鄧建綿¹，李小毛²
(1.華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450008；2.安鋼集團(tuán)信鋼分公司，河南 信陽 ，464194)

　　摘要：垃圾滲濾液硝化動(dòng)力學(xué)模型不同于低濃度氨氮廢水硝化動(dòng)力學(xué)模型。國際水協(xié)建立的硝化動(dòng)力學(xué)模型僅適用于城市污水等低濃度氨氮污水的硝化反應(yīng)，不適用于垃圾滲濾液的硝化反應(yīng)。通過對中山市老虎坑垃圾填埋場垃圾滲濾液處理廠試驗(yàn)研究，建立了適合于垃圾滲濾液的硝化動(dòng)力學(xué)模型。
　　關(guān)鍵詞：高氨氮廢水；硝化；動(dòng)力學(xué)模型　
　　中圖分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2455(2004)03-0008-03

A Study of Kinetic Modd of Nitrification of Garbage Percolate
DENG Jian-mian1，LI Xiao-mao2
(1.Huabei College of Hydraulic and Electricity，Zhengzhou 450008,China;2.Anyang Steel Company Xinyang
Branch，Xinyang 464194，China)

　　Abstract：The kinetic model of the nitrification of garbage perco1ate is different from that of sewage with　low-concentration of ammonia nitrogen.The kinetic model of nitrification developed by IWA is only applicable to　the nitrification of sewage with low concentration of ammonia nitrogen，such as municipal sewage，but not applicable to the nitrification of garbage percolate.A kinetic model of nitrification applicable to garbage percolate is　established through an experimental study of the garbage percolate treatment plant at the Laohukeng Garbage　Landfill Site in Zhongshan City.
　　Key words：high-ammonia nitrogen waste water；nitrification；kinetic model

　　垃圾滲濾液含有高濃度的氨氮和其它有毒物質(zhì)，這些有毒物質(zhì)影響氨氮的硝化。國際水協(xié)建立的硝化動(dòng)力學(xué)模型不完全適應(yīng)垃圾滲濾液的硝化反應(yīng)。我們以廣東省中山市老虎坑垃圾填埋場垃圾滲濾液處理廠改造調(diào)試研究結(jié)果為基礎(chǔ)，建立了適合于垃圾滲濾液硝化的動(dòng)力學(xué)模型，以期能對今后垃圾滲濾液的脫氮提供借鑒。

1 工藝流程

　　中山市老虎坑垃圾填埋場垃圾滲濾液的處理工藝流程如圖1：

　　原水經(jīng)吹脫池和等離子體反應(yīng)器(通過高壓放電產(chǎn)生等離子體)等組成的預(yù)處理單元去除大量NH₃-N后進(jìn)入微氧曝氣池。在微氧曝氣池內(nèi)，NH₃-N經(jīng)吹脫和硝化、反硝化等作用得到大量去除。微氧曝氣池的出水泵入氧化溝。在氧化溝內(nèi)，NH₃-N經(jīng)硝化、反硝化作用進(jìn)一步得以去除。氧化溝出水部分回流到微氧曝氣池，其余經(jīng)絮凝沉淀處理后排放，最終出水達(dá)標(biāo)排放。

2 試驗(yàn)用水

　　原水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

3 硝化動(dòng)力學(xué)

　　硝化是硝化菌把NH₃-N氧化為NO₂^--N和NO₃^--N的反應(yīng)，其速率可用NH3-N濃度降低速率來描述。該工藝中，生物脫氮主要發(fā)生在氧化溝。因此，我們以氧化溝為對象來進(jìn)行研究。由于垃圾滲濾液中由有機(jī)氮轉(zhuǎn)來的NH3-N很少，可忽略不計(jì)，故用氧化溝進(jìn)水NH₃-N濃度代表氧化溝初始NH₃-N濃度。硝化細(xì)菌對NH₃-N的氧化和微生物對有機(jī)物的氧化機(jī)理相同，因此，硝化反應(yīng)速率公式可引用米—門公式來描述：

　　
　　式中：-dS/dt——NH3-N降解速率,mg/(L·h)；
　　　　　v_max——NH3-N最大降解速率，mg/(L·h)；
　　　　　Sel——氧化溝處水NH₃-N的質(zhì)量濃度，mg/L；
　　　　　X——活性污泥的質(zhì)量濃度，mg/L；
　　　　　K_S——半速率常數(shù)。

　　我們對氧化溝進(jìn)行NH₃-N物料平衡，如圖2：

　　由氧化溝NH₃-N的物料平衡得：
　　QS₀₁ - QS_el + V dS/dt = 0 　　　　　(2)
　　其中 S₀₁ 衛(wèi)氧化溝進(jìn)水NH₃-N的質(zhì)量濃度。
　　整理式(2)得：
　　- dS/dt = Q(S₀₁ - S_{el)/V　　　　　　(3)
　　由式(1)和式(3)得：}

