工艺技术_垃圾渗滤液中氨氮的去除及处理工艺研究论文

河北科技大学 硕士学位论文 垃圾渗滤液中氨氮的去除及处理工艺研究 姓名：于晓娟 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：黄群贤 20081201 摘要 摘要 随着经济的发展，城市化进程和城市人口的不断增加，城市生活垃圾与日俱增， 造成的环境污染曰益严重。目前，在国内外垃圾的无害化处理方面主要有卫生填埋、 堆肥、焚烧等，其中城市垃圾卫生填埋是国内外广泛采用的垃圾处理方法。垃圾卫 生填埋的二次污染包括对水体、大气和土壤的污染，其中对水体产生的污染主要来 自于垃圾渗滤液。垃圾渗滤液污染物浓度高、毒性大、成分复杂，如不经处理直接 排放将会对生态环境和人体健康产生严重危害。 本论文在总结了国内外有关垃圾渗滤液处理方法的基础上，通过分析石家庄市 峡石沟垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液水质、水量情况及变化规律，从去除氨氮和提高 渗滤液可生化性入手，对M A P ( M a g n e s i u mA m m o u i u mP h o s p h a t e ) 沉淀法去除氨氮、 厌氧消化、水解酸化、好氧生物处理工艺进行了一系列实验研究。 结果表明，M A P 沉淀法去除垃圾渗滤液中的氨氮最为经济有效，通过考察p H 值、镁盐磷酸盐摩尔比、搅拌速度以及混合时间对去除垃圾渗滤液中氨氮及有机物 的影响，最终确定了最佳实验条件，即p H 值为9 5 ，M 9 2 + ：N H 4 + ：P 0 4 孓摩尔比为 1 3 ：1 ：1 0 5 ，搅拌速度为1 7 0r - m i n ，混合时间为2 0m i n ，氨氮去除率可达9 0 ：将 温度严格控制在4 0 士1 的条件下，厌氧消化可有效降低渗滤液中C O D ，并可适应来 经调节的沉淀出水；水解酸化可有效提高渗滤液可生化性，并去除部分有机物，在 停留时间为1 0 h ，水解酸化法去除C O D 和提高可生化性效果最好；经过好氧生物处 理，可进一步去除C O D 和氨氮，提高出水水质。同时，建立了好氧生物法处理垃圾 渗滤液基质降解动力学的数学模式，并确定了动力学参数。 研究表明，采用M A P 沉淀一水解酸化一好氧生物法处理石家庄市峡石沟垃圾卫 生填埋场垃圾渗滤液，合理、有效、可行。其C O D 、B O D 5 、氨氮去除率分别达到： C O D 为7 5 9 5 、B O D 5 为6 5 8 0 、氨氮为9 0 9 8 。经处理后出水水质达到 C O D 为1 5 0 2 5 0m g L 、B O D 5 为5 0 8 0m g L 、氨氮为7 - 1 0m g L ，满足生活垃 圾填埋污染控制标准( G B16 8 8 9 19 9 7 ) - - 级标准。 关键词垃圾渗滤液：M A P 沉淀法；厌氧消化；水解酸化；好氧生物处理 A b s t r a c t A l o n gw i t ht h ee c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t ，t h eu r b a n i z e da d v a n c e m e n ta n dt h eu r b a n p o p u l a t i o nu n c e a s i n gi n c r e a s e ，m u n i c i p a ls o l i dw a s t eg r o w sd a yb yd a y , a n dt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nw h i c hi sc r e a t e di ss e r i o u sd a yb yd a y A tp r e s e n t ，t h em a j o r t e c h n o l o g i e si nt h ed o m e s t i ca n df o r e i g na r el a n d f i l l ，i n c i n e r a t i o n ，a n dc o m p o s t i n ga t w a s t eh a r m l e s st r e a t m e n ta n dt h el a n d f i l li su s e dw i d e l yi nd o m e s t i ca n df o r e i g n T h e s e c o n dp o l l u t i o nc a u s e db yl a n d f i l li n c l u d e st h ew a t e rb o d y ，a t m o s p h e r i ca n dt h es o i l p o l l u t i o n ，a n dt h ew a t e rp o l l u t i o nm a i n l yc o m e sf r o m l a n d f i l ll e a c h a t e I t sp o l l u t a n t d e n s i t yi sh