采用固定化微生物技术处理渗滤液DTRO出水中氨氮,考察不同HRT、DO以及温度对反应体系脱氮的影响。结果表明:反应器驯化周期短,能够有效地去除反应体系中的氨氮和COD,其去除率分别为98.68%、78.19%。驯化后期,反应体系中出现轮虫、累枝虫、寡毛类动物。

不同水力停留时间(HRT)、溶解氧(DO)、温度影响固定化微生物脱氮效果,通过试验得出最 佳工艺条件为:HRT为5d,ρ(DO)为4.0mg/L,温度为25~30℃。在最 佳工艺条件下,出水ρ(NH_4~+-N)为13.01~19.96mg/L,ρ(COD)为6.78~12.07mg/L,达GB16889—2008《垃圾填埋场污染控制标准》。

垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水。传统处理工艺很难达到GB16889—2008《垃圾填埋场污染控制标准》，而碟管式反渗透膜(DTRO)具有通道宽、流程短、湍流强等特点，早先在国外渗滤液的处理中较常见。

国内填埋场如广西北海市白水塘填埋场、深圳老虎坑垃圾填埋场、安徽滁州垃圾填埋场等也引进了DTRO技术。DTRO运行初期，工艺稳定，出水水质好，但是随着运行时间的增加，膜组件被渗滤液所污染，DTRO膜易堵塞，压力泵负荷增加，最终导致出水无法达到排放要求。

通常，此类出水中ρ(NH+4-N)为70～140mg/L，ρ(COD)<100mg/L，电导率为700～1000μS/cm[4]，其中仅氨氮浓度未达排放标准，生物脱氮仍需要一定的碳源。由于该类废水C/N值偏低，采用传统生化法处理工艺需要额外投加大量的碳源，处理成本高。

固定化微生物技术对碳源需求量低，并能够维持较高的生物量，在低C/N废水脱氮领域中具有巨大的应用潜力。目前，该技术已应用于合成氨工业废水、焦化厂废水、畜禽养殖废水脱氮等方面。

本文针对渗滤液DTRO出水不达标问题，采用固定化微生物进行深度处理，考察不同HRT、DO、温度条件下对固定化微生物脱氮效果的影响，确定该技术处理DTRO出水达标排放的最 佳工艺条件。

1试验部分

1.1试验装置

试验装置如图1所示，反应池尺寸为780mm×100mm×485mm，有效容积为30L，由PVC板制成。在反应池一侧距侧壁80mm，底面285mm处安装固定化微生物反应器，具体是在布满孔(5mm)的塑料瓶(60mm×210mm)内装入曝气头，周围装满固定化微生物载体。载体由陶粒制成，具有较大的比表面积(31.744m2/g)，装填容量仅占反应装置的1%左右，载体内包埋多种具有特定功能的细菌，其在供氧条件下，载体内的细菌被激活，释放于水中。

控制固定化微生物反应器上方的溶解氧，溶解氧随着流体在反应器中扩散，沿程与断面形成“好氧-缺氧”环境，有利于反应装置同步硝化反硝化。在反应器上方安装DO测定仪、pH测定仪以及加热棒。渗滤液DTRO出水由蠕动泵排入反应池，出水溢流至排水收集槽中。

1.2试验用水

试验用水由382mg/L氯化铵、108mg/L葡萄糖以及0.1mL/L营养液模拟配制而成。ρ(NH+4-N)为90～110mg/L，ρ(COD)为80～100mg/L，pH为7.5～8.5，电导率约为1080μS/cm。其中营养液配料如表1所述。

1.3试验方法

试验装置连续进水，整个试验过程通过NaHCO3溶液调节反应池中的pH，使其值控制在7.5～8.5。

1)固定化微生物载体的激活及驯化:载体激活阶段，将试验用水稀释1倍，抽入到反应池中，待进水达到恒定水位，停止进水，只进行曝气，控制ρ(DO)为5.0mg/L，温度为25～30℃，适应3d，采用试验用水置换反应池中的水，继续曝气3d，完成载体的激活;载体驯化阶段，在载体激活试验的基础上，控制HRT为3d，连续进水，每隔12h取1次水样，测得氨氮和COD浓度。

