2019年,我国的生活垃圾总产量已经达到了3.8亿公斤以上,而80%以上的垃圾采用垃圾卫生填埋进行处理。由垃圾卫生填埋产生的垃圾渗滤液产量已经达到了每年3500万吨以上。为了减少垃圾渗滤液对环境产生的危害,我国在2008年颁布的新的渗滤液排放标准《GB16889-2008》中明确提出了总氮的排放标准。
一、垃圾渗滤液的水质特点
垃圾渗滤液的颜色为黑色或黄褐色,带有特殊的恶臭气味。它含有大量的有机物和无机物,包括各种难降解有机物、氨氮和金属离子。这种含有有毒有机物和高氨氮的废水十分难处理,即使采用污水处理中的核心工艺活性污泥法,也很难保证出水能够达标。
二、垃圾渗滤液的生物脱氮的难点
目前垃圾滲滤液生物脱氮的主要难点有:①水质水量的不确定性增加了稳定达标排放的难度。②氨氮含量非常高,实现有效彻底的总氮去除十分困难。③单一的生化工艺难以实现渗滤液总氮的有效去除。
三、活性污泥法处理垃圾渗滤液中总氮的新技术
传统的活性污泥法对渗滤液的氨氮去除效果较好,正常情况下可以达到排放标准的要求。但硝化的过程中渗滤液的有机物消耗巨大,给传统的反硝化带来极大的困难。为了降低渗滤液总氮达标的处理成本,近几年研究者对更先进的处理工艺进行了研究,例如內源反硝化脱氮工艺和厌氧氨氧化脱氮工艺。
3.1 內源反硝化去除渗滤液中总氮的特性
反硝化菌具有贮存内碳源的特性。在污水中没有外碳源的条件下,反硝化菌会利用体内贮存的碳源进行內源反硝化。如果通过人为的操作强化这种特性,就能够在不添加碳源的条件下实现对渗滤液的深度脱氮。
朱如龙等人采用ASBR+脉冲SBR组合对早期垃圾渗滤液进行处理。渗滤液COD和氨氮浓度分别为8528mgL±100mgL和1154mgL±50mgL。系统出水的COD和总氮去除率为89.61%-96.73%和97.03%-98.87%且无需添加碳源。王凯等人采用ASBR联合SBR的组合工艺处理的渗滤液COD和氨氮分别为6000mgL±100mgL和1100mgL±50mgL。最终该系统COD和总氮的去除率分别达到90%和95%以上。由此可见,通过內源反硝化的脱氮作用,可以实现对渗滤液的深度脱氮。
3.2 厌氧氨氧化技术处理垃圾渗滤液脱氮的特性
厌氧氨氧化脱氮技术是一种先进的自养脱氮技术。它最大的优点是脱氮过程无需碳源,而且脱氮效率很高。
Wen等人采用一段式SBBR工艺处理晚期垃圾渗滤液。研究结果表明,SBBR内脱氮主要依靠厌氧氨氧化过程。当SBBR硝化时的溶解氧控制在2.7mgL左右时,通过厌氧氨氧化去除的总氮去除率最高,可以稳定在90%以上。溶解氧对厌氧氨氧化有抑制作用。为了解决此问题,Xu等人采用一段式间歇曝气SBR处理晚期垃圾渗滤液。曝气过程发生短程硝化,缺氧搅拌的阶段发生反硝化和厌氧氨氧化。最终系统总氮的去除率达到了90%以上。Zhang等人也通过一段式SBR处理晚期垃圾渗滤液,其COD和氨氮分别为1900±200mgL和1950±250mgL。最终系统对渗滤液的脱氮率大于92%,其中15.6%来自于反硝化作用,77.1%来自于厌氧氨氧化作用。通过以上研究可知,在一段式厌氧氨氧化工艺中进行间歇曝气,可以很好的控制溶解氧对厌氧氨氧化的不利作用,但缺点是操控比较复杂。
两段式的厌氧氨氧化工艺比一段式更加复杂,但同时去除效率也更高。苗蕾等人采用三级SBR系统处理晚期垃圾渗滤液,其COD和氨氮分别为2200±200mgL和2000±200mgL的。三级SBR的作用分别为除碳SBR、短程硝化SBR和厌氧氨氧化SBR。最终该系统的总氮去除率稳定在90%以上。2016年,苗蕾改用两段式的SBR+SBBR处理进水COD和氨氮均为3000±100mgL的晚期渗滤液。其中SBR的作用为短程硝化和去除有机物,SBBR的作用为实现厌氧氨氧化。通过创新的操作模式,该系统的总氮去除率可以稳定在95%以上,出水总氮低于20mgL。研究结果表明,填料的加入可以提高系统的脱氮效率作用。Wang等人采用AO联合UASB的方式处理COD浓度为2305mgL和氨氮浓度为1240mgL的晚期垃圾渗滤液。最终系统COD和总氮的去除率可以达到62%和94%以上。
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