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采用固定化微生物技術(shù)處理滲濾液DTRO出水中氨氮,考察不同HRT、DO以及溫度對(duì)反應(yīng)體系脫氮的影響。結(jié)果表明:反應(yīng)器馴化周期短,能夠有效地去除反應(yīng)體系中的氨氮和COD,其去除率分別為98.68%、78.19%。馴化后期,反應(yīng)體系中出現(xiàn)輪蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、寡毛類動(dòng)物。

不同水力停留時(shí)間(HRT)、溶解氧(DO)、溫度影響固定化微生物脫氮效果,通過(guò)試驗(yàn)得出最 佳工藝條件為:HRT為5d,ρ(DO)為4.0mg/L,溫度為25~30℃。在最 佳工藝條件下,出水ρ(NH_4~+-N)為13.01~19.96mg/L,ρ(COD)為6.78~12.07mg/L,達(dá)GB16889—2008《垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》。

垃圾滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水。傳統(tǒng)處理工藝很難達(dá)到GB16889—2008《垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，而碟管式反滲透膜(DTRO)具有通道寬、流程短、湍流強(qiáng)等特點(diǎn)，早先在國(guó)外滲濾液的處理中較常見(jiàn)。

國(guó)內(nèi)填埋場(chǎng)如廣西北海市白水塘填埋場(chǎng)、深圳老虎坑垃圾填埋場(chǎng)、安徽滁州垃圾填埋場(chǎng)等也引進(jìn)了DTRO技術(shù)。DTRO運(yùn)行初期，工藝穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，但是隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，膜組件被滲濾液所污染，DTRO膜易堵塞，壓力泵負(fù)荷增加，最終導(dǎo)致出水無(wú)法達(dá)到排放要求。

通常，此類出水中ρ(NH+4-N)為70～140mg/L，ρ(COD)<100mg/L，電導(dǎo)率為700～1000μS/cm[4]，其中僅氨氮濃度未達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，生物脫氮仍需要一定的碳源。由于該類廢水C/N值偏低，采用傳統(tǒng)生化法處理工藝需要額外投加大量的碳源，處理成本高。

固定化微生物技術(shù)對(duì)碳源需求量低，并能夠維持較高的生物量，在低C/N廢水脫氮領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，該技術(shù)已應(yīng)用于合成氨工業(yè)廢水、焦化廠廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水脫氮等方面。

本文針對(duì)滲濾液DTRO出水不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，采用固定化微生物進(jìn)行深度處理，考察不同HRT、DO、溫度條件下對(duì)固定化微生物脫氮效果的影響，確定該技術(shù)處理DTRO出水達(dá)標(biāo)排放的最 佳工藝條件。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示，反應(yīng)池尺寸為780mm×100mm×485mm，有效容積為30L，由PVC板制成。在反應(yīng)池一側(cè)距側(cè)壁80mm，底面285mm處安裝固定化微生物反應(yīng)器，具體是在布滿孔(5mm)的塑料瓶(60mm×210mm)內(nèi)裝入曝氣頭，周?chē)b滿固定化微生物載體。載體由陶粒制成，具有較大的比表面積(31.744m2/g)，裝填容量?jī)H占反應(yīng)裝置的1%左右，載體內(nèi)包埋多種具有特定功能的細(xì)菌，其在供氧條件下，載體內(nèi)的細(xì)菌被激活，釋放于水中。

控制固定化微生物反應(yīng)器上方的溶解氧，溶解氧隨著流體在反應(yīng)器中擴(kuò)散，沿程與斷面形成“好氧-缺氧”環(huán)境，有利于反應(yīng)裝置同步硝化反硝化。在反應(yīng)器上方安裝DO測(cè)定儀、pH測(cè)定儀以及加熱棒。滲濾液DTRO出水由蠕動(dòng)泵排入反應(yīng)池，出水溢流至排水收集槽中。

1.2試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水由382mg/L氯化銨、108mg/L葡萄糖以及0.1mL/L營(yíng)養(yǎng)液模擬配制而成。ρ(NH+4-N)為90～110mg/L，ρ(COD)為80～100mg/L，pH為7.5～8.5，電導(dǎo)率約為1080μS/cm。其中營(yíng)養(yǎng)液配料如表1所述。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)裝置連續(xù)進(jìn)水，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程通過(guò)NaHCO3溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)池中的pH，使其值控制在7.5～8.5。

1)固定化微生物載體的激活及馴化:載體激活階段，將試驗(yàn)用水稀釋1倍，抽入到反應(yīng)池中，待進(jìn)水達(dá)到恒定水位，停止進(jìn)水，只進(jìn)行曝氣，控制ρ(DO)為5.0mg/L，溫度為25～30℃，適應(yīng)3d，采用試驗(yàn)用水置換反應(yīng)池中的水，繼續(xù)曝氣3d，完成載體的激活;載體馴化階段，在載體激活試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，控制HRT為3d，連續(xù)進(jìn)水，每隔12h取1次水樣，測(cè)得氨氮和COD濃度。

