（市政工程专业论文）常温下强化UASB处理垃圾渗滤液的工艺研究.pdf

武汉理工夫学硕士学位论文 摘要 上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t 。简称u a s b ) 是一 种利用高浓度厌氧颗粒污泥消解水中有机物的生物处理单元。近年来，u a s b 在处 理高浓度废水的生产实践中不断地得到推广和发展。目前国内外运行的u a s b 生 物单元都是在中温一f ( 即：3 0 一3 5 ) 才能得以正常运行，这就必须要求在气 温低的地方或气温低的季节对u a s b 处理单元的进水采取加热措施。9 0 年代中期 u a s b 用于垃圾填埋场渗滤液处理，在气温较高的南方，u a s b 的处理效果较好， c o d c r 、b o d 5 的去除率达到7 0 以上，但对于中西北部地区，由于夏季、冬季温 差大，夏季活性很强的细菌到了冬天进入休眠状态，活性很低，u a s b 处理效果 较差。那么有没有一种办法使u a s b 得到强化且进水不需加热就可以达到预期的 处理效果呢? 为了研究投加活性炭能够在常温下强化u a s b i 艺的效用及原理， 笔者在黄石西塞山垃圾填埋场现场做了u a s b 模型对比试验。 本文根据模型对比试验的结果对u a s b 处理垃圾渗滤液工艺过程进行了研究 与分析。 文章介绍了垃圾渗滤液处理技术研究现状、进展和u a s b 工艺，然后介绍u a s b 的强化试验。试验是通过两组实验模型( 即试验组和对比组) 做对比试验：实 验组是在u a s b 反应器中投加颗粒活性炭，对比组中不加活性炭，实验主要分三 阶段进行：即污泥驯化培养阶段；颗粒污泥形成阶段；处理效果强化阶段。实 验的主要参数包括：颗粒污泥形成的时间长短、颗粒污泥的粒径、提高反应器 体积负荷所需的调整时间。根据出水中的c o d e r 、b o d 5 、v f a 等指标的实测，试 验数据的比较，可以得出结论：常温下在u a s b 反应器中投加颗粒状活性炭是可 以强化其处理功能的。 关键词：上流式厌氧污泥眯；垃圾渗滤液；活性炭；颗粒污泥：常温 武汉理i ：人学硕十学t | 7 ：论文 a b s t r a c t t h eu pf l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e tr e a c t o r ( u p f l o wa n a e r o b i c s l u d g eb l a n k e t , a b b r e v i a t eu a s b ) i sb i o l o g i c a lu n i tf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t w h i c hu t i l i z ed e n s eg r a n u l a t e ds l u d g ef o rd i s p o s i n ga n dp r o c e s s i n gt h eo r g a n si nt h e w a s t e w a t e r i nr e c e n ty e a r s ，u a s bi sb e i n gp o p u l a r i z e da n dd e v e l o p e dc o n s t a n t l yi n t h ep r o d u c t i o np r a c t i c e so fd e a l i n gw i t hh i g hd e n s i t yw a s t ew a t e r n o wu a s b b i o c h e m i c a lu n i tu s e d a b r o a da n dd o m e s t i c a l l yo p e r a t en o r m a l l ya tp r o p e r t e m p e r a t u r eb e t w e e n3 0a n d3 5 ，s ow a t e rm u s tb eh e a t e di nt h ep l a c ew h e r ei t i s c o l db e f o r ei tc o m et ou s e u a s bw a su s e di nt h el a n d f i