生物膜反应器亚硝化处理垃圾渗滤液的启动研究

1、!丝Q:幽Science and Technology Innovation Herald研究报告生物膜反应器亚硝化处理垃圾渗滤液的启动研究马伟骏(浙江树人大学浙江浙江温州325000摘要:奉课题采用生物膜亚硝酸型硝化工艺去除垃圾渗滤液中的高浓度氨氮,通过实验考察亚硝酸型硝化反应器的启动,发现反应器中发生了自氧脱氟现象,还考察了DO对亚硝酸型硝化工艺的影响。关键词:生物膜反应器垃圾渗滤液亚硝化启动中图分类号:x703文献标识码:A文章编号11674-098X(20lool(a一o002一02近年来,随着工业化和城市化程度的不断提高,城市人口迅速增加,产生的城市垃圾也急剧增加,垃圾填埋场产生的渗

2、滤液由于含有高浓度的有机物和氨氮,如果其排入周围环境,会对周围水体,土壤和大气等造成严重污染和巨大危害。另外垃圾在填埋场中一个显著的特点是,垃圾填埋后的降解过程中,COD。脓度呈下降趋势,而氯氮浓度则保持较高水平并持续很长时间,因此如何降解垃圾渗滤液中的氨氮成为渗滤液降解过程中的一个难点。本课题采用生物膜亚硝酸型硝化工艺去除垃圾渗滤液中的高浓度氯氮,通过实验考察亚硝酸型硝化反应器的启动,确定溶解氧DO对亚硝酸型硝化工艺的影响。1实验装置及方法1.1试验装置采用3.9L的圆筒型有机玻璃容器为生物膜反应器,采用生物膜纤维软性填料(有挂膜稳定等优点,采用风机微孔曝气(试验过程控'击llDO在

3、0.52.0mg/L,用NaHCO,碱液使pH控制在7.58.5之间,采用蠕动泵进水。1.2试验用水:采用的是某垃圾填埋场的垃圾渗滤液,垃圾渗滤液的各项指标如下:c0D, 9600一lll30mg/L,NH3-N1381.9mg/L, N03-NO.23mg/L,TP9.37mg/L。污泥驯化前期采用人工配水,所用药剂为葡萄糖、碳酸氢氯、磷酸二氢钠,氯化亚铁、碳酸钙、氯化镁、硫酸锰等。1.3分析方法和仪器COD:COD快速测定法,COD快速测定仪。NH。+-N:纳氏试剂分光光度法,可见分光光度计。N02-N:a一萘氨分光光度法,可见分光光度计IN03-N:紫外分光光度法,紫外分光光度计;P04

4、3+-p:钼酸盐分光光度法,可见分光光度计,DO:溶解氧仪。1.4反应器启动污泥驯化过程采用连续进水,先采用C:N:P为100:5:l的人工配水对污泥进行驯化5天,再通过逐渐增大进水中的垃圾渗率液的量来启动反应器。当进水中氯氮浓度为400500mg/L时,水中的游离氨为20.1mg/L,此时对各种微生物均有一定程度的抑制,因此不再继续增加进水氨氮浓度,并维持在此状态。驯化初期,进水中垃圾渗滤液量较少,每隔2天测一次数据,在进水量较大时,根据出水情况适当延长监测间隔。每次测定CODcr、NH3-N,NOr-N、N03-N和TP。2结果分析2.1COD,.和NH3-N去除分析起始阶段生物膜反应器进

5、水COD,为482.9mg/L,NH3-N为96.4mg/L时出水COD。,为48.4mg/L,NH3-N为25.0mg/L, COD,去除率为90.O%,NH,一N的去除率为55.4%,随着垃圾渗滤液浓度的提高,COD。,和NH,一N的去除率都有很大的降低,当系统运行到在进水中COD,为3998.4mg/L, NH3-N为耳84.9mg/L情况下出水CODcr为2570.4mg/L,NH,一N为330.1mg/L, CODcr的去除率为35.7%,NH3-N的去除率为31.9%,两者的去除率降低明显。分析这种降低的原因可能主要是:(1进水COD,和NH,一N浓度的不断加大,高浓度有机物和NH

