北京建筑大學吳莉娜：UASB+A/O+ANAOR+ASBR實現(xiàn)垃圾滲濾液自養(yǎng)深度脫氮

全康環(huán)保:推薦理由：垃圾滲濾液含有高濃度的NH₄⁺-N，屬于難降解廢水。傳統(tǒng)脫氮工藝需投加大量無機碳源，是造成垃圾滲濾液處理成本高的原因之一。與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，厭氧氨氧化（Anammox）技術可大幅減少曝氣量且無需投加碳源，從而降低垃圾滲濾液處理成本。然而，針對亞硝酸鹽型厭氧氨氧化過程來說，實現(xiàn)這一反應的前提是需要通過短程硝化將部分NH₄⁺-N轉化為NO₂^--N。如何快速實現(xiàn)并穩(wěn)定維持垃圾滲濾液的短程硝化是實現(xiàn)厭氧氨氧化脫氮的關鍵因素之一。同時厭氧氨氧化產生的硝態(tài)氮（NO-3-N）與垃圾滲濾液中的NH₄⁺-N轉化產生的NO₃^--N導致出水總氮（TN）不達標。因此，這也是在垃圾滲濾液處理中成功實現(xiàn)厭氧氨氧化的另一關鍵步驟。基于此，北京建筑大學吳莉娜副教授團隊經(jīng)過多年的深入探索和研究，發(fā)現(xiàn)游離氨（FA）和游離亞硝酸（FNA）對NOB有抑制作用，但有助AOB生長并富集成為優(yōu)勢菌種，從而快速實現(xiàn)短程硝化和穩(wěn)定運行。近期，該課題組采用上流式厭氧污泥床（UASB）?C缺氧/好氧反應器（A/O）?C厭氧氨氧化反應器（ANAOR）-厭氧序批式反應器（ASBR）工藝，實現(xiàn)了短程硝化-厭氧氨氧化和短程反硝化-厭氧氨氧化的巧妙結合，NH₄⁺-N和TN去除率分別達到97%和92%。該研究成果發(fā)表在環(huán)境領域知名期刊Environment International上。

――同濟大學浙江學院、《中國給水排水》青年編委 劉俊 博士

研究背景

垃圾滲濾液是固體廢物在填埋場的分解產物，含有高濃度NH₄⁺-N。若不加以有效處理，可能會產生潛在的環(huán)境問題。傳統(tǒng)脫氮過程需投加大量無機碳源，是造成垃圾滲濾液處理成本高的原因之一。而厭氧氨氧化（Anammox）技術，只需將部分氨氮（NH₄⁺-N）氧化成亞硝酸鹽（NO₂^--N），NO₂^--N再和剩下的NH₄⁺-N反應直接生成N₂，實現(xiàn)自養(yǎng)脫氮而無需投加無機碳源。與傳統(tǒng)脫氮相比，Anammox技術可節(jié)省62.5%的曝氣量且無需投加碳源，這可大幅降低垃圾滲濾液處理成本。然而，針對亞硝酸鹽型厭氧氨氧化過程來說，實現(xiàn)這一反應的前提是需要通過短程硝化將部分NH₄⁺-N轉化為NO₂^--N。如何快速實現(xiàn)并穩(wěn)定維持垃圾滲濾液的短程硝化是實現(xiàn)垃圾滲濾液厭氧氨氧化脫氮的關鍵因素之一。另外，在厭氧氨氧化過程中會產生硝態(tài)氮（NO₃^--N），因為垃圾滲濾液本身NH₄⁺-N含量很高，由此產生的NO₃^--N會直接造成總氮（TN）不達標。因此，這也是在垃圾滲濾液處理中實現(xiàn)厭氧氨氧化的另一關鍵步驟。