2)HRT对脱氮效果的影响试验:控制ρ(DO)为5.0mg/L，温度为25～30℃，将HRT设置为7，5，3d，待反应器稳定运行后，每隔12h取1次水样，测得氨氮和COD浓度。

3)DO对脱氮效果的影响试验:控制温度为25～30℃，HRT为5d，调节ρ(DO)为5.0，4.0，3.0mg/L，待反应器稳定运行后，每隔12h取1次水样，测得氨氮和COD浓度。

4)温度对脱氮效果的影响试验:控制ρ(DO)为4.0mg/L，HRT为5d，调节温度为25～30℃和15～20℃，待反应器稳定运行后，每隔12h取1次水样，测得氨氮和COD浓度。

1.4分析项目及方法

分析项目包括COD、氨氮、pH、DO、温度和生物相。测定COD采用重铬酸钾法，氨氮采用纳氏试剂法，pH采用便携式pH计测定，DO采用WTW溶解氧仪Oxi3310测定，温度采用温度计测定，生物相观察采用生物显微镜(XSP-BM-2CBAS)。

2结果和讨论

2.1固定化微生物载体的驯化

驯化过程中氨氮和COD的变化曲线如图2所示，期间反应体系中出水氨氮和COD浓度均有所降低。

由图2a可知:出水氨氮浓度在前3天内急剧降低，浓度低于1mg/L，去除率达99.33%，从第3天开始，氨氮浓度基本保持不变;由图2b可知:出水COD在前6天内缓慢地升高，第6～7天，出水COD有所降低，第7天以后，出水COD基本保持不变。

这是因为驯化初期，反应池内逐渐出现多种功能的细菌菌种，而反应池中的环境更适合硝化细菌的生长繁殖，因此硝化细菌优先于异养菌大量繁殖，硝化细菌迅速地将NH+4-N转化为NO-3-N和NO-2-N，出水NH+4-N浓度急剧降低，而异养菌与硝化细菌在反应体系中呈竞争关系，驯化期间硝化细菌大量繁殖，抑制异养菌的生长代谢，异养菌适应反应体系的能力较弱，反应体系中有机物的利用率降低。

但是随着驯化时间的增加，异养菌的数量逐渐增加，竞争力逐渐加强，待固定化微生物载体驯化7d后，硝化细菌与异养菌形成相对稳定的动态环境，出水氨氮和COD浓度基本保持不变。驯化后期，镜检显示反应池中出现寡毛类动物、轮虫、累枝虫等后生动物，则驯化结束。由此可知，固定化微生物驯化周期短，可有效降解渗滤液DTRO出水中的氨氮。

2.2HRT对氨氮去除效果的影响

稳定运行中不同HRT对固定化微生物处理氨氮的影响如图3所示。由图3a可知:HRT为3d时，平均出水ρ(NH+4-N)为13.74mg/L，受水力冲击负荷影响，出水ρ(NH+4-N)为7.76～18.06mg/L，波动较大。HRT为5d与7d时，出水氨氮浓度基本保持一致，去除率均能达到95%以上。

由图3b可知:当HRT为3d和5d时，COD去除率的波动性大，但是相比HRT为5d，HRT为3d时出水有机物浓度明显较低。当HRT为7d时，出水ρ(COD)稳定在23.00mg/L左右。

氨氮去除效果随HRT的增大而逐渐增强，这是因为HRT过小，水力冲击负荷大，会破坏反应池中的推流作用，体系中的氨氮与微生物无法充分接触，氨氮的去除效果不佳;HRT增大，水力负荷减小，反应池内会形成有利于硝化反硝化细菌生长的“好氧-缺氧”环境，可有效降解氨氮。

HRT为5d时出水COD浓度的波动性比HRT为3d时大，而且有升高的趋势，一方面是受水力负荷影响，另一方面可能是因为随着HRT的增加，异养菌在反应体系中的竞争力逐渐减弱，导致出水COD浓度逐渐升高。综合图3a、图3b，固定化微生物处理渗滤液DTRO出水中氨氮的最 佳HRT为5d。

