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Advances in Microbiology
Vol.2 No.1(2013), Article ID:9634,5 pages DOI:10.12677/AMB.2013.21002

Study on Influence Factors of Mature Landfill Leachate by SH-A Process

Feili Gong, Yanqiu Wang, Shuqi Guan, Shucheng Wang, Zhenyu Li

University of Science and Technology, Anshan

Email: gongfeili526@126.com, qiu2395@sina.com, guanshuqi1986@126.com, wangshucheng1989@126.com, lizhenyu0985@126.com

Received: Jan. 19th, 2013; revised: Feb. 16th, 2013; accepted: Feb. 24th, 2013

ABSTRACT:

In the paper SH-A process was used for the treatment of mature landfill leachate, which contains high organic content, complex component, high toxicity, poor biochemical purification ability and high ammonia nitrogen. The influence of temperature and the nitrite nitrogen-ammonia nitrogen reaction ratio on the denitrification rate of waste leachate was studied separately. In aerobic section, organic nitrogen was converted to part of the ammonia nitrogen, while ammonia nitrogen was converted to nitrite nitrogen and nitrate nitrogen, which was named complete nitrification reaction. In anaerobic section, the denitrification reaction and anaerobic ammonia oxidation was conducted. On the optimal conditions, the synergistic effect the complete nitrification denitrification and anaerobic ammonia oxidation was conducted to remove ammonia nitrogen of mature landfill leachate. On the condition that the temperature of aerobic period of was 35˚C to 40˚C, temperature of anaerobic period was 30˚C to 40˚C, nitrite nitrogen-ammonia nitrogen reaction ratio was 1.1:1 - 1.2:1, and the total nitrogen removal efficiency maintained comparable high and stable.

Keywords: SH-A Process; Mature Landfill Leachate; Denitrification

SH-A工艺处理晚期垃圾渗滤液影响因素的研究

巩菲丽,王艳秋,关姝琦,王树成,李振宇

辽宁科技大学,鞍山

Email: gongfeili526@126.com, qiu2395@sina.com, guanshuqi1986@126.com, wangshucheng1989@126.com, lizhenyu0985@126.com

摘 要:

本文采用SH-A工艺处理有机物含量高、成分复杂、毒性高、可生化性差、含氨氮高的晚期垃圾渗滤液,分别研究在好氧段及厌氧段的温度、亚硝酸盐氮与氨氮的反应比等条件对垃圾渗滤液脱氮率的影响。在好氧段,进行的全程硝化反应,即有机氮转化为部分氨氮后,氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程。在厌氧段,进行的是反硝化反应和厌氧氨氧化作用。在最佳控制条件下,通过全程硝化反硝化与厌氧氨氧化的协同作用达到去除晚期垃圾渗滤液中氨氮的目的。结果表明,好氧段温度为35℃~40℃,厌氧段温度为30℃~40℃,亚硝酸盐氮与氨氮的反应比为 1.1:1~1.2:1时,总氮去除率较高且维持稳定。

收稿日期:2013年1月19日;修回日期:2013年2月16日;录用日期:2013年2月24日

关键词:SH-A工艺;晚期垃圾渗滤液;脱氮

1. 引言

垃圾渗滤液是垃圾处理过程产生的二次污染物,具有有机物含量高、成分复杂、毒性高、可生化性差等特性,不能直接进行排放。垃圾填埋场对垃圾渗滤液的控制和处理是保证垃圾的长期、安全处置的关键。高浓度的氨氮是晚期垃圾渗滤液的重要水质特征之一,是导致其处理难度较大的一个重要原因。本文采用SH-A工艺处理晚期垃圾渗滤液中的氨氮。SH-A工艺是在硝化阶段控制微生物发生部分氨氮的亚硝化反应,剩余氨氮在厌氧条件下,由氨氧化菌以氨氮作为电子供体,以亚硝酸盐作为电子受体,将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气。即短程硝化反硝化与厌氧氨氧化脱氮的协同作用处理垃圾渗滤液中的氮素。

