“中老龄”垃圾渗滤液高氨氮去除的研究进展

Posted 2023-01-14 亚硝酸

篇首语：一身转战三千里，一剑曾百万师。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了“中老龄”垃圾渗滤液高氨氮去除的研究进展相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

由于“中老龄”垃圾渗滤液高氨氮、低碳氮比和可生化性差这一特定的水质特点，使得“高氨氮”经济有效的去除成为处理“中老龄”垃圾渗滤液所面临的一大难题。而且，随着水质富营养化问题的日益严重以及人们对氮危害水环境质量的认识的深入，废水水处理中对氮的处理标准也日益严格。为此，在碳源不足条件下，探索一条“中老龄”垃圾渗滤液高氨氮脱除的新途径成为处理垃圾渗滤液亟待解决的问题之一。

1、“中老龄”垃圾渗滤液氨氮物化处理技术

1．1 折点氯化法

折点氯化法去除氨氮是将氯气（生产上用加氯机将氯气制成氯水）或次氯酸钠投入污水，将污水中的氨氮氧化成氮气的化学脱氮工艺。城市污水试验表明，折点氯化脱氨可以使出水氨氮浓度小于0.1mg/L，但折点氯化法用于“中老龄”垃圾渗滤液脱除氨氮主要存在以下两方面问题：①按理论计算，折点氯化脱除氨氮需氯量与氨氮的重量比为7.6:1，为了保证反应的完全，实际中常采用8:1-10:1，若原水氨氮平均含量为2000mg/L，则折点氯化去除氨氮加氯量为16000-20000 mg/L，液氯按2000元/吨计，则所需处理成本约为32-40元/m3，而一般垃圾填埋场所能承受的垃圾渗滤液处理总费用为15-20元/m3；② 垃圾渗滤液中含有大量的腐殖质等大分子有机物，腐殖质是THMS的前体物质，折点氯化去除氨氮将无疑会大大增加出水致突、致畸的潜在危害性。目前尚未见用折点氯化法去除垃圾渗滤液中氨氮的报道。

1．2 吹脱法

吹脱法去除氨氮是利用NH3与NH4＋间的动态平衡，通过调整pH值，使氨氮主要以游离氨形态存在，然后再进行曝气吹脱，使游离氨从水中逸出，从而达到去除氨氮的目的。吴方同等采用规整填料塔吹脱处理氨氮浓度为1500-2500mg/L的垃圾渗滤液，在温度为25℃，pH值为10.5-11.0，气液比为2900-3600时，氨吹脱效率达95％以上。卢平等对垃圾渗滤液采用鼓风曝气法进行吹脱，在pH＝9.5，吹脱时间为12h，可使氨氮浓度从1400mg/L降至530mg/L，且随吹脱时间的延长，出水pH值降至8. 7，有利于后续生化系统的运行。吹脱法具有除氨氮效果较好、操作简便、易于控制等优点，但用于“中老龄”垃圾渗滤液脱除氨氮主要存在以下问题：① 吹脱气体的二次污染，吹脱塔内经常结垢和低温时氨氮去除效率低；②“中老龄”垃圾渗滤液中含有大量的弱酸、弱碱盐（尤其是高重碳酸盐碱度），缓冲能力强，一般当pH调至10左右时，pH值变化缓慢，需要投加大量的碱才能使pH突变。

1．3 选择性离子交换法

由于天然沸石（主要是斜发沸石）的价格低于人工合成的离子交换树脂，并且对于NH4+具有强的选择吸附能力，因此工程上常用的选择性离子交换法是利用沸石对氨离子的强选择性，将氨离子截留于沸石表面，从而去除废水中的氨氮。沸石对氨离子的总交换容量约为2毫克当量/克，当沸石交换容量饱和后，沸石需再生。该法一般只适用于低浓度氨氮废水，对于高氨氮的“中老龄”垃圾渗滤液，会因再生频繁而难以工程应用。目前在沸石强化生物脱氮方面开展了较多研究，主要利用沸石对铵离子的强选择性和微生物对铵沸石的再生作用来实现系统持续稳定的脱氮，针对“中老龄”垃圾渗滤液的研究尚未见有报道。

