低温下两级UASB-SBR系统处理晚期垃圾渗滤液
原文作者 Hongwei Sun,Qing Yang,Yongzhen Peng lowast;,Xiaoning Shi,
Shuying Wang,Shujun Zhang
摘要：两级上流式厌氧污泥床（UASB）和序批式反应器（SBR）系统介绍了低温下处理晚期垃圾渗滤液的化学需氧量和氮的高级去除。为了提高总氮（TN）的去除效率和减少反硝化COD的要求，经过SBR循环硝化的原渗滤液被泵入第一级UASB（UASB1）实现同步脱氮和甲烷。结果表明，UASB1在COD去除率中和UASB2发挥了重要作用，SBR营养物去除效率进一步提高。当UASB1，UASB2和SBR的有机负荷率分别为11.95、1.63和1.29 kg COD/（M 3·天）时，整个系统总COD去除率达到96.7%。SBR中的好氧硝化作为NH4 N的去除主体。在较低的温度下（14.9–10.9°C），该系统的NH4 -N的去除效率达到99.7%。超过98.3%的TN在UASB1和SBR中通过完全反硝化后去除。此外，温度对硝化反硝化速速率有显著影响。
关键词：垃圾渗滤液；两级UASB-SBR工艺；深度脱氮；低温；硝化；反硝化
引言
含高浓度有机物和氮的垃圾渗滤液主要是从城市固体废物的浸出过程中产生的，需要在排放前进行处理。近年来，不同的组合工艺，如厌氧和好氧生物系统混凝沉淀，化学和电化学氧化已应用于垃圾渗滤液的处理。其中，厌氧和好氧系统已被证明是一个最有效的过程，同时铵和有机物的去除垃圾渗滤液大部分的含铵态氮和有机物的渗滤液可以通过厌氧、好氧系统去除，但总氮（TN）在随后的缺氧-好氧反应器中的去除由于反硝化碳源不足的收到了限制。到目前为止，能够同时处理含氮有机物的晚期垃圾渗滤液去除中使用一个两阶段的上流式厌氧污泥床（UASB）和序批式反应器（SBR）系统是没有报道。据我们所知，这是在一个两级UASB-SBR系统先进的垃圾渗滤液处理的第一份报告。
1 材料与方法
1.1实验装置及操作程序
图1显示了实验处理系统，其中包括两级UASB和SBR。UASB1，UASB2和SBR的工作容积分别为3、4.5和9L。UASB反应器的上部被设计便于气体，液体和固体的分离。UASB1和UASB2温度分别由加热器和温控器控制在在（30plusmn;2）°C（35plusmn;2）°C。SBR是在室温下（20.7–10.9°C）操作。
UASB1进水是混合后的原渗滤液，返回SBR硝化的上清液回流比（SNS）为200%。污水从UASB1泵入 UASB2中。UASB2出水被用来作为SBR法的影响因素。SBR是一个24小时的短暂填充周期操作，曝气16小时，0.5小时沉淀，0.5小时后上清液回收，6小时缺氧混合（外加碳源），0.5小时沉淀和0.5小时放电。
水力停留时间（HRT）在UASB1，UASB2和SBR中分别为1、1.5和1.5天。溶解氧（DO）在SBR好氧阶段维持在1毫克/升。值得注意的是，硝化和反硝化是通过实时控制完成的(Li and Bishop, 2002;Wang et al., 2004; Yang et al., 2007; Qureshi et al., 2008) .
1.2垃圾渗滤液的特性
在中国，每个月北京从六里屯生活垃圾卫生填埋场对垃圾填埋场渗滤液进行采样。其特点是：COD 7856– 22500 mg/L、NH4 -N 738–1287毫克/升，总氮839–1390 mg/L，pH值为7.1–8.5，颜色为黑色和棕色，并有强烈的气味。
1.3污泥
水从中国的黑龙江哈尔滨啤酒废水处理厂的厌氧污泥接种的UASB反应器里取得。好氧活性污泥取自酒仙桥市污水处理厂北京种植在SBR。在实验期间混合白酒类悬浮物 SBR的浓度保持在2500–3500mg/L。
1.4分析
铵，按标准方法测定 NO3minus;-N,NO2--N和COD（APHA，1995）。TN进行TN／TOC分析仪（译码/ C3000，analtikjenaag，德国）。DO，pH，ORP和温度采用pH /氧化340i分析仪监测（WTW公司，德国）。
2结果与讨论
2.1在两级UASB-SBR系统COD去除率
在两级UASB-SBR系统COD去除率如图2所示。在试验期间，平均有机负荷率（OLRs）UASB1，UASB2和SBR分别为11.95、1.63和1.29 kg COD/（m3·d）。由于返回的SNS UASB1稀释，进水COD浓度从11950.2下降到4165.2 mg/L，出水COD浓度UASB1是小于939.5mg/L的NO3--N包含在返回的SNS是大约80–100mg／L，同时NO3--N在UASB1出水浓度小于1.3mg/L。同时产甲烷反硝化在UASB1成功实现，NO3--N的平均去除率是0.64kg N/（m3·d）。