i g h ，t h et o x i c i t yi sb i g ，a n dt h ei n g r e d i e n ti sc o m p l e x ，i f n o tp r o c e s s i n ga n d d i r e c t l yd i s c h a r g ew i l lc a u s es e r i o u sh a r mt ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dt h eh u m a n b o d yh e a l t h B a s e do ns u m m a r i z i n gr e l a t e dl a n d f i l ll e a c h a t ep r o c e s s i n gm e t h o dr e s e a r c hi nt h e d o m e s t i ca n df o r e i g n , t h r o u g ha n a l y z i n gt h eS h iJ i a - z h u a n gc i t yX i aS h i g o um u n i c i p a l s o l i dw a s t el a n d f i l l1 e a c h a t ew a t e rq u a l i t y , t h ew a t e rv o l u m es i t u a t i o na n dt h ec h a n g e r e g u l a t i o n ，c o n c e r n e d o nr e m o v i n ga m m o n i an i t r o g e na n dt h ee n h a n c i n gl e a c h a t e b i o l o g i c a lt r e a t a b i l i t y , as e r i e so fe x p e r i m e n t a ls t u d i e so nM A P ( M a g n e s i u m A m m o u i u m P h o s p h a t e ) ，a n a e r o b i ad i g e s t i o n ，h y d r o l y s i sa c i d i f i e s ，a n da e r o b i cb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t a r ec a r d e do n T h er e s u l ti n d i c a t e s ，M A Pi se c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v et or e m o v ea m m o n i an i t r o g e n ； A tt 1 1 es a m et i m e p Hv a l u e 、t h em a g n e s i u ms a l ta n dp h o s p h a t em o lr a t i o 、t h ew h i s k i n g s p e e da n dt h em i x i n gt i m ew e r er e v i e w e dt or e m o v ea m m o n i an i t r o g e na n dt h eo r g a n i c m a t t e r A tl a s tt h eb e s tt e s tc o n d i t i o nW a sd e c i d e d I nt h ec o n d i t i o nt h a tt h ep H v a l u ei s9 5 ， M 9 2 + ：N H 4 + ：P 0 4 3 m o lr a t i oi s1 3 ：1 ：1 0 5 ，t h ew h i s k i n gs p e e di s 1 7 0r m i n ，t h em i x i n g t i m ei s2 0m i n a m m o n i an i t r o g e nr e m o v e dr a t em a yr e a c h9 0 ；I fm a k et e m p e r a t u r e s t r i c tc o n t r o l e dt o4 0 - a ：l * C ，a n a e r o b i ad i g e s t i o nm a ye f f e c t i v e l yr e d u c eC O D i nl e a c h a t e ， a n dm a ya d a p tt h ew a t e rq u a l i t ya f t e ra m m o n i ab l o w i n gw i t h o u ta d ju s t m e n t ；T h e h y d r o l y s i sa c i d i f ym a ye f f e c t i v e l ye