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利用贮存碳源与厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度脱氮

作　者: 王凯
导　师: 王淑莹
学　校: 北京工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 垃圾渗滤液深度脱氮 SBR 内源反硝化厌氧氨氧化
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

2008年，我国颁布了新的垃圾渗滤液排放标准，不仅对原有水质指标的排放浓度作了更加严格的规定，还增加了TN等指标。这给垃圾渗滤液的处理带来了挑战也带来了机遇。为了解决渗滤液处理难尤其是脱氮难的实际问题，本课题以实际垃圾渗滤液为研究对象，对如何实现垃圾渗滤液有机物和氮的同步深度去除进行了大量研究。根据不同的垃圾渗滤液水质特点，本研究提出四套不同的SBR组合工艺，以实现渗滤液有机物和氮素的有效去除。这四套SBR组合工艺包括：单级改进SBR，ASBR-SBR，SBR-ASBR和三级SBR生化系统。对于生物脱氮工艺，无论是传统的硝化反硝化脱氮还是最新的厌氧氨氧化脱氮，短程硝化都是基础。本试验以处理生活污水的全程硝化活性污泥为种泥，通过进水FA浓度抑制作用协同过程控制，好氧SBR可以通过50天的驯化实现稳定的短程硝化，亚硝态氮积累率稳定在98%以上。通过提高SBR的进水氨氮负荷，活性污泥的氨氮去除速率和比氨氮去除速率都会增加。最终，系统的氨氮去除速率和比氨氮去除速率分别达到了2KgN/m3·d和0.02591gN/gVSS·h。对于碳氮比在6:1以上的早期垃圾渗滤液，本试验采用ASBR-SBR的组合处理工艺。ASBR在工艺中主要起到去除有机物、回收部分能源以及调节渗滤液碳氮比的作用。SBR的主要作用是在进一步去除有机物的基础上，实现对渗滤液的深度脱氮。试验所用渗滤液COD为6000±500mg/L，氨氮为1000±100mg/L，ASBR通过快速启动，23天后可以实现对渗滤液有机物的有效去除，COD去除率达到80%以上，能源回收率达到了62.5%。同时，试验研究表明，在处理高氨氮废水时，ASBR的COD去除率和甲烷产率与进水氨氮的浓度成反比。当进水氨氮浓度大于2600mg/L时，ASBR的COD去除率将降至65%以下，甲烷产率低于0.21L/gCOD。COD和产气量减少的原因是由于高浓度将ASBR的发酵类型从乙酸发酵逐渐转变为丙酸发酵，同时抑制了产乙酸菌利用丙酸的能力，而高氨氮对产甲烷菌的抑制作用并不明显。SBR的进水由ASBR的出水和原水按一定比例混合而成，碳氮比控制在4：1左右。为了提高SBR的脱氮效率，在硝化时加入间歇搅拌并在硝化结束后继续搅拌以实现深度脱氮。通过改变操作模式，SBR可以在不添加碳源的条件下实现对渗滤液的深度脱氮，总氮去除率达到95%以上。整个系统出水COD为400～500mg/L，总氮为15～25mg/L，其中有机氮为13～22mg/L，去除率分别达到了90%和95%。由于充分利用了污泥内碳源进行内源反硝化，系统在运行期间污泥浓度基本保持不变。对于碳氮比在4:1-6:1的中期垃圾渗滤液，本试验采用单级SBR，改变了传统的运行模式，分别在曝气前后加入了厌氧和缺氧搅拌段来提高系统的脱氮效率。试验所用渗滤液的COD为3800-6000mg/L，氨氮为1000mg/L左右，经过41天的驯化，不仅污泥沉降性得到了很大的改善，还成功实现了在不添加碳源的条件下对渗滤液进行深度脱氮，出水COD和TN分别小于400mg/L和40mg/L，去除率分别达到了85%和95%以上。由于本工艺主要通过污泥所存储的内碳源（以PHA为主）实现对渗滤液的深度脱氮，在整个试验过程中（160天），SBR的污泥浓度保持基本不变，污泥减量效果明显。工艺的影响因素试验表明，为达到最佳的脱氮效果，曝气前的厌氧搅拌应控制在30min，硝化时的溶解氧应维持在0.5-0.8mg/L。研究结果还表明，对于改进SBR工艺，过曝气不仅会浪费能源，还会消耗活性污泥所存储的内碳源，大大降低系统的脱氮效率。对于碳氮比小于2:1的晚期垃圾渗滤液，本试验采用预曝气SBR+短程硝化SBR+厌氧氨氧化ASBR的组合工艺进行处理以达到深度脱氮的目的。前期试验采用短程硝化SBR+厌氧氨氧化ASBR组合工艺。