l ly a r do ft h er u b b i s ha n d o o z ea n df i l t r a t et r e a t l i n gw i t hi nm i d d l ep e r i o do ft h e19 9 0 s ，i nt h es o u t hw i t hh i g h t e m p e r a t u r e s ，t h et r e a t m e n tr e s u l to fu a s bi sb e t t e r , t h eg e t t i n gr i do f r a t eo fc o d e r ， b o d 5i sm o r et h a n7 0 ，b u tt ot h em i d d l e w e s t e r na n dn o r t h e r nt e r r i t o r y ，b e c a u s e t h ed i f f e r e n c ei nt e m p e r a t u r ei sg r e a ti ns u m m e ra n dw i n t e r , t h eb a c t e r i u mw i t hv e r y s t r o n ga c t i v a t i o nr e a c h e dw i n t e rt o e n t e rt h ed o r m a n c ys t a t ei ns u m m e r ，a c t i v a t i o n v e r yl o w , u a s br u n sr e s u l tt ob er e l a t i v e l yp o o r ak i n do fm e t h o dc a nm a k eu a s b s t r e n g t h e na n de n t e r e dw a t e rt or e a c ht h ea n t i c i p a t e dt r e a t m e n tr e s u l tw i t h o u tb e i n g h e a t ? i no r d e rt o s t u d yt h eu t i l i t ya n dp r i n c i p l et h a ta d d i n gt h ea c t i v ec h a r c o a lt o u a s bt os t r e n g t h e nt h ew a s t ew a t e rt r e a t m e n tc r a f tu n d e rt h en o r m a la t m o s p h e r i c t e m p e r a t u r e ，im a k eu a s bm o d e l si no r d e rt od oc o n t r a s t i n ge x p e r i m e n t 1 1 1 i st e x tw i l ls y s t e m a t i cr e s e a r c ha n da n a l y z eu a s bt r e a t m e n tl a n d f i l ll e a c h a t e w o r k m a n s h i po nt h eb a s i so ft h et h i n gt h a tm a k em o d e l st od oc o n t r a s t i n ge x p e r i m e n t l i v ei nc i s s ei a n d f i l ly a r do nt h em o u n t a i n so fh u a n g s h i t h eb e g i n n i n go ft h ea r t i c l e w i l li n t r o d u c et h er e s e a r c hc u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o g r e s so fl a n d f i l ll e a c h a t e t r e a t m e n t ，u a s bw o r k m a n s h i po ft r e a t m e n tt e c h n o l