北京建筑大學(xué)吳莉娜：UASB+A/O+ANAOR+ASBR實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液自養(yǎng)深度脫氮

全康環(huán)保:推薦理由：垃圾滲濾液含有高濃度的NH₄⁺-N，屬于難降解廢水。傳統(tǒng)脫氮工藝需投加大量無(wú)機(jī)碳源，是造成垃圾滲濾液處理成本高的原因之一。與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，厭氧氨氧化（Anammox）技術(shù)可大幅減少曝氣量且無(wú)需投加碳源，從而降低垃圾滲濾液處理成本。然而，針對(duì)亞硝酸鹽型厭氧氨氧化過(guò)程來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)這一反應(yīng)的前提是需要通過(guò)短程硝化將部分NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化為NO₂^--N。如何快速實(shí)現(xiàn)并穩(wěn)定維持垃圾滲濾液的短程硝化是實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化脫氮的關(guān)鍵因素之一。同時(shí)厭氧氨氧化產(chǎn)生的硝態(tài)氮（NO-3-N）與垃圾滲濾液中的NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的NO₃^--N導(dǎo)致出水總氮（TN）不達(dá)標(biāo)。因此，這也是在垃圾滲濾液處理中成功實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化的另一關(guān)鍵步驟。基于此，北京建筑大學(xué)吳莉娜副教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的深入探索和研究，發(fā)現(xiàn)游離氨（FA）和游離亞硝酸（FNA）對(duì)NOB有抑制作用，但有助AOB生長(zhǎng)并富集成為優(yōu)勢(shì)菌種，從而快速實(shí)現(xiàn)短程硝化和穩(wěn)定運(yùn)行。近期，該課題組采用上流式厭氧污泥床（UASB）?C缺氧/好氧反應(yīng)器（A/O）?C厭氧氨氧化反應(yīng)器（ANAOR）-厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）工藝，實(shí)現(xiàn)了短程硝化-厭氧氨氧化和短程反硝化-厭氧氨氧化的巧妙結(jié)合，NH₄⁺-N和TN去除率分別達(dá)到97%和92%。該研究成果發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域知名期刊Environment International上。

――同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院、《中國(guó)給水排水》青年編委 劉俊 博士

研究背景

垃圾滲濾液是固體廢物在填埋場(chǎng)的分解產(chǎn)物，含有高濃度NH₄⁺-N。若不加以有效處理，可能會(huì)產(chǎn)生潛在的環(huán)境問(wèn)題。傳統(tǒng)脫氮過(guò)程需投加大量無(wú)機(jī)碳源，是造成垃圾滲濾液處理成本高的原因之一。而厭氧氨氧化（Anammox）技術(shù)，只需將部分氨氮（NH₄⁺-N）氧化成亞硝酸鹽（NO₂^--N），NO₂^--N再和剩下的NH₄⁺-N反應(yīng)直接生成N₂，實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)脫氮而無(wú)需投加無(wú)機(jī)碳源。與傳統(tǒng)脫氮相比，Anammox技術(shù)可節(jié)省62.5%的曝氣量且無(wú)需投加碳源，這可大幅降低垃圾滲濾液處理成本。然而，針對(duì)亞硝酸鹽型厭氧氨氧化過(guò)程來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)這一反應(yīng)的前提是需要通過(guò)短程硝化將部分NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化為NO₂^--N。如何快速實(shí)現(xiàn)并穩(wěn)定維持垃圾滲濾液的短程硝化是實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液厭氧氨氧化脫氮的關(guān)鍵因素之一。另外，在厭氧氨氧化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硝態(tài)氮（NO₃^--N），因?yàn)槔鴿B濾液本身NH₄⁺-N含量很高，由此產(chǎn)生的NO₃^--N會(huì)直接造成總氮（TN）不達(dá)標(biāo)。因此，這也是在垃圾滲濾液處理中實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化的另一關(guān)鍵步驟。