1．4 沉淀法

沉淀法除氨氮是通过在废水中投加镁的化合物和磷酸或磷酸氢盐，生成磷酸氨镁沉淀，从而去除废水中的氨氮。磷酸氨镁沉淀的化学分子式是MgNH4PO4·6H2O，俗称鸟粪石，可用作堆肥、花园土壤的添加剂或建筑结构制品的阻火剂。赵庆良等采用磷酸氨镁沉淀法对氨氮浓度高达5618mg/L的老龄渗滤液进行了脱氮研究。其实验结果为：当MgCl2·6H2O和 Na2HPO4·12H2O以n（Mg2＋）：n（NH4+）: n（PO43-）=1.1:1:1投加时，反应15分钟后，垃圾渗滤液中的氨氮从5618mg/L降至112mg/L(整个过程没有调节pH)；当再进一步增加Mg2＋或PO43-时，由于磷酸氨镁沉淀一定溶度积的限制，氨氮浓度不能进一步得到降低。磷酸氨镁沉淀法可以避免吹脱法造成的吹脱塔结垢、臭味以及处理效率受温度限制等问题，但此方法用于“中老龄”垃圾渗滤液主要存在以下问题：① 处理成本高；② 按理论计算，去除1g NH4+-N可产生8.35gNaCl，由此带来的高盐度将会影响后续生物处理的微生物活性。为此，寻找廉价高效的沉淀剂并开发沉淀物作为肥料的价值是今后的发展方向。

2、“中老龄”垃圾渗滤液氨氮生物处理技术

传统生物脱氮技术是通过氨化、硝化、反硝化以及同化作用来完成，其中反硝化需要大量碳源作电子供体，这使得传统生物脱氮工艺不能有效解决低碳高氨氮垃圾渗滤液脱氮问题。近年来，随着人们对生物脱氮过程认识的深入，出现了一些新的生物脱氮理论，例如好氧反硝化、自养反硝化、异养硝化、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化等。但是，由于好氧反硝化和自养反硝化引起的脱氮量微不足道以至于无法应用于工程实践，同时异养硝化由于只有当COD/N>10时才会明显存在，所以工程应用价值也不大。因此，目前研究的重点主要是同时硝化反硝化、短程硝化（亚硝酸型硝化）反硝化和厌氧氨氧化。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

2．1 同时硝化反硝化（SND，Simultaneous Nitrification and Denitrification）

传统生物脱氮观点认为硝化与反硝化反应不能同时发生，而近年来的新发现却突破了这一认识，使得同时硝化反硝化成为可能。当硝化与反硝化反应在同一个反应器中同时进行时，称为同时硝化反硝化。目前，对SND生物脱氮的机理已初步形成了三种解释[，即宏观环境解释、微环境解释和生物学解释。与传统生物脱氮技术相比，SND技术具有节省反应器体积、缩短反应时间和节省碱度等优点，但用于处理“中老龄”垃圾渗滤液，除了高游离氨浓度对微生物活性的抑制、增加供氧动力和需要投加大量外部碳源外，最主要的问题是硝化与反硝化的反应动力学平衡控制。目前，该技术应用于“中老龄”垃圾渗滤液处理的研究还很少，对于SND生物脱氮的认识与应用还需进一步的研究与开发。

2．2 亚硝酸型（短程）硝化反硝化

短程硝化反硝化是利用亚硝酸菌和硝酸菌生物特性的差异，在特定的环境条件下使硝酸菌的生长受到抑制，将硝化过程控制在亚硝酸化阶段，然后直接进行反硝化。由于短程硝化反硝化可使生物脱氮所需碳源节约40%左右，对于低C/N的高氨氮垃圾渗滤液采用此技术进行脱氮具有一定的可行性，但该技术成败的关键是能否形成稳定且持久的亚硝酸盐积累。

