CN105130128A

CN105130128A - 晚期垃圾渗滤液a/o半短程硝化与uasb厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法

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Publication number: CN105130128A
Application number: CN201510591988.8A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 王众; 王淑莹; 苗蕾; 曹天昊; 张方斋; 韩金浩
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: CN105130128B

Abstract

晚期垃圾渗滤液A/O半短程硝化与UASB厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法属于低碳氮(C/N)比高氨氮垃圾渗滤液生物脱氮技术领域。原水箱通与A/O半短程硝化反应器的缺氧区首格室相连通，沉淀池设有中心管，溢流堰，沉淀池上部出水通过A/O半短程硝化反应器通过出水管与中间水箱相连接，中间水箱与厌氧氨氧化反应器底部相连接，厌氧氨氧化反应器设有自循环管路，并与A/O原水箱相连接；A/O半短程硝化反应器与厌氧氨氧化UASB反应器串联运行，通过厌氧氨氧化UASB反应器出水循环对晚期垃圾渗滤液原液进行稀释。本发明用于垃圾填埋场的晚期垃圾渗滤液的有机物去除与短程脱氮，工艺先进，装置结构简单，节能降耗优势明显。

Description

晚期垃圾渗滤液A/O半短程硝化与UASB厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法

技术领域

本发明属于低碳氮(C/N)比高浓度氨氮废水生物脱氮技术领域，具体是一种首先通过动态控制实现垃圾填埋场垃圾渗滤液半短程硝化反应，而后在无需有机碳源存在的条件下，通过厌氧氨氧化反应去除渗滤液中的氮素完成自养生物脱氮，适用于晚期垃圾渗滤液等低C/N比高氨氮废水的生物脱氮。

背景技术

卫生填埋由于其所具有的经济性和环境友好性而被接受作为固体垃圾的处理方法，在全世界被广泛使用。然而由于雨水渗透和水汽从垃圾填埋场所产生的垃圾渗滤液却对环境产生了严重的危害。虽然渗滤液的组成成分会随着垃圾成分、填埋年龄、填埋位置和当地气候、以及填埋方式上的差异而有所变化，但是仍然有其共同的特点：例如氨氮含量高、含有难降解有机物、重金属等等。这些特征决定了常规的、单一的渗滤液处理方法并不可行。生物方法虽然经济节能但是所受抑制因素较多，物理化学方法虽然成熟稳定，但是费用较高而且后续处理相对繁琐，该类废水的有效处理是目前国内外环境工程领域的难点之一，开发出具有实际推广价值的垃圾渗滤液处理技术具有极其重要的价值。

厌氧氨氧化作为一种新型生物脱氮工艺应运而生。厌氧氨氧化反应方程式为NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→1.02N₂+0.26NO₃ ^-+0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O，在缺氧条件下厌氧氨氧化菌以NO₂ ^--N为电子受体，NH₄ ⁺-N为电子供体进行厌氧氨氧化反应，无需曝气和外加碳源。厌氧氨氧化菌是自养菌,碳酸盐/二氧化碳是其生长所需的无机碳源,所以氨氮的氧化无需分子氧参与,同时亚硝态氮的还原也无需有机碳源,这将大大降低污水好氧生物脱氮的运行费用；Anammox微生物的增长率(倍增时间为11d)与产率(0.11g[VSS]/g[NH₄ ⁺])是非常低的,故污泥产量低,然而氮的转化率却为0.25mg[N]/(mg[SS]·d),与传统的好氧硝化旗鼓相当；在不投加任何化学药品的条件下,既能降低污水处理厂的运行费用,又能够实现氮的高效去除。对低C/N比高氨氮的晚期渗滤液垃圾渗滤液而言，实现厌氧氨氧化反应是其脱氮的最佳途径，同时也是与其水质特点最为适合的脱氮技术。

垃圾渗滤液属于高氨氮低C/N比的污水，为达到厌氧氨氧化工艺进水的水质NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N的摩尔浓度比约为1:1.32条件，便提出了半短程硝化的概念，即在碱度缺乏的条件下，只需50％的NH₄ ⁺-N被氧化为NO₂ ^--N，正因为仅一半的氨氮被氧化而且硝化过程仅进行到亚硝化阶段，所以被称为半短程硝化。由此可见，半短程硝化的提出是建立在短程硝化的基础之上的，因为如此，半短程硝化与短程硝化存在很多类似的特点化条件，而两者最大的不同就是：在尽可能高的亚硝氮累积率的基础上，短程硝化追求最大化的硝化率，半短程硝化要求硝化率控制在50％。稳定实现的半短程硝化的污水水质，可以直接作为ANAMMOX工艺的进水，并可节省约50％的耗氧量，能够实现污水的全程自养脱氮，有相当高的经济价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种处理晚期垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置和方法，即首先实现城市垃圾填埋场渗滤液中高浓度NH₄ ⁺-N的半短程硝化反应，而后再实现厌氧氨氧化反应，最终实现经济高效的垃圾渗滤液自养脱氮的装置与方法。