如上所述，发现大部分的COD的去除和脱氮和甲烷UASB1，两生物反应去除COD的贡献分别为5.6%和94.5%–6.6%–93.4%通过计算，分别根据脱氮的化学计量计算。
残余COD保持在UASB1出水进一步消除由甲烷和SBR UASB2通过好氧生物降解。该系统的最终出水中的化学需氧量为375.7毫克/升，残留的化学需氧量主要是从垃圾渗滤液中的非生物降解有机物产生。COD的总去除率达到96.7%，说明先进的COD去除率在两级UASB-SBR系统的实现。UASB1，UASB2和SBR的贡献使得总COD去除率分别达到77.4%、7.4%和6%，分别。因此，COD去除率UASB1发挥了最重要的角色，UASB2和SBR营养物去除效率进一步提高和保证了良好的出水。
2.2脱氮级UASB-SBR系统
在两级UASB-SBR系统脱氮进行术中监测（图3）。如图3a，进水NH4 -N浓度较低的渗滤液原液UASB1相比。它主要是由于稀释效应，而不是任何生物反应。平均NH4 -N原渗滤液浓度为982.6 mg/L，而NH4 -N浓度在UASB1进水、出水和UASB2 UASB1中分别记为338.9、300.5和290.5mg/l。换句话说，NH4 -N UASB2和UASB1去除率分别为11.3%和3.3%。没有明显的NH4 -N去除是UASB反应器中观察到的。低NH4 -N的去除效率可以归因于通过厌氧菌的同化在其他一些刊物报道的NH4 -N的利用。
在随后的SBR好氧段，约99.6%的NO3--N被氧化，UASB2废水产生的NO3--N减少到2以下的SBR缺氧步UASB1。如图3b所示，当NO3--N在返回SNS的平均浓度为81.2 mg/L时，SBR和UASB1出水NO3--N 浓度分别低于1.3和1.1毫克/升。两个反应器中NO3--N的反硝化效率均在98.8%以上。这些结果清楚地表明，SBR作为NH4 -N的去除效率由于本系统好氧硝化房单位决定的。此外，NH4 -N和NO3--N出水浓度分别为2.9和1.1毫克/升，说明先进的氮去除垃圾渗滤液经硝酸通路在两级UASB-SBR系统实现。
2.3低温下SBR工艺除氮
图4显示了TN的典型变化，NH4 -N，没有NO3--N和NO2--N在SBR在四个不同温度周期的硝化和反硝化过程。在14.9,14.1,13.5和11.05°C时，完整的硝化和反硝化作用得到一个较长的水力停留时间和出水，总氮浓度分别为4.13，5.7,14.1和16.5毫克/升。TN的去除率均分别保持在95.4%，93.9%、83.7%和86.7%以上。这些结果表明，深度脱氮法在较低温度下实现。
众所周知，在一个较长的HRT为SBR法在较低的温度下实现短程硝化反硝化的更好。随着温度的降低HRT逐渐增加，这意味着硝化和反硝化速率下降。温度对硝化和反硝化速率的影响将在下面的章节中讨论。
值得指出的是，在反硝化过程中的亚硝酸盐积累明显，亚硝酸盐积累的最大浓度分别为21.5、26.5、37.8和34.9毫克/升，分别在14.9、14.1、13.5和11.05°C（图）。这种现象已被观察到在以前的研究工作表明亚硝酸盐积累的反硝化的生物群落的组成有显著相关性，造成较低的还原率比硝酸盐亚硝酸盐。
2.4温度对硝化和反硝化速率的影响
图5显示了典型的硝化速率的变化，在四个不同温度反硝化率和TN、NH4 -N的去除效率。相比对rN和rDN 不同温度的影响不同，硝化和反硝化率均在14.9°C最快，11.05°C最慢。换句话说，rN和rDN随温度的降低，这表明温度是硝化和反硝化的重要因素。与rN相比，rDN急剧下降，但总是比较高。这表明rDN是温度和硝化作用更敏感的是限速步骤的硝化和反硝化过程在较低温度下的速率。
此外，TN和NH4 -N的去除效率分别保持在83.7%和96%以上，（图5）。因此，在完整的硝化和反硝化过程中，温度不会影响TN和NH4 -N去除率。
3 结论
在这项研究中，发现两级UASB-SBR系统对垃圾渗滤液深度处理的一种可行方法。原渗滤液COD平均浓度为11950mg/L可降为375.7mg/L。原渗滤液NH4 -N平均为982.6mg/L的浓度可以减少到小于2.9毫克/升的14.9，14.1，13.5和11.05°C，在SBR短程硝化反硝化均获得成功，并在最终出水TN浓度低于20 mg/L的温度是硝化和反硝化的重要因素。与硝化速率相比，反硝化速率对温度更为敏感。然而，TN和NH4 -N的去除率相对较低的温度下没有影响。
致谢
这项工作是由中国国家自然科学基金资助项目（编号：50978003）、北京省自然科学基金（编号：8091001），资助项目的学术人力资源发展高校北京市管辖（第phr20090502）和国家重点实验室城市水资源与水环境（第qak200802）。
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