SBR亞硝化-厭氧氨氧化處理垃圾滲濾液工程實(shí)例

＊袁延磊 周松偉 汪曉軍

（1.廣州華綠環(huán)保科技有限公司 廣東 510006 2.佛山市化爾銨生物科技有限公司 廣東 528300 3.華南理工大學(xué) 環(huán)境與能源學(xué)院 廣東 510006）

引言

厭氧氨氧化（Anaerobic Ammonia Oxidation，ANAMMOX）是一種利用厭氧氨氧化菌（AnAOB）在厭氧/缺氧條件下以NO2--N為電子受體，將NH4+-N轉(zhuǎn)化為N2和少量NO3--N的新型生物脫氮技術(shù)[1]。與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝只需要將部分氨氮氧化為亞硝氮，可節(jié)省了約65%的曝氣能耗。該工藝屬于自養(yǎng)型脫氮工藝，因而節(jié)約了100%的碳源費(fèi)用[2]。

世界上第一例厭氧氨氧化實(shí)際工程，于2002年6月在荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠歷時(shí)30個(gè)月的啟動(dòng)后開始投入運(yùn)行[3]。據(jù)報(bào)道截至2017年全球已有超過110座厭氧氨氧化工程，其中半數(shù)以上的工程用于處理高溫高氨氮污泥消化液[4]。國(guó)內(nèi)對(duì)于厭氧氨氧化技術(shù)的工程化應(yīng)用起步較晚，最早應(yīng)用于垃圾滲濾液的厭氧氨氧化工程為2015年在湖北十堰啟動(dòng)的垃圾滲濾液工程。由于垃圾滲濾液毒性較大，成分也比較復(fù)雜，還有一定濃度的重金屬等有毒物質(zhì)，因此將厭氧氨氧化技術(shù)工程化地應(yīng)用于垃圾滲濾液處理難度較大，國(guó)內(nèi)對(duì)于這類工程的報(bào)道也較為罕見[5-7]。團(tuán)隊(duì)歷時(shí)半年在重慶某垃圾填埋場(chǎng)啟動(dòng)了一套日處理150t老齡垃圾滲濾液厭氧氨氧化系統(tǒng)，并已穩(wěn)定運(yùn)行2個(gè)月，下文介紹此厭氧氨氧化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行情況以及經(jīng)濟(jì)性分析，以期為研究者提供將厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)用在垃圾滲濾液處理的新思路，進(jìn)而推動(dòng)厭氧氨氧化技術(shù)在垃圾滲濾液中的應(yīng)用，加快國(guó)內(nèi)垃圾滲濾液從膜法處理轉(zhuǎn)向非膜法新型生物技術(shù)處理的轉(zhuǎn)變。

1.工程項(xiàng)目概況

該厭氧氨氧化系統(tǒng)采用SBR亞硝化-厭氧氨氧化脫氮工藝，原水與廠區(qū)原有兩級(jí)A/O出水按1∶4的比例混合后進(jìn)入SBR亞硝化反應(yīng)池，經(jīng)過SBR亞硝化處理后的出水進(jìn)入中間池后連續(xù)泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)池。SBR亞硝化反應(yīng)器內(nèi)置有公司開發(fā)的高效亞硝化懸浮填料，SBR開啟進(jìn)水同時(shí)開啟曝氣運(yùn)行10h，進(jìn)水2h，停止曝氣沉淀1h，排水0.5h，每個(gè)周期12h，一天運(yùn)行2個(gè)周期。厭氧氨氧化系統(tǒng)停留時(shí)間為12.2h。亞硝化池有效容積為1500m3，厭氧氨氧化池有效容積為380m3。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

(1)設(shè)計(jì)水質(zhì)

厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)設(shè)計(jì)日處理垃圾滲濾液原液150t，系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

(2)分析測(cè)定方法

2.結(jié)果與分析

(1)SBR亞硝化運(yùn)行情況

圖2展示了SBR亞硝化反應(yīng)池的進(jìn)出水氮濃度情況，經(jīng)過A/O出水稀釋后的滲濾液原液的氨氮控制在400～500mg/L，經(jīng)過亞硝化處理后，氨氮降低至150～200mg/L，亞硝氮升高至190～240mg/L，SBR的出水亞硝氮/氨氮約等于1.2。整個(gè)運(yùn)行周期NAR未低于80%，平均NAR為89.4%。由于稀釋后的廢水依然有400以上的氨氮，pH較高，因此瞬時(shí)進(jìn)水后的FA濃度可達(dá)45mg/L以上，已經(jīng)超過一般NOB所能耐受的閾值[8]。而反應(yīng)完成后整個(gè)SBR系統(tǒng)內(nèi)的FA濃度也大于10mg/L，依然能夠維持對(duì)NOB的抑制[9]。對(duì)于垃圾滲濾液而言，采用SBR+高效亞硝化懸浮填料對(duì)于稀釋后的滲濾液進(jìn)行部分亞硝化處理以匹配厭氧氨氧化進(jìn)水要求是較為容易且易于操作的方法。

