（环境工程专业论文）移动床生物膜反应器处理晚期垃圾渗滤液的研究.pdf

之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华 北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：! ! ! ：f 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期：竺竺，：? 导师签名： i v 华北电力人学硕+ 学位论文 摘要 本文选用磷酸铵镁沉淀法( m a p ) 和移动床生物膜反应器( m b b r ) 处理 晚期高氨氮、难降解垃圾渗滤液。用正交实验及单因素实验得出m a p 反应的 最优条件下，渗滤液的氨氮去除率达8 5 以上。m b b r 挂膜启动后，确定了p h 、 h r t 、氨氮负荷、c n 等参数的最佳范围，配水氨氮去除率达8 0 以上。氨氮、 c o d 去除率均随入水渗滤液的比例增大而减小，游离氨是导致氨氮去除率降 低的主要因素。通过对比m a p 、m b b r 、和厌氧滤池( a f ) 在不同组合方式下 的运行结果，证明了m a p 脱氮前处理的必要性，以及m b b r 在系统中起重要 作用，为建立成套的渗滤液处理工艺提供了参考。控制m b b r 在低温、低溶 氧下实现了稳定的短程硝化，证明m b b r 具有高效生物脱氮的潜力。 关键词：晚期渗滤液，移动床生物膜反应器，m a p 沉淀法，物化生物联用 处理，短程硝化 a b s t r a c t i nt h i ss t u d y , t h et e c h n i q u e so fm a pa n dm b b rw e r eu s e dt ot r e a to l d l a n d f i l l l e a c h a t e ，w h i c h c o n t a i n s h i g h c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i aa n d r e c a l c i t r a n t o r g a n i cc o m p o u n d s t h eo r t h o g o n a l a n d s i n g l e f a c t o r e x p e r i m e n t sw e r eu s e dt od e t e r m i n et h eo p t i m a lc i n d i t i o n so fm a p ，w h i c h w a sf o u n dt h a tt h ea m m o n i a nr e m o v a lr a t ec o u l dr e a c ha sh i g ha so v e r8 0 u n d e ro p t i m a lc o n d i t i o n s ，c o n t a i n i n gp h ，h r t ，a m m o n i a n i t r o g e nl a r da n d c n ，t h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a - n i t r o g e nc o u l dr e a c ho v e r8 0 t h e c o m b i n a t i o n so fm a p , f a ，a n dm b b ra sw e l la st h e i re f f e c t i v e n e s sa n d e f f i c i e n c yf o rr e m o v i n ga m m o n i a - n i t r o g e na n do r g a n i cc o m p o u n d sf r o mt h e o l dl a n d f i l ll e a c h a t ew e r ea l s oe x a m i n e di nt h i ss t u d yt oo p t i m i z et h eo v e r a l l p e r f o r m a n c e t h ee x p e r i m e n t a l o u t c o m e si n d i c a t et h a tap r o m i s i n ga n d s t a b l en i t r i f i c a t i o n d e n i t r