6、,一N成为各种微生物的抑制因素(2微生物生存环境的变化。进水NH,一N为100mg/L左右时fi乞溶解氧氧气>2mg/L,当进水NH3-N浓度为500mg/L时溶解氧为0.20.5mg/L左右,各种异养好氧菌受到了很大的抑制,从而COD,和NH,一N去除率都有很大降低。2.2N02-N和NO,一一N的分析驯化初期,NO,一N含量有所积累,而随着进水垃圾渗滤液浓度提高和溶解氧的变小,含量并没有积累且不断减少,NO3-一N 也有类似的规律。引起N02-N不积累而且减少的原因很多,分析主要有以下可能:(1溶解氧的降低。硝化作用是在好氧条件(DO>2mg/L下由自养或兼氧微生物完成,在DO

7、为0.20.5mg/L时,对好氧型的硝化细菌有抑制作用,导致硝化细菌活性降低,硝化反应几乎停止;(2游离氨(FA对硝化作用的抑制作用。硝化杆菌属较亚硝化单胞菌属更易受2科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 到FA的抑制【3.41,0.6mg/L的FA几乎就可以垒部抑制硝酸杆菌属的活性,当FA达到5mg/L以上才会对亚硝化单胞菌属活性产生影响,当达到40mg/L才会严重抑制亚硝酸的形成。在进水NH3-N为100mg/L左右时,正是春季水温在15左右,pH值在8.O 左右,此时反应器的FA为2.63mg/L,在此情况下硝酸菌受到抑制,而亚硝酸

8、菌没有影响。而在进水NH3-N为484.9mg/L左右时,正值5月中旬水温达到20。pH值在8.3左右,此时系统内FA为20.1mg/L,此时硝化细菌都受到严重地抑制,而亚硝酸细菌也有所限制,故进水停止继续加大垃圾渗滤液的浓度。(3反应器中存在其他现象。观察到附着在膜上微生物生长形成了一层很厚的膜,根据COD,去除仅为35.7%,相反在NH3-N进水很高(484.9mg/L的情况下仍然有31.9%去除,推测存在白养型细菌且占有很大一部分。N02一N和N03-一N均没有积累。推测这可能在进水NH3-N为500mg/L 下,生物膜反应器中由于氧的不充足,在生物膜内外存在了氧的浓度梯度,在这种环境中

9、出现了自养型细菌发生了自氧脱氮现象(CANONt5-6J。正是这种现象的存在可以解释,N02-N和N03-一N为什么没有积累。2.3考察DO对生物膜反应器的影响考察溶解氧对亚硝酸型反应器的影响实验,是仪对生物膜反应器进行的,在水力停留时间为10d,时,pH值为8.0左右,温度为室温,分别控制DO在0.20.5mg/L和l1.5mg/L的情况下,稳定运行一段时间后开始测量数据进行分析。不同的溶解氧对COD,和NH3-N的去除效果有一定的影响。DO为0.20.5mg/L 时,进水CODc,为2417.3mg/L,NH,一N为401.3mg/L,出水水质分别为717.3mg/L和249.2mg/L,

10、去除率分别为70.3%和37.9%l 而DO增加至11.5mg/L时,进水COD,为2024.1mg/L,NH3-N为398.9mg/L,出水水质分别为396.0mg/L和213.6mg/L,去除率分别达到80.4%和45.2%,均提高了10%左研究报告2010NO.CScience and Technolosy Innova币百耳蔬右。说明在增加溶解氧的对COD。,和NH,一N 的去除率有较为明显的影响。在DO为l1.5mg/L,最终的出水中含N02-一N为6.75mg/L,比较DO在0.20.5mg/L时测得的N02一-N浓度4.82mg/L 有了明显的提高,但是相对于进出水高浓度的NH3

