袁居新1，陶濤1，王宗平1，鐘輝2?
( 1.華中科技大學環(huán)境科學與工程學院，湖北武漢430074 ；2.中山市環(huán)衛(wèi)科研所，廣東中山528401)

　　摘　要：總結(jié)了中山市老虎坑垃圾滲濾液處理廠改造工程中存在的高效生物脫氮現(xiàn)象，并對其機理進行了分析。?
　　關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液；生物脫氮；硝化—反硝化；好氧反硝化；亞硝酸反硝化?
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)03-0076-03

　　近年來在生物脫氮理論方面有了許多新進展，如亞硝酸反硝化、同時硝化反硝化、厭氧氨氧化和好氧反硝化等，皆為高濃度氨氮廢水的高效生物脫氮提供了可能的途徑。中山市老虎坑垃圾填埋滲濾液處理廠的改造工程(簡稱老虎坑改造工程)為高效生物脫氮技術(shù)的應(yīng)用進行了有益的探索。?

1 　處理工藝

　　老虎坑垃圾填埋滲濾液處理廠于1996年建成，采用的工藝為：垃圾滲濾液→調(diào)節(jié)池→厭氧池→氧化溝→兼性塘→好氧塘→出水。由于設(shè)計之初缺乏詳細的水質(zhì)資料，沒有考慮到垃圾滲濾液氨氮濃度高這一顯著特點，因此使1997年的調(diào)試遇到了許多困難，于是針對原工藝中存在的不足進行了改造［1、2］(見圖1)。?

　　改造內(nèi)容包括：?
　　① 將功能單一的調(diào)節(jié)池改為微氧曝氣池；?
　　② 在原氧化溝中裝設(shè)半軟性填料，成為接觸式氧化溝；?
　　③ 將氧化溝出水回流至微氧曝氣池。?
　　將原調(diào)節(jié)池改造成微氧曝氣池，采用射流曝氣，將DO控制在0～0.5mg/L，而氧化溝DO則控制在2.0mg/L以上(為好氧池)，這樣組成了A²/O工藝。?
　　由于原設(shè)計中上流式污泥床厭氧池水力負荷過小，而布水及攪拌設(shè)施因腐蝕而損壞，厭氧池實際上未能起到應(yīng)有的作用。另外，氨氮的空氣吹脫存在兩個問題：一是沒有采取回收措施，造成了空氣污染；二是石灰用量大，產(chǎn)生了大量沉渣且不便清除，因此實際運行的工藝流 程如圖2所示。

2 運行效果

2.1 垃圾滲濾液水質(zhì)
　　垃圾滲濾液的COD為4800mg/L、氨氮為2700mg/L、BOD₅為1200mg/L、pH為8.0左右、堿度為12000mg/L(以CaCO₃計)。?
2.2 處理效果
　　改造工程經(jīng)過長期運行取得了良好的處理效果(見表1)。

表1 實際運行效果 項目 原水(mg/L) 微氧曝氣池(mg/L) 氧化溝(mg/L) 出水(mg/L) 總?cè)コ?%) COD 4800 2700 600 270 94.4 BOD₅ 1200 800 180 60 95.0 NH₃-N 2700 1500 160 20 99.3

　　盡管原水水質(zhì)變化較大，微氧曝氣池和氧化溝對有機物和氨氮的去除效果仍較穩(wěn)定。從實際運行效果看，老虎坑改造工程的總脫氮率＞99%，而微氧曝氣池和氧化溝的脫氮率達94%，這是傳統(tǒng)生物脫氮方法所不及的。?