i 6 c a t i o no fo l dl a n d f i l ll e a c h a t ec o u l db ea c h i e v e d i ns e t t i n g so fl o wt e m p e r a t u r ea n dl o wd oc o n c e n t r a t i o n g u oy a o w e n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i ul e i k e yw o r d s ：o l dl a n d f i l ll e a c h a t e ，m b b r ，m a p c o m b i n eo p e r a t i o n s t r a t e g i e s ，s h o r t - c u tn i t r i f i c a t i o n v 华北电力大学硕士学位论文 华北电力大学硕士学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 研究背景”1 1 2 论文计划与结构3 第二章垃圾渗滤液简介及其处理进展“4 2 1 垃圾渗滤液简介”4 2 1 1 垃圾渗滤液的产生及危害4 2 1 2 渗滤液的性质4 2 1 3 渗滤液处理对策分析5 2 1 4 渗滤液成分变化的影响因素5 2 2 垃圾渗滤液处理方法简介6 2 2 1 垃圾渗滤液物化处理方法简介6 2 2 2 垃圾渗滤液生物处理方法简介8 2 - 3 磷酸铵镁沉淀法( m a p ) 简介9 2 4 移动床生物膜反应器( m b b r ) 简介1 1 第三章实验方案及材料l3 3 1 水质分析l3 3 1 1 渗滤液样品水质分析13 3 1 2 人工配水水质1 4 3 2 生物反应器15 3 2 1 填料选择l5 3 2 2 反应器设计一l5 3 3 实验仪器和分析方法1 7 3 3 1 分析项目与方法17 3 3 2 实验所用仪器1 8 3 4 实验方案设计及步骤1 9 3 4 1m a p 实验方案及步骤19 3 4 2 生物实验方案设计1 9 第四章m a p 预处理渗滤液的研究2 0 4 1m a p 因素考虑及药剂选择2 0 4 1 1m a p 反应的主要影响因素分析与确定2 0 4 1 2m a p 反应药剂选择2 1 4 2 正交实验2 1 4 3 单因素实验2 4 4 3 1镁盐对m a p 结晶反应的影响一2 4 4 3 2 p h 对m a p 结晶反应的影响2 6 4 3 3 磷盐对m a p 结晶反应的影响2 7 4 3 4 反应时间对m a p 结晶反应的影响2 8 4 4 渗滤液杂质对m a p 反应的干扰2 9 4 5 沉淀效果分析3 0 4 6m a p 回用的研究3 0 v i l 华北电力人学硕士学位论文 4 6 1 实验分析“3 l 4 6 2m a p 脱氮率随碱量变化的关系3l 4 7 本章小结3 3 第五章m b b r 处理垃圾渗滤液的研究3 4 5 1 反应器挂膜启动3 4 5 1 1 挂膜机理和挂膜方式3 4 5 1 2 启动和驯化过程分析”3 4 5 2m b b r 反应器的最优运行条件3 8 5 2 1d o 的影响“3 8 5 2 2p h 的影响”3 9 5 2 3h r t 的影响4 0 5 2 4 容积负荷的影响4 0 5 2 5c n 的影响4 2 5 3 不同组合方式处理渗滤液4 3 5 3 1a f m b b r 处理渗滤液4 5 5 3 2m a p a f m b b r 处理渗滤液4 6 5 3 3m a p m b b r 处理渗滤液5 0 5 4 生物相的观察5l 5 5 本章小结5 3 第六章短程硝化处理晚期渗滤液的研究5 4 6 1 短程硝化的实现及意义5 4 6 2 亚硝化的实现途径5 4 6 2 1 温度控制的分选途径5 4 6 2 2 游离氨的选择性抑制5 5 6 2 3 基质缺乏竞争途径”5 5 6 3 短程硝化的影响因素分析5 6 6 3 1 溶解氧浓度5 6 6 3 2c n ”5 6 6 3 3p h 值5 6 6 3 4 游离氨浓度5 6 6 4 实验结果分析5 7 6 4 1 短程亚硝化的实现过程”5 7 6 4 2 低温下实现稳定的亚硝化过程探讨5 8 6 4 3 硝化动力学5 9 6 4 4 冲击负荷实验6 l 6 5 本章小结6 l 第七章结论与问题6 2 7 1 结论6 2 7 2 问题与展望6 3 参考文献”6 4 致谢7 2 在学期间发表的学术论文和参加科研情况7 3 华北电力人学硕十学位论文 1 1 研究背景 第一章引言 垃圾是人类生产生活过程中必然产生的遗留废弃物。