o g y ，t h e n ，t h es t r e n g t h e na n d e x p e r i m e n to fu a s b b e i n gs t r e n g t h e nu a s bt r e a t i n gl a n d f i l ll e a c h a t ei s f i l t r a t e e x p e r i m e n t o f c r a f t t h r o u g h t w o g r o u pe x p e r i m e n t a l m o d e lt od o c o n t r a s t i n g e x p e r i m e n t a t i o n u a s br e a c t o r s ，e x p e r i m e n to fg r o u pi sa d d e dp a r t i c l e a c t i v ec h a r c o a lt ot h r o w , c o m p a r e1 i v i mg r o u pi sn o ta d d e dt h ea c t i v ec h a r c o a l t h e e x p e r i m e n td i v i d e si n t ot h r e es t a g e sa n dg o e so nm a i n l y ：n a m e l yt h em u di st a m e d t r a i n ss t a g e ；t h ep a r t i c l ea n dm u df o r ms t a g e ；d e a lw i t ht h er e s u l ta n ds t r e n g t h e n s t a g e t h em a i np a r a m e t e rt h a tc a r ea b o u tt h ee x p e r i m e n ti n c l u d e s ：t i m ef o rt h e 武汉理i ：人学硕、 ? 学位论文 s l u d g eg r a n u l e sf o r m ，t h e d i a m e t e r o fs l u d g eg r a n u l e s ，r e a c t o rv o l u m el o a da f f o r d t or i s e a c c o r d i n gt ot h ec o d e r 、b o d 5 、v f ao ft h eo u t f l o w ，t h ec o m p a r a t i v e a n a l y s i so ft h ec o m p r e h e n s i v et e s td a t ac a l ld r a wt h ec o n c l u s i o n s ：l si ta d d e dp a r t i c l e f o r ma c t i v ec h a r c o a lc a bs t r e n g t h e ni tt ot r e a t m e n tf u n c t i o nt ot h r o wa m o n gt h e r e a c t o ri nu a s bu n d e rt h en o r m a la t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e k e y w o r d ：t h eu pf l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e tr e a c t o r ；l a n d f i l ll e a c h a t e ； a c t i v ec h a r c o a l ；s l u d g eg r a n u l e s ；n o r m a la t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e ； 武汉理t ：大学硕十学位论文 第一章总论 1 1 研究背景和意义 随着经济的快速发展，人民生活水平得到了改善和提高，城市垃圾产量也 随之成倍增长，同时垃圾分成也会有很大的改变。城市垃圾的处理难度增大， 造成污染日益严重起来，已成为我国可持续发展战略的一大绊脚石。