（市政工程专业论文）矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的实验研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本课题基于对厌氧型矿化垃圾生物反应床一a r b b ( a g e d r e f u s e b a s e d b i o r e c a t o r s ) 结构一i - 的优化，形成准好氧型a r b b ，通过对反应床启动的驯 化和运行参数的研究，考察准好氧型a r b b 的对渗滤液有机物及氨氮的处理 效果，并与厌氧型a r b b 的处理效果进行对比。 驯化实验研究表明：异养菌的增殖受水力负荷的冲击变化及驯化时间的 长短影响比较明显，水力负荷变化太大，容易造成床体中微生物浓度的流出， 使碍矾化效果变差，而异养菌对一定浓度的适应时阊越长，增殖越明显，适 应时间不宜小于4 d 。在进水浓度s 1 2 0 0 0 m g l 时，硝化菌的增殖主要受氧浓 度的影响。生活污水的添加，提高了驯化初始时进水中的微生物浓度，有利 于床体中微生物的增值。 运行参数的实验研究表明，在其他因素固定的条件下，单独提高水力负 荷、配水频次及进水浓度将导致反应床c o d c r 及氨氮的去除率降低。在配瘩 频次为2 次d 或2 5 次d 时，准好氧型a r b b 的进水水力负荷适宜值为0 0 2 6 l ( k g 垃圾次) ，c o d c 。浓度以不大于1 2 0 0 0 m g l 为宜。出水p h 值的变化表 明a r b b 具有良好的碱度缓冲能力，出水p h 值越高，氨氮的去除率越高。 对比实验表明，准好氧型a r b b 较厌氧型a r b b 具有更好的c o d c ，及 氨氮去除能力，尤其氨氮的去除优势非常明显。在配水水力负荷为0 0 2 6l ( k g 垃圾次) ，配水频次为2 次d ，进水浓度为1 2 0 0 0 m g ，l 时，准好氧型a r b b 对氨氮的去除率大于9 0 ，较厌氧型a r b b 对氨氮去除率平均高4 7 。 二级串连实验研究表明，在水力负荷o 0 2 6l ( k g 垃圾次) 、进水频次2 次d 、进水浓度1 2 0 0 0 m g l 的条件下，采用准好氧型a r b b 二级串连处理渗 滤液，其出水c o d c 。和氨氮浓度分别小于1 5 0 m g l 和2 m g l ，满足 g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 二级放限值( c o d c ，3 0 0 m g l ，氨氮2 5 r a g l ) 。 本研究为填埋场渗滤液的就地处理提供了一条新的途径，对填埋场渗滤 液的污染控制有积极意义。 关键词：a r b b ；准好氧；垃圾渗滤液：驯化；矿化垃圾 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t 1 1 h es e m i a e r o b i ca r b b ( a g e d r e f u s e b a s e db i o r e c a t o r s ) i sf o r m e d b a s e d0 1 1t h es t r u c t r u r ei m p r o v e m e n to fa n a e r o i ca r b b ，t h ec o d c ra n dn i - 1 3 一n r e m o v a lr a t eo fs e m i - a e r o b i ca r b bw e r ei n v e s t i g a t e dw i t ht h es t u d yo ns t a r t u p a c c l i m a t i o na n do p e r a t i n gp a r a m e t e r s t h ec o m p a r i s o n st ot h er e s u l to fc o d e , a n dn h 3 一nr e m o v a lw e r et a k e dt ow i t ht h ea n a e r o b i ca r b b a c c l i m a t i o ne x p e r i m e n t a ls t u d yi n d i c a t e dt h a t ，t h ec h a n g eo fh y d r a u l i c l o a da n dt h el e n g t ho fa c c l i m a t i o nt i m eh a v eo b v i o u si m p a c to nt h em u l t i p l i c a t i o n o fh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i a t h ee x t r e m e l yb i gc h a n g eo fh y d r a u l i cl o a de a s i l yl e a d t ot h ee f f l u e n to fm i c r o o r g a n i s mi nt h eb e d ，t h el o n g e