2)HRT對(duì)脫氮效果的影響試驗(yàn):控制ρ(DO)為5.0mg/L，溫度為25～30℃，將HRT設(shè)置為7，5，3d，待反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，每隔12h取1次水樣，測(cè)得氨氮和COD濃度。

3)DO對(duì)脫氮效果的影響試驗(yàn):控制溫度為25～30℃，HRT為5d，調(diào)節(jié)ρ(DO)為5.0，4.0，3.0mg/L，待反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，每隔12h取1次水樣，測(cè)得氨氮和COD濃度。

4)溫度對(duì)脫氮效果的影響試驗(yàn):控制ρ(DO)為4.0mg/L，HRT為5d，調(diào)節(jié)溫度為25～30℃和15～20℃，待反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，每隔12h取1次水樣，測(cè)得氨氮和COD濃度。

1.4分析項(xiàng)目及方法

分析項(xiàng)目包括COD、氨氮、pH、DO、溫度和生物相。測(cè)定COD采用重鉻酸鉀法，氨氮采用納氏試劑法，pH采用便攜式pH計(jì)測(cè)定，DO采用WTW溶解氧儀Oxi3310測(cè)定，溫度采用溫度計(jì)測(cè)定，生物相觀察采用生物顯微鏡(XSP-BM-2CBAS)。

2結(jié)果和討論

2.1固定化微生物載體的馴化

馴化過(guò)程中氨氮和COD的變化曲線如圖2所示，期間反應(yīng)體系中出水氨氮和COD濃度均有所降低。

由圖2a可知:出水氨氮濃度在前3天內(nèi)急劇降低，濃度低于1mg/L，去除率達(dá)99.33%，從第3天開(kāi)始，氨氮濃度基本保持不變;由圖2b可知:出水COD在前6天內(nèi)緩慢地升高，第6～7天，出水COD有所降低，第7天以后，出水COD基本保持不變。

這是因?yàn)轳Z化初期，反應(yīng)池內(nèi)逐漸出現(xiàn)多種功能的細(xì)菌菌種，而反應(yīng)池中的環(huán)境更適合硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，因此硝化細(xì)菌優(yōu)先于異養(yǎng)菌大量繁殖，硝化細(xì)菌迅速地將NH+4-N轉(zhuǎn)化為NO-3-N和NO-2-N，出水NH+4-N濃度急劇降低，而異養(yǎng)菌與硝化細(xì)菌在反應(yīng)體系中呈競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，馴化期間硝化細(xì)菌大量繁殖，抑制異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)代謝，異養(yǎng)菌適應(yīng)反應(yīng)體系的能力較弱，反應(yīng)體系中有機(jī)物的利用率降低。

但是隨著馴化時(shí)間的增加，異養(yǎng)菌的數(shù)量逐漸增加，競(jìng)爭(zhēng)力逐漸加強(qiáng)，待固定化微生物載體馴化7d后，硝化細(xì)菌與異養(yǎng)菌形成相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)環(huán)境，出水氨氮和COD濃度基本保持不變。馴化后期，鏡檢顯示反應(yīng)池中出現(xiàn)寡毛類動(dòng)物、輪蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)等后生動(dòng)物，則馴化結(jié)束。由此可知，固定化微生物馴化周期短，可有效降解滲濾液DTRO出水中的氨氮。

2.2HRT對(duì)氨氮去除效果的影響

穩(wěn)定運(yùn)行中不同HRT對(duì)固定化微生物處理氨氮的影響如圖3所示。由圖3a可知:HRT為3d時(shí)，平均出水ρ(NH+4-N)為13.74mg/L，受水力沖擊負(fù)荷影響，出水ρ(NH+4-N)為7.76～18.06mg/L，波動(dòng)較大。HRT為5d與7d時(shí)，出水氨氮濃度基本保持一致，去除率均能達(dá)到95%以上。

由圖3b可知:當(dāng)HRT為3d和5d時(shí)，COD去除率的波動(dòng)性大，但是相比HRT為5d，HRT為3d時(shí)出水有機(jī)物濃度明顯較低。當(dāng)HRT為7d時(shí)，出水ρ(COD)穩(wěn)定在23.00mg/L左右。

氨氮去除效果隨HRT的增大而逐漸增強(qiáng)，這是因?yàn)镠RT過(guò)小，水力沖擊負(fù)荷大，會(huì)破壞反應(yīng)池中的推流作用，體系中的氨氮與微生物無(wú)法充分接觸，氨氮的去除效果不佳;HRT增大，水力負(fù)荷減小，反應(yīng)池內(nèi)會(huì)形成有利于硝化反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的“好氧-缺氧”環(huán)境，可有效降解氨氮。

HRT為5d時(shí)出水COD濃度的波動(dòng)性比HRT為3d時(shí)大，而且有升高的趨勢(shì)，一方面是受水力負(fù)荷影響，另一方面可能是因?yàn)殡S著HRT的增加，異養(yǎng)菌在反應(yīng)體系中的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸減弱，導(dǎo)致出水COD濃度逐漸升高。綜合圖3a、圖3b，固定化微生物處理滲濾液DTRO出水中氨氮的最 佳HRT為5d。

