SIPR反应器渗滤液预处理启动试验比较研究_序批式

论文导读:：垃圾填埋场渗滤液突出的特性有三个：氨氮浓度高。序批式进出水和间歇曝气。依然是预处理反应器。反应器模型启动试验研究。
关键词：渗滤液，序批式，预处理，启动试验
 

1.引言

垃圾填埋场渗滤液突出的特性有三个：氨氮浓度高，对微生物的繁殖和生长有抑制作用；磷浓度低；水质呈非周期性变化幅度大，使污水处理装置难以适应^[1,2,3,4]。传统生物接触氧化工艺只考虑含碳有机物和悬浮物的去除，针对高浓度氮、低碳氮比的渗滤液处理效果并不理想。重庆黑石子垃圾渗滤液处理工艺（见图1）在调节池与接触氧化池之间增加了强化预处理池，COD_Cr、NH₄⁺-N平均去除率分别为57.8%、52.0%；BOD₅/COD_Cr值从进水0.27升至出水0.33，渗滤液可生化性得到一定程度提高，为后续好氧处理提供了有利条件。

但黑石子垃圾渗滤液预处理工艺需要进一步完善：TN的平均去除率仅为24.8%；渗滤液可生化性有待进一步提高；冬季低温运行期，处理效果差。针对黑石子处理工艺局限性序批式，提出序批式强化预处理反应器（Sequencing Batch Intensified PretreatmentReactor，SIPR），即通过序批进水、间歇曝气、控制DO和SRT，提供较较优水解条件，促进短程硝化反硝化实现^[5,6,7]。

图1 黒石子垃圾填埋场渗滤液处理工艺流程

Fig1 Leachate treatment process of Heishizilandfill

2. SIPR反应器废水处理理论基础

SIPR通过序批进水使得反应器进水之初有机物浓度较高，利于水解反应进行，在一个进水周期结束时，水解兼性菌处于饥饿状态，这种“盛宴”和“饥饿”的交替环境条件，利于提高兼性水解菌的生物活性；批量周期进水可使进水初期反应器内形成高氨氮浓度，从而形成一定的游离氨浓度，抑制硝酸菌的生长，有利于菌种分离，促进短程硝化^[8]。低氧曝气和搅拌实现反应器中的微氧和缺氧交替的环境，缺氧状态可以抑制溶解性有机物的快速去除，同时促进水解，微氧条件消耗部分溶解性有机物，避免溶解性有机物过度积累，为下一阶段的缺氧水解提供便利条件^[9]，从而达到提高渗滤液可生化性的目的；间歇曝气使溶解氧在时间上、空间上有所变化，又为硝化反硝化的顺利实现提供可能。

SIPR序批式进出水和间歇曝气，与SBR反应器有所不同：处理目的不同，SIPR依然是预处理反应器，它的第一个目的是通过水解反应提高出水可生化性；第二个目的是提高脱氮效能，优化出水营养配比中国论文网。运行方式不同，SIPR通过间歇低强度曝气，实现反应器微氧（0.5~1.0mg/L）、缺氧（0~0.2mg/L）状态交替变化，而SBR反应器大都为好氧、缺氧交替运行方式；普通SBR反应器往往需要较长的进水、排水、沉淀和闲置时间，SIPR为实现反应器内不同时间段较大的浓度梯度序批式，瞬间进水排水，沉淀时间也相对较短，不需闲置；SIPR控制相对较短的SRT，旨在实现菌种分离，同时提高生物活性。

因此预处理模型选择SIPR的目的即为通过序批进水、间歇曝气以及控制DO浓度和SRT，旨在提高出水可生化性和脱氮效能。同时在常温和较高温度条件下旨在实现短程硝化反硝化，节约能耗和反应时间；在温度较低时（进水渗滤液水温低于20℃以下，短程硝化反硝化实现较为困难）通过序批式运行，优化反应器运行参数，探索优化出水可生化性和营养配比的实现条件。

3. SIPR反应器模型启动试验研究

3.1SIPR与连续流预处理反应器启动试验

以黑石子垃圾填埋场强化预处理工艺设计的反应池为原型，采用相似条件为保持弗劳德数不变，制作SIPR预处理试验模型。为验证SIPR反应器是否具有更高的处理效能，进行两种预处理（与黑石子渗滤液处理工艺完全相同的连续流预处理工艺和SIPR预处理工艺）同步试验。