荷兰Delft工业大学开发了SHARON（Single reactor system for High Ammonia Removal Over Nitrite）工艺，它是利用温度高(一般为30-40℃)，有利于亚硝酸菌增殖的特点，使硝酸菌失去竞争，同时通过控制污泥龄淘汰硝酸菌，从而使硝化反应处于亚硝酸化阶段。根据亚硝酸菌与硝酸菌之间对氧亲和力的不同，比利时Gent微生物生态实验室开发出OLAND（Oxygen Limited Autotrophic Nitrification Denitrification)工艺，通过控制溶解氧淘汰硝酸菌，来实现亚硝酸氮的积累。当前影响亚硝酸氮积累的因素主要是针对温度、游离氨、溶解氧以及水力停留时间等来进行相关研究，虽然有很多因素会导致硝化过程中亚硝酸氮的积累，但目前对此现象的理论解释还不充分，试验结果也不尽相同，而且以“中老龄”垃圾渗滤液为研究对象的还很少。何岩等进行了“中老龄”垃圾渗滤液亚硝酸型硝化的研究发现，在不控制pH值条件下，由于其游离氨浓度高和C/N值低的水质特点使其天然具有抑制硝酸菌活性的优势，完全可以通过生物转化来实现亚硝酸氮持续稳定的积累。

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

厌氧氨氧化是在缺氧条件下，以亚硝酸氮为电子受体，利用自养菌将氨氮直接氧化为氮气而实现脱氮的过程。与传统生物脱氮技术相比，该技术无需外加碳源作电子供体，同时降低耗氧能耗和节省可观的中和试剂。由于厌氧氨氧化过程在无碳源时可顺利进行，且碳源对于氨氮的厌氧氧化有不利影响，这对于解决有机碳源不足的“中老龄”垃圾渗滤液高氨氮脱除问题具有重要的现实意义。

近年来，对此技术的研究已由反应原理、微生物特性及控制条件等方面转向人工和实际废水的处理效果方面，尤其对去除污泥消化液中氨氮进行了较多研究。国内这方面的研究以“中老龄”垃圾渗滤液为研究对象的还很少。厌氧氨氧化对于“中老龄”垃圾渗滤液的处理具有良好的开发应用前景，但是其技术关键在于有效解决厌氧氨氧化菌种来源、菌体增殖和持留问题。

2．4 部分亚硝酸型硝化－厌氧氨氧化

由于实现厌氧氨氧化的先决条件是在同一反应器中同时存在氨氮和亚硝酸氮，必须通过合理的工艺设计或生物转化实现处理系统中亚硝酸氮的自给。因此，亚硝酸型硝化工艺与厌氧氨氧化工艺的有机结合更具有现实意义。部分亚硝酸型硝化和厌氧氨氧化相结合在工程上能够实现氨氮的最短途径转换，与传统脱氮工艺相比较，可以节省50%以上的供氧，几乎不需要有机碳源，而且污泥产量低。从理论角度分析，该联合工艺对于解决有机碳源不足的 “中老龄”垃圾渗滤液的高氨氮去除问题显然是最具有发展前景的。

Christian Fux等[22]采用SHARON－ANAMMOX联合工艺进行污泥消化液脱氮处理的研究表明，该工艺应用于污泥消化液是可行性的，在30℃条件下可以获得2.4 kgTN/(m3.d)的去除率。何岩等[23]研究了此联合工艺应用于“中老龄”垃圾渗滤液的可行性，证实了接种具有硝化活性的污泥可以实现厌氧氨氧化反应器的有效启动；在进水氨氮和亚硝酸氮浓度不超过250mg/L条件下，厌氧氨氧化反应器稳定运行时氨氮和亚硝酸氮的去除率分别可达到80％和90％左右。目前，该联合工艺的研究仍处于实验室阶段，还需要进一步调整和优化工艺条件，提高联合工艺处理实际高氨氮废水的总氮去除效能。

3、结语

综上可知，常规的物化脱氮技术处理“中老龄”垃圾渗滤液在技术经济上尚存在不少问题，目前常采用的是吹脱法工艺。虽然亚硝酸型硝化－厌氧氨氧化联合工艺的研究仍处于实验室阶段，还有许多问题尚待解决，例如厌氧氨氧化反应器的稳定运行以及总氮去除效能的提高等，但是亚硝酸型硝化和厌氧氨氧化有机结合构成的全程自养生物脱氮工艺对于解决低碳高氨氮垃圾渗滤液脱氮将会有着广阔的应用前景。