喷射环流反应器处理垃圾渗滤液的硝化特性研究_张雄军.pdf

DOI：10.19965/ki.iwt.2022-0329第 43 卷第 2 期2023年 2 月Vol.43 No.2Feb.，2023 工业水处理Industrial Water Treatment154喷射环流反应器处理垃圾渗滤液的硝化特性研究张雄军，张保山（长沙中联重科环境产业有限公司，湖南长沙 410221）摘要 采用喷射环流反应器处理实际垃圾渗滤液，重点研究了系统的氨氮硝化性能，分别考察了游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）对氨氧化菌（AOB）和亚硝态氮氧化菌（NOB）活性的影响。结果表明，AOB菌群活性在FA质量浓度6.5 mg/L、FNA质量浓度0.1 mg/L时受到一定抑制但仍有较大活性。NOB菌群活性在 FA质量浓度3 mg/L且 FNA质量浓度3 mg/L或 FNA质量浓度0.01 mg/L时受到明显抑制，且抑制作用随 FA、FNA浓度升高呈增大趋势。碱度（碱度/氨氮需7 g/g）对 AOB有较大影响，而对 NOB基本无影响。喷射环流反应器的氧转移效率可达 45%，硝化速率可达 0.06 g/（g d），相较于传统 MBR硝化单元具有氧转移效率和硝化效率高、水力停留时间短、占地面积小、能耗低的优点。关键词 喷射环流反应器；游离氨；游离亚硝酸；氧转移效率；硝化速率中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1005-829X（2023）02-0154-07Characteristics of nitrification in jet loop reactor system for landfill leachate treatmentZHANG Xiongjun，ZHANG Baoshan（Changsha Zoomlion Environmental Industry Co.，Ltd.，Changsha 410221，China）Abstract：The biological system of jet loop reactor was used to treat the actual landfill leachate.The ammonia nitrogen nitrification performance of the system was emphatically studied.The effects of free ammonia（FA）and free nitrite（FNA）on the activity of ammonia oxidizing bacteria（AOB）and nitrite oxidizing bacteria（NOB）were investigated respectively.The results indicated that the activity of AOB flora was not affected when FA mass concentration was less than 6.5 mg/L and FNA mass concentration was less than 0.1 mg/L.When the mass concentration of FNA was greater than 0.1 mg/L，it was inhibited to some extent but still had greater activity.The activity of NOB flora was not affected when FA mass concentration was less than 3 mg/L and FNA mass concentration was less than 0.01 mg/L.When FA mass concentration was more than 3 mg/L or FNA mass concentration was more than 0.01 mg/L，its activity was significantly inhibited，and the inhibition increased with the increase of FA and FNA concentration.Alkalinity（alkalinity/ammonia nitrogen should be more than 7 g/g）had a great influence on AOB，but had little influence on NOB.The oxygen transfer efficiency of the jet loop reactor could reach 45%，and the nitrification rate could reach 0.06 g/（g d）.Compared with the traditional MBR nitrification unit，the jet loop reactor had the advantages of high oxygen transfer efficiency and nitrification efficiency，short hydraulic retention time，small floor area and low energy consumption.Key words：jet loop reactor；free ammonia；free nitrite；oxygen transfer efficiency；nitrification rate垃圾渗滤液是一种有机物、氨氮和无机盐含量高的特种废水1-3。其中，氨氮含量随着垃圾填埋年数增加而增大4，若直接排入水体将对环境造成严重危害。