随着城市化的发展，城市 生活垃圾剧增。目前，我国仅生活垃圾每年即可产生1 2 1 0 8 t 左右，而且还以每年 8 1 0 的速度增加，城市垃圾处置及污染防治已成为环境保护的突出问题。 当前垃圾处理工艺主要有垃圾堆肥、垃圾焚烧和垃圾卫生填埋。其中，垃圾填 埋工艺由于其处理成本低、投资少的优点受到人们重视，逐渐成为发展中国家及一 些国土广阔的发达国家普遍采用的垃圾处理方法。根据我国的国情和经济发展趋 势，在未来相当长的时间里，垃圾卫生填埋仍是我国生活垃圾处理的最重要的方法 一i t 2 1 “一 o 垃圾渗滤液是在垃圾堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷，以及地 表水和地下水的浸泡而滤出来的污水，是垃圾填埋场的重要污染物之一。垃圾渗滤 液是世界公认的难处理污水，其典型特征是含有高浓度的氨氮、难降解有机物及多 种重金属，如不经处理或处理不达标直接排放将会对土壤、地下水、地表水产生严 重污染。 随着我国水污染的加重，渗滤液处理水排放必将执行更严格的水污染排放标 准，这为当前的渗滤液处理工艺提出了挑战。最新发布的城市垃圾填埋场污染控 制标准pj ( g b1 6 8 8 9 - 2 0 0 8 ) 规定，从2 0 1 1 年7 月l 同起，现有全部生活垃圾填 埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行更严格的水污染排放浓度限值。所以，研究 渗滤液的最优化的处理方案，选择最经济的工艺组合，实现更有效的渗滤液处理方 法是摆在当前科研人员面前的重要课题。 从处理方式上考虑，渗滤液可与城市污水进行合并处理，也可经过人工湿地和 渗滤液回灌【75 】进行土地处理，但场内就地处理因其灵活、经济的特点被逐渐采用【5 1 ， 是未来渗滤液处理的趋势。由于渗滤液水质水量受各种因素影响而变得非常复杂， 一般含有高浓度氨氮( 尤其是晚期渗滤液) 和大量生物难以降解的有机物，目前尚 无十分完善的处理工艺【5 j 。 由于渗滤液有机物的主要成分是难降解的腐植酸和富里酸【7 7 】，且随着人工合成 化合物的不断增加，渗滤液的成分更加复杂化和多样化，增加了其处理难度。多种 物理化学方法对生物法难以处理的难降解有机物和重金属离子有较好的去除效果， 常用的方法有吸附法、化学氧化、膜处理等。吸附法普遍存在吸附剂造价高、吸附 华北电力大学硕士学位论文 塔易堵塞以及运行费用高的问题，常用作渗滤液出水深度处理方法。化学氧化法可 以分解或破坏渗滤液中难降解的有机物，常见的臭氧和过氧化氢由于其处理成本高， 限制了其实际应用。近些年来发展起来的氧化技术，例如辐照氧化、光催化氧化技 术都是借助氢氧自由基的强氧化性来达到氧化分解化合物的目的，以提高渗滤液的 可生化性【4 1 。一些学者用超声波预处理渗滤液【7 9 1 ，发现超声波除了不仅可以降解渗 滤液的有机物，还可以利用自由基将氨氮转化为氮气和氢气【9 0 1 ，但该方法耗能巨大， 难以大规模应用。近年发展迅速的膜技术在污水处理的应用上也具有广阔的前景， 但目前存在工艺成本高、膜污染、预处理设施要求较高【6 , 7 6 等问题。因此，物化法 在水处理成本和处理工艺上须进一步优化【5 】。而单独的物理化学方法难以达到处理 效果。必须与生物法联合处理才能达到理想的出水效果【5 , 2 0 。 渗滤液除了含有高浓度的难生物降解的有机物导致渗滤液处理困难之外，高浓 度氨氮的去处也是渗滤液处理的一棘手问题。水体中氨氮超标是加速水体富营养化 进程的主要因素之一，高浓度氨氮对生物处理过程中的微生物也有很大的抑制作 用，所以，渗滤液中的有机物在进行生物处理前，对氨氮的预处理就显得尤为重要 了【9 4 】。吹脱法是当前渗滤液氨氮去除的主要方法，但该方法所需的塔式设备造价较 高，处理前需要调高p h ，处理后回调p h ，药剂投加量大，且由于渗滤液普遍含有 表面活性剂等物质，导致吹脱过程中产生大量气泡，而释放的大量氨气如处置不当 会造成二次污染【9 4 】。所以，寻找更经济、有效的渗滤液脱氮方法是当前的重要课题。 本实验采用的磷酸铵镁沉淀法具有脱氮效果好、操作简单、成本较低等优点，生成 的磷酸铵镁沉淀既可以作为副产品产生经济效益，又可以通过再生的方式重复使 用，充分体现出循环经济的特点。 生物处理法因其运行成本低廉、管理简单而被广泛应用，是当前渗滤液处理的 主要方法【8 0 l 。生物法不仅能有效去除渗滤液的b o d ，还具有强的生物脱氮能力。