rt h ea d a p t a t i o nt i m eo f h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i at oac e r t a i nd e n s i t y ，t h em o r eo b v i o u sm u l t i p l i c a t i o nt e n d t ob e t h ea d a p t a t i o nt i m es h o u l dn o tl e s st h a n4 d t h en i t r i f y i n gb a c t e r i ab e i n f l u e n c e dm a n i n l yb yo x y g e nc o n c e n t r a t i o nw h e ni n f l u e n tc o n c e n t r a t i o nw a s l o w e rt h a n 1 2 0 0 0 m 【g l t h ea d d i n go fs a n i t a r ys e w a g e c a u s e dt h e h i g l l m i c r o o r g a n i s md e n s i t y ，w h i c he n h a n c e dt h ea c c l i m a i i z a t i o nr e m a r k a b l y t h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r se x p e r i m e n t a ls t u d yi n d i c a t e dt h a t ，j u s te n h a n c e t h eh y d r a u l i cl o a d ，i n f l u e n tf r e q u e n c ya n di n f l u e n tc o n c e n t r a t i o nu n d e rt h eo t h e r f a c t o rf i x e dw o u l dl e a dt ot h er e m o v a lr a t eo fn h 3 一na n dt h e c o d c r r e d u c u c t i o n w h e nt h ei n f l u e n tf r e q u e n c yi s2 d 1o r2 5 d t h es u i t a b l eh y d r a u l i c l o a di s0 0 2 6l ( k g o n c e la n dt h ei n f l u e n td e n s i t ys h o u l db ec o n t r o l l e dn o tm o r e t h a n1 2 0 0 0 m g l a l s ot h ep hc h a n g eo fe f f l u e n ts h o w st h a tt h a tt h ea r b bh a sa g o o da l k a l i n i t yb u f f e rc a p a c i t y ，t h eh i g h e rt h ep hv a l u eo fe f f u e n t ，t h eh i g h e r r e m o v a lr a t eo fn h 3 n c o n t r a s t e x p e r i m e n t s h o w st h a t c o m p a r e d w i t ha n a e r o b i c a r b b ， s e m i a e r o b i ca r b bh a sb e t t e rr e m o v a la b i l i t yt oc o d c ra n dn h 3 - n ，e s p e c i a l l y t on h 3 - n t h er e m o v a lr a t eo fs e m i a e r o b i ca r b bt on h 3 一nw e r el e s st h a n 9 0 ，w h i c nw e r eh i g h e r4 7 a v e r a g e l yt h a na n a e r o b i ca r b bw h e nh y d r a u l i c l o a d ，i n f l u e n tf r e q u e n c y a n di n f l u e n tc o n c e n t r a t i o nw e r ec o n f i r m e d0 0 2 6 i j ( k g o n c e ) ，2 d a n d1 2 0 0 0 m g ls e p a r a t e l y ，t h et w o c l u s t e ra r b be x p e r i m e n ts t u d yi n d i c a t e dt h a ti nt h ec o n d i t i o no f c e r t a i nh y d r a u l i cl o a d ，i n f l u e n tf r