目前，垃 圾处理的方法主要有三种：焚烧、堆肥和填埋。垃圾卫生填埋作为一种成本较低、 技术相对简单、能大量处理垃圾的方式，比较适合我国国情，成为目前主要的 垃圾处理形式。但许多人误认为只要垃圾进入了填埋场就好比进了保险柜，其 实不然。填埋场自身对环境产生一定的污染，填埋场垃圾渗滤液对环境的污染 更为严重，由于种种原因，人们对垃圾渗滤液污染的危害认识不够，填埋场垃 圾渗滤液控制是一个亟待解决的环境问题。 一、垃圾渗滤液的产生和危害 垃圾渗滤液，是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋洗、冲刷， 以及地表水和地下水的浸泡而渗滤出来的污水，它是垃圾填埋过程中产生二次 污染的主要因素之一，造成水体、土壤、大气等多方面的污染，其中高浓度的 c o d 和b o d 使地面水体缺氧，水质恶化；氮、磷等营养物质则是水体富营养化的 诱因，还可能严重威胁饮用水和工农业用水水源；如果缺乏必要的防渗措旌而 使垃圾渗滤液渗入地下水富集区，则使地下水挺失利用价值，造成严重的水资 源浪费；众多有机污染物，和重金属离子进入食物链后将直接威胁人类的身体 健康，严重的还会引发流行性疾病。 c a l v e r t 曾报道距垃圾填埋场调节池5 1 2 米远的一口井中。其硬度、钙、镁 浓度、总固体量和c 0 2 都严重超标l l 】。德国l a n g 曾报道过距离填埋场下游4 k m 的地表水，水质出现明显恶化。国内郑曼英等报道：广州市老虎窿填埋场虽然 武汉理- l l 大学硕士学位论文 于1 9 9 2 年封场，但是直到1 9 9 5 年填埋场浸出的渗滤液中b o d 5 、c o d c ，、氮、 磷等仍然超标，其中以氮超标最为严重。如果不采取有效的防渗措施，对地下 水必然造成长期的、严重的污染。其具体表现为相当距离内的地下水的水质浑 浊，c o d c ，、总氮含量高，油、酚污染严重，重金属、细菌及大肠菌超标。 垃圾渗滤液的污染特性1 2 填体表现在：一是污染物种类繁多，渗滤液中的无 机物、有机物和生物全部来自于垃圾稳定过程中的生物和物理化学作用，含量 较多的有酸、醇等其中很多被列入了我国环境优先控制污染物的范畴。二是 污染浓度高，变化范围大。垃圾渗滤液中污染物种类复杂、浓度高和变化范围 大是其他性质污水所不能相比的，这也体现了渗滤液处理和处理工艺选择的难 度。三是具有显著的季节变化性。( 1 ) 渗滤液产生量的季节性变化。雨季向填埋 场区汇入的降水量大于蒸发量，渗滤液产生量大；旱季蒸发量大于降水量，渗 滤液产生量少。( 2 ) 污染物组成及其浓度的季节性变化。填埋深度较小的平原地 区填埋场，冬季微生物活性低，对垃圾的分解能力低，降雨量少，渗滤液中的 污染物组成和浓度相应降低。( 3 ) 污染物组成及其浓度随填埋场使用年限的延长 而变化。填埋垃圾层中各部分物理、化学和生物学特征及其活动方式都不同， 随累积填埋量的增多和使用年限的延长，渗滤液的水质将发生变化。“年轻”填 埋场产生的渗滤液p 1 1 值较低，1 3 0 d 与c 0 1 ) 浓度较高。 一般来讲垃圾渗滤液的水质特性如下表； 类别变化范围类别变化范围 颜色 黄一黑灰色 c u o 1 l ，4 3 嗅觉恶臭 p b0 0 6 91 5 3 总残渣 2 3 6 5 3 5 7 0 3c do o 1 3 p h5 5 8 5a so 1 0 5 c o d c r1 8 9 5 4 4 1 2 h g o o 0 3 2 b o d 5 1 1 2 6 1 9 0 0 0 c r 0 o l 2 6 1 n h 3 n 2 0 7 4 0 0m n0 4 7 3 8 5 n 0 3 一n 0 5 9 1 9 2 6c rl8 9 3 2 6 2 有机酸 4 6 2 4 6 0 0 注：表中浊度单位：m g l 武汉理工大学硕士学位论文 一般来说，其p h 值在4 9 之问，cod 在2 0 0 0 6 2 0 0 0 mg l 的范围内，b od5 从6 0 4 5 0 0 0 mg l ，重金属浓度远高于市政污水中重金属的浓度。城市 垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排入自 然水体，会造成严重的环境污染。以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可 少的。 