n h a n c e l e a c h a t eb i o l o g i c a lt r e a t a b i l i t y , a n dr e m o v et h e p a r t i a lo r g a n i cm a t t e r ，i nt h er e s i d e n tt i m ei s 10h ，t h eh y d r o l y s i sa c i d i f yr e m o v e sC O D a n dt h ee n h a n c el e a c h a t eb i o l o g i c a lt r e a t a b i l i t ya r eb e s t ；A e r o b i cb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t m a yf u r t h e rr e m o v eC O Da n dt h e a m m o n i an i W o g e n ，e n h a n c e st h ed i s c h a r g e dw a t e r q u a l i t y A tt h es a m et i m e ，s e tu pa e r o b i cb i o c h e m i c a lt r e a t m e n tm a t h e m a t i c sd y n a m i c s m o d e ，a n dh a v ec o n f i r m e dt h ed y n a m i c sp a r a m e t e r 1 1 ，。；：；：。；。：；：；：；。；：；：= = ：1 2 1 ：呈；。一；：；，。；。；。一：； T h er e s e a r c hi n d i c a t e d ：U s e st 1 1 eM A 卜t b e h y d r o l y s i sa c i d i f y 一a e r o b i cb i o c h e m i c a l t r e a t m e n tt op r o c e s s et h eS h iJ i a - z h u a n gc i t yX i a S h i g o um u n i c i p a ls o l i dw a s t el a n d f i l l l e a c h a t ei S r e a s o n a b l e ，e f f e c t i v e ，a n df e a s i b l e C O D ，B O D 5 ，a n da m m o n i an i t r o g e n r e m o v e dr a t er e s p e c t i v e l ya c h i e v e d ：C O Di S 7 5 9 5 ，B O D 5i S6 5 8 0 ，a m m o n i a n i t r o g e ni s9 0 9 8 T h ed i s c h a r g e dC O Di s15 0 - - 2 5 0m g L 一，B O D 5i s5 0 8 0m g - L ， a n da m m o n i a n i t r o g e n i S7 - 10 m g L A c h i e v e s ”m u n i c i p a ls o l i d w a s t e1 a n d f i l l c o n t a m i n a t i o nc o n t r 0 1s t a n d a r d ”( G B16 8 8 9 1 9 9 7 ) t h es e c o n dl e v e lo fs t a n d a r d s K e yw o r d sl a n d f i l ll e a c h a t e ；M A P ；a n a e r o b i ad i g e s t i o n ；h y d r o l y s i sa c i d i f y ；a e r o b i c b i o c h e m i c a lt r e a t m e n t I I I 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：0 矽莎年纱月吵目 指剥币虢雹矸墨 ) 口D 解7 胡4 同 U 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 嘛保密。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名、了 渺譬年月晰 指导教师繇塑砰鼍 凇夕吕年I 明笋同 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 随着经济的发展，人民生活水平的提高，城市化进程的加快，城市垃圾也在迅 速增加。据统计报道：现今我国城镇垃圾的人均日产生量为1 2 1 4k g ：人均年产生 量为4 4 0 5 0 0k g ，2 0 0 0 年、2 0 0 1 年，我国城市生活垃圾产生量分别为1 1 8 、1 3 5 亿 吨年，如果以3 9 的城市化人口测算，当前，我国城市垃圾的年产生量已超过2 2 亿吨。