圖2 SBR亞硝化反應(yīng)池進(jìn)出水氮濃度情況

從圖3可以看出，SBR的氨氮轉(zhuǎn)化負(fù)荷（ARR）在0.25～0.38kg/(m3·d)波動(dòng)，平均值為0.31kg/(m3·d)，由于填料的存在，SBR的氨氮轉(zhuǎn)化負(fù)荷比一般的A/O系統(tǒng)略高一些，但依然不如其他高氨氮廢水項(xiàng)目的亞硝化負(fù)荷（0.5～0.6kg/(m3·d)）[10]。其原因主要為滲濾液原水中含有一定量的有機(jī)物，瞬時(shí)進(jìn)水后的COD沖擊對(duì)于硝化菌的活性有一定的影響。王瑞鑫等[11]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)COD/N升高至1.5后，反應(yīng)器的亞硝化性能急劇下降了85%，這也與本工程研究中SBR反應(yīng)器的負(fù)荷較低的情況吻合。

圖3 SBR亞硝化反應(yīng)池進(jìn)出水COD濃度及負(fù)荷

(2)厭氧氨氧化運(yùn)行情況

SBR產(chǎn)水進(jìn)入到中間池后，以31m3/h的流量連續(xù)泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器內(nèi)。從圖4可以看出，厭氧氨氧化對(duì)于滲濾液的去除效果極佳，進(jìn)水氨氮從平均165mg/L降低至27.5mg/L，進(jìn)水亞硝氮從平均199mg/L降低至21.7mg/L，總氮去除率穩(wěn)定在70%以上，平均總氮去除率達(dá)到了78%。高總氮去除率帶來的是高總氮去除負(fù)荷（NRR），厭氧氨氧化NRR達(dá)到了0.6kg/(m3·d)，遠(yuǎn)高于普通的A/O系統(tǒng)處理垃圾滲濾液時(shí)的負(fù)荷。對(duì)厭氧氨氧化的硝氮進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化進(jìn)出水硝氮平均之差僅為10mg/L，而厭氧氨氧化平均降低了315mg/L的氨氮與亞硝氮，按照理論值[12]應(yīng)產(chǎn)生34.6mg/L的硝氮。陳小珍等[13]在利用厭氧氨氧化工藝處理老齡垃圾滲濾液時(shí)也出現(xiàn)了反硝化耦合厭氧氨氧化現(xiàn)象，與本文情況類似。

圖4 厭氧氨氧化反應(yīng)器進(jìn)出水氮濃度變化

圖5 厭氧氨氧化去除負(fù)荷及總氮去除率

(3)成本分析

此套厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用主要由營(yíng)養(yǎng)液消耗與電耗構(gòu)成。以此60天的運(yùn)行情況進(jìn)行成本核算，具體成本核算如表2所示。整套厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)運(yùn)行功率60.7kW，日均耗電量為1456.8kW·h。Anammox反應(yīng)器需要投加專屬營(yíng)養(yǎng)液日均花費(fèi)2250元。整套厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)噸水處理僅需21.8元。原有生化系統(tǒng)運(yùn)行功率為138.9kW，日均耗電量為3333kW·h，藥劑乙酸鈉日均消耗2.7t，系統(tǒng)處理成本核算結(jié)果為78.6元/t水。對(duì)比本工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)，厭氧氨氧化對(duì)比傳統(tǒng)硝化-反硝化法節(jié)約了56.3%的能耗，節(jié)約了72.2%的處理費(fèi)用。

表2 厭氧氨氧化系統(tǒng)處理費(fèi)用成本

3.結(jié)論

（1）利用原有生化系統(tǒng)出水稀釋垃圾滲濾液原液使其氨氮降低至400～500mg/L后，采用SBR工藝配合高效亞硝化懸浮球可以簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)氨氮的亞硝化處理，平均NAR為89.4%，出水比例適合厭氧氨氧化要求。

（2）厭氧氨氧化工藝可以高效地去除垃圾滲濾液中的氨氮和總氮污染物，平均總氮去除率78%，平均總氮去除負(fù)荷0.6kg/(m3·d)。厭氧氨氧化工藝處理垃圾滲濾液成本僅需21.8元/t，對(duì)比傳統(tǒng)工藝節(jié)約了56.3%的能耗和72.2%的處理成本。

（3）本SBR亞硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾滲濾液穩(wěn)定低碳節(jié)能地處理，對(duì)比傳統(tǒng)生化技術(shù)能夠大量節(jié)約處理費(fèi)用和能耗，但其啟動(dòng)速度偏慢（6個(gè)月）的問題需要進(jìn)一步地解決以提升本工藝的實(shí)用性。