CLR

【摘要】： 随着我国城镇化进程的加快和人民生活水平的不断提高,城市生活垃圾的产生量与日俱增。目前,焚烧工艺是城市生活垃圾减量化的主要处理方式之一,但是在此过程中会产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种成分复杂的有机废水,含有高浓度有机物、氨氮以及重金属等有毒有害物质,处理难度较高。因此如何经济高效的处理垃圾渗滤液是城市生活垃圾无害化综合处理的关键之一。本论文以实际垃圾焚烧厂渗滤液为研究对象。首先,以好氧剩余污泥为接种污泥,采用规模化CLR反应器(CH_4 Lifting Reactor)对垃圾渗滤液进行厌氧生物处理,并深入分析了污泥颗粒化过程;同时采用分子生态学手段对厌氧消化过程中的微生物种群结构演替进行了研究。此外,针对垃圾渗滤液厌氧出水低碳氮比的特性,研发了A~2O-MBR耦合处理工艺,并优化其关键参数,实现了垃圾渗滤液厌氧出水的短程硝化反硝化,保证了有机物和总氮的高效去除,达到接管标准。主要研究结果如下:(1)CLR厌氧反应器在整个运行过程中可划分为四个阶段:污泥驯化阶段、负荷提升阶段、系统恢复阶段和稳定运行阶段。反应器启动负荷为3.14-4.61 kg COD/(m~3·d),经过83 d的启动运行,实现了接种好氧剩余污泥至厌氧颗粒污泥的转化。厌氧反应器稳定运行阶段,VFAs与碱度的比值低于0.1,COD去除率和沼气产率稳定在89.4-93.4%和0.42-0.50 m~3/kg COD_(removal),出水VFAs低于1 000 mg/L。另外,在反应器稳定运行基础上,通过增加外循环量的方式提高反应器的上升流速,当上升流速高于4.0 m/h时,出水水质开始恶化,污泥开始流失;当上升流速为1.5-3.0 m/h,循环比为2.6-6.24时,反应器达到最佳的运行效能。在上述实验的基础上,建立了CLR厌氧反应器基质降解动力学模型,并根据实验运行数据确定了动力学参数;拟合结果显示该模型能够较好地描述反应器基质降解情况。(2)CLR反应器运行过程中,实现了好氧剩余污泥向厌氧颗粒污泥的转化。经过污泥驯化阶段、污泥颗粒化阶段和污泥成熟阶段,反应器从下到上的污泥层浓度由低到高转变为由高到低,形成了稳定的污泥膨胀床。厌氧污泥胞外多聚物(EPS)中蛋白质和多糖的含量分别提高了362%和64%。Zeta电位和细胞疏水性分别提高到-10.6 mV和78.67%,并与EPS中蛋白质与多糖的比值呈正相关,相关系数分别为0.963和0.945。借助3D-EEM三维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术分析污泥中EPS成分的变化,进一步证实了EPS中蛋白质含量的增加是颗粒污泥形成的关键因素。(3)接种污泥的脱氢酶活性仅为4.5 mg/(g·h)。在污泥驯化阶段,脱氢酶活性逐渐增加至6.7 mg/(g·h);此后随着进水负荷的增加,其进一步增高至12.8 mg/(g·h)左右。此外,接种污泥的CoF_(420)含量仅为0.026μmol/g;在污泥驯化阶段和负荷提升阶段,CoF_(420)含量显著增加;待反应器运行稳定时,达到0.158μmol/g,增加了近6.1倍。以上结果表明CLR反应器厌氧颗粒污泥的形成能够有效固定消化体系中的活性微生物。随着反应器的启动和运行,污泥微生物优势种群结构发生了明显演替;且相较于产甲烷菌群,细菌的群落结构变化更为显著。待CLR反应器稳定运行时,梭菌属微生物成为水解产酸功能优势种群,脱硫弧菌属和互营菌属微生物主导产氢产乙酸功能,而甲烷丝菌属和甲烷袋状菌属微生物成为产甲烷功能优势种群。(4)垃圾渗滤液经厌氧处理后的出水属于典型的高氨氮、低碳氮比废水。通过对好氧硝化工艺中溶解氧、pH和碳氮比(C/N)的优化,实现了垃圾渗滤液厌氧出水短程硝化的启动及稳定运行。实验结果表明,当溶解氧浓度维持在0.5-1.0 mg/L时,亚硝态氮浓度显著增加,亚硝化率达到90%以上。当pH在(8.0±0.5)范围内时,出现了“氨谷”,短程硝化达到最佳运行状态,亚硝化率和氨氧化率分别上升至94%和95%;而当pH升高至(9.0±0.5)时,亚硝态氮和硝态氮浓度降低,表明亚硝酸菌和硝酸菌活性均受到抑制。C/N比也显著影响亚硝化效果,亚硝态氮浓度在C/N比为3时达到740mg/L;但是当C/N比进一步增加至7时,亚硝态氮累积量仅为30 mg/L。(5)采用A~2O-MBR耦合处理工艺成功实现了垃圾渗滤液厌氧出水的短程硝化反硝化处理。在好氧段运行过程中,基于生物降解和膜截留的共同作用,实现了COD和氨氮的高效稳定去除。反硝化段采用UASB反应器,针对运行过程中碳源不足、总氮的去除率较低的问题,对比了甲醇和渗滤液原水分别作为反硝化碳源时耦合工艺的运行效能。结果显示,当甲醇和原水投加量分别为4 g COD/L和2.5%时,耦合系统总氮去除率分别达到94%和95.4%,出水总氮均低于70 mg/L,达到《污水排入城市下水道水质标准》(CJ343-2010)的接管要求。以上研究结果证实,A~2O-MBR短程硝化反硝化耦合工艺可以在不需要添加外源碳源的基础上满足垃圾渗滤液的达标处理。

【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018

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