高浓度氨氮渗滤液处理的厌氧氨氧化工艺研究

赵宗升1 刘鸿亮1 袁光钰2 李炳伟1
(1.中国环境科学研究院；2. 清华大学环境科学与工程系）

　　厌氧氨氧化是近几年来得到确认的一种生物化学反应，其以亚硝酸盐或硝酸盐为电子受体、以氨为电子共体完成生物脱氮过程。其优点是节省了传统生物反硝化的碳源和氨氮氧化对氧气的消耗。这一优势对于高氨氮废水显得由为重要，垃圾渗滤液即是一种高氨氮低碳氮比废水，在其处理过程中存在自由氨氨及亚硝酸盐抑制等问题，采用厌氧氨氧化技术可以在一定程度上缓解这些问题。

1研究方法

1.1渗滤液原水水质
　　试验用渗滤液取自北京某生活垃圾填埋场，COD浓度1145-1472mg/L, BOD₅为68-115mg/L, NH₄⁺-N为1129-1210mg/L, 总氮为1611-1555mg/L, pH为8-8.2, 碱度7770-15331mg/L.
2.2试验流程与设备
　　试验采用如下流程。试验装置由渗滤液进水槽、进水泵、厌氧流化床、缺氧池、曝气池、沉淀池，回流泵、温度控制器、pH在线检测系统组成。内循环厌氧流化床和曝气池设计有效容积均为40 l, 厌氧流化床内装颗粒活性炭为填料。厌氧流化床的工作温度为35℃，曝气池的工作温度为20℃。

1.3分析方法
　　COD_Cr: 重铬酸钾法；NH₄⁺-N：纳试剂比色法；NO₃^--N: 紫外分光光度法；NO₂^--N: N-萘基-乙二胺比色法；SS: 重量法；总氮：过硫酸钾紫外分光光度法；DO: 溶解氧测定仪；总碱度：电位滴定法。

2 结果与讨论

2.1 普通A²/O流程试验
　　试验用渗滤液属于典型的晚期渗滤液，主要处理对象是氨氮和总氮，出水氨氮浓度为259mg/L。总氮去除率仅为9%。出水NO₃^--N浓度下降；NO₂^--N浓度进一步上升，平均值高达823mg/L。表明Nitrobacter受高浓度到NO₂^--N的抑制，亚硝酸反硝化反应也很少进行。根据Narkis 等人1979年的研究表明，低碳/氮比也是反硝化过程亚硝酸积累的重要原因。可以认为这里的亚硝酸积累主要是由于低碳/氮比造成的。
2.2 厌氧氨氧化A²/O流程试验
　　普通A²/O流程对于碳/氮比极低的渗滤液的处理存在严重的亚硝酸积累问题，从而使硝化反应及反硝化反应受到抑制，出水氨氮浓度和亚硝酸浓度很高，总氮去除率很低。
　　3月29日开始厌氧氨氧化流程试验，前7天，进水流量仍为26 l/d，出水回流比为1；考虑保持厌氧流化床较大的水力停留时间。进水流量为16 l/d，出水回流比为0.25。试验开始后，好氧出水氨氮浓度开始从普通A²/O流程试验阶段的339mg/L逐步下降，到4月24日好氧出水氨氮浓度降至6.7mg/L。好氧出水硝态氮浓度在试验过程中逐步增加，从试验开始3月29日的0.0mg/L增加到4月28日的794mg/L；厌氧流化床出水硝态氮浓度增加到146mg/L(12日)，之后又逐渐下降，到28日为72mg/L。好氧出水亚硝态氮从3月29日试验开始的849mg/L逐渐下降到4月28日的5.6mg/L。厌氧出水亚硝态氮从试验开始后的546mg/L，逐渐下降到4月28日的0.03mg/L。表明厌氧流化床逐步适应了出水回流，使系统出水的氨氮浓度和亚硝态氮浓度降了下来，亚硝酸盐先于硝酸盐被厌氧氨氧化过程利用。
　　系统在4月17日以后基本进入稳定状态。系统达到稳态后的平均运行数据见表1。整个系统的总氮去除率为27%，比普通A²/O提高15%；缺氧-好氧部分的总氮去除率为13%，比普通A²/O提高约5%。系统氨氮去除率达95%，比普通A²/O提高18%。
根据表1的系统稳态平均数据进行对厌氧流化床的进出水进行氨氮、NO₃^--N、NO₂^--N进行物料衡算结果为，若没有厌氧氨氧化作用，厌氧流化床出水的氨氮、NO₃^--N、NO₂^--N浓度分别应为914mg/L、148mg/L和81mg/L，与实际检测到的平均值的差分别为87mg/L、25mg/L和78mg/L。由此可以得出氨氮、NO₃^--N、NO₂^--N的消耗速率分别为43.5mg/l/d、12.5mg/L和39mg/l/d。而NO₃^--N+NO₂^--N的消耗速率为51.5mg/l/d，略大于氨氮的消耗速率，但很接近。据此，可以认为在厌氧流化床中发生了厌氧氨氧化反应。

表2 厌氧氨氧化A²/O流程稳态平均运行数据 参数 进水 厌氧出水 缺氧出水 好氧出水 总去除率(%) 污泥负荷(1/d) 说明 COD(mg/l) 1372 1346 1181 945 31 平均溶解氧浓度1.34mg/l
污泥沉降比45
污泥浓度6093mg/l
污泥指数73
ΔCOD/厌氧氨氮比值0.47
ΔCOD/ΔTN比值=2.44/1.05 COD负荷(kg/m3/d) 0.55 0.39 0.064 BOD₅ 115 167 BOD₅负荷(kg/m3/d) 0.05 0.05 0.008 氨氮(mg/l) 1129 827 200 57 95 氨氮负荷(kg/m3/d) 0.25 0.04 总氮(mg/l) 1520 1279 1206 1114 13/27 NO₃^--N(mg/l) 0.77 123 633 740 NO₂^--N(mg/l) 0.19 3.0 98 101 PH 7.77 6.46 碱度(mg/l) 7770 5866 639 406

3 结论

　　（1）利用好氧出水回流到厌氧流化床可以建立厌氧氨氧化过程，厌氧氨氧化流程可以防止低碳/氮比渗滤液的硝化/反硝化过程中亚硝酸盐积累，消除对硝化/反硝化的抑制作用，降低出水亚硝态氮和氨氮浓度，并可提高系统对总氮去除率。
　　（2）厌氧氨氧化可使A²/O系统的总氮去除率提高15%以上。