连续流垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置，其特征在于：

该装置设有原水箱、A/O半短程硝化反应器、沉淀池、中间水箱、厌氧氨氧化反应器；原水箱通过蠕动泵与A/O半短程硝化反应器相连通，A/O半短程硝化反应器的前2格为缺氧段，都安装有搅拌器。厌氧氨氧化的部分出水回流与原水箱中的渗滤液混合后，通过A/O半短程硝化反应器的第一进水管和蠕动泵与A/O半短程硝化反应器的第1格相连通；A/O半短程硝化反应器通过上下交错设置有过水孔的隔板分8个格室，第2格设置的过水孔高度高于第8格的出水管高度，使得前2格的水位较高，避免了缺氧区与好氧区的混流；好氧半短程硝化区设有气泵、气体流量计、气量调节阀和曝气头；A/O半短程硝化反应器通过沉淀池连接管与沉淀池相连通，沉淀池底部通过污泥回流泵与A/O半短程硝化反应器的第1格相连通，沉淀池中上清液经溢流堰出水进入中间水箱，中间水箱设置有溢流阀和放空阀。中间水箱通过蠕动泵与出水管与厌氧氨氧化反应器底部相连接，厌氧氨氧化反应器设有自循环管路，部分出水通过蠕动泵与出水管与A/O原水箱相连接。

低C/N晚期垃圾渗滤液在此装置中的处理流程为：晚期渗滤液与厌氧氨氧化UASB的回流出水一起进入A/O反应器的前2格缺氧反硝化区，缺氧反硝化区中的微生物利用原水中的碳源进行反硝化，将硝态氮还原为氮气；而后进入好氧区，将氨氮部分氧化为亚硝态氮，出水经过沉淀池进入中间水箱，而后进入厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化菌将水中的氨氮和亚硝态氮转化为氮气和硝态氮，最终达到脱氮目的。

利用上述装置实现垃圾渗滤液短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的方法，其特征在于包括以下步骤:

1)启动A/O半短程硝化反应器:将某稳定运行短程硝化中试的污泥作为接种污泥注入硝化反应器，以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液，采用自来水稀释的方法，控制曝气量维持溶解氧浓度控制在2-4mg/L，水力停留时间控制在12-24h，控制A/O反应器进水氨氮浓度为200～400mg/L，使其平均游离氨浓度达到选择性抑制浓度10～30mg/L的范围内，首先实现短程硝化，在保持亚硝积累率高于80％的条件下，提高进水氨氮负荷为0.4～0.6kgTN/m³d，调节A/O的水力停留时间、曝气量，进而实现半短程硝化。在上述条件运行，当A/O半短程硝化反应器出水NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比为1:1～1:1.32后，即A/O半短程硝化反应器成功启动后，则可认为其出水具备了厌氧氨氧化反应器进水水质要求。

2)启动厌氧氨氧化UASB反应器：将取自正运行的厌氧氨氧化中试的污泥投加到厌氧氨氧化反应器，并控制污泥浓度在4000～7000kgMLSS/m³，通过加热带控制厌氧氨氧化反应器的温度为30～35℃，通过添加NaNO₂和(NH₄)₂SO₄控制NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N摩尔比为1:1～1:1.32进行人工配水，将其用蠕动泵泵入厌氧氨氧化反应器，并根据情况控制厌氧氨氧化反应器自循环回流比，当厌氧氨氧化反应器出水的NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N浓度均小于10mg/L后，即可认定厌氧氨氧化反应器启动成功。

3)A/O半短程硝化反应器与厌氧氨氧化UASB反应器分别完成启动后，将自养脱氮系统串联运行：即原水箱中的垃圾渗滤液与厌氧氨氧化反应器出水回流液的混合液经过经蠕动泵泵入到A/O半短程硝化反应器，在A/O半短程硝化反应器中的前2格，首先利用原水的碳源作为反硝化的碳源进行反硝化，后6格曝气进行硝化。A/O半短程硝化反应器的出水经过沉淀池沉淀后，上清液进入中间水箱。当中间水箱中NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N比例偏离1:1～1:1.32时，通过改变水力停留时间、曝气量、原水箱进入中间水箱的流量来调节中间水箱中NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比例。中间水箱中NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比值为1:1～1:1.32的半短程硝化混合液经过蠕动泵进入到厌氧氨氧化反应器完成厌氧氨氧化反应；当厌氧氨氧化反应器总氮负荷达到0.4kgTN/m³d以上，并且系统出水NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N去除率都能够达到90％以上后，系统完成了垃圾渗滤液的全程自养脱氮过程。