二、垃圾渗滤液处理的主要方式和研究方向 目前，对垃圾渗滤液的处理方式有以下几种： 1 物理化学方法。主要有化学混凝沉淀、吸附法，电解氧化膜分离、活性 炭吸附、蒸干法等多种方法。当c o d 浓度为2 0 0 0 4 0 0 0 m g l 时，物理化学法的 c o d 去除率一般可达到5 0 8 0 。同生物处理法相比，物理化学法一般不受渗 滤液水质水量的影响，出水水质比较稳定，尤其是对b o d c o d 比值较低( 0 0 7 0 2 0 ) 的，难以用生物处理的渗滤液，有较好的处理效果，但其成本高。污泥量 大不适于大量渗滤液的处理。相对运用较广的是蒸发与焚烧。蒸发的目的是使 污染物呈固相浓缩，并在冷凝后获得一个可以排放的液相流，到目前为止国外 实验室的研究以及中试规模的研究表明，获得一个，2 格的同柏和一个没有污染 物的液相是非常困难。意大利人a n d r e t t a 等利用蒸发处理将渗滤液分离为两个 同相的液流进行了研究。浓缩液回流到填埋场，馏出液流进行进一步处理( 包括 硝化反硝化、消毒和吸附处理单元) 。蒸发处理方法目前还有许多问题需要解决， 如高有机物引起的泡沫问题、结垢与腐蚀阀题、蒸发表面分层问题、氨和有机 氯化物需进一步去除问题、原渗滤液蒸发处理的高能消耗问题等。美国一些公 司开发填埋场沼气蒸发一焚烧系统，这一工艺在焚烧系统运行过程中还可以产 生电力。其核心就是利用填埋场的沼气作为燃料对渗滤液进行蒸发，蒸发出的 蒸气注入到一个以剩余填埋沼气为燃料的火焰燃烧器中，在7 6 0 9 8 5 c 的温度 下将挥发性有机物( v o c s ) 破坏掉。 2 生物处理方法。主要有好氧和厌氧两种形式。好氧处理包括生物塘、回 灌( 土地处理) 、生物膜法和活性污泥法、渗滤池等生物处理技术。特别是水生 武汉理i ：人学硕十学位论文 植物系统处理垃圾渗滤液在国内已有使用。广东中山市狗仔坑垃圾填埋场采用 水葫芦氧化塘系统处理渗滤液，但有机负荷一般不高，故多用于渗滤液最后处 理工序，以保证出水满足环境目标。深圳下坪垃圾填埋场和福州红庙岭垃圾卫 生填埋场，设计均把生物塘作为渗滤液处理工艺流程的最后一环节。目前华东 最大的上海老港废物处理场亦采用氧化塘处理垃圾渗滤液。生物膜法和活性污 泥法在污水处理方面应用广泛，杭州天子岭填埋场采用缺氧一好氧两段活性污 染法处理渗滤液但效果不甚稳定。厌氧包括厌氧固定膜生物反应器、混合反应 器及厌氧塘等。但单独采用厌氧法处理渗滤液较少见。采用厌氧一好氧法处理 工艺处理高浓度的垃圾渗滤液既经济合理，处理效率又高，c o d c r 和b o d 5 的去 除率分别达8 6 8 和9 7 2 。 3 土地法。包括慢速渗滤系统( s r ) 、快速渗滤系统( r i ) 、表面漫流( o f ) 、 湿地系统( w l ) 、地下渗滤土地处理系统( 0 6 ) 以及人工快渗滤处理系统( a r t ) 等多 种土地处理系统。土地处理，主要通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀 等作用去除滤液中悬浮固体和溶解成分。通过土壤中的微生物作用使渗滤液中 的有机物和氮发生转化。通过蒸发作用减少渗滤液中的蒸发量。目前用于渗滤 液处理的土地法主要是回灌法和人工湿地。 城市垃圾渗滤液处理工艺的研究仍处于初期：一是关于渗滤液的有效控制， 减少渗滤液量和控制其水质仍有待于更深的研究：二是对于渗滤液的处理，我国 还处于探索阶段，应作更深入、更全面的研究( 如人工湿地、氧化塘等经济、处 理效果好的工艺) ；三是对渗滤液中n 、p 的有效去除，还有待系统地研究；四 是滤渗液的预处理是整个处理的关键，直接影响到其处理成败、运行费用等效 果，也要深人研究。 在城市生活垃圾填埋场的填埋初期，渗滤液的可生化性较好，适宜于生化处 理。而在填埋后期，渗滤液的可生化性较差，适宜于物化处理。这样，为最终 处理达标排放，渗滤液处理的流程一般较复杂；同时，从目前国内的填埋状况 来看，渗滤液的产生量受到许多因素的影响，水量变化系数较大，给处理设施 的运行管理带来了很大的问题，导致运行费用较高。国外有资料表明，在城市 武汉理工人学硕士学位论文 垃圾填埋场，为使渗滤液水质达到排放要求，渗滤液处理站几年内运行总费用 往往超过投资额。因此在建设垃圾填埋场时，要注意寻找一项经济、合理的渗 滤液处理方法。 城市垃圾生态卫生填埋是我国目前乃至今后较长一段时期处理垃圾的一种 主要方法。