e q u e n c ya n di n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n ，t h ec o d e r 西南交通大学硕士研究生学位论文第lii 页 a n dn h 3 - nc o n c e n t r a t i o n si ne f f l u e n ta r el e s st h a n1 5 0 m g la n d2 m g l r e s p e c t i v e l y , w h i c hc a nm e e tl e v e l i id i s c h a r g i n gr e q u i r e m e n t ss t i p u l a t e db y g b l 6 8 8 9 - 1 9 9 7 t h i sp a p e rp r o v i d ean e w w a yf o rt h eo n s i t et r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e ，i t h a sap o s “i v es i g n i f i c a n c et ot h ec o n t r o lo ft h el a n d f i l ll e c h a t ep o l l u t i o n k e yw o r d s ：a r b b ；s e m i a e r o b i c ；l e a c h a t e ；a c c l i m a t i i o n ；a g e dr e f u s e 蘑南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 第1 章绪论 隧着城市化规模的不断扩大，我国城市生活垃圾产量以5 - - 8 的速度逐 年递增，2 0 0 4 年垃圾清运量己超过1 5 亿吨，并与历年堆存的几十亿吨固体 废物一道对生态环境构成严重威胁【。就目前垃圾处理的三种主要方法而言， 垃圾焚烧由于投资大、运行费用高、烟气处理困难，在我国的应用受到了很 大的限制；丽堆肥也由于受到分类收集实施的局限，导致堆肥产品品质低下， 产品销售困难【2 j ；相对而言，卫生填埋法具有建设周期短、工艺简单、适应 性强、处理量大、基建投资和运行成本低等特点，故其在我国垃圾处理领域 的占据主导地位，而且在今后相当长的一段时间内不会改变f 3 l 。截至2 0 0 3 年 底，我国6 6 0 个建制市中现有各类生活垃圾处理厂( 场) 5 7 4 座，年处理能力为 ”4 5 万吨。其中城市生活垃圾填埋场4 5 7 座，处理能力6 4 0 4 万吨，分别占 7 9 6 和8 4 9 ，其中约5 0 简易填埋场，3 0 受控填埋场，2 0 卫生填 埋场1 4 1 。 尽管城市垃圾卫生填埋场具有众多优势，但其在填埋阶段以及填埋场封 场后监管期间产生的渗滤液却是一个比较棘手的问题。1 9 7 7 年，美国1 8 5 0 0 个填埋场中几乎有一半对周围水体造成了污染例。1 9 7 7 年英国4 0 0 0 个填埋 场中对水体环境造成污染的比例也达到3 3 1 6 1 。城建院对全国2 9 2 座大中型 填埋场的调查结果：1 2 n 的填埋场渗滤液进行了达标处理( 进入市政管网) 4 9 的填埋场进行了处理，但未达标：而剩下3 9 的填埋场根本就没有进行 任何处理而直接排放到周围环境中，严重污染了土壤、地表水和地下水【丌。 因此，要使城市垃圾卫生填埋场真正成为“无害化”的城市垃圾处置方式，有 效控制填埋场产生的渗滤液将非常关键。 垃圾渗滤液处理虽然在各国研究的时间已较长，但目前尚无比较切实有 效的处理方法。国内目前已经运行的填埋场渗滤液处理设施一般都无法达 到排放标准，少数能实现达标排放的，也因处理流程长，运行费用高而难 以长期稳定运行。随着城市化进程的加快，土地资源越来越短缺，填埋场 的选址也越来越困难，对已填埋多年趋于稳定的填埋场进行开采利用逐渐 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 引起了人们的重视。2 0 世纪5 0 年代，以色列特拉维夫( t c l a v i v ) 市对生活 垃圾填埋场最早进行了开采利用实践【9 】。从1 9 8 0 年后，关于垃圾填埋场开 采利用的相关研究报道逐渐增多1 1 0 , l l j 。随着对填埋场矿化垃圾特性研究的深 入，1 9 9 3 年，国内率先开始了以矿化垃圾作为生物填料构建生物反应床 ( a g e d - r e f u s e b a s e db i o r e c a t o r s ，本文以下a r b b 均表示矿化垃圾生物反 应床) 进行垃圾渗滤液处理的试验研究，并取得了可喜的成就1 1 2 1 。但目前 开发的工艺在实际应用中，仍存在装置占地较大、处理负荷偏低，工艺启 动的驯化效果欠佳，出水t n 去除率低、氨氮含量较高，试验结果在现场应 用存在“放大效应”等问题。 由于具有污染物净化性能的大多数细菌、放线菌、真菌、霉菌、原生动 物等都属于好氧微生物，因此，床体中的氧浓度分布将直接影响反应床的 处理效果。通过对a r b b 进行结构上的改良，使其内部形成好氧或兼氧环 境将有利于提高反应床的处理效果。基于上述原因，开展对准好氧型a r b b 技术的研究对于填埋场渗滤液处理具有重要的意义。 