11、-N是很少的增加,与目的达到N0,一-N:NH,一N为l是远远不够的,分析原因:作考察DO对反应的实验时,正是5月下旬温度达到了25左右,亚硝酸菌受到抑制,但是其他硝化细菌处于最佳活动温度范围,在DO为l1.5mg/L下,并不是很高的情况下,硝化和反硝化现象明显。3结语通过对生物膜反应器的驯化启动和对水力停留时间和溶解氧的考察,可以得到以下结论:(1随着进水垃圾渗滤液浓度的提高和运行条件的变化,生物膜反应器COD。,和NH,一N的去除率不断降低,当进水cOD,为482.9mg/L,NH3-N为96.4mg/L情况下出水COD,为48.4mg/L,NH3-N为25.0mg/L,COD。,去除率为

12、90.O%,NH,一N的去除率为55.4%,而系统运行到进水中COD,为3998.4mg/L,NH3一N为484.9mg/L情况下出水COD。,为2570.4mg/L,NH,一N为330.1mg/L,COD c,的去除率为35.7%,NH3一N的去除率为31.9%l(2由生物膜反应器COD,和NH,一N去除率_t=jN02-N和N03一-N的变化趋势分析,反应器中发生了自氧脱氮(CANON现象,(3通过控制溶解氧分别在0.2-0.5mg/L和l1.5mg/L,分析得溶解氧在l1.5mg/L时,COD,和NH3-N去除率都比较高,分别达到80.4%和45.2%,比溶解氧在0.2-0.5mg/L时

13、都有10%的提高,而溶解氧在l1.5mg/L下的N02-N达到6.75mg/L,积累比在O.20.5mg/L时明显。参考文献【1】粱秀荣.Orbal氧化沟同步硝化反硝化(SND控制因素研究【J】.北京工业大学,2004(5:1.2】聂永丰.三废处理工程技术手册(固体废物卷【M】.北京:化学工业出版社,2(X0.【3】张兰英,韩静磊。等.垃圾渗滤液中有机污染物的污染及去除【J1.中国环境科学1998(18.【4】柯水洲,欧阳衡.城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺及其研究进展【J】.给水排水2004(30.assisted photocataly ticde-composition of4chlomph

14、enolJ.Acomparativestudy.J.【6】张鹏,周琪.完全混合系统同时硝化反硝化的实验研究【J】.上海环境科学,2003(11.(上接1页其比重为0.8479/ml,运动粘度为1. 2lmm2/s,对于>208重馏分的比重为0. 9039/ml。运动粘度为5.44ram2/s。(2油的热值分析:0#标准柴油的热值为45.0MJ/kg,而各种油的热值都比较接近,但是还是略低,说明含碳量不够高。纯轮胎热解油的热值最大,为41.6MJ/kg,基本能符合机械所需热值的要求。在催化剂作用下的生物质与轮胎共热解油的热值比纯轮胎热解油的要略低。6结论(1在500下热解轮胎,经催化、脱硫

15、和蒸馏等处理可得到一种淡黄色。油腻味,清澈透明的产品。(2对轮胎热解油进行粘度和比重分析,结果表明,对<208馏分其比重为0.8479/mL,运动粘度为1.21mm2/s,对>208"C馏分其比重为0.9039/mL,运动粘度为5.44ram2/s。轻馏分基本符合O#柴油的标准。(3燃值分析表明:纯轮胎热解油的热值最大,为41.6MJ/kg,比0#标准柴油45.0MJ/%g低7.55%,负载5%Co/HzsM一5作催化剂得到的油品,与0#商业柴油相比,热值低了20.4%I经负载10%Ni/HzsM一5做催化剂时,热值为38.0MJ/kg,与0#商业柴油相比,热值低了l5.