垃圾在填埋和稳定过程中会产生渗滤液，渗滤液中c o d e r 、b o d 5 、 n h 3 - n 的浓度很高，易对地下水环境产生严重污染， 垃圾渗滤液的处理方案按 处理场所可分为场外和场内两大类。场外处理是指将渗滤液送至城市污水处理 厂同城市污水一并处理。考虑到垃圾填埋场一般距城区较远( 7 k m 以上) ，渗滤 液要提升后才能进入城市污水管网，所以只有在渗滤液能自流进入城市污水管 网时，才优先选择此类方案。大多数情况下渗滤液的处理都是采用场内处理p j 。 目前，垃圾渗滤液的处理，国内外尚无普遍推广的经济有效的方法，而 且我国相当部分垃圾填埋场尚未建设渗滤液处理设施。因此，加强渗滤液废水 处理的研究，具有重要的现实意义。 u a s b 作为渗滤液处理的一个重要环节，将渗滤液中的b o d 、c o d e r 大幅 度降低，为后继处理构筑物提供了条件。u a s b 为渗滤液处理的关键技术，要达 到预期的处理效果，渗滤液水温须达到3 0 c 3 5 c ，这样要求对渗滤液有加热 工艺，增加了设备投资和渗滤液处理的运行费用。为适应我国中部和西北部地 方气温低的特点，本课题研制出常温和低温条件下保证u a s b 正常运行的技术， 适应垃圾生念填埋过程中渗滤液的处理要求。该项目的研制成功能有效节省能 耗，提高u a s b 对渗滤液的处理效果，拓展u a s b 的实用范围，防止垃圾处理 过程中产生的渗滤液对地下水的二次污染具有十分重要的意义，为适应我国西 部开发战略，该科研课题是十分必要的。 1 2 选择处理方法的原则 ( 1 ) 垃圾渗滤液具有成分复杂，水质水量变化巨大，有机物和氨氮浓度高，微生物 营养元素比例失调等特点，因此在选择垃圾渗滤液生物处理工艺时，必须详细测 定垃圾渗滤液的各种成分，分析其特点，以便采取相应的对策。还通过小试和中试， 取得可靠优化的工艺参数，以获得理想的处理效果。 ( 2 ) 多种方法应用于渗滤液的处理是可行的。在有条件的地方修筑生物塘，同时 采用水生植物系统处理渗滤液，不仅投资省，而且运行费用低。土地处理也受到人 武汉理工大学硕士学位论文 们的重视，但在渗滤液的处理中选用尚少。生物膜法和活性污泥法有成熟的运行 管理经验，近年来结合采用厌氧好氧工艺生物处理渗滤液较多。但修建专用的渗 滤液处理厂投资大，运行管理费用高，而且随着填埋场的关闭，最终使水处理设施 报废，故应慎重选用。 ( 3 ) 我国目前真正能满足卫生填埋标准的填埋场并不多，许多填埋场因为投资 所限无法按设计要求建造能达到环境保护要求的渗滤液收集系统。因此，宜发展 投资省，效果好的渗滤液处理技术。垃圾填埋场渗滤液向填埋场回灌，利用土地吸 附。土壤生物降解及垃圾填埋层的厌氧滤床作用使渗滤液降解，具有投资省、效果 好。无需专门处理设施投资等特点。而且渗滤液的回灌可使垃圾保持湿润，加速填 埋场的稳定。回灌法目前采用较少，可作深入研究，以明确回灌法的使用条件，处理 效率及回灌处理的工程设计参数。 ( 4 ) 对垃圾填埋场渗滤液进行处理是问题的一个方面，另一方面应当考虑减少 渗滤液产生量。宜发展可减少渗滤液产生量的填埋技术，如好氧填埋或准好氧填 埋。 ( 5 ) 对垃圾渗滤液的处理，我国尚处于研究探索阶段，为了建设标准化的城市垃 圾卫生填埋场，对其渗滤液的处理应作更深入的研究。 1 3 研究方法和内容 1 3 1 研究目标 常温、低温条件下( 4 2 5 c ) 提高u a s b 对渗滤液的处理效果，提高活性 污泥有机负荷率从现有已经达到的负荷水平加以提高。 1 3 2 拟采取的研究方法、技术路线 参考现有的关于u a s b 处理垃圾渗滤液及其他的高浓度有机污水的相关著 述，把渗滤液处理工艺分为预处理( 调节池) 、厌氧处理( u a s b ) 、好氧处理三 个阶段。 本课题把黄石大排山垃圾填埋场的渗滤液作为试验对象，先通过两级调节 池均化水质和水量，调整渗滤液的c n 比。再通过u a s b 反应器+ 氧化沟+ 接触 6 武汉理工大学硕士学位论文 消毒池采用不同的温度、不同的浓度的渗滤液进行驯化，活性污泥在生长的过 程中不断地吸附在活性碳的表面，在活性污泥生长和水流剪切两重作用下，以 活性碳为核心形成密度较大的颗粒状污泥，颗粒污泥形成厚实的层状絮凝团， 达到拦截、吸附、消化吸收渗滤液中的有机物。 1 3 3 研究内容及拟解决的关键问题 主要内容：常温、低温下u a s b 工艺的强化实验研究。 