采用固定化微生物技術處理滲濾液DTRO出水中氨氮,考察不同HRT、DO以及溫度對反應體系脫氮的影響。結果表明:反應器馴化周期短,能夠有效地去除反應體系中的氨氮和COD,其去除率分別為98.68%、78.19%。馴化后期,反應體系中出現輪蟲、累枝蟲、寡毛類動物。
不同水力停留時間(HRT)、溶解氧(DO)、溫度影響固定化微生物脫氮效果,通過試驗得出最 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GB16889—2008《垃圾填埋場污染控制標準》。
垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水。傳統處理工藝很難達到GB16889—2008《垃圾填埋場污染控制標準》，而碟管式反滲透膜(DTRO)具有通道寬、流程短、湍流強等特點，早先在國外滲濾液的處理中較常見。
國內填埋場如廣西北海市白水塘填埋場、深圳老虎坑垃圾填埋場、安徽滁州垃圾填埋場等也引進了DTRO技術。DTRO運行初期，工藝穩定，出水水質好，但是隨著運行時間的增加，膜組件被滲濾液所污染，DTRO膜易堵塞，壓力泵負荷增加，最終導致出水無法達到排放要求。
通常，此類出水中ρ(NH+4-N)為70～140mg/L，ρ(COD)<100mg/L，電導率為700～1000μS/cm[4]，其中僅氨氮濃度未達排放標準，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。
固定化微生物技術對碳源需求量低，并能夠維持較高的生物量，在低C/N廢水脫氮領域中具有巨大的應用潛力。目前，該技術已應用于合成氨工業廢水、焦化廠廢水、畜禽養殖廢水脫氮等方面。
本文針對滲濾液DTRO出水不達標問題，采用固定化微生物進行深度處理，考察不同HRT、DO、溫度條件下對固定化微生物脫氮效果的影響，確定該技術處理DTRO出水達標排放的最 佳工藝條件。
1試驗部分
1.1試驗裝置
試驗裝置如圖1所示，反應池尺寸為780mm×100mm×485mm，有效容積為30L，由PVC板制成。在反應池一側距側壁80mm，底面285mm處安裝固定化微生物反應器，具體是在布滿孔(5mm)的塑料瓶(60mm×210mm)內裝入曝氣頭，周圍裝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)，裝填容量僅占反應裝置的1%左右，載體內包埋多種具有特定功能的細菌，其在供氧條件下，載體內的細菌被激活，釋放于水中。
控制固定化微生物反應器上方的溶解氧，溶解氧隨著流體在反應器中擴散，沿程與斷面形成“好氧-缺氧”環境，有利于反應裝置同步硝化反硝化。在反應器上方安裝DO測定儀、pH測定儀以及加熱棒。滲濾液DTRO出水由蠕動泵排入反應池，出水溢流至排水收集槽中。
1.2試驗用水
試驗用水由382mg/L氯化銨、108mg/L葡萄糖以及0.1mL/L營養液模擬配制而成。ρ(NH+4-N)為90～110mg/L，ρ(COD)為80～100mg/L，pH為7.5～8.5，電導率約為1080μS/cm。其中營養液配料如表1所述。
1.3試驗方法
試驗裝置連續進水，整個試驗過程通過NaHCO3溶液調節反應池中的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，將試驗用水稀釋1倍，抽入到反應池中，待進水達到恒定水位，停止進水，只進行曝氣，控制ρ(DO)為5.0mg/L，溫度為25～30℃，適應3d，采用試驗用水置換反應池中的水，繼續曝氣3d，完成載體的激活;載體馴化階段，在載體激活試驗的基礎上，控制HRT為3d，連續進水，每隔12h取1次水樣，測得氨氮和COD濃度。
2)HRT對脫氮效果的影響試驗:控制ρ(DO)為5.0mg/L，溫度為25～30℃，將HRT設置為7，5，3d，待反應器穩定運行后，每隔12h取1次水樣，測得氨氮和COD濃度。
3)DO對脫氮效果的影響試驗:控制溫度為25～30℃，HRT為5d，調節ρ(DO)為5.0，4.0，3.0mg/L，待反應器穩定運行后，每隔12h取1次水樣，測得氨氮和COD濃度。
4)溫度對脫氮效果的影響試驗:控制ρ(DO)為4.0mg/L，HRT為5d，調節溫度為25～30℃和15～20℃，待反應器穩定運行后，每隔12h取1次水樣，測得氨氮和COD濃度。
1.4分析項目及方法
分析項目包括COD、氨氮、pH、DO、溫度和生物相。測定COD采用重鉻酸鉀法，氨氮采用納氏試劑法，pH采用便攜式pH計測定，DO采用WTW溶解氧儀Oxi3310測定，溫度采用溫度計測定，生物相觀察采用生物顯微鏡(XSP-BM-2CBAS)。
2結果和討論
2.1固定化微生物載體的馴化
馴化過程中氨氮和COD的變化曲線如圖2所示，期間反應體系中出水氨氮和COD濃度均有所降低。
由圖2a可知:出水氨氮濃度在前3天內急劇降低，濃度低于1mg/L，去除率達99.33%，從第3天開始，氨氮濃度基本保持不變;由圖2b可知:出水COD在前6天內緩慢地升高，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。
這是因為馴化初期，反應池內逐漸出現多種功能的細菌菌種，而反應池中的環境更適合硝化細菌的生長繁殖，因此硝化細菌優先于異養菌大量繁殖，硝化細菌迅速地將NH+4-N轉化為NO-3-N和NO-2-N，出水NH+4-N濃度急劇降低，而異養菌與硝化細菌在反應體系中呈競爭關系，馴化期間硝化細菌大量繁殖，抑制異養菌的生長代謝，異養菌適應反應體系的能力較弱，反應體系中有機物的利用率降低。