与 一些物化方法通过氨氮转移而实现脱氮不同，生物脱氮将氨氮转变为氮气，不会产 生二次污染，是一种经济、有效的脱氮方式【9 4 】。而随着近年一些脱氮新技术( 短程 硝化反硝化、厌氧氨氧化、同时硝化反硝化等【5 8 】) 的提出，生物脱氮技术逐渐成为 研究热点。 生物法的缺点体现在难以适应水质和水量的变化，易受渗滤液高氨氮和毒性的 抑制，且对难降解的有机物去除能力有限等方面。相对悬浮生长的活性污泥工艺， 生物膜法受有毒物质的干扰更小，且占地少、硝化能力强，更适合处理垃圾渗滤液。 尽管单独使用生物法很难使处理水达标，但通过生物处理降低大部分的污染物，以 减轻后续高成本后处理设施的负荷是必要的。所以笔者认为生物法仍是当前渗滤液 处理的主体工艺；选择合适的生物法决定了渗滤液处理成本的高低。因此，研究兼 备除碳脱氮性能的高效、抗冲击负荷的生物处理技术显得尤为重要。 r e n o u 【6 】等统计了过去2 0 多年的渗滤液处理工艺，结果表明，没有一种单独的 2 华北电力大学硕+ 学位论文 生化处理工艺能使出水达标。有必要采用两种或多种物化和生物法的联用。混凝沉 淀和f e n t o n 工艺的结合可以去除6 9 9 0 的c o d ，活性污泥和f e n t o n 氧化工艺的结 合可以去除几乎全部的c o d ( 9 8 ) s h 。而生物处理工艺中通过研究好氧、厌氧、 缺氧的不同组合方式，可以最大化地发挥生物处理的效能。 1 2 论文计划与结构 综合以上研究背景，本文以晚期高氨氮渗滤液为研究对象，旨在： ( 1 )寻找更经济有效的渗滤液物化脱氮方法，以满足后续生物处理的需要。 ( 2 )研究高效生物反应器对渗滤液生物脱氮及有机物的降解的作用。 ( 3 )通过研究物化、生物联用的一整套工艺，考查各单独处理工艺的效果，为联 用工艺提供参考。 根据以上实验计划，本文做了以下研究： ( 1 )对比多种渗滤液物化处理方法，本文选用磷酸铵镁沉淀法( m a p ) 作为物化 预处理工艺。通过正交试验和单因素实验分析影响m a p 反应的主要因素， 综合考虑反应效果和经济因素，得出m a p 反应的最优条件。同时，通过 m a p 加碱再生实验初步论证m a p 再生的可行性。 ( 2 )综合考虑各种生物处理方法的优劣，选择具有高负荷、耐水力冲击的移动床 生物膜反应器( m b b r ) 作为生物处理反应器，通过m b b r 反应器从挂膜 启动、负荷提升以及反应条件优化的一系列过程，考查m b b r 性能特点及 渗滤液处理的优势。探索m b b r 在短期内实现短程硝化的可行性。 ( 3 )通过m a p 、m b b r 、a f 的联用实验进一步论证m a p 和m b b r 处理渗滤液 的运行特点，并为物化、生物一整套工艺实验提供基础。 华北电力大学硕十学位论文 第二章垃圾渗滤液简介及其处理进展 2 1 垃圾渗滤液简介 2 1 1 垃圾渗滤液的产生及危害 一般认为，渗滤液的产生过程分为调节期、过度期、产酸阶段、产甲烷阶段、 成熟阶段5 个阶段。最近的研究表明，渗滤液产生过程并不是绝对按这种顺序进行 的。d o r o t ak u l i k o w s k a 等人【7 】对波兰某垃圾填埋场进行了4 年的监测，发现在填埋 初期，渗滤液的p h 达到7 8 4 ，c o d 浓度较低( p ：n 反应时间，按此顺序依次做单因素实验，以确定m a p 沉淀的最 佳条件。 图4 1 是各因素的直观图，可见镁盐的投加量对氨氮去除率的影响最明显。 另外，生成的m a p 具有较大的比表面积，通过吸附、混凝的作用使水中部分 胶体悬浮物沉淀下来，去除了部分c o d 。但同其他实验结果类似，m a p 实验对c o d 的去除并不明显( 1 0 2 0 ) ，因此，本实验不考虑c o d 的去除结果。 2 2 华北电力大学硕士学位论文 表4 - 2 正交实验氨氮的去除结果 t a b 4 2 r e s u l t sa n da n a l y s e so ft h eo r t h o g o n a lt r i a la b o u ta m m o n i a n i t r o g e n 时间 m g ：n p ：n p h 空白氨氮去除率( ) 实验1 11ll l4 2 7 1 实验2 222 2l5 4 6 6 实验3 3333l 5 7 6 3 实验4 44 44l8 6 o l 实验5 3124 26 4 1 8 实验6 42 l32 6 0 5 5 实验7 1342 26 4 0 4 实验8 24 312 7 5 1 3 实验9 4l 3234 8 9 6 实验1 0 3 24l3 