基于FNA抑制的高氨氮垃圾渗滤液深度短程脱氮工艺机理及调控机制研究

Traditional biological nitrogen removal technology for landfill leachate treatment has a lot of disadvantages such as slow reaction rate, high energy consumption and large amount of carbon source demand. The advanced nitrogen removal via nitrite (ANRN) is a good solution for this problem. This project will study the mechanisms of ANRN process based on free nitrous acid (FNA) inhibition by membrane bio-reactor in order to reach the discharge standard. This study will conduct the batch tests and molecular microbial analysis to identify the key influence factors and the optimal controlling parameters during ANRN as well as verify the microbial population specie and properties. The kinetics behaviors of ammonia oxidation bacteria (AOB), nitrite oxidation bacteria (NOB) and heterotrophic denitrifiers will be studied and the mathematical models of the kinetics will be constructed and verified. The membrane fouling trends will be discovered by scanning electron microscope and the membrane fouling control methods will be developed. This study also will discuss a series of biological and physiological phenomena in ANRN process and build the uncouple inhibition theory based on the inhibitor diffusion and chemical permeate. Based on the above study, the dependable theorical evidence and technical supports will be offerred for realizing the man-made control methods of ANRN process, improving treatment efficiency, decreasing the treatment and capital cost in landfill leachate treatment.

传统生物脱氮技术处理垃圾渗滤液具有反应速率慢、能耗高、碳源需求量大等缺点，深度短程脱氮为解决以上缺陷提供了解决之道。本项目在满足出水达标的前提下，利用膜生物反应器，研究基于自由亚硝酸（FNA）抑制的深度短程脱氮工艺的实现机理。项目研究垃圾渗滤液深度短程脱氮的关键影响因子和最佳优制条件，分析氨氧化菌（AOB）、亚硝酸氧化菌（NOB）及异养反硝化细菌的动力学行为；利用扫描电镜，揭示深度短程脱氮过程中膜污染发展趋势并提出相应的膜污染控制手段；深入探讨深度短程脱氮过程一系列独特的生物、生理现象，并建立相应的FNA抑制理论。通过以上研究，为实现深度短程脱氮工艺的人为调控、提高渗滤液处理效率、降低投资和处理成本提供可靠的理论依据和技术指导。

高氨、低碳是垃圾渗滤液的水质特点之一，也是渗滤液的处理难点.。传统硝化反硝化脱氮技术处理垃圾渗滤液反应速率慢、能耗高、外加碳源需求量大，短程深度脱氮为解决以上缺陷提供了解决之道。本课题利用序批式反应器（SBR）和膜生物反应器（MBR）的对比实验，研究了基于自由亚硝酸（FNA）抑制的短程硝化反硝化深度脱氮工艺机理及控制机制。.采用SBR系统对模拟高氨氮废水进行短程脱氮处理，研究发现连续进水方式容易实现亚硝酸硝化，且易于操控，硝化速率可达2kg NH4+/m3/d。稳定运行的SBR系统内FA和FNA的浓度均与pH有较大关系。FNA的最低浓度（0.2 mgN/L）远大于NOB完全抑制浓度。有利于AOB菌的富集及短程硝化工艺稳定运行。高FNA浓度是系统中成功亚硝化脱氮的主要原因。.利用MBR系统对垃圾渗滤液进行短程生物深度脱氮的稳定性和高效性研究：通过参数（DO、温度、pH等）控制，逐步将NOB“淘洗”出反应器，实现了垃圾渗滤液的高效稳定亚硝化，亚硝化率达到98%以上。通过采用持续曝气方式，控制溶解氧浓度0.2~0.5 mg/L，利用垃圾渗滤液自身碳源进行同步短程硝化反硝化，可去除约800 mg/L的TN。通过对比两种外加碳源（甲醇和乙酸钠），进一步实现垃圾渗滤液的深度脱氮。最优投加方式为多次投加，最佳投加比例量为乙酸钠/氮=1.6 g/g、甲醇/氮=1.4 g/g，均可实现TN去除率99%以上，出水满足国家标准。.通过分析活性污泥中氨氧化菌、亚硝酸氧化菌及反硝化异养细菌菌群特征、微生物活性、代谢行为及生化反应动力学，建立了基于微生物合成和代谢抑制的适用于垃圾渗滤液处理的短程深度脱氮数学模型, 并通过该模型深入解析了FNA在垃圾渗滤液短程硝化反硝化过程中的抑制机制。同时研究发现，在基于抑制物浓度扩散及化学渗透的作用下，细胞尺寸相对较小的NOB细菌及比表面积大的丝状菌和发泡菌更容易受到抑制。而胞外聚合物（EPS）产生的减少，对于减轻膜污染起到了积极作用。