但是隨著馴化時間的增加，異養菌的數量逐漸增加，競爭力逐漸加強，待固定化微生物載體馴化7d后，硝化細菌與異養菌形成相對穩定的動態環境，出水氨氮和COD濃度基本保持不變。馴化后期，鏡檢顯示反應池中出現寡毛類動物、輪蟲、累枝蟲等后生動物，則馴化結束。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對氨氮去除效果的影響
穩定運行中不同HRT對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，平均出水ρ(NH+4-N)為13.74mg/L，受水力沖擊負荷影響，出水ρ(NH+4-N)為7.76～18.06mg/L，波動較大。HRT為5d與7d時，出水氨氮濃度基本保持一致，去除率均能達到95%以上。
由圖3b可知:當HRT為3d和5d時，COD去除率的波動性大，但是相比HRT為5d，HRT為3d時出水有機物濃度明顯較低。當HRT為7d時，出水ρ(COD)穩定在23.00mg/L左右。
氨氮去除效果隨HRT的增大而逐漸增強，這是因為HRT過小，水力沖擊負荷大，會破壞反應池中的推流作用，體系中的氨氮與微生物無法充分接觸，氨氮的去除效果不佳;HRT增大，水力負荷減小，反應池內會形成有利于硝化反硝化細菌生長的“好氧-缺氧”環境，可有效降解氨氮。
HRT為5d時出水COD濃度的波動性比HRT為3d時大，而且有升高的趨勢，一方面是受水力負荷影響，另一方面可能是因為隨著HRT的增加，異養菌在反應體系中的競爭力逐漸減弱，導致出水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對氨氮去除效果的影響
圖4為穩定運行中不同DO對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，平均出水ρ(NH+4-N)為37.65mg/L，去除率僅為62.35%，未達GB16889—2008標準，隨著DO濃度的升高，氨氮去除率逐漸升高。當ρ(DO)為5.0mg/L時，平均出水ρ(NH+4-N)僅為3.30mg/L，去除率達96.70%。
由圖4b可知:隨著DO濃度的升高，反應體系中的出水COD濃度先降低后升高，當ρ(DO)分別為3.0，4.0，5.0mg/L時，平均出水ρ(COD)分別為21.32，10.58，31.58mg/L，波動性大。
不同脫氮細菌對氧氣的需求不同，硝化細菌屬于好氧細菌，而絕大多數反硝化細菌屬于缺氧細菌，因此在同一個反應池中要同時進行硝化反硝化反應，需嚴格控制DO濃度，當ρ(DO)為3.0mg/L時，溶解氧不足，不利于硝化細菌代謝，出水氨氮濃度不符合排放要求。
同時異養菌沒有充足的氧氣，出水有機物濃度偏高，隨著DO濃度的升高，逐漸滿足硝化細菌對氧氣的需求，其生長繁殖加快，將氨氮轉化為硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮，出水氨氮濃度降低，同時有機物的消耗量增加，出水有機物濃度降低。
但是當ρ(DO)繼續升高至5.0mg/L時，盡管出水氨氮濃度進一步降低，但是有機物的量不降反升，這是因為當ρ(DO)為5.0mg/L時，硝化細菌快速生長繁殖的同時與體系中的異養菌進行競爭，硝化細菌在競爭中處于優勢地位，抑制了異養菌的繁殖，有機物消耗量減少;另一方面過高的DO濃度提高了氧氣的穿透能力，增加了反應體系中好氧區域，破壞了整個體系中穩定的“好氧-缺氧”環境，影響反硝化細菌的代謝活動，反硝化細菌無法消耗碳源導致出水COD濃度升高。
綜合圖4a、圖4b可知:當ρ(DO)為4.0mg/L時，出水氨氮濃度波動性較小，平均出水ρ(NH+4-N)為14.08mg/L，同時有利于反硝化細菌生長代謝，反應體系中硝化細菌與異養細菌相互競爭形成相對穩定的環境，有利于體系同時脫氮除碳。
2.4溫度對氨氮去除效果的影響
穩定運行中不同溫度對固定化微生物處理氨氮的效果如圖5所示，當溫度為25～30℃時，出水ρ(NH+4-N)為13.01～19.96mg/L，ρ(COD)為6.78～12.07mg/L;但當溫度為15～20℃時，平均出水ρ(NH+4-N)和ρ(COD)分別高達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不同的溫度，溫度過高可致微生物失活;溫度過低，微生物的代謝活性則會降低。
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，可延長水力停留時間，保證出水達標排放。
3結論
1)采用固定化微生物技術深度處理滲濾液DTRO出水中的氨氮，馴化周期短，出水水質好，氨氮和COD去除率分別為98.68%和78.19%，馴化后期，反應體系中存在大量的微生物群體，如輪蟲、累枝蟲、寡毛類動物。
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，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GB16889—2008排放標準。
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