5 3 9 4 实验11 23l 436 5 7 l 实验1 2 l 423 37 7 6 2 实验1 3 2l4 344 4 7 l 实验1 4 12344 6 0 2 7 实验1 5 4 32l4 5 8 0 3 实验1 6 34l2 46 9 3 l 水平一 6 1 1 6 5 0 1 45 9 5 75 7 4 56 0 2 5 水平二 6 0 0 55 7 3 5 6 3 6 25 9 2 46 5 9 8 水平三 6 1 2 66 1 3 56 0 5 06 0 1 36 1 5 6 水平四 6 3 3 97 7 0 2 6 2 1 86 9 0 45 8 0 8 s s 2 3 3 11 5 4 8 0 6 3 8 7 23 2 1 0 51 3 3 1 6 d f 33 333 m s 7 7 6 95 1 6 0 2 2 1 2 9 0 61 0 7 0 1 74 4 3 8 7 f 值0 1 7 511 6 2 6o 2 9 l2 4 1 1 1 0 0 0 p 值 o 9 0 7o 0 3 70 8 3lo 2 4 4 0 5 0 0 注：s s 指离差平方和，d f 指自由度( 各列的自由度是水平数减1 ) ，m s 指均方( 离差 平方和除以自由度) ，f 值是统计量值，p 值是显著性概率值。 2 3 华北电力大学硕士学位论文 7 5 7 0 - 、6 5 蕃 要6 ( 2 o 口 q 酲 5 5 5 0 4 5 6 01 2 01 8 0 t i m e m i n ) 4 3 单因素实验 o 81 01 2 m g ：n 0 81 o1 21 4 p ：n 图4 1 各冈素的直观图 f i g 4 - 1t h ed i r e c t - v i e w i n gc h a r to fe a c hf a c t o r 4 3 1镁盐对m a p 结晶反应的影响 7891 0 p h 由正交实验得出镁盐的投加量对氨氮去除率的影响最显著，故首先考虑改变不 同的镁盐和渗滤液原水氨氮的摩尔比例，分别取0 9 ：l ，l ：l ，1 1 ：1 。1 2 ：l ， 1 3 ：l ，1 4 ：l ，1 5 ：1 。其他条件：p ：n 摩尔比为1 ：l ，搅拌时间1 2 0 m i n ，滴加酸 或碱调节p h 为8 左右，沉淀时间3 0 m i n 。反应后测定残余的氨氮和p 0 4 3 - , 去除效果 如图4 2 所示。 可见，随着m g ：n 摩尔比的增大，氨氮的去除率逐渐增大，残余的p 0 4 3 的浓度 逐渐减少。当m g ：n = i 4 时，氨氮的去除率达8 4 ，残余氨氮5 5 0 m g l ，而当m g ：n = i 5 时，氨氮去除率增大不明显，考虑药剂成本，选择m g ：n = i 4 为最佳投药量。 “等人【33 j 用m g o 和8 5 h ，p o 一的药剂组合，结果氨氮去除率只有3 6 ，说明 m a p 沉淀效果可能因渗滤液水质的不同而异，同时也说明本实验磷盐选用用磷酸二 氢钠的效果较好。 2 4 伪 为 晒 ：； 5 ； 牾 两 加 ：8 i ； 阳 ：8 ：； 钙 0 9 1 01 11 21 31 41 5 m o l a rr a t i oo fm ga n dn h ：- n 图4 2 氨氮去除率、剩余氨氮和残余正磷酸盐随镁盐量的变化 f i g 4 2 n h 4 + - nr e m o v a lr a t i o ，r e s i d u en h 4 + - na n dp 0 4 3 a td i f f e r e n tm o l a rr a t i oo fm g 苦 ： 叠 善 星 之 m o l a rr a t i oo fm ga n dn h ：- n 图4 3m a p 沉淀质量和氨氮去除率随镁盐量变化 f i g 4 3 w e i g h to fm a p s e d i m e n ta n dn h 4 + - nr e m o v a lr a t i oa td i f f e r e n tm o l a rr a t i oo fm g 2 5 罨o鲁o，se厶inlen一g) 化反 好的 4 3 2p h 对m a p 结晶反应的影响 滴加酸或碱调节渗滤液p h 分别为7 、8 、9 、1 0 、1 l ，其他条件：m g ：n 摩尔比 为1 4 ：1 ，p ：n 摩尔比为1 ：l ，搅拌时间12 0 m i n ，沉淀时间3 0 m i n 。