16、6%。因此,从热解方面考虑,他们达到作为动力液体燃料对热值的要求。参考文献【l】戴先文,赵增。吴创之,等.循环流化床内废轮胎的热解油化【J】.燃料化学报,2000。28(1:7175.【2】董根全,杨建,刘振宇.废轮胎热解油品的组成与硫含量研究J】.燃料化学报。2000,28(6:537541.【3】阴秀花,赵增立,徐冰燕.废轮胎快速热解实验研究【J】.燃料化学报,2000,28(1:7679.f4】吴创之,马隆龙.生物质能现代化利用技术【M】.北京:化学工业出版社,2003;l2.【5】蒋剑春.生物质能源应用研究现状与发展前景【J1.林产化学与工业。2002,22(2:7580.【6】丛晓民

17、,冯涛,盖国胜.废轮胎热解技术的现状及发展趋势【J】.轮胎工业,2008,28(1:lO14.【7】7Chen B.,Chen G.Q.,Resourceanalysis of the Chinese society l980-2002based on exergy-Part2:Renew-able energy sources and forest【J1.Energy Policy,2007,35(4:20512064.【8】丁素珍,壬孟杰.生物质能的利用【J】.农业工程学报,1993,9(4:5l57.【9】戴先文,吴创之,陈勇.固体生物质的热解液化J】.新能源,1998。20(8:l4.

18、【10郭艳.生物质快速裂解液化技术的研究进展【J】.技术进展,200l。(8:1317.【ll】乔国朝,王述洋.生物质热解液化技术研究现状及展望【J】.林业机械与木工设备,2005。33(5:47.【12Roy C.,Chaala A.,Darmstadt H.,The vacuum pyrolysis of used tires:End uses for oil and carbon blackproducts【J】.Journal of Analytical andApplied Pyrolysis,1999。5102:201221.科技创新导报Science end Technology

19、 Innovation Herald 3 生物膜反应器亚硝化处理垃圾渗滤液的启动研究作者:马伟骏作者单位:浙江树人大学浙江,浙江温州,325000刊名:科技创新导报英文刊名:SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD年,卷(期:2010,""(1引用次数:0次参考文献(6条3.张兰英,韩静磊,等.垃圾渗滤液中有机污染物的污染及去除J.中国环境科学1998(18.4.柯水洲,欧阳衡.城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺及其研究进展J.给水排水2004(30.6.张鹏,周琪.完全混合系统同时硝化反硝化的实验研究J.上海环境科学,2003(11.相似

20、文献(10条1.学位论文何士忠移动床序批式生物膜反应器(MB-SBBR处理垃圾渗滤液的试验研究2008随着我国城市化速度的加快和城市经济的高速发展,城市垃圾问题正变得日益突出。为了提高水环境质量,保证人民身体健康,促进水资源的可持续发展,迫切需要解决垃圾渗滤液污染难题。移动床序批式生物膜反应器(MB-SBBR工艺作为一种新兴的处理工艺已经广泛应用于城市的污水处理领域。但在处理垃圾渗滤液方面还研究甚少。本文采用悬浮填料作为移动床,制作的移动床序批式生物膜反应器处理垃圾渗滤液,进行了试验性的研究。首先,本文介绍了垃圾渗滤液的危害以及主要的处理方法。并简要介绍了SBBR工艺的工艺流程、分类以及工艺特

21、点。同时,还介绍了SBBR工艺的国内外应用进展。其次,本文进行了反应器的设计及启动。研究了填料对充氧性能的影响,试验表明:填料的填充比例为60%时最佳。试验采用“快速排泥法”挂膜。五天后,NH4-N的去除率为71%,COD的去除率为80%,TOC的去除率也为80%。挂膜成功。经过一个半月的驯化,NH4+-N去除率稳定在80%-85%,COD去除率为90%-95%,TOC为80-85%。反应器启动成功。再次,本试验对反应器的运行参数进行了优化,确定最佳运行周期为24小时,最佳搅拌速率为50r/min,最佳曝气量为0.10m3/h,最佳pH值为8,最佳碳氮比为7.5:1。在最佳工况下,COD的去除