关键技术：投加活性碳培养并驯化颗粒污泥，使之在不同的温度下降解渗 滤液中的b o d 5 、c o d c r ，并使u a s b 反应器的正常运行的体积负荷得到明显提 高。 武汉理一1 ：大学硕士学位论文 第二章垃圾渗滤液处理技术研究现状和进展 2 1 我国垃圾渗滤液概述 渗滤液是城市垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋洗、冲刷， 以及地表水和地下水的浸泡而产生的污水。它是填埋过程中产生二次污染的 主要因素之一。垃圾渗滤液如果处理不当，可能造成水体、土壤、大气、生 物等多方面的污染1 4 1 。 2 1 1 渗滤液的来源 垃圾渗滤液主要来源有1 5 j ： ( 1 ) 降水的渗入：降水包括降雨和降雪，它是渗滤水产生的主要来源； ( 2 ) 外部地表水的渗入：这包括地表径流和地表灌溉： ( 3 ) 地下水的渗入：当填埋场内渗滤水水位低于场外地下水水位，并且没有 设置防渗系统或防渗措施不到位时，地下水就有可能渗入填埋场内： ( 4 ) 垃圾自身所含的水分：这包括垃圾本身所携带的水分以及从大气和雨水 中的吸附水量； ( 5 ) 垃圾在卫生填埋后由于微生物的厌氧分解产生的水：垃圾中的有机组分 在填埋场内分解时会产生水分。 2 1 2 渗滤液的水量和水质特征 渗滤液的水量波动较大，因为影响其产生量的因素较多，如降雨量、蒸发 量、地面流失、地下水渗入、垃圾的特性、地下层结构、表层覆土和下层排水 设旌的设置情况等等。但对于同一地区填埋场，其单位面积的年平均产生量是 在一定范围内变化的。 与城市污水相比，渗滤液的水质具有以下特点【6 | ： 有机物浓度高：大多数城市垃圾卫生填埋场渗滤液颜色黑浊、臭味浓重， c o d c ，高达6 0 0 0 3 0 0 0 0 m g l ，b o d 。可达4 0 0 0 1 5 0 0 0 m g l ： 武汉理j ：人学硕十学位论文 金属含量高：我国城市垃圾收集尚未采用分类，垃圾填埋过程中也吸纳 了部分工业废物，渗滤液中含量较高的金属离子有十多种，其中铁和锌在酸性 发酵阶段较高，铁的浓度可达2 0 0 0 m g l ，锌的浓度可达1 3 0 m g l 。 水质变化大：这是渗滤液水质最大的特点。渗滤液水质取决于填埋场的 构造方式、垃圾的种类、质量、数量以及填埋年数的长短。大气降水进入垃圾 填埋层，将其中的污染物及其降解产物溶出，因此，渗滤液的成分和性质随垃 圾填埋场的使用期的延长而不断变化，而可生化降解性越来越差( b o d c o d c r 从 初期的大于0 5 5 降至0 1 0 以下) ，其氨氮含量越来越高，具体如表2 一l 所示。 表2 - 1 渗滤液随填埋场“年龄”的变化 参考指标 1 0 年( 老年) p i t 7 5 c o d ( g l ) 1 0 3 0 0 0 m l ，h 可用5 7 米；低浓度( c o d 由于厌氧反应过程中存在氢氧化胺、碳酸氢盐等缓冲物质，p h 值难以 判断反应器中挥发性脂肪酸的积累程度，因此有必要及时分析v f a ( v o l a t i l e f a t t y a c i d ) 。一个反应器所能允许的v f a 浓度，是由许多因素决定的，也与反 应器的类型有关。v f a 积累过多将会抑制产甲烷菌的生活。出水的v f a 浓 度在u a s b 反应器的运行控制中是一项重要的参数。通过对反应器出水中v f a 浓度的分析可以直接反映出反应器的运行状况，而且对v f a 浓度的分析可以 较为快速和灵敏地反映反应器行为的微小变化。 在正常情况下，底物由酸化菌将其转化为v f a ，然后由甲烷菌将v f a 转 化为甲烷。因此甲烷菌活跃时，反应器出水中的v f a 浓度就低。当出水v f a 浓度在2 0 0m g l 以下时，反应器的运行状态最为良好。任何不利于甲烷菌生 长的因素都会导致出水v f a 浓度的上升，这是因为甲烷菌活性降低使v f a 积 累所造成的。反应温度的突然变化、进水中有毒物质的引入、p h 值的波动、 负荷的突然变化等都会由出水v f a 的交化反映出来。反应器进水状态稳定时， 其出水的p h 值下降也能反映出v f a 的浓度升高，但p h 值的变化要比v f a 的变化迟缓，有时出水中的v f a 浓度升高数倍而p h 值尚没有明显的改变。因 此从监测反应器出水v f a 浓度可以较为迅速地反映出反应器运行的状况，这 样有利于操作过程的及时调整。过负荷常常是出水v f a 升高的原因。