两种反应器以不同方式运行：连续流预处理反应器连续进水、连续曝气，DO=0.8±0.2mg/L；SIPR序批进水、间歇曝气（曝气时DO=0.8±0.2mg/L）、搅拌、静置和排上清液，序批周期12h，曝气周期（曝气和停曝搅拌的周期）2h，曝气比例（反应器一个运行周期的曝气时间占整个运行周期的比例）60%。注意控制SIPR的SRT，提高微生物活性。

污泥培养初期以经过稀释的渗滤液为基质，加入适量葡萄糖溶液，控制BOD₅/COD_Cr≥0.5、COD_Cr/NH₄⁺-N为10左右，为微生物提供合理营养配比。然后逐步减小渗滤液稀释倍数和葡萄糖投入量。启动期间进水COD_Cr、氨氮、TN、TP约4059~4987mg/L、221~1526mg/L、289~2045mg/L、1.80~20.35mg/L，COD_Cr、氨氮容积负荷分别由0.81kg/（m³·d）、0.04kg/（m³·d）提高至1.12kg/（m³·d）、0.35kg /（m³·d）。

在相同进水浓度、温度（22±5℃）、HRT（4d）条件下，SIPR反应器较之连续流预处理反应器能在低氧耗量情况实现更高的有机物去除、氨氮转化率和总氮去除率：启动试验完成后COD_Cr、NH₃-N去除率达到68.17%、69.38%，尤其是TN去除率达到64.08%，碳氮比得到优化，为后续好氧生物处理微生物提供良好的成长环境。

3.2启动期间预处理反应器处理效能对比分析

1）有机物和营养盐去除效果对比分析

SIPR比连续流预处理池污染物去除效果高，出水水质更稳定。经28天的驯化，SIPR的COD_Cr去除率迅速升高到65.24%；32天驯化后，SIPR的COD_Cr去除率稳定在68.17%左右。启动三周后SIPR的氨氮、TN、TP去除率迅速上升到53.26%、44.09%、29.48%序批式，明显高于连续流预处理池。而且因硝化菌增殖缓慢，需较长时间才能增殖到充足的数量，SIPR的TN去除率继续上升。培养50天后，两种反应器均成功启动，SIPR的平均出水COD_Cr、氨氮、TN、TP约为1564mg/L、461mg/L、698mg/L、5.13mg/L，COD_Cr、氨氮、TN、TP去除率稳定在68.17%、69.38%、64.08%、34.29%以上；连续流预处理反应器的COD_Cr、氨氮、TN、TP去除率则保持在63~67%、62~68%、25~29%、29~32%之间，其污染物去除率，尤其是总氮去除率明显低于SIPR。

图2 启动期间COD_Cr处理效能对比分析

Fig. 2 COD_Cr removalperformance contrast

图3 启动期间氨氮处理效能对比分析

Fig. 3 ammonia nitrogen removalperformance contrast

图4 启动期间TN处理效能对比分析

Fig. 4 TN removal performancecontrast

图5 启动期间TP处理效能对比分析

Fig. 5 TP removal performancecontrast in start-up period

图6 启动期间SIPR出水中氮素比例变化

Fig.6 Transformation of nitrogenproportion of SIPR

2）出水可生化性对比

可生化性，表明渗滤液中有机污染物可被微生物降解的程度，是评价该渗滤液处理效能的重要判据。SIPR能否提高渗滤液的可生化性，可以借助几个指标进行判断。首先对于以颗粒态有机物含量高的渗滤液而言，随着反应的进行，颗粒态有机物被转变为溶解性物质，这样势必引起挥发性悬浮固体（MLVSS）的增加。因此通过比较反应前后的VSS的浓度变化了解可生化性提高的幅度，浓度差值越大，表明反应进行程度越好；其次渗滤液中的有机物被水解后的产物，一般是有机酸（VFA）^[11]中国论文网。测定反应前后的VFA浓度的变化可以直接反映水解酸化程度^[12]；由于水解反应后的产物大都是酸性物质，如此必然引起废水pH值的降低，观测pH值的变化也是常采用的方法之一；另有现象需要指出，渗滤液经过水解后溶解性BOD₅所占有机物的比例明显提高。这是因为经过水解反应后原来非BOD₅物质，被转变为易于生物降解的有机物^[13]。由于水解的过程涉及的细菌种类、反应产物较多，反应机理复杂，所以这几个判断指标不能完全代表过程的全部。对于一个实际的水解过程来说，应该综合各个指标，从各方面了解反应历程。

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