_{對于該工藝，運(yùn)行穩(wěn)定后，氧化溝內(nèi)的污泥濃度、水力停留時(shí)間和NH3-N最大降解速率均衛(wèi)常數(shù)，因此，可令X·t·vmax=K1，K1為常數(shù)，則式(5)可化為：}

_{可將式(6)按 Y = aX + b 考慮，1/(S01 - Sel)是隨1/Sel變化的線性函數(shù)，以1／Sel為橫坐標(biāo)，以1/(S01 - Sel)為縱坐標(biāo)作圖，則縱坐標(biāo)截距為- 1/Ks。用實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)作直線如圖3和圖4：}

　　由圖3得直線在Y軸截距為0.0241，則K₁=１/0.0241＝41.5。
　　由圖4得直線在X軸上截距為-1.13，則K_s=1/1.13=0.885。
　　由于 K_s/S_e＝0.885/18.77=0.0471
　　其中，S_{e為運(yùn)行穩(wěn)定后測得出水}NH₃-N平均值，由于K_s遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于S_el,式(1)可簡化為：
　　- dS/dt = v_max X　　　　　　　　(7)
　　對上式在［S₀₁，S_el］與［0,t］上積分得：
　　S₀₁，S_el = X·t·vmax　　　　　　(8)
　　可見，硝化量與污泥濃度和水力停留時(shí)間及最大硝化速率成正比。
　　回流前，2002年8月3日的出水NH3-N的質(zhì)量濃度為123.9mg／L，代入式(8)得：
　　S01=Sel+X·t·Vmax=123.9+41.5×12=621.8(mg／1)
　　(其中，回流前水流停留時(shí)間是回流后水力停留時(shí)間的12倍，故該處t應(yīng)乘以12)。
　　測量值為547.6mg／L，理論值大于測量值，說明氧化溝內(nèi)存在抑制生物活性的因素，對硝化菌產(chǎn)生了抑制作用，使污泥活性降低，從而降低了硝化能力及其速率。對硝化影響因素有氨、硝酸根離子、亞硝酸根離子、溫度、溶解氧等的濃度。由于影響因素太多，國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，N02-對硝化反應(yīng)有重要影響，我們在研究中也發(fā)現(xiàn)出水NH₃-N隨出水和進(jìn)水中N0₂^--N濃度變化。為簡化數(shù)學(xué)模型，忽略次要因素，只考慮主要因素亞硝酸根對硝化的影響，在(8)式右邊乘以一個(gè)修正系數(shù)，設(shè)為：
　　
　　調(diào)試中測得的數(shù)據(jù)如表2：

　　表2中，S01，，Sel分別為進(jìn)、出氧化溝污水中NH₃-N的質(zhì)量濃度，mS／L；Se2為氧化溝出水NO₂^--N的質(zhì)量濃度，mg／L。
　　把表2數(shù)據(jù)代入式(10)并解方程組得：
　　K=1.18，a≈1.04
　　Vmax≈0.001mg/(L·h)
　　代入式(10)得：
　　
　　把2002年8月15日測得的出水NH₃-N的質(zhì)量濃度24.3mg/L和NO₂^--N的質(zhì)量濃度42.5mg/L代入式(11)得：
　　S₀₁= 42.5/(42.5^1.04+1.18)×4050×0.001×10＋24.3=58.3(mg/L)
　　測量值為60.7mg/L，誤差為3.96%，在允許誤差范圍內(nèi)。
　　把2002年8月19日測得的出水中NH₃-N的質(zhì)量濃度22.6mg/L和NO₂^--N的質(zhì)量濃度22.3mg/L代入式(11)得：
　　S₀₁= 22.3/(22.3^1.04+1.18)×4170×0.001×10＋22.6=58.3(mg/L)
　　測量值為59.4mg/L，誤差為1.8%，未超出允許誤差范圍內(nèi)。其它數(shù)據(jù)代入式(10)，誤差均在允許范圍內(nèi)。
　　因此，該工藝硝化動(dòng)力學(xué)公式為：
　　
　　　其中15.6mg/L為研究中測得的NO₂^--N最低質(zhì)量濃度，220mg/L為研究中測得的NO₂^--N最高質(zhì)量濃度。

4 結(jié)論

　　通過實(shí)驗(yàn)研究，我們得出了垃圾滲濾液硝化動(dòng)力模型，該模型應(yīng)用于垃圾滲濾液硝化處理，效果良好。