试验结果表明，当渗滤液中的可生化有机物浓度大于150mg/L时，厌氧氨氧化菌的活性会受到严重的抑制，因此，短程硝化SBR+厌氧氨氧化ASBR组合工艺无法实现对晚期垃圾渗滤液稳定的深度脱氨。为了能够实现对晚期垃圾渗滤液稳定的深度脱氮，试验在原有的两级系统上加上了一级预曝气SBR以解除有机物对厌氧氨氧化菌的不利影响。65天的研究结果表明，三级SBR系统通过预曝气、短程硝化和厌氧氨氧化的联合作用可以实现晚期垃圾渗滤液稳定的深度脱氮，在进水氨氮和COD分别为2000mg/L和2200mg/L的条件下，出水总氮去除率达到了95%以上，充分发挥了自养脱氮的工艺优势。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-19
第1章绪论  19-39
  1.1 课题背景  19-20
    1.1.1 课题来源  19
    1.1.2 课题目的和意义  19-20
  1.2 城市垃圾的组成及处理方法  20-22
    1.2.1 垃圾的组成  20-21
    1.2.2 垃圾处理技术  21-22
  1.3 垃圾渗滤液的产生及水质特性  22-24
    1.3.1 垃圾渗滤液的产生  22
    1.3.2 垃圾渗滤液的水质特点  22-24
    1.3.3 垃圾渗滤液的危害  24
  1.4 垃圾渗滤液处理技术  24-28
    1.4.1 物理化学处理技术  24-25
    1.4.2 生物处理技术  25-26
    1.4.3 土地处理技术  26-27
    1.4.4 组合工艺处理技术  27-28
  1.5 生物脱氮新理论  28-33
    1.5.1 传统生物脱氮理论及存在问题  28-29
    1.5.2 短程生物脱氮新理论  29-30
    1.5.3 同步硝化反硝化脱氮新理论  30-31
    1.5.4 内源反硝化脱氮新理论  31
    1.5.5 厌氧氨氧化脱氮新理论  31-33
  1.6 SBR 及其工艺特点  33-34
    1.6.1 SBR 的基本原理与操作流程  33
    1.6.2 SBR 的工艺特点  33-34
    1.6.3 SBR 在处理垃圾渗滤液上的应用  34
  1.7 国内外垃圾渗滤液处理现状及问题分析  34-36
  1.8 本课题的主要研究内容  36-39
第2章试验材料与方法  39-47
  2.1 试验用水和接种污泥  39-40
    2.1.1 试验用水来源与水质特性  39-40
    2.1.2 接种污泥  40
  2.2 试验工艺流程  40-44
    2.2.1 试验装置  40-44
    2.2.2 各构筑物尺寸  44
  2.3 工艺原理与工艺优势  44-45
    2.3.1 工艺原理  44-45
    2.3.2 工艺优势  45
  2.4 试验设备与分析仪器  45
  2.5 水质分析项目与检测方法  45-47
第3章 SBR 处理晚期垃圾渗滤液短程硝化  47-55
  3.1 引言  47
  3.2 试验目的  47
  3.3 试验材料与方法  47-48
  3.4 SBR 处理晚期渗滤液短程硝化的启动及稳定  48-52
    3.4.1 SBR 处理晚期渗滤液的驯化及短程的实现  48-49
    3.4.2 SBR 处理晚期渗滤液的负荷的提高  49-51
    3.4.3 SBR 处理晚期渗滤液短程硝化过程中污泥的变化  51-52
  3.5 本章小结  52-55
第4章 ASBR-SBR 系统处理早期垃圾渗滤液深度脱氮  55-77
  4.1 引言  55
  4.2 试验目的  55
  4.3 试验材料与方法  55-57
  4.4 ASBR 处理早期垃圾渗滤液的快速启动及稳定  57-60
    4.4.1 ASBR 处理早期渗滤液有机物的启动  57-59
    4.4.2 ASBR 处理早期渗滤液中实时控制的应用  59-60
  4.5 间歇曝气 SBR 处理早期垃圾渗滤液深度脱氮  60-69
    4.5.1 间歇曝气 SBR 处理早期渗滤液深度脱氮的启动与实现  60-62
    4.5.2 间歇曝气 SBR 一个周期内各基质的变化规律  62-64
    4.5.3 间歇曝气 SBR 处理渗滤液中实时控制的应用  64-65
    4.5.4 不同运行模式 SBR 脱氮效率的比较  65-69
  4.6 ASBR-SBR 组合工艺处理垃圾渗滤液有机物和氮素的同步去除  69-70
