两阶段厌氧氨氧化工艺处理成熟垃圾渗滤液的长期性能及微生物生态学研究外文翻译资料

 2022-07-30 21:43:41

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两阶段厌氧氨氧化工艺处理成熟垃圾渗滤液的长期性能及微生物生态学研究

Huosheng Li1 ，Shaoqi Zhou 1,2,3,4,5， Weihao Ma5， Pengfei Huang1，Guotao Huang5， Yujie Qin1， Bin Xu5， Hai Ouyang5

  1. 华南理工大学环境与能源学院，广州 510006；2.贵州科学院，贵阳550001；3.亚热带建筑科学，华南理工大学，国家重点实验室，广州510641；4.广东普通高等学校环境保护与生态修复重点实验室，华南理工大学，广州510006；5.土木与交通学院，华南理工大学，广州510640）

摘要：对两阶段的部分亚硝化的长期性能（PN）–厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺处理老龄垃圾渗滤液的方法进行了研究。稳定的亚硝化性能是通过终点pH值控制，在处理比NO2––N/ NH4 –N为1.23plusmn;0.23的条件下，在序批式反应器（SBR）实现。在三个月的厌氧氨氧化反应器中观察到高速率氮去除率超过4公斤/立方米/天。然而，在长期运行，厌氧氨氧化反应器在氮负荷1公斤/立方米/ d下运行稳定，氮去除率为85plusmn;1%。

关键词：部分亚硝化；厌氧氨氧化；废水处理；垃圾渗滤液；氮的去除

1 绪论

垃圾渗滤液是一种含有高浓度的铵态氮和有机质和其他有毒污染物的高浓度废水，这对环境构成了巨大的威胁，需要处理后才能排放(Renou et al., 2008; Sri Shalini and Joseph, 2012）。生物技术，包括传统的硝化和反硝化过程，在从垃圾填埋场渗滤液去除有机物和氨氮方面，与物理化学相比更加经济、有效(Liang and Liu, 2008）。一个垃圾填埋场进入产甲烷阶段产生的垃圾渗滤液的可生物降解性越来越差，具有低碳氮比（C／N）的特征，因此仍然需要通过传统的高能源成本的生物技术处理垃圾渗滤液(Gabarroacute; et al., 2012; Renou et al., 2008)。

最近，结合部分亚硝化（PN）–厌氧氨氧化（ANAMMOX）过程(Jetten et al., 1998; Van Dongen et al., 2001)，无论是在两阶段或在单反应器系统中，在高氮低可生物降解性的废水，包括废水(Zhang et al., 2010)，畜禽粪便消化液(Qiao et al., 2010)，消化的厕所污水 (de Graaff et al., 2010, 2011) ，无机半导体废水 (Tokutomi et al., 2011)已显示出有吸引力的效率和可持续性的脱氮能力。特别是，这种组合的PN -ANAMMOX工艺在处理稀释或低强度的垃圾渗滤液方面也被证明是可行的 (Liang and Liu, 2008; Ruscalleda et al., 2010; Wang et al., 2010)。

以往的研究表明，在可生物降解的有机物的存在的情况下，有机物可能会产生负面干扰厌氧氨氧化过程 (Chamchoi et al., 2008; Kumar and Lin, 2010)，PN反应器可以去除实际废水中的可生物降解有机物，从而提高后续厌氧氨氧化反应器的稳定性(de Graaff et al., 2011)。因此，在处理含有大量的可生物降解的有机物的垃圾渗滤液时，通过厌氧氨氧化为基础的工艺中，一个两阶段的PN -ANAMMOX系统应该是首选。在 这两段PN -ANAMMOX工艺，进水氨氮先在PN反应堆内氧化成亚硝酸盐而不是硝酸盐，使得出水比例NO2--N/NH4 -N在1.32左右(de Graaff et al., 2011)。PN处理后的废水进入后续厌氧氨氧化反应器，其中氨和亚硝酸是由厌氧氨氧化菌转化为氮气（AnAOB）(de Graaff et al., 2011)。然而，废水成分的变化是对垃圾渗滤液处理过程稳定性的一个挑战(Li et al., 2013a, b)。PN过程垃圾渗滤液不同成分的不稳定，可能会导致一个不合适的出水NO2--N/NH4 -N超出适宜范围。

终点pH值控制技术在SBR工艺处理垃圾渗滤液的使用使得实现稳定的PN性能成为可能(Li et al., 2013a)。然而，不同进水水质条件下，它需要动态设定的终点pH值。这个终点pH值控制技术需要长期的实验研究。厌氧氨氧化工艺与前PN反应器相结合，长期应用于垃圾渗滤液处理的成功报道较少。

2 方法

2.1 垃圾填埋场渗滤液特性

从垃圾填埋场获得的垃圾填埋场渗滤液 (Jiangmen, China)的成熟型特征为，pH值为8.84plusmn;0.38，碱度6378plusmn;695mg碳酸钙/ L，NH4 -N1040plusmn;322 mg/L，COD 1819plusmn;188mg/升，NO2--N1plusmn;4mg/升和NO3--N14plusmn;8 mg/L，在实验过程中，原渗滤液每3-7天补充一次，存储在环境温度（5-33℃），并直接向PN反应器投加，而无需任何预处理(Li et al，2013a)。