2.3DO对氨氮去除效果的影响

图4为稳定运行中不同DO对固定化微生物脱氮效果的影响。

由图4a可知:ρ(DO)为3.0mg/L时，平均出水ρ(NH+4-N)为37.65mg/L，去除率仅为62.35%，未达GB16889—2008标准，随着DO浓度的升高，氨氮去除率逐渐升高。当ρ(DO)为5.0mg/L时，平均出水ρ(NH+4-N)仅为3.30mg/L，去除率达96.70%。

由图4b可知:随着DO浓度的升高，反应体系中的出水COD浓度先降低后升高，当ρ(DO)分别为3.0，4.0，5.0mg/L时，平均出水ρ(COD)分别为21.32，10.58，31.58mg/L，波动性大。

不同脱氮细菌对氧气的需求不同，硝化细菌属于好氧细菌，而绝大多数反硝化细菌属于缺氧细菌，因此在同一个反应池中要同时进行硝化反硝化反应，需严格控制DO浓度，当ρ(DO)为3.0mg/L时，溶解氧不足，不利于硝化细菌代谢，出水氨氮浓度不符合排放要求。

同时异养菌没有充足的氧气，出水有机物浓度偏高，随着DO浓度的升高，逐渐满足硝化细菌对氧气的需求，其生长繁殖加快，将氨氮转化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮，出水氨氮浓度降低，同时有机物的消耗量增加，出水有机物浓度降低。

但是当ρ(DO)继续升高至5.0mg/L时，尽管出水氨氮浓度进一步降低，但是有机物的量不降反升，这是因为当ρ(DO)为5.0mg/L时，硝化细菌快速生长繁殖的同时与体系中的异养菌进行竞争，硝化细菌在竞争中处于优势地位，抑制了异养菌的繁殖，有机物消耗量减少;另一方面过高的DO浓度提高了氧气的穿透能力，增加了反应体系中好氧区域，破坏了整个体系中稳定的“好氧-缺氧”环境，影响反硝化细菌的代谢活动，反硝化细菌无法消耗碳源导致出水COD浓度升高。

综合图4a、图4b可知:当ρ(DO)为4.0mg/L时，出水氨氮浓度波动性较小，平均出水ρ(NH+4-N)为14.08mg/L，同时有利于反硝化细菌生长代谢，反应体系中硝化细菌与异养细菌相互竞争形成相对稳定的环境，有利于体系同时脱氮除碳。

2.4温度对氨氮去除效果的影响

稳定运行中不同温度对固定化微生物处理氨氮的效果如图5所示，当温度为25～30℃时，出水ρ(NH+4-N)为13.01～19.96mg/L，ρ(COD)为6.78～12.07mg/L;但当温度为15～20℃时，平均出水ρ(NH+4-N)和ρ(COD)分别高达50.23，54.58mg/L。温度影响脱氮微生物的活性，不同的脱氮微生物适应不同的温度，温度过高可致微生物失活;温度过低，微生物的代谢活性则会降低。

因此，确定固定化微生物处理渗滤液DTRO出水中氨氮的适宜温度为25～30℃，若冬天较低的温度影响固定化微生物脱氮效果，可延长水力停留时间，保证出水达标排放。

3结论

1)采用固定化微生物技术深度处理渗滤液DTRO出水中的氨氮，驯化周期短，出水水质好，氨氮和COD去除率分别为98.68%和78.19%，驯化后期，反应体系中存在大量的微生物群体，如轮虫、累枝虫、寡毛类动物。

2)HRT、DO、温度可影响固定化微生物脱氮效果，保证pH为7.5～8.5时，在最 佳HRT为5d，ρ(DO)为4.0mg/L，温度为25～30℃的条件下，出水ρ(NH+4-N)为13.01～19.96mg/L，ρ(COD)为6.78～12.07mg/L，达GB16889—2008排放标准。