“中老齡”垃圾滲濾液高氨氮去除的研究進(jìn)展

由于“中老齡”垃圾滲濾液高氨氮、低碳氮比和可生化性差這一特定的水質(zhì)特點(diǎn)，使得“高氨氮”經(jīng)濟(jì)有效的去除成為處理“中老齡”垃圾滲濾液所面臨的一大難題。而且，隨著水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問題的日益嚴(yán)重以及人們對(duì)氮危害水環(huán)境質(zhì)量的認(rèn)識(shí)的深入，廢水水處理中對(duì)氮的處理標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)格。為此，在碳源不足條件下，探索一條“中老齡”垃圾滲濾液高氨氮脫除的新途徑成為處理垃圾滲濾液亟待解決的問題之一。

1、“中老齡”垃圾滲濾液氨氮物化處理技術(shù)

1．1  折點(diǎn)氯化法

折點(diǎn)氯化法去除氨氮是將氯氣（生產(chǎn)上用加氯機(jī)將氯氣制成氯水）或次氯酸鈉投入污水，將污水中的氨氮氧化成氮?dú)獾幕瘜W(xué)脫氮工藝。城市污水試驗(yàn)表明，折點(diǎn)氯化脫氨可以使出水氨氮濃度小于0.1mg/L，但折點(diǎn)氯化法用于“中老齡”垃圾滲濾液脫除氨氮主要存在以下兩方面問題：①按理論計(jì)算，折點(diǎn)氯化脫除氨氮需氯量與氨氮的重量比為7.6:1，為了保證反應(yīng)的完全，實(shí)際中常采用8:1-10:1，若原水氨氮平均含量為2000mg/L，則折點(diǎn)氯化去除氨氮加氯量為16000-20000 mg/L，液氯按2000元/噸計(jì)，則所需處理成本約為32-40元/m3，而一般垃圾填埋場(chǎng)所能承受的垃圾滲濾液處理總費(fèi)用為15-20元/m3；② 垃圾滲濾液中含有大量的腐殖質(zhì)等大分子有機(jī)物，腐殖質(zhì)是THMS的前體物質(zhì)，折點(diǎn)氯化去除氨氮將無疑會(huì)大大增加出水致突、致畸的潛在危害性。目前尚未見用折點(diǎn)氯化法去除垃圾滲濾液中氨氮的報(bào)道。

1．2  吹脫法

吹脫法去除氨氮是利用NH3與NH4＋ 間的動(dòng)態(tài)平衡，通過調(diào)整pH值，使氨氮主要以游離氨形態(tài)存在，然后再進(jìn)行曝氣吹脫，使游離氨從水中逸出，從而達(dá)到去除氨氮的目的。吳方同等采用規(guī)整填料塔吹脫處理氨氮濃度為1500-2500mg/L的垃圾滲濾液，在溫度為25℃，pH值為10.5-11.0，氣液比為2900-3600時(shí)，氨吹脫效率達(dá)95％以上。盧平等對(duì)垃圾滲濾液采用鼓風(fēng)曝氣法進(jìn)行吹脫，在pH＝9.5，吹脫時(shí)間為12h，可使氨氮濃度從1400mg/L降至530mg/L，且隨吹脫時(shí)間的延長(zhǎng)，出水pH值降至8. 7，有利于后續(xù)生化系統(tǒng)的運(yùn)行。吹脫法具有除氨氮效果較好、操作簡(jiǎn)便、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，但用于“中老齡”垃圾滲濾液脫除氨氮主要存在以下問題：① 吹脫氣體的二次污染，吹脫塔內(nèi)經(jīng)常結(jié)垢和低溫時(shí)氨氮去除效率低；②“中老齡”垃圾滲濾液中含有大量的弱酸、弱堿鹽（尤其是高重碳酸鹽堿度），緩沖能力強(qiáng)，一般當(dāng)pH調(diào)至10左右時(shí)，pH值變化緩慢，需要投加大量的堿才能使pH突變。

1．3  選擇性離子交換法

由于天然沸石（主要是斜發(fā)沸石）的價(jià)格低于人工合成的離子交換樹脂，并且對(duì)于NH4+具有強(qiáng)的選擇吸附能力，因此工程上常用的選擇性離子交換法是利用沸石對(duì)氨離子的強(qiáng)選擇性，將氨離子截留于沸石表面，從而去除廢水中的氨氮。沸石對(duì)氨離子的總交換容量約為2毫克當(dāng)量/克，當(dāng)沸石交換容量飽和后，沸石需再生。該法一般只適用于低濃度氨氮廢水，對(duì)于高氨氮的“中老齡”垃圾滲濾液，會(huì)因再生頻繁而難以工程應(yīng)用。目前在沸石強(qiáng)化生物脫氮方面開展了較多研究，主要利用沸石對(duì)銨離子的強(qiáng)選擇性和微生物對(duì)銨沸石的再生作用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的脫氮，針對(duì)“中老齡”垃圾滲濾液的研究尚未見有報(bào)道。