p h 对m a p 反 应的影响如图4 4 ： 豪 i ，o 墨 专 g 宣 星 图4 4 氨氮去除率和残余氨氮量随p h 的变化 f i g 4 4 n h 4 + - nr e m o v a lr a t i oa n dr e s i d u en h 4 + - n a td i f f e r e n tp h 零 暑 害 皂， 舞 n 窨 2 置 暑 2 。 宝 j 皇 巴 p h 对m a p 反应的影响是很多因素综合的结果。综合其他文献，m a p 反应的最 适p h 范围为8 一l o ，且随着反应的进行，p h 会逐渐降低，这对m a p 反应不利。本 实验p h 在8 一l o 的范围内，氨氮的去除效果变化不明显，这可能由于氧化镁是碱性 盐，对环境p h 的变化具有一定的缓冲能力。 当p h 达到1 1 时，氨氮去除率降低，分析原因，强碱环境下，m g 离子首先与 2 6 华北电力人学硕士学位论文 溶液中的氢氧根反应生成难溶的m g ( o h ) 2 ，消耗了部分镁盐，阻碍了m a p 反应的 进行。而且当体系的p h 为1 1 时，水中的氨氮大部分以游离氨( f a ，f r e ea m m o n i a ) 的状态存在，不利于反应进行( 图4 5 ) 。 游离氨的是水中氨氮、p h 和温度的函数，计算方法f 9 5 1 如下： 邑 皇 盘 1 8 0 6 0 4 0 0 f a ( m g n l - 1 ) 2 而两t a n 两 k ，= e 彤螂7 3 891 01 11 2 p h 图4 - 5 游离氨占总氨氮的比值随p h 值的变化( 3 0 。c ) f i g 4 5 t h er a t i oo ff a a td i f f e r e n tp hi n3 0 c ( 公式4 - 2 ) 由于m a p 反应产酸，而生成的m a p 会在酸性条件下重新溶解，不利于反应进 行。而本实验由于选用了m g o 作为镁赫，反应时p h 不会降低，这也体现出所选药 剂的优点。综合考虑，由于渗滤液原水p h 值为8 ，故反应不需投加碱即可满足所需 的p h ，这样也节省了成本。 4 3 3 磷盐对m a p 结晶反应的影响 调节加药量使p ：n 摩尔比分别为0 6 ：l 、0 7 ：l 、0 。8 ：1 、0 9 ：l 、1 ：1 ，其他 条件：m g ：n 摩尔比为1 4 ：l ，不调节p h ，沉淀时间3 0 r a i n 。反应结果如图4 - 6 。 当p ：n 大于0 9 时，由于m a p 反应不完全导致反应残余的磷浓度高达 2 7 华北电力人学硕十学位论文 5 0 0 m g l ；当p ：n 在o 8 到0 9 之间，磷的浓度有一个急剧下降的过程；p ：n 在 0 7 到0 8 的区间里，残余磷几乎为零。由于磷是造成水体富营养化的重要元素，出 水磷的增大必然会造成二次污染，且磷盐的成本在总反应成本中所占的比值最大， 所以综合考虑，选择p ：n = 0 8 2 。 ，、 零 二 母 o e 2 e - 受 c o e e 刀 。 竺 c 竺 8 ： o o 三 墨 皇： o 了 3 g 图4 - 6 氨氮去除率和残余正磷酸盐随磷盐的变化 f i g 4 6 n h 4 * - nr e m o v a lr a t i oa n dr e s i d u a lp 0 4 a td i f f e r e n tm o l a rr a t i oo fp 0 4 3 4 3 4 反应时间对m a p 结晶反应的影晌 选择搅拌时间分别为1 0 、3 0 、6 0 、1 2 0 、1 8 0 、3 0 0 m i n ，其他条件：m g ：n 摩尔 比为1 4 ：l ，p ：n 摩尔比为l ：1 ，不调节p h ，沉淀时间3 0 m i n 。反应结果氨氮的去 除率如图4 7 。 反应在第十分钟，氨氮去除率迅速达到5 0 ，随着反应的进行，去除率缓慢上 升最终保持稳定。第5 小时，氨氮去除率反而降低j 这可能由于长时间的搅拌破坏 了m a p 晶体，一部分沉淀重新分解所致。故反应时间取2 小时较合适。 m a p 反应加入的磷酸盐决定了该反应是一个产酸的过程，通常的反应方程式如 下： m 9 2 + + n h 4 + + h p 0 4 2 + 6 h 2 0 - - - - ，m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 j , + h +( 方程4 2 ) m 9 2 + + n h 4 + + h p 0 4 2 + 6 h 2 0 + o h 。