本发明的渗滤液垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置和方法与现有技术相比，具有下列优点:

渗滤液的全程自养脱氮过程：

1)无需外加有机碳源的条件下完成晚期垃圾渗滤液的高效生物脱氮，解决了高NH₄ ⁺-N，低C/N比的晚期渗滤液的处理难题，大大降低了晚期垃圾渗滤液的运行和建设费用。

2)半短程硝化的实现，将硝化控制在亚硝化阶段，且只需将NH₄ ⁺-N氧化一半，在短程硝化与厌氧氨氧化联合工艺节省25％供气量的基础上，又进一步减少了曝气量，节省了动力消耗，水力停留时间(HRT)更短，减少了反应器的体积和占地面积。

3)厌氧氨氧化工艺的使用进一步降低了运行费用，总氮负荷可以达到1.0kgTN/m³d，无需外加碳源即实现高效自养脱氮，产生较少的温室气体CO₂。

4)该技术成熟运行后，晚期垃圾渗滤液的脱氮效率提高，不需要添加外加药剂，不需要外加自来水稀释原液，简化了管理流程，降低了垃圾填埋场渗滤液的处理压力。

附图说明

图1为垃圾渗滤液短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置结构示意图。

其中1-渗滤液原水箱；2-A/O半短程硝化反应器；3-沉淀池；4-中间水箱；5-厌氧氨氧化UASB反应器；1.1-原水箱溢流管；1.2-原水箱放空管；2.1-第一进水管；2.2第一进水泵；2.3-曝气泵；2.4-气体流量计；2.5-气量调节阀；2.6-曝气头；2.7-搅拌器；3.1-沉淀池连接管；3.2-第一回流管；3.3-污泥回流泵；沉淀池出水管3.4；4.1-中间水箱溢流管；中间水箱放空管4.2；4.3-第二进水管；4.4-第二进水泵；5.1-第三进水管；5.2-第三进水泵；5.3-温控加热带装置；5.4-圆筒形颗粒污泥床；5.5-三相分离器；5.6-顶部密封板；5.7-碱液瓶；5.8-气体流量计；5.9-第二回流管；5.10-第二回流泵；5.11-第三回流管；5.12-第三回流泵；5.13-出水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明:如图1所示，垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置和方法，由渗滤液原水箱1、A/O半短程硝化反应器2、沉淀池3、中间水箱4、厌氧氨氧化UASB反应器5组成。渗滤液原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；渗滤液原水箱1通过第一进水管2.1和第一进水泵2.2与A/O半短程硝化反应器2相连接；A/O半短程硝化反应器2分为8个格室，按照水流方向上下设置过水孔连接各个格室；前2格为缺氧反硝化区，后6格为好氧硝化区；2个缺氧反硝化区均设有搅拌器2.7；好氧硝化区设有曝气泵2.3、气体流量计2.4、气量调节阀2.5和曝气头2.6；A/O半短程硝化反应器2通过沉淀池连接管3.1与沉淀池3连接；沉淀池3通过第一回流管3.2和污泥回流泵3.3与A/O半短程硝化反应器2的首格室即缺氧反硝化格室相连接；沉淀池的出水通过沉淀池出水管3.4与中间水箱4相连接，渗滤液原水箱1通过第二进水管4.3和第二进水泵4.4与中间水箱4相连接；中间水箱4设有溢流管4.1和放空管4.2；中间水箱4通过第三进水管5.1和第三进水泵5.2进入厌氧氨氧化UASB反应器5，厌氧氨氧化UASB反应器5设有温控加热带装置5.3和圆筒形颗粒污泥床5.4，污泥床上部设有三相分离器5.5和顶部密封板5.6，该分离器的上部与碱液瓶5.7、气体流量计5.8和排气管相连通；污泥床上部上清液通过第二回流管5.9和第二回流泵5.10进入到污泥床底部进行循环；厌氧氨氧化UASB反应器5上部上清液通过第三回流管5.11和第三回流泵5.12与渗滤液原水箱1中的渗滤液混合；厌氧氨氧化UASB反应器5外部自上而下设置有5个取样阀，圆筒形污泥床5.4顶部溢出水通过出水管5.13排放。

