渗滤液短程硝化-厌氧氨氧化工艺深度脱氮及机理研究（一）

1引言

垃圾渗滤液是指生活垃圾在处理过程中，由于雨水的渗入、废弃物的固有水分以及生化作用等原因而产生的具有复杂水质的特种废水。一般来说，难降解有机物、氨氮和重金属是渗滤液处置中最为关键的3个问题。特别是氨氮，由于含量高，会在渗滤液中持续存在，并可能对后续的生物处理过程产生毒性，因此，氨氮也被认为是渗滤液中最亟需处理的成分。在传统的渗滤液处理中，氨氮的去除主要是通过好氧及缺氧池来完成的，在这个过程中，氨氮经历好氧硝化和缺氧反硝化作用被还原成氮气。然而，由于渗滤污水失调的碳氮比以及较差的生化性，总氮的去除性能在实际工程中往往受到极大制约。虽然通过添加额外的碳源（如甲醇），可以显著提升总氮的去除效果，但同时增加了运营成本，不利于推广应用。

近几年，短程硝化联合厌氧氨氧化脱氮系统作为一种新型且经济高效的生物脱氮工艺，受到了国内外研究者的广泛关注。该工艺可分为两个阶段，即短程硝化和厌氧氨氧化。其中在短程硝化阶段，可通过人为调节曝气量等条件，将硝化过程生成的产物控制为亚硝态氮，随后在厌氧氨氧化阶段，生成的亚硝态氮和氨氮一起被厌氧氨氧化菌生成氮气。与传统生物脱氮工艺相比，该系统不需要外加碳源，污泥产生量低，并且比传统工艺节省能源和氧气。目前，国内外利用短程硝化联合厌氧氨氧化工艺处理垃圾渗滤液已有一定研究，但大多都致力于探讨氨氮、硝态氮、亚硝态氮的变化，而未分析与氮循环功能有关的基因变化情况。基于此，本研究以实际垃圾渗滤液为研究对象，采用序批式反应器（SBR）构建了短程硝化-厌氧氨氧化系统，通过分析运行数据和氮循环功能基因，为该工艺在实际运用中提供技术理论依据。

2材料与方法

2.1渗滤液及接种污泥

本研究中渗滤液样品采集于上海某垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液处理系统中厌氧池出水，其COD为（3215.3±654.1)mg/L，氨氮为（854.3±103.5)mg/L,BOD₅为（640±130)mg/L。短程硝化反应器的污泥取自该焚烧厂A/O池的好氧污泥，厌氧氨氧化反应器的污泥取自实验室运行稳定的厌氧氨氧化反应器。

2.2试验装置和运行条件

试验装置见图1，两个SBR反应器均由有机玻璃制成，高度约20cm，内径12cm，有效容积2L。

系统的水温控制在25～32℃。系统的运行周期通过定时开关进行控制，其周期与进水水质见表1、表2。

反应器通过酸碱调节药剂来控制pH，短程硝化的范围为7.5～8.5；厌氧氨氧化反应器的范围为8.15～8.25。在启动期，两个SBR独立运行。进入稳定期后，再将反应器串联起来运行。

2.3理化指标的测定
所有样品的COD指标通过COD水质分析仪（COD-571，上海）进行检测，NH4⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N理化指标均采用离子色谱（赛默飞Aquion，美国）测得。

2.4DNA的提取及氮循环功能基因检测

为了探索与氮循环相关基因的变化情况，本研究选取了运行90d短程硝化反应器中的活性污泥（PNMLSS），厌氧氨氧化接种前的污泥（ANMLSS-A）以及运行90d的厌氧氨氧化污泥（ANMLSS-B）作为检测样本进行分析。所有样品经-40℃冷冻干燥30h后，取0.1g置于DNA试剂盒的裂解管中，根据PowerSoil誖DNAIsolationKit法提供的操作步骤进行提取。提取完成后，获得含DNA溶液样品约100μL，测定的OD260/OD280值为1.8～2.0。将抽提的DNA进行氮循环功能基因的定量检测（Bio-RadC1000Touch，美国），各功能基因的引物选择见表3。差异性分析通过Mann-WhitneyU检验进行。

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