- - - * m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 l + h 2 0 ( 方程4 3 ) 2 8 华北电力大学硕士学位论文 本实验中，反应体系的p h 值反而逐渐增大( 这和c h i m e n o s 等人h 6 3 的结果 且变化过程与氨氮的去除率有一定的吻合度，这是由于m g o 是一种碱性 能释放氢氧根离子，从而使体系的p h 增大。 m g o + h 2 0h m g ( o h ) 2 3 5 0 m l m i n ) 下容易脱落。 启动后逐渐增大配水中渗滤液的比例，同时提高氨氮和c o d 负荷，降低c n ，使 进水逐渐接近晚期渗滤液的水质。将各时期分为5 个阶段，各阶段的运行参数见表 5 - 1 。根据表5 1 绘制的直观图见图5 1 表5 1m b b r 运行各阶段的参数平均值 t a b 5 - 1 a v e r a g et r e a t m e n tr e s u l t sd u r i n gt h eo p e r a t i o nf o rm b b r 囫i 圆l i 目l i l 圆 皿、 陌三 雪趟 一日l l 蓁鋈 i n l u o lt c0 d h m i e 邝u c n tn h ； 雾冀雾匡鋈雾硼 图5 1 各阶段c o d 和氨氮浓度及去除率变化直观图 f i g 5 - 1 a v e r a g et r e a t m e n tr e s u l t sd u r i n gt h eo p e r a t i o nf o rm b b r 3 5 瑚啪锄枷姗瑚伽。伽 幻 o 一6邑uol薹u9uuou 一零一鲁ejieo9叱 以异养菌为主，硝化反应一定程度上被抑制。期间氨氮去除率达到6 0 以上，c o d 去除率达到8 0 ，认为反应器启动成功。 ( 3 ) 阶段i i i 期间进水逐渐加入渗滤液原水，使渗滤液与人工配水的体积比为2 0 ：l ，由于 实验所用渗滤液氨氮浓度较高，致使进水氨氮浓度剧增，平均值为1 1 0 m g l ，氨氮 负荷达到o 1k g n h 4 + - n m 3 d ，但氨氮平均去除率却提高到9 1 ，平均出水氨氮只有 7 5 m l ，分析原因，由于进水碳氮比降低( 6 5 ：1 ) ，而较低的碳氮比有利于硝化 硝化反应的进行。同时，c o d 的去除率下降到7 7 ，这是由于较低的碳氮比抑制了 异养菌的生长，另一方面，进水增加的部分渗滤液中大多是难降解有机物，渗滤液 比例的增大所以导致了出水c o d 增大。总之，在低碳氮比进水下，m b b r 能在较 短时间内实现较强的硝化能力。 ( 4 )阶段 继续增加渗滤液的比例，使渗滤液与人工配水的体积比为1 0 ：1 ，同时氨氮平 均浓度增加到2 1 6 m g l 。氨氮负荷达0 2 2 3k g n h 4 + - n m 3o d ，氨氮去除率略有下降， 但仍保持8 0 以上。 c o d 去除率下降到6 4 ，分析原因，近一半的c o d 产生于难降解的渗滤液， 因此导致c o d 总去除率降低。且由于渗滤液原水c n 降低，抑制了异养菌的生长。 华北电力人学硕士学位论文 1 0 0 0 o ) 2 0 0 1 0 0 0 9o i 儿 i l l 一in f l u e n tc o d 俨e f l u e n tc o d o c o dr e m v a l 呵蹦嘲 v o 2 04 06 08 0 1 0 0 1 1 m e ( d ) 图5 2 进水c o d 值和c o d 去除率随反应时间的变化 f i g 5 - 2 i n f l u e n c eo fc o d a n dc o dr e m o v a la td i f f e r e n tt i m e t i m e ( d ) 图5 3 氨氮去除率随反应时间的变化 f i g 5 - 3 i n f l u e n c eo fn h 4 + - na n dn h 4 + - nr e m o v a la td i f f e r e n tt i m e 3 7 刀 c d j o 孟 = 鳖 。 琴 佃 加 o 0 o 0 o 0 0 0 喜| 姗 | 堇 伽 垂| 枷 | | 至 (16一collbjlu。coo凸 刃ortlo o e o 叱 1 0 0 8 0 6 0 4 0 0 p h 图5 4p h 对反应器氨氮和c o d 去除率的影响 f i g 5 4 n h 4 + - na n dc o d r e m o v a la td i f f e r e n tp h 3 9 华北电力大学硕士学位论文 5 2 3h r i 的影响 m b b r 的水力停留时间( h r t ) 决定了基质与生物膜的接触时间，影响着基质 被生物膜吸收和降解的效果。