在培养的厌氧氨氧化反应器之前，PN处理渗滤液用H2SO4（6 mol/L）调节pH值至7-7.8范围内，或用(NH4)2SO4或NaNO2调整比例NO2--N/NH4 -N在1.32左右。其他矿物元素如钙、镁、磷和微量元素也根据van de Graaf等人（1996）加入。在实验过程中，厌氧氨氧化反应器进料特点如下，pH值为7.58plusmn;0.27，碱度1288plusmn;527mg碳酸钙/ L，NH4 -N319plusmn;116 mg/L，COD 965plusmn;415mg/升，NO2--N404plusmn;124mg/升和NO3--N11plusmn;9mg/ L。

2.2 实验装置

两级PN–厌氧氨氧化系统包括PN-SBR和ANAMMOX-UASB。PN-SBR是一个工作容积48.5-52L的矩形反应器，在水力停留时间为1.7-2天和污泥龄（SRT）为60 - 80天(Li et al., 2013a)。厌氧氨氧化反应器是一个UASB反应器，它的工作容积为4.4升(Li et al., 2012)。在这个实验之前，厌氧氨氧化- UASB处理低强度（稀释倍数超过5倍）的PN处理后垃圾渗滤液已经运行了560天。

2.3分析方法

2.3.1 废水水质分析

根据国家标准方法(China, 2002)对废水的COD、铵、硝酸盐、亚硝酸盐和碱度进行了测量。由有机物的COD值由于亚硝酸盐产生COD的1.1mgO2 /mgNO2-进行校正。游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）浓度根据anthonisen等人的计算（1976）。用多参数水质计测定pH值(Inolab multi 740, WTW, Germany)。

2.3.2 厌氧氨氧化污泥外观

厌氧氨氧化颗粒从UASB得到筛选由不锈钢筛孔径为1毫米，然后由数码相机进行外观观察(CANON, 500D, Japan) 和由扫描电镜(SEM, ZEISS, Germany)进行扫描拍摄。

3 结果与讨论

3.1 两级PN-厌氧氨氧化系统的反应器性能

3.1.1 PN-SBR的长期性状

PN-SBR和ANAMMOX-UASB系统联合运行426天处理垃圾渗滤液。在前183天PN-SBR的描述将会在其他地方展开(Li et al., 2013a)，在已经证明使用端点控制技术的情况下，一个更具成本效益的方式实现稳定的PN的性能的可行性。在接下来的PN-SBR243天运行性能。在实验期间，进水渗滤液的组成（pH、NH4 -N和COD）发生的巨大变化，进水的NH4 -N和COD的浓度由于停止添加而下降。在不断地长期运行过程中的维护中亚硝酸盐积累率高（98plusmn;1%），显示成功抑制了NOB。通过动态设置终点pH值（从8.18到7.85），出水NO2--N/NH4 -N比为1.21plusmn;0.22，其稳定地接近理论值1.32。TH表明末端pH值控制技术对SBR反应器处理垃圾渗滤液达到稳定的PN性能具有足够的可行性。进水的可生化性差导致低COD去除效率低于30%。然而，这种低COD的去除对厌氧氨氧化反应器的操作是必不可少的，因为可生物降解的有机质的去除可以降低抑制AnAOB的风险(Li et al., 2013b)。

在第203天，在线pH计的PN-SBR系统空气压缩机因为突然的暴雨受损，导致临时关闭反应堆三天。在205-214天购买新的在线pH计、空气压缩机、SBR进行再手术采用定时通风控制，但只能导致波动出水NO2--N/NH4 -N超出化学计量范围。在第215天的新设备更换的动态设置终点pH值从8.54到8.25，215天到222天，出水NO2--N/NH4 -N比在几天内恢复到最佳范围。320-351天期间，在进水氨氮浓度导致了出水下降明显，NO2--N/NH4 -N比从320天的1.28降低到351天的0.58 。随后，用以应对进水组成的终点pH值逐渐下降，当预期的结果在逐渐增加，出水NO2--N/NH4 -N比在最佳值。根据得到的结果，这个端点pH值控制被证明是有效的处理TH废水成分变化。

图3-1脱氮性能影响因素

由于显着不同成分的垃圾渗滤液，对PN-SBR动态调整的终点pH值达到稳定的PN是必要的性能。基于这PN-SBR工作机制，调整的终点pH值相对稳定的进水条件下，在短期内应该如下：降低端点 pH值可以增加出水NO2--N/NH4 -N比，反之亦然(Li et al., 2013a)。然而，上述规则是不正确的，在长期的操作，由于废水组合物的变化，氨氮、碱度和有机物的进水浓度、碳可能影响终点pH设定。长期运行的适宜pH值与进水氨氮浓度之间的关系表明，适宜的终点pH值PN-SBR表现为进水氨氮浓度的一元二次函数。饲料成分的变化可能会导致偏差，从而导致不高的相关性 终点pH值与进水氨氮浓度的关系。然而，在反应器的长期操作中观察到的趋势，可作为一个有效的参考端点pH控制的基础上进水的组成，保证了PN性能的稳定性。

图3-2. 终点pH值与进水氨氮浓度的关系

3.1.2 空燃比和反应温度对性能的影响PN-SBR

为了进一步考察这一终点pH值控制系统运行稳定、空气流动速度（AFR）和反应温度对PN性能的影响。实验结果表明，出水NO2--N/NH4 -N比保持在接近1.32时，出水硝态氮浓度低于17mg/L。因此，在0.8m3/h、1.2m3/h和1.6m3/h水平的AFR对PN性能的影响不明显。做了不同AFR水平下在曝气的混合液浓度低于0.5 mg/L，这较高的氧浓度能有效抑制NOB活性，从而使得出水硝酸盐浓度较低。此外，初始pH值和终点pH值之间的差异，直接决定亚硝酸盐转化量，导致在不论AFR研究条件下一个稳定

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