2. 实验研究

2.1. 处理工艺

本实验拟采用SH-A工艺进行生物脱氮,通过控制短程硝化段的反应条件,使亚硝酸盐氮部分转化为硝酸盐氮,在硝酸盐氮和亚硝酸盐氮同时存在的情况下共同进入厌氧段,通过控制厌氧段反应条件,促使反硝化和氨氧化同时脱氮。

好氧段反应机理:

厌氧段反应机理:

2.2. 实验所用水质

本实验所用废水取自某垃圾填埋场的晚期垃圾渗滤液,该水样呈深褐色,有恶臭味。实验用水水质指标如表1,该废水主要特点是氨氮含量高,可生化性差。

2.3. 工艺流程

本研究所需要的主要实验装置如下,具体的工艺流程见图1。

1) 反应器装置:采用有机玻璃加工制成的圆柱体。好氧反应器高度为900 mm,外径200 mm,内径

Table 1. Experimental water quality

表1. 实验用水水质指标

Figure 1. Experimental setup

图1. 实验装置

190 mm。反应器两侧不同高度设进水口、取样口、出水口、排泥口。

2) 曝气装置:采用日生ACO-018电磁式空气压缩机连接乳胶管,末端加棒状微孔曝气头向好氧反应器进行供气,通过螺旋夹控制气量大小来控制好氧反应器的溶解氧。

3) 加热设备:采用电热丝

4) 填料:组合填料(HZ-150-40型)。

5) 温度计:采用水银温度计(范围0℃~100℃)测定反应器内水的温度。

3. SH-A生化系统的启动

好氧生化活性污泥取自某垃圾填埋场垃圾渗滤液处理站曝气池的回流污泥,培养驯化一段时间后,好氧污泥活性大大提高,可达到系统运行要求。在厌氧条件下,培养驯化厌氧活性污泥,当厌氧装置表面产生大量的气泡,通过测定出水中氨氮和亚硝酸盐氮指标,其数值均大幅度降低,表明厌氧氨氧化菌存在并开始工作,厌氧活性污泥培养成熟。

4. 结果及分析

4.1. 实验分析的方法

实验过程中具体的分析方法见表2。

实验过程中具体的计算方法如下:

氨氮转化率=;(以后出现的氨氮转化率计算方法相同)

(其中NOx-N为氨氮转化成的总和)亚硝酸型硝化率 (以后出现

Table 2. Analytical methods of water quality

表2. 各水质指标分析方法表

的亚硝酸型硝化率计算方法相同)

4.2. 温度对好氧段氨氮转化率的影响

当曝气时间为22~26小时,温度为30℃、32.5℃、35℃、37.5℃、40℃对晚期垃圾渗滤液亚硝酸型硝化和硝酸型硝化的影响见表3、图2、表4和图3。

由图3可以看出温度为35℃时,亚硝酸型硝化所占比例比较高,亚硝酸型硝化率均大于65.8%。因此,35℃为晚期垃圾渗滤液硝化反应的最佳温度。在该温度下,亚硝酸菌的活性最大,实现了亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的同时积累,为进入厌氧段的反硝化及氨氧化提供电子受体。

Table 3. Nitrous nitrification efficiency in different temperatures (%)

表3. 不同温度下的亚硝酸型硝化率(%)

Figure 2. Nitrous nitrification efficiency in different temperatures

图2. 不同温度下的亚硝酸型硝化率

Table 4. -N conversion efficiency in different temperatures (%)

表4. 不同温度下的氨氮转化率(%)

Figure 3. -N conversion efficiency in different temperatures

图3. 不同温度下的氨氮转化率

4.3. 温度对厌氧段脱氮率的影响

厌氧段实验用水水质指标如表5。

当温度<30℃时,不利于厌氧氨氧化细菌的活动,氨氮的消耗少,当温度>40℃时,虽然氨氮量减少快,但高温易使微生物活性受到抑制,反硝化细菌的活性受到影响。温度为30℃~40℃之间时,氨氮剩余量较其他温度情况下少。根据厌氧氨氧化反应原理可知,氨氮量的减少说明亚硝酸盐氮参与反应,亚硝酸盐氮的量也在减少。此时,反硝化细菌也处于活性较强阶段。由此可知,最适温度为30℃~40℃。在厌氧氨氧化温度条件的基础上,在停留时间为30~40小时的条件下,选取30℃、32.5℃、35℃、37.5℃、40℃五个温度点进行研究,实验结果如表6。