1．4  沉淀法

沉淀法除氨氮是通過在廢水中投加鎂的化合物和磷酸或磷酸氫鹽，生成磷酸氨鎂沉淀，從而去除廢水中的氨氮。磷酸氨鎂沉淀的化學(xué)分子式是MgNH4PO4·6H2O，俗稱鳥糞石，可用作堆肥、花園土壤的添加劑或建筑結(jié)構(gòu)制品的阻火劑。趙慶良等采用磷酸氨鎂沉淀法對(duì)氨氮濃度高達(dá)5618mg/L的老齡滲濾液進(jìn)行了脫氮研究。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)MgCl2·6H2O和 Na2HPO4·12H2O以n（Mg2＋）：n（NH4+）: n（PO43-）=1.1:1:1投加時(shí)，反應(yīng)15分鐘后，垃圾滲濾液中的氨氮從5618mg/L降至112mg/L(整個(gè)過程沒有調(diào)節(jié)pH)；當(dāng)再進(jìn)一步增加Mg2＋或PO43-時(shí)，由于磷酸氨鎂沉淀一定溶度積的限制，氨氮濃度不能進(jìn)一步得到降低。磷酸氨鎂沉淀法可以避免吹脫法造成的吹脫塔結(jié)垢、臭味以及處理效率受溫度限制等問題，但此方法用于“中老齡”垃圾滲濾液主要存在以下問題：① 處理成本高；② 按理論計(jì)算，去除1g NH4+-N可產(chǎn)生8.35gNaCl，由此帶來的高鹽度將會(huì)影響后續(xù)生物處理的微生物活性。為此，尋找廉價(jià)高效的沉淀劑并開發(fā)沉淀物作為肥料的價(jià)值是今后的發(fā)展方向。

2、“中老齡”垃圾滲濾液氨氮生物處理技術(shù)

傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)是通過氨化、硝化、反硝化以及同化作用來完成，其中反硝化需要大量碳源作電子供體，這使得傳統(tǒng)生物脫氮工藝不能有效解決低碳高氨氮垃圾滲濾液脫氮問題。近年來，隨著人們對(duì)生物脫氮過程認(rèn)識(shí)的深入，出現(xiàn)了一些新的生物脫氮理論，例如好氧反硝化、自養(yǎng)反硝化、異養(yǎng)硝化、同時(shí)硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厭氧氨氧化等。但是，由于好氧反硝化和自養(yǎng)反硝化引起的脫氮量微不足道以至于無法應(yīng)用于工程實(shí)踐，同時(shí)異養(yǎng)硝化由于只有當(dāng)COD/N>10時(shí)才會(huì)明顯存在，所以工程應(yīng)用價(jià)值也不大。因此，目前研究的重點(diǎn)主要是同時(shí)硝化反硝化、短程硝化（亞硝酸型硝化）反硝化和厭氧氨氧化。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

2．1  同時(shí)硝化反硝化（SND，Simultaneous Nitrification and Denitrification）

傳統(tǒng)生物脫氮觀點(diǎn)認(rèn)為硝化與反硝化反應(yīng)不能同時(shí)發(fā)生，而近年來的新發(fā)現(xiàn)卻突破了這一認(rèn)識(shí)，使得同時(shí)硝化反硝化成為可能。當(dāng)硝化與反硝化反應(yīng)在同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行時(shí)，稱為同時(shí)硝化反硝化。目前，對(duì)SND生物脫氮的機(jī)理已初步形成了三種解釋[，即宏觀環(huán)境解釋、微環(huán)境解釋和生物學(xué)解釋。與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比，SND技術(shù)具有節(jié)省反應(yīng)器體積、縮短反應(yīng)時(shí)間和節(jié)省堿度等優(yōu)點(diǎn)，但用于處理“中老齡”垃圾滲濾液，除了高游離氨濃度對(duì)微生物活性的抑制、增加供氧動(dòng)力和需要投加大量外部碳源外，最主要的問題是硝化與反硝化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)平衡控制。目前，該技術(shù)應(yīng)用于“中老齡”垃圾滲濾液處理的研究還很少，對(duì)于SND生物脫氮的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用還需進(jìn)一步的研究與開發(fā)。

2．2  亞硝酸型（短程）硝化反硝化

短程硝化反硝化是利用亞硝酸菌和硝酸菌生物特性的差異，在特定的環(huán)境條件下使硝酸菌的生長(zhǎng)受到抑制，將硝化過程控制在亞硝酸化階段，然后直接進(jìn)行反硝化。由于短程硝化反硝化可使生物脫氮所需碳源節(jié)約40%左右，對(duì)于低C/N的高氨氮垃圾滲濾液采用此技術(shù)進(jìn)行脫氮具有一定的可行性，但該技術(shù)成敗的關(guān)鍵是能否形成穩(wěn)定且持久的亞硝酸鹽積累。

荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)開發(fā)了SHARON（Single reactor system for High Ammonia Removal Over Nitrite）工藝，它是利用溫度高(一般為30-40℃)，有利于亞硝酸菌增殖的特點(diǎn)，使硝酸菌失去競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)通過控制污泥齡淘汰硝酸菌，從而使硝化反應(yīng)處于亞硝酸化階段。根據(jù)亞硝酸菌與硝酸菌之間對(duì)氧親和力的不同，比利時(shí)Gent微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出OLAND（Oxygen Limited Autotrophic Nitrification Denitrification)工藝，通過控制溶解氧淘汰硝酸菌，來實(shí)現(xiàn)亞硝酸氮的積累。當(dāng)前影響亞硝酸氮積累的因素主要是針對(duì)溫度、游離氨、溶解氧以及水力停留時(shí)間等來進(jìn)行相關(guān)研究，雖然有很多因素會(huì)導(dǎo)致硝化過程中亞硝酸氮的積累，但目前對(duì)此現(xiàn)象的理論解釋還不充分，試驗(yàn)結(jié)果也不盡相同，而且以“中老齡”垃圾滲濾液為研究對(duì)象的還很少。何巖等進(jìn)行了“中老齡”垃圾滲濾液亞硝酸型硝化的研究發(fā)現(xiàn)，在不控制pH值條件下，由于其游離氨濃度高和C/N值低的水質(zhì)特點(diǎn)使其天然具有抑制硝酸菌活性的優(yōu)勢(shì)，完全可以通過生物轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)亞硝酸氮持續(xù)穩(wěn)定的積累。

2．3  厭氧氨氧化（ANAMMOX，Anaerobic Ammonium Oxidation)

厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝酸氮為電子受體，利用自養(yǎng)菌將氨氮直接氧化為氮?dú)舛鴮?shí)現(xiàn)脫氮的過程。與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比，該技術(shù)無需外加碳源作電子供體，同時(shí)降低耗氧能耗和節(jié)省可觀的中和試劑。由于厭氧氨氧化過程在無碳源時(shí)可順利進(jìn)行，且碳源對(duì)于氨氮的厭氧氧化有不利影響，這對(duì)于解決有機(jī)碳源不足的“中老齡”垃圾滲濾液高氨氮脫除問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，對(duì)此技術(shù)的研究已由反應(yīng)原理、微生物特性及控制條件等方面轉(zhuǎn)向人工和實(shí)際廢水的處理效果方面，尤其對(duì)去除污泥消化液中氨氮進(jìn)行了較多研究。國內(nèi)這方面的研究以“中老齡”垃圾滲濾液為研究對(duì)象的還很少。厭氧氨氧化對(duì)于“中老齡”垃圾滲濾液的處理具有良好的開發(fā)應(yīng)用前景，但是其技術(shù)關(guān)鍵在于有效解決厭氧氨氧化菌種來源、菌體增殖和持留問題。

2．4  部分亞硝酸型硝化－厭氧氨氧化

由于實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化的先決條件是在同一反應(yīng)器中同時(shí)存在氨氮和亞硝酸氮，必須通過合理的工藝設(shè)計(jì)或生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)處理系統(tǒng)中亞硝酸氮的自給。因此，亞硝酸型硝化工藝與厭氧氨氧化工藝的有機(jī)結(jié)合更具有現(xiàn)實(shí)意義。部分亞硝酸型硝化和厭氧氨氧化相結(jié)合在工程上能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮的最短途徑轉(zhuǎn)換，與傳統(tǒng)脫氮工藝相比較，可以節(jié)省50%以上的供氧，幾乎不需要有機(jī)碳源，而且污泥產(chǎn)量低。從理論角度分析，該聯(lián)合工藝對(duì)于解決有機(jī)碳源不足的 “中老齡”垃圾滲濾液的高氨氮去除問題顯然是最具有發(fā)展前景的。

Christian Fux等[22]采用SHARON－ANAMMOX聯(lián)合工藝進(jìn)行污泥消化液脫氮處理的研究表明，該工藝應(yīng)用于污泥消化液是可行性的，在30℃條件下可以獲得2.4 kgTN/(m3.d)的去除率。何巖等[23]研究了此聯(lián)合工藝應(yīng)用于“中老齡”垃圾滲濾液的可行性，證實(shí)了接種具有硝化活性的污泥可以實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)器的有效啟動(dòng)；在進(jìn)水氨氮和亞硝酸氮濃度不超過250mg/L條件下，厭氧氨氧化反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)氨氮和亞硝酸氮的去除率分別可達(dá)到80％和90％左右。目前，該聯(lián)合工藝的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，還需要進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化工藝條件，提高聯(lián)合工藝處理實(shí)際高氨氮廢水的總氮去除效能。

3、結(jié)語

綜上可知，常規(guī)的物化脫氮技術(shù)處理“中老齡”垃圾滲濾液在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上尚存在不少問題，目前常采用的是吹脫法工藝。雖然亞硝酸型硝化－厭氧氨氧化聯(lián)合工藝的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，還有許多問題尚待解決，例如厭氧氨氧化反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行以及總氮去除效能的提高等，但是亞硝酸型硝化和厭氧氨氧化有機(jī)結(jié)合構(gòu)成的全程自養(yǎng)生物脫氮工藝對(duì)于解決低碳高氨氮垃圾滲濾液脫氮將會(huì)有著廣闊的應(yīng)用前景。來源：谷騰水網(wǎng)