我国是世界上垃圾包袱最重的国家，城市历年的垃圾堆存量高达6 6 亿吨，侵 占3 5 亿多平方米的土地，在我国现有的6 8 8 座大、中城市中，已有2 3 的城市被垃 圾包围，有1 4 的城市不得不把解决垃圾危机的途径延伸到乡村。而且这些垃圾的产 生量还在以6 8 的速度在逐年增加，如果不作及时有效地处理，任意堆积，天长 日久，势必会对人类赖以生存的环境和社会经济的发展带来难以估计的重大影响， 因此，城市垃圾的无害化处理成为城市环境保护工作的重点内容，也是城市垃圾处 理的必然趋势。 根据国家卫生城市标准和国家卫生城市考核命名办法的规定，要创建 国家卫生城市，必须具备一些条件，其中要求城市生活垃圾无害化处理率 8 0 。目 前，国际上流行的垃圾无害化处理方式以焚烧、堆肥和卫生填埋为主。垃圾焚烧投 资较大，处理垃圾量有限，并在焚烧过程中产生二咏英等有害气体。垃圾堆肥生产 以及推广应用中存在二次污染的控制、生产规模、成本、价格、化学肥料的竞争、 市场开发等具体问题。而垃圾卫生填埋技术较成熟、一次性建设投资较少、运转费 用较低，目前美国有7 7 、加拿大有9 0 的垃圾用填埋法处理。因此，我国在借鉴 发达国家先进经验的基础上，确认垃圾卫生填埋是最适宜我国国情的实用处置技术 之一。 1 2 垃圾渗滤液的产生和危害 1 2 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾卫生填埋的二次污染包括对水体、大气和土壤的污染，其中对水体产生的 污染主要来自于垃圾渗滤液。垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲 刷以及地表水和地下水浸泡，再加上垃圾在填埋场中的生物化学作用和化学降解作 用产生水，当水分渗过成分复杂的垃圾时，使垃圾发生分解、溶出、发酵等反应， 产生了含有高浓度悬浮物和高浓度有机或无机成分的垃圾渗滤液。 垃圾填埋场水量平衡关系如图1 1 。根据估算，我国2 0 0 0 年垃圾渗滤液排放量 河北科技大学硕士学位论文 超过25 0 0 万m 3 f l 】。影响渗滤液产生的因素很多，归纳起来，主要有以下几方面： 区域降水及气候状况、垃圾性质与成分、填埋场水文地质条件、填埋场作业区大小、 垃圾覆盖层状况等。 地表径流 排水沟蒸发沸腾 图1 1填埋场水量平衡关系图 F i g 1 - 1 L a n d f i l lf i e l dw a t e rb a l a n c e r c l m i o np i c t u r e 地表径流 1 2 1 1 垃圾填埋场中污染物的溶出分析 垃圾中污染物的溶出是在厌氧微生物的作用下实现的。垃圾填埋层中厌氧微生 物的作用特性与渗滤液的水质变化有紧密的联系。事实上，上述诸多影响渗滤液水 质特性的因素中，大部分是通过对微生物生长特性的影响而体现的。由图1 - 2 可见， 直接与污染物溶出率有关的因素有垃圾特性、微生物生长特性、大气降水等，间接 影响因素有垃圾填埋场温度、垃圾填埋深度、垃圾初期含水率等。 图1 2 诸因素对垃圾中污染物溶出率的影响 F i g 1 2 A l lf a c t o r s e f f e c tt op o l l u t a n td i s s o l v i n gr a t i oo fw a s t e 1 2 1 2 垃圾渗滤液中污染物的衰减速率规律 垃圾渗滤液中污染物浓度与填埋时间的关系可以用微生物代谢一级反应速率方 程来描述。表1 1 中的公式可用来预测垃圾填埋场渗滤液中污染物衰减速率规律。其 中I 类为J a m e s 等建立的垃圾填埋场渗滤液中C O D 、氯化物一级反应速率方程；I I 2 第1 章绪论 类为刘疆鹰等根据上海市老港垃圾填埋场现场试验建立的C O D 、N H 3 - N 一级反应速 率方程。 表1 1国内外垃圾填埋场渗滤液中污染物衰减速率规律 T a b i - 1T h ep o l l u t a n ta t t e n u a t i o nr a t eo f l a n d f i l l | e a c h a t ei nd o m e s t i ca n df o r e i g n 1 2 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾卫生填埋所产生的渗滤液为一种高浓度有机废水，如不及时对其进行收集、 处理，将造成对地下水、地表水及垃圾填埋场周围环境的二次污染和不良影响。尤 其对地下水和土壤的污染更为严重。 1 2 2 1 对地表水和地下水的污染 由于所含有大量的氨氮、重金属、无机盐及有机污染物，垃圾渗滤液作为一种 高强度废水，已经被视为地表水及地下水的潜在污染源，如果得不到妥善处理，会 穿透地表土及地下土层，对地下水体造成严重污染。 C A L V E R T 2 】报道距垃圾处理厂的蓄水池5 1 2m 远的一口井中，其硬度、钙、镁 浓度、总固体量和C 0 2 都有增加。德国L A N G 报道距离填埋场4k m 远的地表水下 游，水质出现恶化。