由图4可知,当温度为30℃时,反硝化消耗硝酸盐氮的量最大,即反硝化作用最强。

综上所述,厌氧生物反应器在水里停留时间为36小时的条件下,最适温度为30℃。

4.4. 氨氮与亚硝酸盐氮的反应比对SH-A工艺脱 氮率的影响

根据反映机理,氨氮与亚硝酸盐氮的理论反应比为1:1,然而在对垃圾渗滤液生物脱氮处理的实验研究中,氨氮与亚硝酸盐氮的反应比较理论值偏差较大。本实验通过研究不同的氨氮与亚硝酸盐氮反应比对SH-A工艺的影响,得到相应实验结果,如表7所示。

如图5可知,当:为1.1:1~1.2:1时,氨氮去除率比较稳定,当:为1.2时,氨氮去除率较大。

4.5. 系统运行及结果分析

在完成反应器条件实验的基础上,对工艺系统进行连续运行。实验采用流量为1 L/h。运行参数如下:

一段好养生物反应器:温度为35℃ ± 1℃,pH值在7.5~8.0,水利停留时间控制在24 h,溶解氧控制在3.0~4.0 mg∙L−1,SV%在20~30。厌氧生物反应器:: = 1.1:1~1.2:1,温度30℃ ± 1℃,

Table 5. Experimental water quality (mg/L)

表5. 实验用水水质指标(mg/L)

Table 6. Changes of Nitrate nitrogen residual content (mg/L)

表6. 硝酸盐氮剩余含量的变化(mg/L)

Figure 4. the residual content of nitrate nitrogen in different temperatures

图4. 不同温度下硝酸盐氮的剩余含量

Table 7. The relationship of-N: -N and ammonia nitrogen removal efficiency

表7. -N: -N与氨氮去除率的关系

Figure 5. The relationship of -N: -N and ammonia nitrogen removal rate

图5. -N: -N与氨氮去除率的关系

Table 8. And out of the water situation in the whole system

表8. 整个系统进出水情况

Figure 6. Overall system operation of nitrogen removal efficiency

图6. 系统整体运行氮的去除效果

Table 9. Water quality

表9. 出水水质

单位:mg/L,(pH为无量纲)pH值在7.5~8.3之间,水利停留时间控制在36 h,溶解氧控制在1.0 mg/L左右。二段好氧生物反应器:温度为35℃ ± 1℃,pH值在7.5~8.0,水利停留时间控制在24 h,溶解氧控制在3.0~4.0 mg/L,SV%在20~30。整个系统运行的进出水情况如表8所示。

从图6可以看出,经过两个月的系统连续运行,系统出水水质稳定,晚期垃圾渗滤液通过该工艺处理后氨氮去除率达到95%~100%,总氮去除率约为85%。

晚期垃圾渗滤液经过整个工艺系统处理后各项出水水质指标均达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996一级),具体出水水质见表9。

由表3.8可以看出,出水的各项指标均达到了排放标准,晚期垃圾渗滤液的处理效果较好。SH-A试运行结果总氮去除率约为85%,比全程硝化反硝化脱氮率有所提高。

5. 结论

1) 在好氧生物反应时,得到35℃为中老年垃圾渗滤液反应的最佳温度,该温度下亚硝酸菌的活性最大,实现了亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的同时积累。采用反硝化结合厌氧氨氧化对晚期垃圾渗滤液的厌氧生物反应进行研究,当C/N = 3~3.5,温度30℃ ± 1℃,pH值在7.5~8.3之间,水利停留时间控制在36 h,得出反应的最佳控制条件: =1:1.1~1:1.2。此时,仅厌氧生物反应器的脱氮率就能达到75%以上。

2) SH-A工艺即短程硝化反硝化与厌氧氨氧化的协同作用,脱氮率比全程硝化反硝化工艺单独运行时,总氮的去除率有一定提高。

3) 本研究表明SH-A工艺处理晚期垃圾渗滤液运行稳定,处理成本低,运行过程中只需投加少量的碱来维持系统的正常运行。

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