实验用水为取自北京市某填垃圾埋场的渗滤液，其氨氮浓度高达1200mg/L，COD/NH₄ ⁺-N＝2，碱度9100mg/L，为典型晚期垃圾渗滤液。A/O半短程硝化反应器有效容积为11.4L，厌氧氨氧化UASB反应器的有效容积为5.5L，沉淀池的有效容积为5L，A/O半短程硝化反应器分为8个格室，前2格为缺氧搅拌区，有效容积为3.4L，每格为1.7L；后6格为好氧硝化区，有效容积为8L，每格为1.33L。

1)启动A/O半短程硝化反应器2:将某稳定运行短程硝化中试的污泥作为接种污泥注入A/O半短程硝化反应器2，其污泥浓度为3000kgMLSS/m³，以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液，通过自来水稀释维持进水NH₄ ⁺-N负荷为ALR＝0.3kgNH₄ ⁺-N/m³d后，注入渗滤液原水箱1，通过第一进水管2.1和第一进水泵2.2与A/O半短程硝化反应器2的缺氧格相连接，通过控制曝气泵2.3、气体流量计2.4、气量调节阀2.5和曝气头2.6维持溶解氧浓度控制在2mg/L，通过控制进水流量维持水力停留时间在18h，控制A/O反应器进水pH稳定在8.3，使其平均游离氨浓度达到25mg/L，以实现稳定的短程硝化，亚硝积累率维持在90％以上，在保持高亚硝积累率的条件下，提高进水NH₄ ⁺-N负荷为ALR＝0.6kgNH₄ ⁺-N/m³d，进而实现半短程硝化。在上述条件运行，当A/O半短程硝化反应器2出水NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比为1:1～1:1.32后，也即A/O半短程硝化反应器2成功启动后，则可认为其出水具备了厌氧氨氧化反应器进水水质要求。

2)启动厌氧氨氧化反应器5：将具有一定厌氧氨氧化活性的污泥投加到厌氧氨氧化UASB反应器5，并控制污泥浓度为6000kgMLSS/m³，通过温控加热带装置5.3控制厌氧氨氧化反应器5的温度为35℃，通过溶解氧探头检测反应器内溶解氧浓度，保持溶解氧浓度小于0.1mg/L，并按照NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比为1:1～1:1.32进行人工配水，NH₄ ⁺-N浓度约为100mg/L，将其用第三进水泵泵入厌氧氨氧化反应器5，同时开启厌氧氨氧化UASB第二回流泵5.10使其回流比为3:1，并根据情况控制厌氧氨氧化反应器自循环回流比，当厌氧氨氧化反应器的总氮负荷大于1kgTN/m³d，且厌氧氨氧化反应器出水的NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N浓度均小于10mg/L后，即可认定厌氧氨氧化反应启动成功。

3)A/O半短程硝化反应器2与厌氧氨氧化反应器5分别完成启动后，将自养脱氮系统串联运行：即原水箱1中的垃圾渗滤液与厌氧氨氧化反应器5出水回流液的混合液经过经第一进水泵泵入到A/O半短程硝化反应器2，在A/O半短程硝化反应器2中的前2格，首先利用原水的碳源作为反硝化的碳源进行反硝化，后6格曝气进行硝化；同时沉淀池3中的污泥通过污泥回流泵3.3按照100％的比例回流到第1格缺氧区，厌氧氨氧化出水回流比为300％。A/O半短程硝化反应器2的出水经过沉淀池3沉淀后，上清液进入中间水箱4。当中间水箱4中NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N摩尔浓度比小于1:1～1:1.32时，通过适当降低水力停留时间来调节；当中间水箱4中NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N摩尔浓度比大于1:1～1:1.32时，通过提高原水箱1进入中间水箱4的流量来进行调节NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N摩尔浓度比例。中间水箱4混合流入的摩尔浓度比值为1:1～1:1.32的半短程硝化混合液经过第三进水管5.1和第三进水泵5.2进入到厌氧氨氧化反应器5完成厌氧氨氧化反应；同时开启厌氧氨氧化UASB反应器5的第二回流泵5.10使其自循环回流比为3:1；当厌氧氨氧化反应器总氮负荷达到约0.5kgTN/m³d，并且系统出水NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N去除率达到95％后，系统完成了晚期垃圾渗滤液的全程自养脱氮过程。