美国大约有1 85 0 0 个垃圾填埋场，几乎有一半对水体都产生污 染。莱茵河地区因垃圾堆渗滤水污染地下水，使有的自来水厂关闭。我国兰州东盆 地雁滩水源地因垃圾渗滤液污染而废弃，西盆地马滩水源地部分水井报废【3 】。国内郑 曼英等【4 垮艮道广州市老虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封场，但直至1 9 9 5 年其排出的浸出液 B O D 5 、C O D 、氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。夏立江等 5 1 研究表明，垃圾周边土 壤中渗滤液有机物和金属铁锰共存时，大量的有机物质能活化土壤中的铁锰，增加 其有效性，增强其在土壤中的迁移能力，从而造成垃圾场地下水较严重的铁锰污染。 1 2 2 2 对土壤的污染及生态的破坏 垃圾渗滤液中的一些持续性有机污染物在环境中难以降解，会长期地影响生态 环境，其中的残留毒害物质不仅在土壤里难以挥发消解，而且能杀死土壤中的微生 物，破坏土壤的腐蚀能力，改变土壤的性质和结构，阻碍植物根系的生长和发育， 并在植物体内积蓄破坏生态环境。 夏立江等【6 】对北京西郊某垃圾堆放场周边土壤的污染状况进行了分析研究，结果 表明：受垃圾渗滤液的浸蚀影响，垃圾区周围土壤酸性增大，养分含量增高，垃圾 3 河北科技大学硕士学位论文 区土壤的重金属含量明显高于对照区土壤，表明垃圾区周围土壤已受到渗滤液的重 金属污染，土壤性状发生明显变化。温小乐等【7 】研究结果表明，垃圾渗滤液进入土壤 后，大量共存离子的竞争吸附减弱了土壤胶体对铵态氮的吸附能力，而且高浓度铵 态氮的存在抑制了土壤的硝化作用，从而使大量的铵态氮未能被土壤胶体吸附转化 就随渗滤液继续迁移地下水中，最终导致地下水严重的铵态氮污染。姜必亮等【8 】通过 盆栽试验研究了垃圾渗滤液灌溉对土壤一植物系统的生态效应，经1 年的渗滤液浇 灌后土壤中重金属的积累量未超过国标允许值，但是土壤酶活性受到抑制，而且不 同植物对渗滤液的耐性差别明显。 垃圾渗滤液对地下水、土壤和生态产生的污染和影响往往延缓的时间很长，少 则几年，多则几十年甚至几百年，人工处理和修复将要付出高昂的代价，而且往往 是不可行的。因此，妥善处理垃圾渗滤液是防止二次污染最重要的措施。 1 3 垃圾渗滤液水质水量特性 1 3 1 垃圾渗滤液产生量的计算 垃圾渗滤液主要来源于垃圾含水、降水( 降雨、降雪等) 、地表径流和地下水。这 些水是否能最终成为渗滤液以及产生量受到填埋方式、填埋年限、降水强度、蒸发 量、防渗措施等诸多因素的影响。工程设计过程中计算的渗滤液产量与工程实际运 行后的产生量往往有较大的出入【9 j 。 垃圾渗滤液产生的预测方法主要有：经验公式法、水量平衡法和经验统计法【1 0 1 。 1 ) 经验公式法 以降雨量和场区汇水面积为计算渗滤液产生量的依据，通过选择适当的渗出系 数，计算出渗滤液的产生量。公式如下： Q - - c I A 1 0 一 ( 1 - 1 ) 式中：Q 一渗滤液日产生量( m 3 d 1 ) C 一渗出系数。其值在0 2 0 8 之间，不直接排水的填埋作业区取 0 4 o 7 ( 一般取O 5 ) ；直接排水的完成区取O 2 0 4 ( 一般取0 3 ) I 一平均日降雨量，按最大月平均降雨量折算( r a m d q ) A 一填埋场汇水面积( m z ) 该法由于计算所需数据容易收集，因此应用最为普遍。 2 ) 水量平衡法 是一种理论计算方法，公式如下： Q = P - I - W - I - G E ( 1 2 ) 式中：Q 参滤液年产生里k m 3 a 1 ) P 一降雨产生的渗滤液量( m 3 扩1 ) ，由集水面积和降雨量确定 4 第1 章绪论 W 一垃圾降解产生的渗滤液量( m 3 a - 1 ) ，由垃圾量、垃圾含水率、有机质 含量等因素确定 G 地下水浸入量( m 3 a 以) ，通过地质看的确定 E 一蒸发量( m 3 a J ) ，通过当地蒸发量和植物水分消耗量确定 该法由于数据难以获得，因此工程设计中很少使用，主要用于条件可控的实验 室研究。 3 ) 经验统计法 根据当地已建成的填埋工艺和地形情况类似的填埋场渗滤液的产生量进行推 算。公式如下： Q = q A 1 0 。4 ( 1 3 ) 式中：Q 一渗滤液日产生量( m 3 d 1 ) A 一填埋场汇水面积( m z ) q 一单位面积渗滤液产生量( m 3 h a - 1 d 。) 。该值随地域、气候、填埋场的地 形、填埋高度等变化 1 3 2 垃圾渗滤液的水质特征 垃圾渗滤液水质与生活污水类似，但又不尽相同，尤其渗滤液中有机物的含量 为生活污水的1 0 倍以上，含有大量有毒有害有机物。郑曼英等】的研究表明，从垃 圾渗滤液中检出的主要有机污染物有7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烃、烯烃类1 8 种， 酸类8 种，酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其他5 种。7 7 种有机污染物中已被确认的可疑致癌物1 种，其相对含量位于7 7 种有机污染物之首。 促癌物、辅致癌物5 种，被列入我国环境优先污染物“黑名单”的5 种。