中文摘要

本研究采用UASB-A/O-ANAOR-ASBR工藝處理垃圾滲濾液，實(shí)現(xiàn)了短程硝化-厭氧氨氧化穩(wěn)定運(yùn)行，最終使得出水NH₄⁺-N和TN達(dá)標(biāo)排放。本課題也對(duì)處理垃圾滲濾液過(guò)程中影響厭氧氨氧化的因素進(jìn)行了深入分析，并對(duì)系統(tǒng)中微生物的多樣性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，系統(tǒng)中AOB的相對(duì)豐度是NOB的4~5倍，這為后續(xù)厭氧氨氧化的成功實(shí)現(xiàn)提供了有利保障；在垃圾滲濾液厭氧氨氧化過(guò)程中檢測(cè)出厭氧氨氧化菌是Candidatus Kuenenia，且隨著工藝的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，該物種的相對(duì)豐度越來(lái)越高。

試驗(yàn)結(jié)果與關(guān)鍵圖表

1、短程硝化-厭氧氨氧化耦合短程反硝化厭氧氨氧化實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液深度脫氮

本研究采用UASB?CA/O?C厭氧氨氧化反應(yīng)器（ANAOR）和厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）（UASB-A/O-ANAOR-ASBR）組合工藝，試驗(yàn)用水為北京某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液（見(jiàn)圖1）。原水首先進(jìn)入U(xiǎn)ASB，同時(shí)一部分硝化液從沉淀池回流至UASB。通過(guò)硝化液的回流可以降低進(jìn)水濃度，從而減輕對(duì)微生物的抑制作用。同時(shí)，回流硝化液中的NO₂^--N和NO₃^--N可以充分利用原水中的有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化，在研究中還對(duì)工藝過(guò)程中有機(jī)物的變化進(jìn)行了詳細(xì)分析。高濃度有機(jī)物通常是垃圾滲濾液實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化的又一個(gè)瓶頸。通過(guò)三維熒光光譜等分析，UASB出水中可降解的有機(jī)物很少，因此保證了后續(xù)厭氧氨氧化反應(yīng)不被高濃度有機(jī)物所抑制，為后續(xù)厭氧氨氧化反應(yīng)創(chuàng)造了條件。UASB出水進(jìn)入A/O反應(yīng)器后實(shí)現(xiàn)短程硝化，部分NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化成NO₂^--N，之后在ANAOR中NH₄⁺-N和NO₂^--N繼續(xù)發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)。ANAOR出水再經(jīng)過(guò)ASBR處理。將稀釋的垃圾滲濾液作為有限碳源打入中間水箱后再進(jìn)到ASBR，NO₃^--N利用有限碳源轉(zhuǎn)化為NO₂^--N，NO₂^--N和在中間水箱加入的稀釋垃圾滲濾液中的NH₄⁺-N反應(yīng)脫氮。因此，整個(gè)工藝通過(guò)短程硝化-厭氧氨氧化和短程反硝化-厭氧氨氧化工藝耦合實(shí)現(xiàn)了垃圾滲濾液的NH₄⁺-N和TN的出水達(dá)標(biāo)排放。

2、微生物多樣性分析

對(duì)系統(tǒng)中的微生物進(jìn)行了研究。圖2表明，在垃圾滲濾液處理過(guò)程中檢出的厭氧氨氧化菌優(yōu)勢(shì)菌種是Candidatus Kuenenia，這與處理城市污水厭氧氨氧化菌種有明顯區(qū)別。盡管本工藝多處回流，即使在A/O反應(yīng)器的O段，溶解氧控制也不高，但Candidatus Kuenenia在各個(gè)反應(yīng)器均有檢出，并且隨著工藝的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，該菌種的相對(duì)豐度越來(lái)越高。本研究證實(shí)了垃圾滲濾液有利于厭氧氨氧化菌種的生長(zhǎng)與富集。

結(jié)論與展望

厭氧氨氧化作為一種目前最節(jié)能的脫氮工藝，得到了越來(lái)越多的專(zhuān)家和學(xué)者的關(guān)注。本課題組將進(jìn)一步研究不同電子受體厭氧氨氧化在高氨氮污水中的應(yīng)用，同時(shí)將厭氧氨氧化技術(shù)同電化學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水的深度除碳脫氮。本課題組針對(duì)季節(jié)性變化很大的環(huán)境條件下，如何在低溫下高效縮短厭氧氨氧化菌的培養(yǎng)周期，實(shí)現(xiàn)低溫下高氨氮污水的厭氧氨氧化快速啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行以及相關(guān)的中試研究已逐漸開(kāi)展，以期為高氨氮污水的厭氧氨氧化發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。