1 2 渗滤液的产生及水质特点 渗滤液的产生是水或其他液体通过废物和废物挤压( 由废物重力而致) 是的渗透结果，是一种含有高浓度悬浮物和高浓度有机物或无机成分的液体。 影响渗滤液产生的因素很多，主要有以下几个方面：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、填埋场作业区的大小、垃圾覆盖层 状况等。图1 1 为垃圾填埋场中的水分循环示意图。 场外径流 垃圾层垃圾分解 _ = 7 t 一 i 地下水浸入 i _ 渗滤液 图1 - 1 垃圾填埋场水分循环示意图 垃圾渗滤液的水质特征除与上述几个因素有关外，还与垃圾填埋的时问 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 及填埋方式等因素有关。典型垃圾渗滤液的污染物含量值见表1 1 【1 引。 表1 1渗滤液中的污染物及其浓度变化范围 注：除p h 和大肠菌群外，其余项目单位均为m g l lt s - - 息砖；t c r 一总铬lv e a 一挥发性脂肪酸 由表1 - 1 可以看出，垃圾渗滤液较一般的生活废水，具有以下特性： ( 1 ) 有机物污染物种类繁多，水质复杂。垃圾渗滤液含有大量的有机物， 含量较多的有烃类及其衍生物，算之酸脂类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等。 张兰英【1 4 】等采用g c m s d s 联用技术测定出垃圾渗滤液中含有9 3 种有机污 染物，其中2 2 种被列为我国和美国e p a 环境优先控制污染物。 ( 2 ) 有机污染物浓度高且变化范围大。垃圾渗滤液中c o d c ，和b o d 5 浓度最高值可达每升数万毫克。一般来讲，c o d c 。和b o d 5 浓度随填埋场的“年 龄”增长而降低，且b c 值亦逐渐降低而碱度则呈上升趋势。 ( 3 ) 金属含量较高。垃圾渗滤液中含有1 0 多种金属离子，其浓度随着 填埋场垃圾成分的不同而有较大差异。一些金属离子如f e 和c a 的浓度可达 每升水数千毫克。 ( 4 ) 氨氮含量较高。高氨氮是垃圾渗滤液水质的一个重要特征，其随填 埋场的“年龄”增长而增加，最高可达每升数干毫克，其严重影响微生物的活 性，影响生物处理的效果。 ( 5 ) 营养元素比例失调。由于高氨氮含量，c n 比例失调，且水中p 元素缺乏，给生物处理带来一定难度。 讴南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 渗滤液处理技术研究现状 1 3 1 渗滤液处理方案 根据填埋场与渗滤液处理设施之间的关系，渗滤液的具体处理方案可分 为场内单独处理、与城市污水处理厂合并处理、预处理一合并处理及循环喷 洒处理四类。 处理方案的选择主要受经济因素的影响。若不考虑渗滤液的输送问题， 则将渗滤液与城市污水处理厂合并处理是最经济、最简单的处理方法。对采 用传统活性污泥工艺的城市污水厂而言，如果渗滤液不作预处理，直接与城 市污水合并处理，则渗滤液与城市污水的体积必须严格限制( 一般为小于5 ) ，才能保证城市污水处理厂稳定运行、出水水质变化不大，对老填埋场渗 滤液，还需从外部引入碳源以满足反硝化的需要【”1 。b o y l e 等1 1 6 l 报导，体积 比为2 的渗滤液( c o d 2 4 0 0 0 m g l ) 与城市污水混合时，污水厂处理效果不 受影响；当渗滤液体积比增至4 5 时，将出现污泥膨胀。h e n r y 等1 1 7 】认为 当渗滤液的c o d 为3 5 0 0 m g l 时，上述比例一般不得超过4 0 ，否则须通过 延长污泥龄的方法来保证处理系统中活性污泥的数量。因此，对进入城市污 水处理厂的渗滤液是有限制的，同时，由于城市垃圾填埋场通常位于离城市 较远的偏远山谷地带，离城市污水处理厂较远，采用与城市污水处理厂合并 处理的方案往往因渗滤液远距离输送的费用较高而不经济，此外，渗滤液中 通常含有重金属离子，这些重金属离子会积累于生化处理系统的活性污泥中， 容易导致活性污泥的活性下降和处理难度增加。因此渗滤液与城市污水合并 处理有一定的前提条件，应用受限。 预处理一合并处理是基于减轻进行直接混和处理时高浓度渗滤液对城市 污水处理厂水量、水质及毒物的冲击危害而采取的一种场内外联合处理方案。 用填埋场排出的渗滤液首先在填埋场内进行必要的处理，以去除渗滤液中的 重金属离子、氨氮、色度及s s 等污染物质或通过厌氧处理以改善其可生化 性、降低污染负荷，为合并处理设施的正常运行创造良好的条件。其主体处 理工艺为生物处理。如对于生活垃圾与一定数量工业垃圾的混合型填埋场产 生的渗滤液或城市污水处理厂规模较小而采取合并处理时，为防止渗滤液中 含有的较高浓度的多种金属或重金属离子影响城市污水处理厂的正常进行， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 通常对渗滤液进行物理化学等预处理以去除渗滤液中的重金属离子。氨氮 等。 渗滤液循环喷洒是随着近年对生物反应器技术的研究而提出的一种处 理方案。通过回灌可提高垃圾层的含水率( 由2 0 2 5 提高到6 0 7 0 ) ，增加填埋垃圾的湿度，增强垃圾中的微生物活性，提高产甲烷的速率、 垃圾中污染物的溶出及有机物的分解。