22、率达到了95%以上,NH4+-N的去除率达到了85%以上,TOC的去除率也在85%以上。接着,本试验对反应器去除含碳有机物的效果进行了研究。结果表明,本反应器反映出良好的抗容积负荷和抗冲击负荷能力。同时,还考察了HRT对反应器去除含碳有机物的影响,结果表明,HRT在12小时16小时之间时,反应器的处理效率即可达到80%90%。综上表明,本反应器具有良好的去除含碳有机物的能力。最后,本试验还分析了反应器脱氮的影响因素,并对反应器的脱氮机理进行了研究。得出了反应器脱氮的最佳pH值为8,在碳氮比为7.5:1时,氨氮的去除率即可达到85%以上,TN的去除率也达到了60%。通过对一个周期内,对各种含氮物

23、质,包括NH4+、NO3-,NO2-离子以及反应器的COD值、pH值、DO值和碱度变化情况的监测,证实了反应器内同步硝化反硝化作用的发生,说明反应器具有良好的脱氮能力。经过分析,本试验的SND更符合微环境理论。为了研究序批式生物膜反应器中的细菌多样性及其脱氮的微生物学机理,为工艺改进提供依据,从同步高效去除垃圾渗滤液中高氨氮和高COD的SBBR生物膜和渗滤液原水中采集微生物样品并提取微生物总DNA,使用细菌通用引物对(GC341F/907R从总DNA中成功扩增出目标16S rDNA片段,然后对扩增的16S rDNA进行DGGE,对凝胶染色并进行条带统计分析和切胶测序,使用序列数据进行同源性分析

24、并建立了系统发育树.结果表明,该驯化后的SBBR生物膜和渗滤液原水中都有比较丰富的细菌多样性,驯化的生物膜细菌主要来自渗滤液原水,而且生物膜细菌在反应器正常运行时不会出现明显的群落结构变化;在该SBBR中有多种硝化细菌与反硝化细菌、好氧反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌共存,说明该反应器中可能同时存在全程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化3种脱氮方式.研究结果为SBBR脱氮微生物机理研究提供了一些有价值的参考依据.2009,35(z2随着垃圾渗滤液排放标准的提高,常规的生化处理已经不能使出水达标排放,需要进行深度处理;采用双膜法处理,不仅投资与运行费用高,而且产生的对采用UASB/SBR/混凝氧化

25、处理后的出水进行强化处理,达到国家排放标准的技术可行性,通过大量试验对反应参数进行了优化.试验结果显示:采用这种新型工艺后, SBBR反应器内的生物量和微生物种类均得到了较大幅度的增加,传质条件也得到了明显改善;进水的COD_(Cr为150250 mg/L,出水的COD_(Cr<100 mg/L,去除率>60%,出水水质达到了<生活垃圾填埋污染控制标准>(GB 16889-2008排放标准.技大学学报(自然科学版2006,24(4以一套有效容积为3.2 L的UASB-生物膜系统,接种垃圾填埋场渗滤液处理活性污泥,以自配含NH+4-N和NO-2-N的废水为进水,对ANAM

26、MOX反应过程的启动进行了研究.结果表明:在反应器运行的第56 d,NH+4-N、NO-2-N、TN的去除率分别为99.8%、 98.8%、90.2%,成功启动了厌氧氨氧化,且在随后的运行中处理效果稳定.ANANMMOX 稳定运行时,去除的NH+4-N、NO-2-N和生成的NO-3-N的比例为11.610.25,出水pH稳定在8.3左右,进、出水碱度变化不大.获得的具有厌氧氨氧化活性的生物膜为褐色,并在反应器的下部形成了褐色和粉红色两种颗粒污泥.6.学位论文林明波高氮低碳垃圾渗滤液处理试验研究2007论文针对目前垃圾渗滤液处理中高氨氮和难降解有机物处理的难点问题,以重庆市长生桥垃圾填埋场渗滤液