渗滤液中 粗、重颗粒少，自然沉降性能较差，另外其中腐殖质易与重金属离子产生鳌合作用， 呈褐黄色，外观浑浊，呈胶体状，且有恶臭。其水质基本特征有如下几点： ( 1 ) 污染物浓度高、毒性大垃圾渗滤液含有大量的各种有机物，其C O D 、B O D 5 可随着地区差异、消费结构的不同、填埋技术、场龄及气象和地质等条件的不同而 变化。其中C O D 、B O D 5 可分别高达8 00 0 0m g L 1 和3 50 0 0m g L 。以上，属高浓度 有机废水。 ( 2 ) 氨氮浓度高氨氮浓度可达25 0 0m g L 。以上，随垃圾填埋场场龄的增加， 垃圾渗滤液中氨氮占的比例也相应增加。在生物处理系统中，高浓度氨氮会严重的 毒化微生物，使微生物活性受到抑制，甚至完全失活。 ( 3 ) 微生物营养元素比例失调生物法是处理有机废水的最常用方法，废水的 可生化性是进行生物法处理的前提。通常废水的可生化性取决于B O D s C O D 和营养 素C N 、C P 的比值等。垃圾渗滤液是各种不同场龄渗滤液形成的混合污水，已经过 5 河北科技大学硕士学位论文 了较长时间的微生物作用，废水中相当部分有机物己被生物降解，从而使B O D 5 C O D 值显明降低。 ( 4 ) 水质变化大影响垃圾渗滤液水质的因素很多，如垃圾种类、成份、数量、 填埋方式、气象地质、填埋时间和地点及管理水平等。不同填埋场的垃圾渗滤液组 成往往有很大差异。即使同填埋场，在同一天的不同时间，垃圾渗滤液也可能有明 显不同。表1 2 列出了国内外部分城市垃圾填埋场渗滤液的水质参数【1 2 】。 表1 2 国内外部分城市垃圾填埋场渗滤液的水质参数 T a b 1 - 2T h ew a t e rq u a l i t yp a r a m e t e ro f p a r t i a lt o w nl a n d f i l ll e a c h a t ei nd o m e s t i ca n df o r e i g n B O D s T o C 总悬浮固体 有机氮 氨氮 硝酸氮 总磷 有机磷 C a C 0 3 碱度 p H C a C 0 3 硬度 C a M g K N a C l S 2 0 0 0 3 00 0 0 l5 0 0 2 0 0 0 0 2 0 0 20 0 0 1 0 8 0 0 1 0 8 0 0 5 4 0 5 1 0 0 4 8 0 10 0 0 1 0 0 0 0 4 5 7 5 3 0 0 - 1 00 0 0 2 0 0 30 0 0 5 0 15 0 0 2 0 0 10 0 0 2 0 0 25 0 0 2 0 0 30 0 0 5 0 10 0 0 1 00 0 0 60 0 0 5 0 0 2 0 0 2 0 0 2 5 3 0 2 0 30 0 0 6 35 0 0 10 0 0 2 5 0 3 0 0 5 0 0 5 0 0 3 0 0 1 0 0 2 0 0 8 0 - 1 6 0 1 0 0 - 4 0 0 8 0 - 1 2 0 2 0 4 0 5 - l O 5 一1 0 4 8 2 0 0 10 0 0 6 6 7 5 2 0 0 - 5 0 0 1 0 0 4 0 0 5 0 2 0 0 5 0 - 4 0 0 1 0 0 2 0 0 l O O 4 0 0 2 0 5 0 注：上述除p H 无量纲外，其余单位均为m g L 一 1 3 3 影晌垃圾渗滤液成分和性质的因素 1 3 3 1 水量变化对水质的影响 垃圾填埋场水量的变化会导致水质的剧烈变化，而渗滤液的产生量受气候和季 6 第】章绪论 节变化影响。如在积雪和非积雪地区，渗滤液产生量的最大值和最小值之比可达1 0 ：1 和4 ：1 。沈耀良【l3 J 根据苏州岐山垃圾填埋场渗滤液年均产量和暴雨时产量对渗滤液的 C O D 浓度进行估算，两种情况下的浓度之比为1 ：3 0 1 ：6 0 ，国外进行的研究结果为 1 ：6 - 1 ：10 0 0 。特别是在久旱不雨之后突降暴雨，渗滤液中污染物浓度急剧增加，形 成强烈的冲击负荷。 1 3 3 2 填埋时间对水质的影晌 垃圾填埋场相当于一个生物反应器，其中垃圾稳定化过程是在厌氧微生物的作 用下完成的。随着垃圾填埋时间的增加，渗滤液的水质将发生相应的变化。垃圾在 填埋场内分解主要有五个阶段，即调整期、过渡期、酸形成期、甲烷形成期、最后 成熟期。在这五个阶段，渗滤液中有机物的浓度呈现出上升、短期稳定、下降的变 化趋势。刘疆鹰等人【1 4 】对上海市老港填埋场的研究显示，该填埋场渗滤液C O D 浓度 与上升转为下降的转折点在3 5 年左右。垃圾经过1 5 年的填埋以后，C O D 的排放浓 度将降至1 0 0m g L 。1 以下。表1 - 3 1 5 】列出了某垃圾填埋场渗滤液随填埋年限的增加其 C O D 、B O D 5 、B O D s C O D 的变化情况。 由表1 3 可以看出，B O D 5 C O D 值与垃圾填埋场的使用年限有密切关系。随填 埋场由“年轻”逐渐向“中老年”过渡时，渗滤液中的高分子复杂有机物相对含量增加而 导致B O D 5 C O D 值下降。