垃圾填埋场渗滤液脱氮处理技术

MBR是近年来国内外学者在水处理领域研究的一个热点。MBR出水水质不如RO，NF，但MBR的优势在于不产生浓缩液以及良好的脱氮除磷效果。MBR一般由前置式反硝化、硝化反应器和超滤单元组成，在该处理系统中污泥浓度可高达15g/L～35g/L，有机物得到有效降解，氨氮和有机氮达到高效脱除。采用单体MBR膜通量下降较快，因此多增加前处理工艺。Laitinen等采用SBR+MBR工艺处理垃圾渗滤液，系统对SS，BOD5，P，NH3-N的去除率分别为大于99%，97%，97%，55%。MBR常与其他膜处理以及活性炭吸附等工艺联用，以保证出水效果。在工程应用上，MBR在垃圾渗滤液处理方面已经得到了广泛的应用。2002年德国Niersverband垃圾填埋场采用MBR+活性炭工艺处理渗滤液，处理规模24t/h，出水COD<40mg/L，NH3-N<10mg/L。2006年德国的Kahlenberg垃圾综合处理厂采用厌氧+MBR工艺处理渗滤液，处理规模28t/h，出水COD<50mg/L，NH3-N<10mg/L。
1.1.4其他物理化学方法
渗滤液中氨氮脱除方法除了以上三种常用理化方法外，还有电化学氧化法、离子交换与吸附法、乳状液膜法、折点氯化法、等离子体法及超声波法等。其中电化学氧化法能够达到几乎100%的氨氮去除效果，但需要消耗大量的电能，运行成本高。这些方法技术还不成熟，实际应用很少。
1.2新型生物脱氮法
传统生物脱氮技术包括自养硝化与异养反硝化两个阶段，其中反硝化需要足够的有机碳源。但对于垃圾渗滤液特别是中晚期渗滤液这种有机物难降解且C/N低的废水常常需要投加反硝化有机碳源等，增加了运行费用。近年来研究者们开发了几种新型生物脱氮工艺，包括短程硝化一反硝化技术、同步硝化/反硝化技术和厌氧氨氧化。
1.2.1短程硝化-反硝化技术(SHARON)
短程硝化-反硝化又称SHARON(Single reactor High Activity ammonium Removal Over Nitrite)工艺，包括两个步骤，具体反应原理为：

SHARON工艺可以比传统的硝化-反硝化节省25%的硝化曝气量、节省40%的反硝化碳源投加量、节省50%的反硝化反应器容积。另外SHARON工艺还具有以下优点：无须污泥回流，减少50%污泥生成量；硝化过程产生的酸要少于完全硝化的产酸量，因此可以减少投碱量；缩短反应时间，相应反应器容积也减少，节约投资费用。这些对于高浓度氨氮废水的脱氮处理具有非常大的经济效益，特别是对于诸如垃圾渗滤液且C/N比低的废水更是如此。
短程硝化-反硝化的关键是控制亚硝酸的积累，阻止亚硝酸进一步氧化成硝酸。研究表明当温度在30℃以上，溶解氧控制在1.0mg/L～1.5mg/L，SRT=1d～2.5d，pH＝8～9时，反应器中氨氧化细菌的生长速度高于亚硝酸氧化细菌。高大文等对短程硝化-反硝化工艺研究表明，只有温度超过28℃时，利用温度实现的短程硝化-反硝化生物脱氮工艺才能稳定地运行，且发现过度曝气对短程硝化影响较大，在过度曝气条件下运行12d，硝化类型就由NO2-累积率为96%的短程硝化转变为39.3%的全程硝化。RobertoCanziani等用MBR-MBBR工艺处理某老龄填埋场垃圾渗滤液的研究得出：当DO<0.5mg/L时可以实现对亚硝酸氧化菌长久而稳定的抑制，这种低氧条件下甚至SRT>45d时仍然能够保证亚硝酸盐的积累，当温度在30℃以上、FA>2.5mg/L时，亚硝酸的积累现象更加明显。有学者研究了自由氨(FA)对亚硝酸氧化菌的抑制作用，指出通过控制水中FA浓度可以达到NO2-积累。赵宗升等的研究表明由于亚硝酸氧化菌对抑制的适应，FA抑制氨氧化过程存在多稳态现象，不同学者得到的FA抑制浓度也不相同。赵宗升等经过试验得出FA浓度高于1mg/L即对亚硝酸氧化菌造成抑制。Mosques-Coral等研究了不同盐类(NaCl，KCl，Na2SO4)对短程硝化-反硝化的影响，结果表明当每种盐类的摩尔浓度为100mmol时，有40%的氨氮受到抑制；但当NaCl浓度为427mmol时，该工艺运行却很稳定，不会受到抑制。同时与不加盐类相比，当NaCl浓度为85mmol时，短程硝化-反硝化下氨氮脱除率增加了30%。
Sharon工艺需要通过参数的协调设定以实现，但目前对工艺各参数的设计方法还没有形成，各种控制参数的作用仍在不断的研究探索当中，因此实际工程应用还很少。荷兰的Delft大学开发出Sharon工艺后成功将其应用到Dokhaven污水处理厂，该反应器为CSTR反应器，在温度35℃～40℃，SRT＝2.5d下，将平均1230mg/L氨氮降到12.2mg/L。
1.2.2同步硝化/反硝化技术(SND)
当好氧环境与缺氧环境在一个反应器中同时存在，硝化和反硝化在同一反应器中同时进行时称为同步硝化／反硝化(SND)。同步硝化／反硝化不仅可以发生在生物膜系统中，如流化床、生物滤池、生物转盘，还可以发生在活性污泥系统中，如氧化沟、曝气池。Paul等利用厌氧滤池和生物转盘(RBC)处理氨氮浓度高达2140mg/L的垃圾渗滤液，在RBC的氨氮负荷为1.5g/(m2•d)～3.0g/(m2•d)的条件下，氨去除率高达80%～90%。反应器中碱度消耗和COD去除的情况说明氨氮去除是通过同步硝化／反硝化的途径进行的。王文斌等对深圳下坪垃圾填埋场渗滤液作了同步硝化/反硝化研究，证实了SBR反应器水温为31℃，DO浓度在3.4mg/L～5.2mg/L之间时间，TN的去除率达到70.51%，同步硝化／反硝化现象较明显。但其同时得出，当水中氨氮浓度超过100mg/L时很难观察到同步硝化/反硝化现象。因此，同步硝化/反硝化可能不适合高浓度氨氮废水的脱氮处理。