去氮工艺对垃圾渗滤水治理的改进

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目前对生活脱氮技术的基础理论研究的新认识包括以下四方面[1]：（1）亚硝化反应和硝化反应是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，而参与作用的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌因其世代周期、生长速率等不同，可以互相分开，生物脱氮可经历以NO2--N为电子受体的反硝化反应过程。（2）硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化反应；一些硝化细菌除了能够进行正常的硝化作用外，还能进行反硝化作用。（3）反硝化不仅在厌氧条件下进行，某些细菌也可在好氧条件下进行反硝化。（4）在厌氧条件下，发现某些细菌在硝化反硝化反应中能利用NO3--N或NO2--N作电子受体将NH3-N氧化N2和气态氮化物。在这些新认识上，研究者提出了一些新脱氮理论，如：氨氮氧化成亚硝酸盐后直接进入反硝化；硝化和反硝化过程同时进行而不是序批式进行；在有氧条件下进行反硝化。国内目前脱氮新理论在垃圾渗滤液处理中研究方向包括：短程硝化反硝化生物脱氮技术、厌氧氨氧化生物脱氮技术及同步硝化反硝化生物脱氮技术。

现阶段生物脱氮工艺难点问题应对措施

1应对措施

国内目前运行较好的垃圾渗滤液处理系统生物脱氮工艺均以传统生物脱氮理论为基础，大部分采用膜生物反应器（MBR）为生物脱氮主工艺，组成包括“反硝化（A）+硝化（O）+超滤（UF）”。结合生活垃圾渗滤液生物脱氮新理论，现状垃圾渗滤液脱氮工艺的主要难点问题的应对措施见表1。

2应对措施理论基础

传统硝化反硝化脱氮按照两阶段脱氮模式完成氨氮转化为氮气，脱氮过程中通过人为的外在干预或调节应对外界不利环境的影响，最终达到脱氮目的。基于生物脱氮新技术理论关键是硝化反硝化反应系统中生物体系的强化，强化生物脱氮过程是通过强化生物体系中自养微生物的优势地位，提高优势菌种对不利外界环境的适应性，使其利用环境提供的有机物为碳源或电子供体或消耗较小的外部供给，高效完成生物脱氮。

1)限氧条件下硝化反硝化生物体系

在限氧条件下，生物脱氮工艺中能够建立好氧和厌氧菌群的共生、稳定的系统。基本原理是在限氧条件下，NH3-N被好氧亚硝化菌氧化成NO2--N。随后，目的厌氧氨氧化菌将产生的NH3-N和NO2--N以及痕量的NO3--N转化成N2。NO2--N也可作为微生物合成时的电子供体，CO2为电子受体，在这一过程中NO2--N被CO2氧化生成NO3--N。5mol的氧气；而传统的硝化反硝化反应需要2.0mol的氧气，因此，在氧气供给下降约57.5%。1molNH3-N转化成N2不需要碳源；而传统的硝化反硝化反应需要1.43mol的碳源，因此，在碳源供给上节省100%。1molNH3-N转化成N2产酸量是1.4mol；而传统的硝化反硝化反应产酸量为2.8mol，因此，产酸量下降约50%。

2)强化优势菌群

硝化和反硝化反应时，各阶段的菌群占优势。由于硝化菌是不生芽孢的短杆状细菌和球菌，反硝化菌以杆菌和小球菌为主，因此，各阶段优势菌群的特性决定了其对于外界环境不利影响的适应性较差。当反应器温度超过37℃时，需要降温冷却，当温度低于20℃时，反应效率下降；当反应碳源不足时，需要补充碳源；硝化反应产酸，反硝化反应菌群对酸敏感度较高，需要投加碱液中和等。强化优势菌群的基础是提高菌群对外界不利环境的适应性，通过为硝化反硝化菌群的研究与筛选，芽孢杆菌属（Bacillus）具有较强的优势。硝化反硝化反应中，以芽孢杆菌为优势菌种，可提高生物脱氮工艺中菌群对外界不利环境的适应性。

3)生物反应器选用

传统硝化反硝化脱氮反应通常选用活性污泥法，活性污泥的生长处于悬浮状态，需要严格控制硝化反硝化反应的临界条件达到高效脱氮效果。附着生长反应器（如生物膜法），主要依靠附着载体将硝化菌和反硝化菌“包埋”或“混合包埋”，好氧硝化菌集于外层，厌氧反硝化菌集中在内层，建立菌群之间稳定的共生关系。通过外界临界条件的不断循环变化，促使生物脱氮各阶段的反应，达到高效脱氮目的。

生物脱氮工艺优化的应用

目前基于生物脱氮新理论垃圾渗滤液生物处理技术已经在国内成功应用，出水主要污染物指标执行GB16889——2008表2排放限值。如杭州天子岭垃圾渗滤液处理工程（处理规模1500m3/d），生物处理工艺为“基于芽孢杆菌（Bacillus）为优势菌群的生物处理”。经运行方核算，生物处理直接运行成本约8.19m3/元，相对于目前两级反硝化硝化直接处理成本下降约65%，能耗下降约45%。反应过程中不需要外加碳源，未配套冷却设备及除臭设备。柳州立冲沟垃圾渗滤液处理厂改造工程处理规模为600m3/d，生物处理工艺为“基于芽孢杆菌（Bacillus）为优势菌群的【生物预处理+膜生物反应器（限氧）】”经建设方预测，生物处理直接成本约11.29m3/元，相对于目前两级反硝化硝化直接处理成本下降约50%，能耗下降约41%。

结语

（1）对于目前应用较成熟的两级MBR工艺，对主要污染物特别是氨氮和总氮去除效果较好。在实际运行过程中，本工艺也存在一些技术难点或控制难点问题。如碳源、能耗、反应温度等因素对处理工艺的正常运行带来较大的影响，需要采用必要措施为生物处理提供较好运行条件。（2）从技术应用方面，基于生物脱氮新理论对传统脱氮过程进行强化，改善了生物反应中生物体系优势菌群的种属，使之对外界不利环境的适应性更强。在反应过程通过对关键因素的控制，提高生物体系内部的碳源、能量的循环利用，减少外在的投入。（3）按照国家相关规范推荐的垃圾渗滤液处理技术路线中，“生物处理”是重点，也是污染物减排的重要处理环节。但目前生物处理系统中高效污染物去除率与能耗、投资等存在一定矛盾。基于生物脱氮新理论对传统脱氮过程在一定程度上解决了这种矛盾，通过反应条件的控制缩短传统生物处理过程，改变生物体系内部能源的利用途径，达到较好地反应效果。（4）在能耗和运行成本上，基于生物脱氮新理论在能耗和运行成本上较传统生物脱氮具有较好的优势。（5）垃圾渗滤液生物处理基于生物脱氮新理论的应用和发展，能从根本上解决了诸如碳源和能耗问题，此技术是今后国内垃圾渗滤液处理生物脱氮技术应用和发展的方向。