C h i a n 和S c o t t 等人【1 6 , 1 7 】分别对不同年龄填埋场渗滤液的 B O D 5 C O D 研究表明，填埋5 年以内的垃圾填埋场其B O D 5 C O D 为0 5 左右，填埋 5 l o 年间的B O D 5 C O D 为O 1 一o 5 ，而填埋超过l o 年后，由于垃圾的稳定化，其渗 滤液的B O D 5 c O D 可小于0 ，1 。 表】- 3填埋单元垃圾渗滤液水质变化 T a b 1 - 3T h el e a e h a t ew a t e rq u a l i t 3 ，c h a n g e si nl a n d f i l lu n i t 填埋年份年 B O D 5 X1 0 3 ( m g L 1 ) 2 5 1 0 0 2 9 0 2 60 2 4 0 2 1 0 1 9 0 1 60 1 3O 1O 0 80 0 70 0 6 C O D X1 0 3 ( r a g L 。1 )3 51 61 8 51 51 41 31 21 1 51 11 0 510 9 50 9 B O D ；C O D0 7 lO 6 00 1 70 1 60 1 60 1 60 1 40 1 30 1 00 0 80 0 70 0 60 0 6 1 3 2 3 垃圾成分对水质的影响 ( 1 ) 有机物垃圾在填埋过程中主要存在两种作用，一是固体垃圾中有机物分 解，形成可溶性或挥发性的产物，进入渗滤液或大气；另一种作用是稳定的腐殖质 的合成，这些腐殖质部分留在垃圾中，一部分进入渗滤液。这两种作用的综合结 果是使渗滤液中不同分子有机物增高。 ( 2 ) 氨氮渗滤液中高浓度的氨氮是导致其处理难度增大的一个重要原因。当 进入产甲烷阶段时，填埋场渗滤液中的氨氮浓度不断上升，直至最后封场，浓度可 7 河北科技大学硕士学位论文 高达1 00 0 0m g L 。S h i s k o w s K i 等人对加拿大B u m sB o g 垃圾填埋场渗滤液为期1 6 0 天的研究表明，氨氮浓度由2 0 0m g L o 迅速增加至12 0 0m g L ，最高达15 0 0m g L 一。 刘疆鹰【1 8 , 1 9 l 等人对上海市老港填埋场的研究显示，在垃圾好氧降解、兼性厌氧降解 和完全厌氧降解的初期( 约为封场后5 0 0d 左右) ，渗滤液中的氮以氨氮、硝酸盐氮、 亚硝酸盐氮和多种有机氮的形式存在，各种形式的氮在微生物作用下相互转化，此 阶段氨氮浓度很高，数值变化大，难以准确预测。垃圾进入完全厌氧降解的后期， 渗滤液中的氮主要以N H 3 N 的形式存在。在此阶段，由于微生物生长繁殖对主要营 养元素碳、氮、磷需求的比例关系，表现出产氨氮浓度随时间的衰减比C O D 、B O D 5 慢得多，而较高的氨氮浓度又进一步抑制了微生物的生长繁殖，再加上垃圾经历了 好氧阶段、兼性好氧阶段、完全厌氧阶段初期后，积累了大量的不利于微生物生长 的代谢产物，所以，微生物对剩余垃圾的降解更加缓慢。垃圾填埋场内的微生物实 际上是混合菌种的微生物群体，伴随垃圾的降解，其内部发生着与环境营养条件相 适应的优势菌种的改变，具体地说就是氨氮的积累、浓度的增加必然导致以降解、 利用氨氮为主的微生物优先生长，这样就会有利于氨氮的降解：又由于填埋场中发 生着许多复杂的化学反应，氨氮可以与一些物质反应生成不溶于水的、不可生化的 络合物，也可以转化成腐殖酸中的成分，从而使溶解在渗滤液中的氨氮浓度降低。 ( 3 ) 总磷垃圾渗滤液的含磷量通常较低，尤其是溶解的磷酸盐浓度更低。渗 滤液中溶解性磷盐的含量主要由C a 5 0 H ( P 0 4 ) 3 控制。垃圾渗滤液中的C a 2 + 浓度和总 碱度水平均很高，可以分别达到72 0 0m g L d 和2 50 0 0m g L ，但是T P 的浓度仅为 0 1 2 5m g L 一。因而渗滤液的溶解性磷酸盐含量受到C a 2 + 浓度和碱度水平的影响，导 致生物处理中的缺磷问题。沈耀良【2 0 】在进行厌氧( A B R ) ( 水解酸化) + 好氧工艺处理渗 滤液与城市污水的混合废水过程中发现，当渗滤液与城市污水的体积混合比达到 4 ：6 5 ：5 时，仍发现了缺磷问题。姜必亮等【2 l 】的研究发现，降低渗滤液中N P 值可以 显著提高渗滤液中蛋白核小球藻种群数量同时提高水中有机物和重金属的去除率。 由于磷的缺乏直接妨碍微生物的生长和繁殖，从而影响生物处理工艺的处理效 果，因此在工程设计、调试及运行过程中必须给予高度重视。 ( 4 ) 重金属离子多数填埋场因为只接受生活垃圾，渗滤液中重金属离子含量 很少，但某些填埋场由于有工业垃圾的进入，使渗滤液中含有多种重金属离子，如 C u 、P b 、C d 、C r 、Z n 、H g 、M n 、A s 等。这些重金属离子会对生物处理过程产生严 重的抑制作用，因此在生物处理前需经预处理去除这部分重金属。 除以上分析的各种影响渗滤液水质的情况外，渗滤液的回灌操作对其水质也有 非常大的影响。近年来，国内外不少学者开始研究采用渗滤液回灌技术来加速填埋 场的稳定速度和减少渗滤液的外排量f 2 2 】，因此也引起了渗滤液水质发生相应的变化。 卢成洪等【2 3 】的研究表明，回灌技术加速了垃圾中污染物质的溶出速率，渗滤液浓度 8 第1 章绪论 达到峰值的时间提前，浓度变化幅度减小，在一定程度上均化了水质，有利于采用 生化法对废水进行预处理。