中文摘要

本研究采用UASB-A/O-ANAOR-ASBR工藝處理垃圾滲濾液，實現(xiàn)了短程硝化-厭氧氨氧化穩(wěn)定運行，最終使得出水NH₄⁺-N和TN達標排放。本課題也對處理垃圾滲濾液過程中影響厭氧氨氧化的因素進行了深入分析，并對系統(tǒng)中微生物的多樣性進行了分析。結果表明，系統(tǒng)中AOB的相對豐度是NOB的4~5倍，這為后續(xù)厭氧氨氧化的成功實現(xiàn)提供了有利保障；在垃圾滲濾液厭氧氨氧化過程中檢測出厭氧氨氧化菌是Candidatus Kuenenia，且隨著工藝的長時間運行，該物種的相對豐度越來越高。

試驗結果與關鍵圖表

1、短程硝化-厭氧氨氧化耦合短程反硝化厭氧氨氧化實現(xiàn)垃圾滲濾液深度脫氮

本研究采用UASB?CA/O?C厭氧氨氧化反應器（ANAOR）和厭氧序批式反應器（ASBR）（UASB-A/O-ANAOR-ASBR）組合工藝，試驗用水為北京某垃圾填埋場滲濾液（見圖1）。原水首先進入UASB，同時一部分硝化液從沉淀池回流至UASB。通過硝化液的回流可以降低進水濃度，從而減輕對微生物的抑制作用。同時，回流硝化液中的NO₂^--N和NO₃^--N可以充分利用原水中的有機碳源進行反硝化，在研究中還對工藝過程中有機物的變化進行了詳細分析。高濃度有機物通常是垃圾滲濾液實現(xiàn)厭氧氨氧化的又一個瓶頸。通過三維熒光光譜等分析，UASB出水中可降解的有機物很少，因此保證了后續(xù)厭氧氨氧化反應不被高濃度有機物所抑制，為后續(xù)厭氧氨氧化反應創(chuàng)造了條件。UASB出水進入A/O反應器后實現(xiàn)短程硝化，部分NH₄⁺-N轉化成NO₂^--N，之后在ANAOR中NH₄⁺-N和NO₂^--N繼續(xù)發(fā)生厭氧氨氧化反應。ANAOR出水再經(jīng)過ASBR處理。將稀釋的垃圾滲濾液作為有限碳源打入中間水箱后再進到ASBR，NO₃^--N利用有限碳源轉化為NO₂^--N，NO₂^--N和在中間水箱加入的稀釋垃圾滲濾液中的NH₄⁺-N反應脫氮。因此，整個工藝通過短程硝化-厭氧氨氧化和短程反硝化-厭氧氨氧化工藝耦合實現(xiàn)了垃圾滲濾液的NH₄⁺-N和TN的出水達標排放。

2、微生物多樣性分析

對系統(tǒng)中的微生物進行了研究。圖2表明，在垃圾滲濾液處理過程中檢出的厭氧氨氧化菌優(yōu)勢菌種是Candidatus Kuenenia，這與處理城市污水厭氧氨氧化菌種有明顯區(qū)別。盡管本工藝多處回流，即使在A/O反應器的O段，溶解氧控制也不高，但Candidatus Kuenenia在各個反應器均有檢出，并且隨著工藝的長時間穩(wěn)定運行，該菌種的相對豐度越來越高。本研究證實了垃圾滲濾液有利于厭氧氨氧化菌種的生長與富集。

結論與展望

厭氧氨氧化作為一種目前最節(jié)能的脫氮工藝，得到了越來越多的專家和學者的關注。本課題組將進一步研究不同電子受體厭氧氨氧化在高氨氮污水中的應用，同時將厭氧氨氧化技術同電化學技術有機結合，進而實現(xiàn)高氨氮廢水的深度除碳脫氮。本課題組針對季節(jié)性變化很大的環(huán)境條件下，如何在低溫下高效縮短厭氧氨氧化菌的培養(yǎng)周期，實現(xiàn)低溫下高氨氮污水的厭氧氨氧化快速啟動和穩(wěn)定運行以及相關的中試研究已逐漸開展，以期為高氨氮污水的厭氧氨氧化發(fā)展做出更多貢獻。