其次，通过回灌可降低渗滤液的污染 物浓度，还可以因喷洒过程中挥发等作用而减少渗滤液的产生量，对水量和 水质起稳定化的作用，有利于渗滤液处理系统的稳定运行，节省费用。希腊 d e v 勰1 1 s 】报道，一种处于酸性降解阶段的垃圾渗滤液，其c o d 为3 9 4 0 0 m g l ， b o d s 为3 6 5 0 0 m g l ，b c 为0 5 3 ，n h 3 n 为1 2 6 0 m g l ，经回流驯化处理， c o d 减少9 0 以上，b o d 5 减少9 8 ，b c 降至0 1 ，p h 值从6 升高到8 3 ， 但总氮的平均浓度增加了3 0 。曾晓岚【”1 认为对年降雨量少、蒸发量相对较 大的地区，回喷蒸发处理垃圾渗滤液是一种较为有效的方法。尽管渗滤液回 灌处理技术在国外有广泛应用，但国内该项技术的研究大多局限于实验室研 究，现场尚无成功应用范例，并且回灌本身不能完全消除渗滤液，回灌蒸发 消减的渗滤液受蒸发量影响，对于南方降雨量大的地方，减量效果不如北方 干旱地区明显，而且回灌后的渗滤液仍需处理【”j ，此外，回灌带来一定的环 境卫生问题，这些都是目前急需解决的问题。基于上述原因，目前对渗滤液 的处理还有相当一部分立足于场内单独处理。 1 3 2 渗滤液处理技术 1 生物处理法 ( 1 ) 厌氧生物处理 厌氧生物处理方法的具体技术和反应器种类有很多种。目前已应用于渗 滤液处理的主要有上流式厌氧滤器( a f ) 、上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌 氧复合床反应器( u b f ) 、厌氧折流板反应器( a b r ) 和厌氧塘等。 上流式厌氧滤器( a f )加拿大h a l i f l a xh i g h w a y l 0 1 填埋场采用a f 处 理平均c o d l 2 8 5 0 m g l 、b c 为0 7 、p h 为5 6 的渗滤液，当负荷为4 k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率可达9 0 以上 2 “。徐竺f 2 2 j 采用a f 对成都垃 圾填埋场渗滤液进行了两年豹动态连续试验，在中温( 3 5 4 0 。c ) 消化时， c o d 3 0 0 0 8 0 0 0 m l 的渗滤液去除率达9 5 左右，即使常温下其c o d 去除 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 率也可达到9 0 左右，反应器c o d 容积负荷可达5 k ( m 3 d 1 以上。 上流式厌氧污泥床( u a s b )英国水研究中心1 2 3 】报道，用上向流式厌 氧污泥床( u a s b ) 处理c o d 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当c o d 负荷为3 6 1 9 7 k g ( m 3 d 1 ，平均泥龄为1 o 4 3 d ，温度为3 0 c 时，c o d 和b o d 5 的去除率 各为8 2 和8 5 ，该负荷比厌氧滤池要大得多。邓黛青【纠采用u a s b 法处 理城市垃圾焚烧处理厂渗滤液，结果表明，在水力停留时间6 d 、容积负荷 5 k g ( m 3 - d ) 的情况下，c o d c , 去除率可达9 3 。 厌氧复合床反应器( u b f )李军【2 5 】等利用u b f 反应器处理深圳市生活 垃圾填埋场渗滤液，结果表明，当温度为3 4 c ，h r t 为2 d ，平均容积负荷 为9 5 k g c o d ( m 3 m 时，c o d 和b o d 5 的平均去除率可达到8 3 3 和8 8 4 。 厌氧折流板反应器( a b r )沈耀良等1 2 6 j 采用a b r 工艺处理苏州七子 山生活垃圾填埋场渗滤液和城市污水的混和液，发现混合废水的可生化性大 大改善，b c 可由0 2 o 3 提高至0 4 0 6 ；当容积负荷为4 7 1k g c o d ( m l d ) 时，可形成沉降性能良好、粒径为l 5 m m 的棒状颗粒污泥。b a r b e r 等【2 7 】 总结了a b r 工艺的优点，认为对a b r 工艺中微生物平衡、营养物需求、中 间产物生成等机理的深入了解，有助于其更大规模的推广应用。 ( 2 ) 好氧生物处理 常用的好氧生物处理技术主要有活性污泥法、生物膜法、生物流化床和 曝气塘等。 一 活性污泥法在垃圾填埋场渗滤液的处理中，活性污泥法因处理费用低、 效率高而得到广泛应用。研究表明，活性污泥法能去除渗滤液中9 0 的b o d 5 和8 0 以上的总有机碳( t o c ) 。即使进水中有机碳高达1 0 0 0 m g l ，活性污 泥生物相也能很快适应并起降解作用。孙召强等【2 8 j 利用周期循环活性污泥工 艺( c a s s ) 处理盘锦市垃圾处理厂渗滤液，设计c a s s 池工作周期为2 4h ( 进 水5h 、曝气2 2h 、沉淀1h 、排水ih ) ，混合液浓度( m l v s s ) 为4 5 0 0 m g l ， 排出比为1 ：1 0 ，b o d 负荷为0 1 7 k g ( k g m l v s s d ) ，当c o d 为1 2 8 2 m g l 、 b o d 5 为9 6 8 m i l 、氨氮为4 2 m g l 时，其去除率分别为8 4 9 1 、9 8 8 3 、 9 0 9 6 ，达到设计出水水质。 