另外，周北海等2 4 1 也研究表明，采用半好氧填埋技术的 填埋场渗滤液中有机物污染的浓度大幅度降低，没有出现酸积累的现象，减轻了渗 滤液生物处理的难度。 1 4 排放标准 我国根据垃圾渗滤液排放的收纳水体不同，渗滤液的排放标准也不尽相同，生 活垃圾填埋污染控制标准( G B l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 见表1 4 。 表1 - 4 垃圾渗滤液排放标准 T a b 1 - 4T h e d i s c h a r g es t a n d a r do fl a n d f i l li e a c h a t e 三级 二级 一级 l0 0 0 3 0 0 l O O 6 0 0 1 5 0 3 0 2 5 1 5 4 0 0 2 0 0 7 0 注：三级标准是排入市政管网的标准，二级和一级分别是排入地表水的标准 1 5 垃圾渗滤液处理现状 1 5 ：1 垃圾渗滤液处理技术 目前主要处理方法有物化处理法、生物处理法和土地处理法。物化法主要包括 吸附、混凝沉淀、膜技术、光催化氧化及电化学技术等；生物处理包括活性污泥法、 氧化沟、滴滤床、厌氧滤床、厌氧接触反应器等；土地处理法包括回灌和人工湿地 技术【2 5 】。现在的研究人员多将物化法和生物处理结合起来，将物化处理作为生物处 理的预处理，以提高生物处理的可生化性和降低负荷，或者作为生物处理后的深度 处理。 1 5 1 1 物化法 ( 1 ) 吸附法常用的吸附剂有活性碳、沸石、粉煤灰等。M o r a w e 等1 2 6 用两个活 性碳柱来处理经生物法处理后的垃圾渗滤液，对难降解有机物、氯化物及色度都能 降低到可接受的水平，对中间分子量的化合物具有吸附和降解的双重作用。于瑞莲 等用天然膨润土对垃圾渗沥液进行预处理，在适宜的条件下，对C O D 和色度的去 除率达到5 5 4 和5 2 8 。吸附法处理程度高，对多数有机物都有效，可适应水质 水量的变化。但吸附剂滤床易堵塞，运行费用也较高。 ( 2 ) 沉淀法包括混凝沉淀和化学沉淀。沈耀良等【2 8 1 以聚合氯化铝为混凝剂， 9 河北科技大学硕士学位论文 焦炭为吸附剂，有效去除了渗滤液中的C O D 和重金属离子。T a t s i 等1 2 州用硫酸铝和 氯化铁处理渗滤液，对早期渗滤液C O D 去除率为2 5 “ - 3 8 ，对稳定的渗滤液， C O D 去除率达7 5 。张兰英等f 3 0 J 利用铝土矿混凝及吸附的方法处理垃圾渗滤液，有 良好的去除效果。 ( 3 ) 氧化法包括化学氧化和催化氧化。化学氧化法可分解渗滤液中难降解的 有机物，提高废水的可生化性。刘春英等【3 l 】采用高锰酸钾氧化和混凝的方法对曝气 池出水进行处理，取得了良好的效果。高级氧化技术因能够产生强氧化性的自由 基O H 成为处理渗滤液的一种有效方法。B a u e r 等【3 2 】认为F e n t o n 法在处理高浓度污 水方面有很大潜力，缺点是对p H 值过于敏感，目前研究主要集中在中性和碱性范围 内。宫磊掣3 3 】采用F e n t o n 试剂氧化和化学沉淀法联合处理垃圾渗滤液，使B O D 5 C O D 比由0 2 1 4 提高到O 6 7 ，C O D 和氨氮去除率达到6 8 和9 8 。顾晓彬p 4 J 用F e n t o n 试剂处理垃圾渗滤液生化出水，C O D 去除率达6 0 以上。 此外，氧化法还包括催化氧化技术等方法【3 5 , 3 6 1 。在催化氧化方面，国内曾进行了 用锐钛型T i 0 2 做为催化剂进行光催化的研究。国外A W e n z e l 3 7 】等人通过鼓泡塔+ 薄 膜光反应器对比U V 偈0 2 、I H 2 0 2 0 3 、U V 0 3 等方法处理垃圾渗滤液的研究表明： 从运行成本和去除效率来考虑，采用U V 0 3 方法处理垃圾渗滤液是最为有效的方法。 深度氧化技术的研究主要集中在高效反应器的研制，以提高单位能耗的处理效率， 降低反应的能量输入。 ( 4 ) 膜法处理包括微孔过滤、超滤和反渗透等。L i n d e 掣蹦J 研究了反渗透法处 理3 种类型垃圾渗滤液，C O D 和氨氮去除率大于9 8 。在德国的D a m s d o r f 垃圾填 埋场，用反渗透装置超滤生化出水得到成功运行【3 9 1 。荷兰、瑞士的几个渗滤液处理 厂也采用了反渗透处理技术【4 0 】。为避免膜的污染和堵塞，进行膜处理前，需要对渗 滤液进行良好的预处理，处理中应定期对膜进行清洗。 1 5 1 2 生物法 目前垃圾渗滤液的处理主要采用生物法，包括好氧生物处理和厌氧生物处理。 对高浓度垃圾渗滤液大多采用厌氧+ 好氧的处理工艺。 ( 1 ) 厌氧生物处理法包括厌氧生物滤池、U A S B 反应器、厌氧折流板反应器 等。加拿大的K e n n e d y 等1 4 1 】采用间歇的U A S B 和连续的U A S B 处理垃圾渗滤液，负 荷范围在0 6 “ - 1 9 7k g C O D ( m 3 - d ) ，在中低负荷时，二者处理效率大致相同，高负 荷时连续的U A S B 比间歇的U A S B 更有效。厌