化作用增强。从图5可以看出这种作用非常明显。亚硝基氮的浓度变化也主要是由于溶解氧的变化而引起的。这一现象再次表明，污泥中已经存在硝化菌和反硝化菌，且已经适于处理渗滤液中的氨氮。
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| 图5流量为1.0m3/h时的氨氮去除情况 |
第3阶段渗滤液的流量基本控制在1.5m3/h，其间通过添加磷盐来维持废水的营养成分的比例，同时通过补充葡糖作为碳源保证反硝化作用。
图6显示了在流量控制在1.5m3/h时二沉池和接触氧化池出水CODcr的情况，可以看出：出水CODcr基本维持在1000mg/L左右，基本能够稳定去除垃圾渗滤液中的CODcr。
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| 图6流量为1.5m3/h时二沉池出口的CODcr含量 |
图7显示了二沉池出水中的氨氮、硝基氮和亚硝基氮的浓度变化情况。从图上可以看出，出水中的氨氮、亚硝基氮的浓度均处于很低的水平，硝基氮则在200mg/L上下波动，其浓度主要受水中溶解氧浓度的影响。因此，控制生物处理装置中的曝气量是十分重要的。
3影响垃圾渗滤液SND生物脱氮的因素
3.1DO
该研究中，同时好氧硝化/反硝化是在溶解氧＞2mg/L的条件下进行的。溶解氧的浓度对渗滤液中氨氮的去除有显著地影响。实验研究表明，当溶解氧的浓度较大时，氨氮浓度会保持较低的水平，但硝基氮的浓度较高；当溶解氧的浓度较小时，氨氮浓度会显著上升，但硝基氮的浓度较低。
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| 图7流量为1.5m3/h时的氨氮去除情况 |
3.2营养物质-有机物
在曝气生物处理后，废水的氨氮几乎全部转化为硝基氮，CODcr尚有1000mg/L未被去除。废水再经接触氧化处理，硝基氮和CODcr仍然未被去除，表明废水中的有机物均为难降解有机物。然而，在硝基氮转化为氮气的过程中，需要有机物作为电子受体。为了降低出水中硝基氮的浓度，需要向接触氧化池中添加葡萄糖或玉米水等容易降解的有机物。实验研究表明，添加葡萄糖后，出水中的硝基氮的浓度确实得到降低。
4结论
(1)在实际工程上实现了同步硝化/反硝化(SND)，硝化耗碱和反硝化产碱互补，使得反应pH控制变得简单经济(在运行过程中无需控制pH)。
(2)在生物曝气处理中，应合理控制曝气量，控制废水中的溶解氧在2mg/L以上，以保证氨氮的去除效率。
(3)在接触氧化处理时，可向水中添加部分葡萄糖或玉米水，降低出水中的硝基氮浓度；或者对曝气出水进行氧化处理，提高有机物的生物降解性，再经过接触氧化降低出水中的硝基氮浓度。
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