生物膜法h u r d 等1 2 9 选用3 种低压聚酰胺r o 膜处理t r a i lr o a d 垃圾填 埋场渗滤液的试验结果表明：透过液的流量取决于操作压力大小及t o c 的浓 度，当操作压力 1 0 3 x 1 0 6 p a 时，透过液的流量为2 6 ，o 5 4 0 l ( m 2 - m ，t o c 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 和c l 的去除率 9 6 ，n h 3 n 的去除率 8 8 。李军等【3 0 j 开发了一种适于处 理高浓度垃圾渗滤液的a o 淹没式软填料生物膜法工艺用于深坝下坪垃圾卫 生填埋场，试验表明，a o 淹没式生物膜曝气池适宜的h r t 为2 2 1 h ( 其中厌 氧段为6 5 h 、好氧段为1 5 6 h 1 、混合液回流比为3 ，在该工艺参数下c o d 去 除率为7 1 7 、氨氮去除率为9 0 8 。 生物流化床希腊l o u k i o um x 等【3 1 1 研究了以粉末活性炭为载体的流化 床处理高浓度的渗滤液，进水为：p h7 5 ，c o d s o o o m e d l ，b o 功1 0 0 0 m g l ， n h 3 n 1 8 0 0 m g l ，结果表明c o d 、b o d s 、n 地一n 以及色度的平均去除率分 别为8 1 、9 0 、8 5 和8 0 。 曝气塘英国b r y np o s t e g 填埋场的曝气塘，容积为1 0 0 0 m 3 ，进水c o d 2 4 0 0 0 m e l ，b o d s l 8 0 0 0 m g l ，h r t 1 0 d ，o l r 1 7 5k g b o d s ( m 3 d ) ，f m 为0 0 5 0 3 d 时，曝气塘全年运行良好。c o d 、b o d 5 和n h 3 n 的去除率分 别为9 7 、9 9 和9 3 。陶涛【3 2 j 通过工程实例，推荐了曝气塘的设计和运 行相关参数。 2 物化处理法 物化处理不受水质水量变化的影响出水水质比较稳定，对b o d s c o d 介于o 0 7 o 2 0 之间及含有毒、有害的难以生化处理的渗滤液处理效果较好， 但由于物化法运行成本高，多采用于对垃圾渗滤液进行预处理和深度处理。 物化处理的方法比较多，常用的物化处理法有混凝沉淀法、氧化法、吸 附法、氨吹脱技术、膜分离法等。 混凝沉淀法混凝沉淀法是向废水中投加混凝剂，使废水中的悬浮物和 胶体聚集形成絮凝体，再加以分离的方法。目前，采用的混凝剂多为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f e s 0 4 、f e c l ，以及聚铁、聚铝等，但无论采用何种混凝剂，c o d 的去除 率一般在3 0 6 0 ，很难有突破性的提高。蒋建国等人i ”】用复合混凝剂( 9 0 p a c + i o p a m ) 及试剂a ( 一种壳聚糖) 在不同p h 及不同投加量的情况 下，对垃圾渗滤液c o d 的去除效果进行了比较分析，在p h 值5 5 和8 ，复 合混凝荆投加量为4 0 0 m l 时，对c o d 的去除率分别为3 8 6 3 和3 7 8 4 ； 试剂a 在p h 为8 ，投加量为1 0 0 m g l 时，对c o d 的去除率达到3 9 8 5 。 氧化法德国舆古斯丁垃圾填埋场渗滤液i “l 采用撞击式臭氧反应器工 艺处理c o d 为1 0 7 0 m g l ，a o x ( 可吸附的有机卤化物) 为7 2 0 a g l ，总氮 6 7 m g l 的渗滤液，在经过4 2 h 的反应后，c o d 的去除率为6 7 ，a o x 的 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 去除率为6 2 。张跃升等i3 5 j 以活性炭作催化剂、h 2 0 2 作氧化剂，处理垃圾 渗滤液的试验结果表明：在h 2 0 2 ，c o d 为1 5 ，活性炭h 2 0 2 为0 6 ，p h 为2 的条件下反应1 8 0 m i n ，c o d 及色度的去除率分别为8 2 8 和8 5 5 。王敏 等【3 6 】对渗滤液进行电解氧化实验结果表明：在p h 为8 0 ，电极材料为 r u 0 2 i r 0 2 t i 0 2 t i ，电流密度1 0 a d m 2 ，电极间距为o 5 c m ，c i 浓度为 1 0 0 0 0 m g l 条件下电解4 8 r a i n ，c o d 去除率达8 2 6 。 吸附法在渗滤液处理中，吸附法主要用于脱除水中难降解的有机物、 金属离子和色度等。隋智慧等 3 7 l 用混凝与吸附联合的方法对北京安定垃圾填 埋场渗滤液进行了预处理，研究结果表明，该方法对废水c o d 的去除率稳 定在7 0 左右，且受水质变化的影响不大。 氨吹脱技术现今去除高氨氮有机废水中的氨氮多采用吹脱法，先调节 污水至碱性，然后以曝气的方式使游离氨从水中逸出。张乐【3 8 l 采用静态烧杯 吹脱试验中，控制反应条件为：气水比为4 0 0 ，初始p h 值为1 1 ，温度保持 在3 5 ，吹脱4 h 之后，氨氮去除率可达到6 8 ，出水氨氮浓度为2 0 0 2 3 6 m g l 。