3 脫氮機理分析

　　該工程的改造方案是在傳統(tǒng)脫氮原理的基礎(chǔ)上結(jié)合實際情況提出的，即在氧化溝進行充分硝化反應(yīng)，再將混合液回流至微氧曝氣池，而水中的NO₃-N起雙重作用(為降解還原性的 有機物提供化合態(tài)氧和完成反硝化脫氮)。?
　　傳統(tǒng)生物脫氮理論認為，進水總氮濃度應(yīng)＜30mg/L，否則脫氮率將＜50%，而污泥的氮負荷應(yīng)＜0.03kg/(kgMLSS·d)。但老虎坑改造工程實際進水氨氮的濃度為2700mg/L，微氧曝氣池和氧化溝的污泥氮負荷為0.1kg/(kgMLSS·d)，其累計脫氮率＞94%，這些現(xiàn)象 不能完全由傳統(tǒng)生物脫氮理論來解釋。?
3.1 同時硝化—反硝化和好氧反硝化
　　接觸式氧化溝運行過程中進水平均氨氮濃度為1600mg/L、出水為150mg/L、平均去除率為90.6%；而同期出水中NO₃-N平均濃度為72mg/L、NO₂-N平均濃度為65mg/L。由此可以看出，NH₃-N并非全部轉(zhuǎn)化為NO₂-N或NO₃-N，而是有一部分以N₃的方式被脫去，這種現(xiàn)象可用同時硝化—反硝化或好氧反硝化來解釋。?
　　① 同時硝化—反硝化(SND)?
　　在接觸式氧化溝中安裝了約200m³的半軟性填料，并已發(fā)現(xiàn)有良好的生物膜形成。生物膜的外層為好氧層、內(nèi)層為厭氧層、中間為缺氧層，這樣形成了生物反應(yīng)的微環(huán)境。?
　　運行結(jié)果表明約1450mg/L的氨氮被脫去，如按照傳統(tǒng)生物脫氮理論計算需要4300mg/L(COD)以上的碳源，而實際上接觸氧化溝的COD降解量僅為2100mg/L，C/N值僅為1.45∶1，節(jié)省碳源約50%，用SND理論能很好地解釋這一現(xiàn)象，因為它能使異養(yǎng)硝化和好氧反 硝化同時進行，可實現(xiàn)低碳源條件下的高效脫氮。
　　② 好氧反硝化
　　20世紀80年代后期以來，在脫氮生物學方面有了很大進展，人們曾多次觀察到在沒有明顯缺氧段的活性污泥法中存在脫氮現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了好氧反硝化菌(Pseudomonas spp，Alcaligenes faecalis,Thiosphaera Pan-totropha)，這些好氧反硝化菌同時也是異養(yǎng)硝化菌(傳統(tǒng)的硝化菌是化學自養(yǎng)型)，故此類細菌可將氨在好氧條件下直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮產(chǎn)物^［3］。
　　Muller等人^［4］證明了好氧反硝化與硝化是相伴發(fā)生的，并得到了不同DO、壓力下好氧反硝化的特征參數(shù)，其中好氧反硝化速率與氨消耗速率基本處于同一數(shù)量級，這使好氧反硝化更具工程意義。?
3.2 亞硝酸反硝化
　　微氧曝氣池由調(diào)節(jié)池改造而成，污泥濃度約為1000mg/L，pH值為8.4左右，DO為0.1～0.5mg/L(平均為0.3mg/L)。運行結(jié)果表明：氨氮濃度由2700mg/L降至1600mg/L，去除率為40.7%；污泥氮負荷為0.1kg/(kgMLSS·d)，是傳統(tǒng)氮負荷的3倍；水中NO₂-N濃度為50mg/L，NO₃-N濃度僅為5mg/L。?
　　由此可知，①硝化反應(yīng)以亞硝化反應(yīng)為主；②反硝化是從亞硝酸開始的，屬亞硝酸反硝化。 ?
　　亞硝酸反硝化又被稱為短程硝化—反硝化^［5、6］，保證亞硝酸反硝化順利進行關(guān)鍵有兩點：一是維持穩(wěn)定的HNO₂積累；二是維持亞硝酸菌的增殖速率大于硝酸菌。控制DO也可以實現(xiàn)亞硝酸反硝化，Laanbroek［7］的研究進一步表明低DO下亞硝酸大量積累是由于亞硝酸菌對DO的親合力較硝酸菌強(亞硝酸菌的飽和常數(shù)一般為0.2～0.4mg/L，硝酸菌的飽和常數(shù)一般為1.2～1.5mg/L)。低氧條件下雖然亞硝酸菌和硝酸菌的增殖速率都下降了，但兩者降幅不一樣，當DO為0.5mg/L時亞硝酸菌的增殖速率為正常時的60 %，而硝酸菌不超過30%，所以此時可利用兩類菌的動力學特性的差異達到淘汰硝酸菌的目的，這樣完全可以實現(xiàn)亞硝酸反硝化。

4 結(jié)語

　　老虎坑改造工程在運行過程中污泥濃度一直較低，很難進一步提高，這可能與垃圾滲濾液的高氨氮、低碳源及可生化性差有關(guān)。該工藝具有很高的脫氮功能，降解的C/N＜2∶1［遠低于傳統(tǒng)生物脫氮所要求的(3～4)∶1］，為好氧反硝化、同時硝化—反硝化及亞硝酸反硝化的科學研究提供了有力的證據(jù)，為低碳源、高氨氮有機廢水的高效生物脫氮進行了有益的探索。

參考文獻：

　　［1］陶濤，袁居新，劉文峰，等.中山市垃圾滲濾液生物處理工藝技術(shù)改造方案［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2000，8(3)：101-103.
　　［2］王宗平，陶濤，袁居新，等.中山市垃圾滲濾液處理廠的改造工程［J］.中國給水排水，2001，17(5)：57-58.?
　　［3］趙宗升，劉鴻亮，李炳偉，等.高濃度氨氮廢水的高效生物脫氮途徑［J］.中國給水排水，2001，17(5)：24-28.?
　　［4］Muller EB,et al.Simultaneous NH3 oxidation and N2 production at reduced O2 tensions by sewage sludge sudcultrued with chemilithotropic mdemiu［J］．B iodegradation,1995,(10)6：339-349.
　　［5］袁林江，彭黨聰，王志盈，等.短程硝化—反硝化生物脫氮［J］.中國給水排水，2000，16(2)：29-31.
　　［6］Jeten MSM，et al?.Towards a more sustainable municipal wastewater system［J］.Wat SciTech,1997,35(9)：171-180.
　　［7］Laanbroek H J,Gerards S.Competition for limiting amounts of oxygen between nitro-somanas europaea and nitrobacteria winogradskyi grown in mixed continuous cultures ［J］.Arch Microbiology,1993,159：453-459.

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　　收稿日期：2001-11-05