因此当 出水v f a 升高而环境因素( 如温度、进水p h 、出水水质等) 没有明显变化时， 出水v f a 的升高可由降低反应器的负荷来调节。过负荷可能有进水c o d 浓度 或进水流量的升高引起，也会由反应器内污泥过多流失引起。出水v f a 的升 高直接影响废水处理效果，过高的出水v f a 浓度表明反应器大量的v f a 的积 累，因此是反应器p h 值下降或反应器“酸化”的预兆。一般认为，当v f a 的 浓度超过8 0 0 m g l 时，反应器即面临酸化的危险，应立即降低负荷或暂停反应 器进水，并检查环境因素有无改变。在正常运行中，应保持出水v f a 浓度在 4 0 0 m g l 以下，而以2 0 0 m g l 为最佳。 武汉理工火学硕士学位论文 ( 3 ) 污泥性质 a s s 和v s s 描述污泥性质的常见指标为s s 和v s s 。s s 指悬浮固体，是水样经过滤 得到的悬浮物经( 1 0 5 c ) 蒸发后所余固体物的量，它不包含水样中的胶体和 溶解物质。 v s s 即挥发性固体，是指污泥中在6 0 0 c 的马弗炉中能燃烧，转化成气 体逸出的那部分固体。它通常用于表示污泥中的有机物的量，也就是s s 中有 机物的量，常用m g l 表示。 b 颗粒污泥特性 颗粒污泥最重要的性质表现在以下两个方面： i 沉降性能：u a s b 反应器能在高负荷条件下保持高的污泥浓度，其关键 在于颗粒污泥具有良好的沉降性能，即使在产气和上升水流同时作用下仍能保 留在反应器内。 i i 生物活性：颗粒污泥中参与分解复杂有机物、生成甲烷的厌氧细菌可分 为三类；第一类：水解发酵菌，对有机物进行最初的分解，生成有机酸和乙醇； 第二类：产乙酸菌，对有机酸和乙醇进一步分解和利用；第三类：产甲烷菌， 将h 2 、c 0 2 、乙酸以及其它一些简单化合物转化成为甲烷。水解发酵菌、产乙 酸菌和产甲烷菌在颗粒污泥内生长，繁殖，各种细菌互营共生，菌丝交错相互 结合形成复杂的菌群结构。废水的厌氧处理过程是各类菌群密切协同作用的过 程，各类菌群的活性高，反应器的处理效果相应就好。因此颗粒污泥必须具有 较高的生物活性。对于颗粒污泥沉降性能及生物活性的研究有助于了解厌氧颗 粒污泥的特点，将为培养颗粒污泥提供更加准确可靠的理论指导。 颗粒污泥沉降性能指标： 颗粒污泥体积指数 颗粒污泥湿密度 颗粒污泥沉降速率 颗粒污泥生物活性指标： 厌氧污泥生物活性的测定可以采用微生物和化学的方法，在混合菌群中 进行a t p 、d n a 测定或进行产甲烷菌点数或进行产甲烷菌分离、培养，但这 些方法比较复杂而且其结果也可能不足以典型地反映出污泥的活性。 而在一定的污泥浓度、基质浓度和温度条件下进行厌氧消化，通过测量 武汉理工大学硕士学位论文 产生的甲烷气的数量和产气率，就可以得到污泥的产甲烷活性( s p e c i f i c m e t h a n o g e n i ca c t i v i t y ，简称s m a ) 。由于废水中被去除的c o d 主要转化为甲 烷，因此污泥产甲烷活性可以反映出污泥所能具有的去除c o d 及产甲烷的潜 力。它是污泥品质的重要参数，能较好地反映出颗粒污泥的生物活性。如在文 献1 1 5 1 9 q b ，对于厌氧污泥的研究都采用了s m a 这一指标。 4 4u a s b 试验指标测试方法 ( 1 ) c o d 的测定 目前常用于分析c o d 的方法是重铬酸钟滴定法，此外荷兰人发展了较为 简便快捷的比色法。当水样含有较多的悬浮物时，可采用滴定法：以溶解性c o d 为主的水样，则可以使用其中任何一种方法。比色法在经常性地或大量进行的 c o d 测定中可以大大降低工作量，显得十分便捷，并能提供足够精确的结果。 在本实验中采用比色法测定c o d 。 仪器：p f 1 0 光电比色计； 测定步骤： 打开测试管，倾斜拿住，慢慢加入2 0 m l 的试样，不能混合以便形成两个 单独的分层，盖上试管塞，拿住试管顶部，将其放入安全瓶内进行振荡，然后 将试管放在加热机上，调到t 4 8 x 爿j n 热两小时。加热完毕取出试管大约1 0 分 钟后振荡一次，然后自然冷却到室温，用光电比色计测定试样的c o d 浓度值。 ( 2 ) v f a 的测定 常见的v f a 测定方法有滴定方法和气相色谱法。由于条件的限制，本实验 采用滴定法。滴定法的原理是将废水以磷酸酸化后，从中蒸发出挥发性脂肪酸， 再以酚酞为指示剂用n a o h 溶液