  4.7 氨氮对厌氧消化产甲烷的影响  70-74
    4.7.1 氨氮浓度对有机物去除效果的影响  70-71
    4.7.2 氨氮浓度对甲烷产率的影响  71
    4.7.3 氨氮浓度对产酸菌和产甲烷菌活性的影响  71-73
    4.7.4 受氨氮抑制的污泥的活性恢复  73-74
  4.8 本章小结  74-77
第5章 SBR 处理中期垃圾渗滤液内源反硝化深度脱氮  77-91
  5.1 引言  77
  5.2 试验目的  77
  5.3 试验材料与方法  77-78
  5.4 改进 SBR 处理中期垃圾渗滤液内源反硝化脱氮的快速启动及稳定  78-84
    5.4.1 改进 SBR 处理垃圾渗滤液内源反硝化脱氮的快速启动策略  79-80
    5.4.2 改进 SBR 处理垃圾渗滤液内源反硝化脱氮的稳定与实现  80-81
    5.4.3 改进 SBR 处理中期垃圾渗滤液内源反硝化脱氮的实时控制及周期内各基质变化规律  81-82
    5.4.4 改进 SBR 工艺处理垃圾渗滤液内源反硝化中活性污泥的变化  82-84
  5.5 改进 SBR 内源反硝化脱氮各影响因素对工艺脱氮效率的影响  84-88
    5.5.1 硝化阶段溶解氧对内源反硝化脱氮的影响  84-85
    5.5.2 前厌氧搅拌时间对内源反硝化脱氮的影响  85-86
    5.5.3 过曝气时间对内源反硝化脱氮的影响  86-87
    5.5.4 污泥氨氮负荷对内源反硝化脱氮的影响  87-88
  5.6 碳氮比对 SBR 内源反硝化脱氮的影响  88-90
  5.7 本章小结  90-91
第6章不同进水方式对 SBR 厌氧氨氧化脱氮速度的影响  91-99
  6.1 引言  91
  6.2 试验目的  91
  6.3 试验材料与方法  91-93
  6.4 低基质浓度条件下不同进水方式对厌氧氨氧化反应的影响  93-94
  6.5 中基质浓度条件下不同进水方式对厌氧氨氧化反应的影响  94-95
  6.6 高基质浓度条件下不同进水方式对厌氧氨氧化反应的影响  95-98
  6.7 本章小结  98-99
第7章短程硝化 SBR-厌氧氨氧化 ASBR 处理晚期渗滤液深度脱氮  99-107
  7.1 引言  99
  7.2 试验目的  99
  7.3 试验材料与方法  99-100
  7.4 短程硝化 SBR 处理晚期垃圾渗滤液的稳定  100-101
  7.5 厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液的启动破坏与恢复  101-106
    7.5.1 厌氧氨氧化反应器的启动与稳定  101-102
    7.5.2 厌氧氨氧化处理晚期渗滤液的破坏和与恢复  102-104
    7.5.3 改进 ASBR 与传统 ASBR 脱氮效率的比较  104-106
  7.7 本章小结  106-107
第8章预曝气 SBR-短程硝化 SBR-厌氧氨氧化 ASBR 处理晚期渗滤液深度脱氮  107-119
  8.1 引言  107
  8.2 试验目的  107
  8.3 试验材料与方法  107-108
  8.4 预曝气 SBR 处理晚期垃圾渗滤液去除有机物的启动稳定  108-112
    8.4.1 预曝气 SBR 对晚期渗滤液有机物的稳定去除  108-110
    8.4.2 预曝气 SBR 一个周期内各基质的变化以及实时控制  110-112
  8.5 厌氧氨氧化 ASBR 在三级系统中的脱氮与稳定  112-113
  8.6 厌氧氨氧化菌的定量 PCR 分析  113-114
  8.7 改进厌氧氨氧化 ASBR 处理实际渗滤液基质变化规律  114-116
  8.8 预曝气 SBR-短程硝化 SBR-厌氧氨氧化 ASBR 处理晚期渗滤液氮素的变化规律  116-117
  8.9 本章小结  117-119
结论  119-123
建议与展望  123-125
参考文献  125-133
攻读博士学位期间所发表的学术论文  133-135
致谢  135-136

利用贮存碳源与厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度脱氮

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