当前渗滤液处理方法主要有物化和生化方法，如碟管式反渗透（DTRO）膜技术5、生化接触氧化工艺6、SBR工艺7等。由于反渗透膜对分子态的游离氨基本无拦截作用，膜技术极易导致出水氮超标；而生化脱氮技术因渗滤液可利用碳源少，反硝化过程困难。氨氮通过硝化过程转换为硝态氮后由膜系统拦开放科学（资源服务）标识码（OSID）：155工业水处理 2023-02，43（2）张雄军，等：喷射环流反应器处理垃圾渗滤液的硝化特性研究截，可避免游离氨影响和外加碳源的投入，是处理高氨氮渗滤液的有效方式，高效硝化过程是该工艺路线的重点。喷射环流生物反应器结合了喷射与环流技术的特点，具有传质效率高、氧利用率高的优点8，可实现高效硝化过程。本研究分析了喷射环流反应系统的硝化性能及影响因素、反应器设计参数，以期为渗滤液高效硝化技术的应用提供参考。1 材料与方法1.1实验装置喷射环流反应器由有机玻璃制成，反应水深1.2 m，导流筒高1.0 m，内外筒直径比为0.4，高径比为6，有效容积为34 L。采用独特设计的两相喷嘴，喷头收缩角为 17，喷射水流速度大于 7 m/s。实验装置见图 1。在进水量达到反应液位后，停止进水泵，启动回流泵和空气泵，混合液经回流泵送到两相喷嘴高速喷出，并与空气泵泵入的空气混合。混合液沿着导流筒反应区向下流动，到达底部后折回上流过外环反应区。到达反应器上部的混合液一部分由于射流的抽吸作用再次被吸入导流筒（内循环），一部分被回流泵吸入回流管道（外循环）。根据温沁雪等8的研究，气泡和生物絮体在剪切区被初级和二次分散为超细气泡和细菌薄膜，气、液相和细菌之间有更大的接触面积，从而可提高氧的利用效率。1.2实验方法通过时序控制器对进水泵、回流泵、空气泵以及排水电磁阀进行自动控制，实现进水（1 h）、反应（8 h）、沉淀（2 h）、排水（1 h）4阶段的连续运行，每周期共12 h，进水 7 L，排水比 1/5。实验所用垃圾渗滤液取自醴陵市垃圾填埋场，主 要 污 染 物 COD 为 3 2004 300 mg/L、BOD 为1 0001 200 mg/L，氨氮为 1 5002 300 mg/L、pH 为7.58.0、碱度为 8 00011 000 mg/L。渗滤液经不同稀释倍数配制后作为各阶段进水。接种污泥取自醴陵市垃圾填埋场生化处理项目好氧池，污泥质量浓度为 3 g/L左右，具有较好的生物脱氮性能。整个实验过程共 35 d，前 12 d进行闷曝，335 d根据进水氨氮浓度分为 4个阶段，运行参数见表 1。1.3分析方法NH4+-N、NO3-N、NO2-N、MLSS 及 MLVSS 均采用 国 标 方 法 检 测。pH、溶 解 氧（DO）和 温 度 采 用Multi 3420-WTW 便携式多参数水质测定仪测定。1.4计算方法D.L.FORD等9研究了水中游离氨（FA）及游离亚硝酸（FNA）与温度、pH的关系，见式（1）和式（2）。CFA=1.214CNH4+-N10pHe6 344/(273+T)+10pH（1）CFNA=CNO2-Ne-2 300/(273+T)10pH（2）式中：CFA游离氨质量浓度，mg/L；CFNA游离亚硝酸质量浓度，mg/L；CNH4+-N氨氮质量浓度，mg/L；CNO2-N亚硝态氮质量浓度，mg/L；pH水体 pH；T水体温度，。2 结果与讨论2.1喷射环流反应系统的硝化性能不同进水阶段喷射环流反应系统的硝化性能见图 2。图 1实验装置Fig.1 Experimental unit表 1系统运行参数Table 1 System operating parameters阶段运行时段/d310111718282935渗滤液稀释倍数10426进水氨氮/（mgL-1）1805045010095015030050pH7.07.08.07.07.57.0水温/15.02.020.02.522.02.018.02.6游离氨/（mgL-1）7 g/g的稳定期，当FA质量浓度从1.68 mg/L增至3.85 mg/L时，SAOR稳定在0.06 g/（gd）左右；FNA质量浓度在0.010.05 mg/L、碱度/氨氮6 g/g的受限期，在 FA质量浓度从 0.15 mg/L增至 2.15 mg/L时，SAOR稳定在 0.025 g/（gd）左右。在 06.5 mg/L范围内，各进水阶段FA浓度对AOB活性无显著影响，但碱度不足对 AOB活性有明显抑制作用。对于 NOB，第阶段系统处于启动状态，菌群活性低；第阶段系统处于低底物（NO2-）浓度状态，菌群活性高；第阶段和第阶段系统处于高底物（NO2-）浓度状态，菌群活性受游离亚硝酸抑制而降低。从图 4（b）可以看出，在低底物浓度（FNA 质量浓度0.005 mg/L）和 2种高底物浓度（FNA 质量浓度分别为 0.010.02 mg/L、0.030.04 mg/L）状态下，FA质 量 浓 度 3 mg/L 时，SNaPR 均随 FA 质量浓度增大而明显下降，表明 FA质量浓度在3 mg/L 时对 NOB 活性产生较明显抑制作用，且随 FA质量浓度增大，抑制作用呈增大趋势。2.2.3FNA对硝化过程的影响V.M.VADIVELU等20的研究表明，FNA质量浓度图 4不同阶段 FA质量浓度对 SAOR和 SNaPR的影响Fig.4 The effect of FA mass concentration on SAOR and SNaPR at different stages试验研究工业水处理 2023-02，43（2）158为 0.011 mg/L时可对 NOB代谢过程产生较明显抑制，0.023 mg/L时几乎可完全抑制 NOB活性；而当 FNA质量浓度达到约0.50 mg/L时，AOB仍具有较高的生物活性。图5为FNA质量浓度对AOB及NOB活性的影响。对于AOB，第和第阶段均为污泥驯化培养期，AOB菌群处于增长阶段；第阶段因碱度不足，AOB活性处于较低水平。从图5（a）可以看出，驯化期在FNA质量浓度0.01 mg/L时，SAOR从 0.024 g/（gd）上升至0.043 g/（gd）。在