实践表明，氨氮吹脱效果不是很理想，如不收集溢出的氨气，还对环 境造成污染。 3 其他处理法 主要有土地处理法、生物脱氮法、及物化和生化联合法等。 土地处理法斯洛文尼亚的b u l ct 等人1 39 】建造了一个4 5 0 m 2 的人工湿地 对渗滤液进行处理的研究，平均水力负荷o 0 3 m 3 ( m 2 - d 1 ，在进水c o d l 2 6 4 m g l ，b o d 5 为6 0 m g l ，n h 3 一n 为8 8 m g l 条件下，发现去除率c o d 为6 8 ，b o d 5 为4 6 ，n h 3 n 为8 1 。陈玉成等【a o 对重庆金刚碑垃圾填埋场渗 滤液进行了土壤渗滤和芦苇湿地两级模拟处理试验研究，原水c o d 为 6 5 2 3 1 3 3 3 m 【l ，n h 3 - n 为1 8 6 2 2 6 7 8 m g l ，色度为2 5 0 4 0 0 倍，s s 为 4 4 1 6 3 m l ，处理后的c o d 和n h 3 n 去除率均达到9 0 以上，出水水质 达国家一级排放标准。上海老港填埋场渗滤液经芦苇湿地后的出水水质达到 了上海市畜禽污染防治暂行规定的标准：c o d = 3 5 0 m g l ；b o d s = 1 8 0 m g l n h 3 - - n = 8 0 m g 1 , 。 上世纪9 0 年代，国内开始了以矿亿垃圾作为填料构建矿化垃圾生物反应 床来处理渗滤液的研究，并用于现场示范工程，取得了较好的处理效果。现 有研究表明，a r b b 的去除过程类似于土地处理的快速渗滤及废水的生物滤 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 床，对于其去除污染物的机理国内也进行了一定的研究。关于a r b b 的技术 研究本文将在第二章作以较为详细的介绍。 生物脱氦法d o n g e n e 等【4 1 j 利用s h a r o n 工艺处理氨氮浓度为1 1 5 l 的废水，水力停留时间为1 d ，有5 3 的氮氮转化为亚硝酸盐，并且稳 定运行超过两年。 物化和生化联合法王显胜【4 2 】应用a b r 接触氧化一化学氧化组合工艺 进行处理。通过分阶段污泥培养驯化以及变容积负荷进行试验研究，试验结 果表明：进水有机负荷小于1 0 k g c o d ( m 3 d ) ，好氧出水c o d 稳定在1 0 0 0 1 5 0 0 m g l ，去除率可以稳定在8 0 8 5 ；好氧池出水经过f e n t o n 氧化处 理，出水c o d 小于1 0 0 m g l 。该组合工艺对垃圾渗滤液能够进行有效处理， 运行效果较好，技术上可行。范洪波等人【4 3 】采用“水解酸化- - s b r 法一混凝 沉淀”复合工艺对城市垃圾渗滤液进行处理，结果表明：当进水c o d 为1 6 8 6 m g l ，n i - 1 3 一n 为1 2 7 6 m g l 时，通过该系统处理后，出水c o d 降到1 4 8 4m g l 、 n h 3 n 降到1 2 2 r r l g l ，c o d 总去除率达9 1 2 ，n h 3 n 去除率为9 0 4 ， 达到较好的去除有机物和脱氮效果。 1 4 研究目的、内容及技术路线 1 4 1 研究目的 本文以构建的准好氧型a r b b 为主要研究对象，通过室内模拟实验及理 论方法研究，确定a r b b 启动的最优驯化方式及其在处理填埋场渗滤液时达 标排放的主要运行工艺参数。通过本文的研究工作，拟为城市垃圾卫生填埋 场渗滤液的场内处理供理论依据和技术支持，对生活垃圾填埋场渗滤液的高 效、低耗处理和我国大量堆存的矿化垃圾的综合利用开辟新的途径。 1 4 2 主要研究内容 本课题着重于对垃圾填埋场渗滤液处理达标排放的研究，指标选取以生 活垃圾填埋污染控制标准( g b1 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 为基准，主要研究内容如下： ( 1 ) a r b b 的驯化方式研究分析比较以不同的驯化方式对a r b b 启 动驯化的效果，确定最优的鄂f 化方式；比较在同一种聊f 化方法下准好氧型及 厌氧型a r b b 的驯化效果，分祈a r b b 对污染物的主要去除机理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 2 ) 准好氧型a r b b 的运行工艺参数研究分析水力负荷、配水频次 及进水浓度的变化对准好氧型a r b b 处理效果的影响，确定其处理渗滤液的 主要运行参数。 ( 3 ) 准好氧型a r b b 的二级串连研究考察准好氧型a r b b 二级串连 工艺对渗滤液的处理效果及其出水达标排放的可能性。 ( 4 ) 厌氧型和准好氧型a r b b 对渗滤液处理效果的对比研究通过两 种类型的a r b b 对垃圾渗滤液去除效果的对比，分析准好氧型a r b b 的优势 及推广的意义 1 4 3 技术路线 根据研究目的和研究内容的需要，本研究采用“资料调研一实验方案制 定一室内模拟实验一理论分析”的整体研究思路，即在对国内外相关资料调 研分析的基础上，首先进行实验内容与实验进程的初步设计，进而制作实验 装置，开展各项实验工作。