Claims

1.晚期垃圾渗滤液A/O半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮装置，其特征在于：设有渗滤液原水箱(1)；A/O半短程硝化反应器(2)；沉淀池(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化UASB反应器(5)；渗滤液原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(2.1)和第一进水泵(2.2)与A/O半短程硝化反应器(2)相连接；A/O半短程硝化反应器2分为8个格室，按照水流方向上下设置过水孔连接各个格室；前2格为缺氧反硝化区，后6格为好氧硝化区；2个缺氧反硝化区均设有搅拌器(2.7)；好氧硝化区设有曝气泵(2.3)、气体流量计(2.4)、气量调节阀(2.5)和曝气头(2.6)；A/O半短程硝化反应器(2)通过沉淀池连接管(3.1)与沉淀池(3)连接；沉淀池(3)通过第一回流管(3.2)和污泥回流泵(3.3)与A/O半短程硝化反应器(2)的首格室即缺氧反硝化格室相连接；沉淀池的出水通过沉淀池出水管(3.4)与中间水箱(4)相连接，渗滤液原水箱(1)通过第二进水管(4.3)和第二进水泵(4.4)与中间水箱(4)相连接；中间水箱(4)设有溢流管(4.1)和放空管(4.2)；中间水箱(4)通过第三进水管(5.1)和第三进水泵(5.2)进入厌氧氨氧化UASB反应器(5)，厌氧氨氧化UASB反应器(5)设有温控加热带装置(5.3)和圆筒形颗粒污泥床(5.4)，污泥床上部设有三相分离器(5.5)和顶部密封板(5.6)，该分离器的上部与碱液瓶(5.7)、气体流量计(5.8)和排气管相连通；污泥床上部上清液通过第二回流管(5.9)和第二回流泵(5.10)进入到污泥床底部进行循环；厌氧氨氧化UASB反应器(5)上部上清液通过第三回流管(5.11)和第三回流泵(5.12)与渗滤液原水箱(1)中的渗滤液混合；厌氧氨氧化UASB反应器(5)外部自上而下设置有5个取样阀，圆筒形污泥床(5.4)顶部溢出水通过出水管(5.13)排放。

2.应用权利要求1所述装置进行晚期垃圾渗滤A/O半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)启动A/O半短程硝化反应器:以实际城市污水处理厂的硝化污泥为接种污泥注入硝化反应器，以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液，采用自来水稀释的方法，控制曝气量维持溶解氧为2-4mg/L，调节水力停留时间为12-24h，控制A/O反应器进水氨氮浓度为200～400mg/L，使其平均游离氨浓度达到选择性抑制浓度10～30mg/L的范围内，首先实现短程硝化，在保持亚硝积累率高于80％的条件下，提高进水氨氮负荷为0.4～0.6kgTN/m³d，调节A/O的水力停留时间、曝气量，进而实现半短程硝化；在上述条件运行，当A/O半短程硝化反应器出水NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比为1:1～1:1.32后，即A/O半短程硝化反应器成功启动后，则可认为其出水具备了厌氧氨氧化反应器进水水质要求；

2)启动厌氧氨氧化UASB反应器：将取自正运行的厌氧氨氧化中试的污泥投加到厌氧氨氧化反应器，并控制污泥浓度在4000～7000kgMLSS/m³，通过加热带控制厌氧氨氧化反应器的温度为30～35℃，通过添加NaNO₂和(NH₄)₂SO₄控制NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N摩尔比为1:1～1:1.32进行人工配水，将其用蠕动泵泵入厌氧氨氧化反应器，并根据情况控制厌氧氨氧化反应器自循环回流比，当厌氧氨氧化反应器出水的NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N浓度均小于10mg/L后，即可认定厌氧氨氧化反应器启动成功；

3)A/O半短程硝化反应器与厌氧氨氧化UASB反应器分别完成启动后，将自养脱氮系统串联运行：即原水箱中的垃圾渗滤液与厌氧氨氧化反应器出水回流液的混合液经过经蠕动泵泵入到A/O半短程硝化反应器，在A/O半短程硝化反应器中的前2格，首先利用原水的碳源作为反硝化的碳源进行反硝化，后6格曝气进行硝化；A/O半短程硝化反应器的出水经过沉淀池沉淀后，上清液进入中间水箱；当中间水箱中NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N比例偏离1:1～1:1.32时，通过改变水力停留时间、曝气量、原水箱进入中间水箱的流量来调节中间水箱中NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比例；中间水箱中NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N摩尔浓度比值为1:1～1:1.32的半短程硝化混合液经过蠕动泵进入到厌氧氨氧化反应器完成厌氧氨氧化反应；当厌氧氨氧化反应器总氮负荷达到0.4kgTN/m³d以上，并且系统出水NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N去除率都能够达到90％以上后，系统完成了垃圾渗滤液的全程自养脱氮过程。