本实验用水为渗滤液和人工配水混合液，调节p h 为 7 5 ，考察了h r t 分别在8 h 、1 6 h 、2 4 h 时c o d 和氨氮的去除率变化，结果如图5 5 。 1 6 h h r t ( h ) 图5 5h r t 对反应器c o d 、氨氮去除率的影响 f i g 5 - 5 n h 4 + - na n dc o d r e m o v a la td i f f e r e n th r t 可见，h r t 为8 时，c o d 去除率和氨氮去除率分别为3 5 和6 5 ，而随着h r t 的增加，c o d 和氨氮的去除均有一定程度的增加( 见图5 5 ) 。h r t 为1 6 h 时，氨 氮去除率最大。增大h r t 为2 4 h ，c o d 去除率增加不明显，而氨氮去除率下降显 著。由于h r t 越小容积负荷越大，所以综合考虑选择h r t 为1 6 h 。这个结果和其 他实验类似，若要缩短水力停留时间并保证c o d 和氨氮的去除率，可通过加大填 料的投加比例( 高达7 0 ) 来实现。 5 2 4 容积负荷的影响 保持p h 为7 5 ，h r t 为1 6 h ，在氨氮负荷从0 1 到0 6k g n h 4 + - n m 3 0 d 的范围内 研究了氨氮去除率变化。在氨氮负荷为o 1 0 2k gk g n h 4 + - n m 3 d 时，氨氮去除率达 到最大( 9 0 以上) ，说明过低或过高的氨氮负荷均不利于微生物的生长。低氨氮负 荷满足不了微生物的生长需要，而高氨氮负荷下，游离氨的浓度增大，抑制了硝化 反应进行。游离氨浓度与氨氮去除率的关系如图5 7 。当游离氨浓度大于3 m g l 时， 氨氮去除率下降明显，游离氨增大到5 m g l 时，氨氮去除率降低到2 0 以下。 4 0 伯 o 孚一。一l_窭一再oe叱 1 0 0 8 0 6 0 o 0 00 10 2 0 30 40 50 6 n h ：- nl o a d ( k g n h ：- n m - d ) 图5 - 6 氨氮负荷对氨氮去除率的影响 f i g 5 6 n h 4 + - nr e m o v a la td i f f e r e n tn h 4 + nl o a d 051 01 52 0 f a ( m g l ) 图5 7 游离氨浓度与氨氮去除率的关系 f i g 5 7 n h 4 + - nr e m o v a la td i f f e r e n tf r e ea m m o n i a 4 1 一零一o；jiboo叱 华北电力大学硕士学位论文 7 0 窘6 0 o es 0 雪 星4 0 叱 3 0 2 0 1 0 l o a do fc o d ( k g c o d m d ) 图5 8c o d 负荷对c o d 去除率的影响 f i g 5 8 c o dr e m o v a la td i f f e r e n tc o d l o a d 启动过程中c o d 去除率随c o d 容积负荷的变化如图5 8 所示。当c o d 负荷 从0 2 到o 8k gc o d m 3 0 d 之间变化时，c o d 去除率稳定在7 0 8 0 之间，负荷大 于o 8 后，c o d 去除率急剧下降。分析原因，由于较大c o d 负荷时进水渗滤液的 比例较大，增加了生物降解的难度。考虑到反应器的处理能力，而适宜的c o d 负 荷应为0 6 0 8 k gc o d m s d 。 5 2 5o n 的影响 其中c 以c o d 计，n 以氨氮计。在d o 控制在2 - 4 m g l ，h r t 为1 6 h ，p h 为7 5 时，考察了c n 从1 到6 的c o d 氨氮去除率变化。c n 在2 到6 之间，氨氮 去除率保持在8 0 以上，而c o d 去除率从2 0 增加到5 0 ( 图5 - 9 ) ，变化幅度较 大，说明c n 对异养菌的影响更大，而硝化反应在较低的c n 比下仍能较好进行。 而当c n 降低到l 时，氨氮去除率有显著下降，这是由于硝化菌的生长一定程度上 依赖异养菌，当异养菌生长受抑制时，硝化菌的附着会同样受到抑制。 综上，为保证c o d 去除率在6 0 以上，最佳c n 应在6 以上，而实验用渗滤 液原液c n 仅为1 2 j 这也说明了渗滤液生物处理前物化脱氮的重要性。 234 56 c ，n 图5 - 9 碳氮比对m b b r 氨氮、c o