通过对所获实验数据的整理分析，不断完善和调 整实验内容和实验方案，逐步完善实验。最后通过对实验数据的科学分析实 现课题的研究目的。 具体技术路线见图1 - 2 。 蓖南交通大学硕士研究生学位论文 第二! 亟 冒l 一2 论文的研究技术路线框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 第2 章废水生物处理基本原理及a r b b 研究技术 2 1 废水生物处理基本原理 废水生物处理的作用原理概括来说，是通过微生物酶的作用，将废水中 的污染物氧化分解。在好氧条件下污染物最终被分解成c 0 2 和h 2 0 ；在厌氧 条件下最终形成c h 4 、c 0 2 、h 2 s 、n 2 和h 2 0 以及有机酸和醇等。废水生物 处理过程可归纳为四个连续进行的阶段，郎絮凝作用( 在生物膜法中称作挂 膜) 、吸附作用、氧化作用和沉淀作用。 1 絮凝作用 在废水生物处理中，细菌常以絮凝体形式存在。废水进入生物反应池后， 废水中的产荚膜细菌可分泌出粘液性物质，并相互粘连形成菌胶圉。蕴胶团 又粘连在一起，絮凝成活性污泥或粘附在载体上形成生物膜。所以，活性污 泥或生物膜是微生物群体( 包括细菌、真菌、放线菌、原生动物等) 存在的 形式，并在废水生物处理中具有重大的生态学意义。 2 吸附作用 吸附作用是发生在微小粒子表面的一种物理化学的作用过程。微生物个 体很小，并且细菌也具有胶体粒子所具有的许多特性，如细菌表面一般带有 负电荷，而废水中有机物颗粒常带有正电荷，所以它们之间有很大的吸附作 用。由于是物理化学过程，因此吸附的总量是有极限的，当达到极限后，吸 附作用就基本结束。吸附的速度在初期最大，随着时间的推移，吸附速度越 来越小。 3 氧化作用 氧化作用是发生在微生物体内的一种生物化学的代谢过程。被活性污泥 和生物膜吸附的大分子有机物质，在微生物胞外酶的作用下，水解为可溶性 有机小分子物质，然后透过细胞膜进入微生物细胞内。这些被吸收到细胞内 的物质，作为微生物的营养物质，经过一系列生化反应途径，被氧化为无机 物c 0 2 和h 2 0 等，并释放出能量，与此同时，微生物利用氧化作用过程中产 生的一些中间产物和呼吸作用释放的能量，合成细胞物质。在此过程中微生 物不断繁殖，有机物不断被氧化分解。 4 沉淀作用 废水中有机物质在活性污泥或生物膜的氧化分解作用被无机化，但活性 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 污泥或生物膜本身是有机体，若直接排放至水体，将造成二次污染。因此， 在将处理水排放至自然水体前，需进行泥水分离。 同一种有机污染物在好氧和厌氧条件下的转化是不同的，除了降解途径 即最终降解产物不同外。代谢速率也是不同的，好氧代谢的速率要要高于厌 氧代谢，而且经好氧转化积累的细胞物质量要高于厌氧转化过程。 2 2 矿化垃圾的组成及特性 矿化垃圾的概念是由同济大学赵由才课题组首次提出的。研究发现， 填埋场封场数年( 在上海一般至少在8 1 0 年以上，北方地区1 0 1 5 年以上) 后，垃圾中易降解物质完全或接近完全降解，表面沉降量非常小( 如小于1 5m m a ) ，垃圾自然产生的渗滤液和气体量极少或不产生，垃圾中可生物降 解物质的质量分数下降到3 以下，渗滤液中c o d 的质量浓度p ( c o d ) 下 降到2 5 5 0m g l 以下，此时的垃圾填埋场可以认为达到稳定化状态，所形 成的垃圾称为矿化垃圾【4 ”。 一般，矿化垃圾在外观性状上已完全不具有原始垃圾的特征，外观组成 上除大块塑料、碎玻璃、石子、块状竹木、动物骨头等大颗粒无机物和难降 解有机物随处可见外，其余细粒部分均类似土壤类物质( 黑色，分散，颗粒 较均匀，散发出新翻泥土的清新气息，没有其他异味) 。矿化垃圾细料具有 优良的理化性质和较强的吸附性能，其结构松散、有较好的水力传导和渗透 性能、较好的阳离子交换能力等；其次，矿化垃圾还可以为微生物提供优良 的生存环境，矿化垃圾中存在着数量庞大、种类繁多，以多阶段降解性为主 的微生物，可降解诸如纤维素、半纤维素、多糖和木质素等难降解有机物具 有较大的水力渗透能力，表2 1 为上海老港垃圾场1 9 9 0 、1 9 9 4 年填埋矿化 垃圾 1 5 m m 细料的主要性质【4 5 j ；而且利用矿化垃圾处理污水不存在重金属污 染的阀题，表2 - 2 【4 6 1 为上海老港填埋9 年后开采的矿化垃圾重金属浸出质量 浓度( 国家危险废物浸出毒性程序测定( g b 5 0 8 5 3 1 9 9 6 ) ) ，与地面水 环境质量标准( g b 3 8 3 8 - - 2 0 0 2 ) 比较，除重金属c u 浸出质量浓度略高( 但 也能达到二类标准) ，其余各重金属浸出质量浓度均达到一类标准。与常规 土壤相比，矿化垃圾细料在物理结构和水力学性能上具有砂土特征，而在化 学性质和微生物特性上又表现出肥沃土壤的特点，是极为优良的污水生物处 理基质，完全适合作为一种优良的生物反应器填料或介质，而且有着其他介 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 质( 如土壤) 所无法比拟的优越性能。 表2 - 1 矿化垃圾细料的主要性质 表2 - 2 填埋9 年矿化垃圾细料的重金属浸出质量浓度 注：二类水质的“c u ) 为1 0 m g l ，表示未检出 2 3a r b b