2.3DO對(duì)氨氮去除效果的影響

圖4為穩(wěn)定運(yùn)行中不同DO對(duì)固定化微生物脫氮效果的影響。

由圖4a可知:ρ(DO)為3.0mg/L時(shí)，平均出水ρ(NH+4-N)為37.65mg/L，去除率僅為62.35%，未達(dá)GB16889—2008標(biāo)準(zhǔn)，隨著DO濃度的升高，氨氮去除率逐漸升高。當(dāng)ρ(DO)為5.0mg/L時(shí)，平均出水ρ(NH+4-N)僅為3.30mg/L，去除率達(dá)96.70%。

由圖4b可知:隨著DO濃度的升高，反應(yīng)體系中的出水COD濃度先降低后升高，當(dāng)ρ(DO)分別為3.0，4.0，5.0mg/L時(shí)，平均出水ρ(COD)分別為21.32，10.58，31.58mg/L，波動(dòng)性大。

不同脫氮細(xì)菌對(duì)氧氣的需求不同，硝化細(xì)菌屬于好氧細(xì)菌，而絕大多數(shù)反硝化細(xì)菌屬于缺氧細(xì)菌，因此在同一個(gè)反應(yīng)池中要同時(shí)進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng)，需嚴(yán)格控制DO濃度，當(dāng)ρ(DO)為3.0mg/L時(shí)，溶解氧不足，不利于硝化細(xì)菌代謝，出水氨氮濃度不符合排放要求。

同時(shí)異養(yǎng)菌沒(méi)有充足的氧氣，出水有機(jī)物濃度偏高，隨著DO濃度的升高，逐漸滿足硝化細(xì)菌對(duì)氧氣的需求，其生長(zhǎng)繁殖加快，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮，出水氨氮濃度降低，同時(shí)有機(jī)物的消耗量增加，出水有機(jī)物濃度降低。

但是當(dāng)ρ(DO)繼續(xù)升高至5.0mg/L時(shí)，盡管出水氨氮濃度進(jìn)一步降低，但是有機(jī)物的量不降反升，這是因?yàn)楫?dāng)ρ(DO)為5.0mg/L時(shí)，硝化細(xì)菌快速生長(zhǎng)繁殖的同時(shí)與體系中的異養(yǎng)菌進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，硝化細(xì)菌在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位，抑制了異養(yǎng)菌的繁殖，有機(jī)物消耗量減少;另一方面過(guò)高的DO濃度提高了氧氣的穿透能力，增加了反應(yīng)體系中好氧區(qū)域，破壞了整個(gè)體系中穩(wěn)定的“好氧-缺氧”環(huán)境，影響反硝化細(xì)菌的代謝活動(dòng)，反硝化細(xì)菌無(wú)法消耗碳源導(dǎo)致出水COD濃度升高。

綜合圖4a、圖4b可知:當(dāng)ρ(DO)為4.0mg/L時(shí)，出水氨氮濃度波動(dòng)性較小，平均出水ρ(NH+4-N)為14.08mg/L，同時(shí)有利于反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)代謝，反應(yīng)體系中硝化細(xì)菌與異養(yǎng)細(xì)菌相互競(jìng)爭(zhēng)形成相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，有利于體系同時(shí)脫氮除碳。

2.4溫度對(duì)氨氮去除效果的影響

穩(wěn)定運(yùn)行中不同溫度對(duì)固定化微生物處理氨氮的效果如圖5所示，當(dāng)溫度為25～30℃時(shí)，出水ρ(NH+4-N)為13.01～19.96mg/L，ρ(COD)為6.78～12.07mg/L;但當(dāng)溫度為15～20℃時(shí)，平均出水ρ(NH+4-N)和ρ(COD)分別高達(dá)50.23，54.58mg/L。溫度影響脫氮微生物的活性，不同的脫氮微生物適應(yīng)不同的溫度，溫度過(guò)高可致微生物失活;溫度過(guò)低，微生物的代謝活性則會(huì)降低。

因此，確定固定化微生物處理滲濾液DTRO出水中氨氮的適宜溫度為25～30℃，若冬天較低的溫度影響固定化微生物脫氮效果，可延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，保證出水達(dá)標(biāo)排放。

3結(jié)論

1)采用固定化微生物技術(shù)深度處理滲濾液DTRO出水中的氨氮，馴化周期短，出水水質(zhì)好，氨氮和COD去除率分別為98.68%和78.19%，馴化后期，反應(yīng)體系中存在大量的微生物群體，如輪蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、寡毛類動(dòng)物。

2)HRT、DO、溫度可影響固定化微生物脫氮效果，保證pH為7.5～8.5時(shí)，在最 佳HRT為5d，ρ(DO)為4.0mg/L，溫度為25～30℃的條件下，出水ρ(NH+4-N)為13.01～19.96mg/L，ρ(COD)為6.78～12.07mg/L，達(dá)GB16889—2008排放標(biāo)準(zhǔn)。