27、为对象,探讨了该类具有老龄化特征的高氮低碳渗滤液处理高效低成本的途径。研究了序批式生物膜反应器SBBR的硝化效能,考察了温度、挂膜密度、负荷及碱度对反应器效能的影响;首次提出了能高效去除氨氮的二级SBBR工艺,通过驯化构建出能承受高氨氮浓度的微生物系统,大大提高了反应器硝化效能,并得出了关键的工艺参数。另一方面,为了寻求垃圾渗滤液难降解有机物去除的高效低成本技术,研究比较了混凝沉淀、Fenton氧化和微波催化氧化等物化方法及其组合工艺的处理效能,并利用正交试验考察了各因素的综合影响,得出"混凝沉淀-微波催化氧化"组合工艺是降低化学方法处理难降解有机物处理成本的有效方法。此外

28、,对超声波改善垃圾渗滤液可生化性及其关键参数进行研究,考察了超声时间、超声功率和温度对处理效果的影响。研究得出如下主要结论:1SBBR反应器在温度20,氮负荷0.15kgN/(m<'3>·d,DO为4.05.0mg/L,HRT为24h,挂膜密度30%条件下,可使进水NH<,4><'+>-N为11501250mg/L的高氮低碳垃圾渗滤液,出水NH<,4><'+>-N14mg/L,达到垃圾渗滤液排放一级标准。反应器的硝化效能随着温度的升高而提高,在温度为30时,氮负荷可增加至0.20kgN/(m<&

29、#39;3>·d,出水NH<,4><'+>-N12mg/L。与单级SBBR系统相比,通过二级反应器大大提高了系统硝化效能,在相同负荷下,二级SBBR系统处理效能提高了100%。2Fenton氧化在pH=3.0,30%H<,2>O<,2>=6.25ml/L,Fe<'2+>=800mg/L,反应时间t=90min条件下,可使渗滤液出水COD降至335mg/L,去除率为78.1%,出水色度为25,去除率为96.8%。微波催化氧化在pH=2.5,30%H<,2>O<,2>=4.20ml/

30、L,Fe<'2+>=533mg/L,催化剂加入量1.0g,反应时间t=5min条件下,可使渗滤液出水COD降至235mg/L,去除率为87.5%,达到垃圾渗滤液排放二级标准。正交试验结果表明:影响Fenton氧化效果的各因素影响程度为:H<,2>O<,2>投加量>Fe<'2+>投加量>pH值>反应时间;影响微波催化效果的各因素影响程度为:Fcnton试剂投加量>pH>催化剂投加量>反应时间。3"Fenton氧化一混凝沉淀"组合工艺在pH=3.0,30%H<,2>O

31、<,2>=6.25ml/L,Fe<'2+>=0.80mg/L,反应时间为90min,PAC=1.2g/L,PAM=3mg/L,混凝时间为20min条件下,可使渗滤液出水COD降至285mg/L,达到垃圾渗滤液二级排放标准;"混凝沉淀-微波催化氧化"组合工艺在pH=3.0,投加近几年来,多种污水处理反应器用于城市生活垃圾渗滤液处理,能有效去除渗滤液中的污染物.作者针对渗滤液成分复杂、污染物浓度随垃圾填埋期变化大的特点,结合自己的研究成果,提出了一系列改进型工艺.最后作者指出生物和土地处理法应是优先发展的重点.8.学位论文姜少红AF-MBBR及专

32、性耐盐菌对高盐量垃圾渗滤液的处理研究2006本文采用混凝和氨氮吹脱工艺对垃圾渗滤液进行预处理,得出混凝工艺的最佳试验参数为:混凝剂为蓝清净水剂(液体药剂,混凝剂饱和溶液的投加量为0.5 mL/L,混凝最佳pH值范围为5.56.5。该条件下混凝工艺对COD的去除率为30左右;氨氮吹脱试验结果表明,在水温为20.6、pH值为10.8、曝气时间为4 h的条件下,氨氮去除率为80.8。针对大港垃圾渗滤液高COD、高含盐量、高毒性的特点,采用厌氧生物滤池-好氧移动床生物膜处理工艺。试验结果表明,对高盐量的垃圾渗滤液采用生物膜法处理,可以保持系统中较稳定的生物量,避免了活性污泥法中污泥流失的问题,具有较高的处理效率。试验确定AF反应器的最佳容积负荷范围为45