（市政工程专业论文）BAF处理垃圾渗滤液脱氮特性研究.pdf

东南大学硕士学位论文b a f 处理垃圾渗滤液的脱氯特性研究 摘要 通过分析垃圾渗滤液水质特点，结合南京市天井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程运 行调试，研究b a f 处理高浓度氨氮垃圾渗滤液的脱氮特性，探讨各工艺参数对硝化、短程硝 化、自养反硝化影响，并建立相关模型 运行调试研究表明，对进水c 0 d = 5 0 0 0 m g l 2 0 0 0 0 m g l 氨氮= 2 0 0 0 m g l 2 8 0 0 m g l 的渗淀液采用“u s b + 氨欧脱+ 混凝沉淀+ p a c t 氧化沟+ b a f ”组合工艺处理，c o d 和氮 氨的去除率可分别达到8 5 和9 0 ，其中出水氨氮达到生活垃圾填埋污染控制标准 ( g b i 鹋8 9 - 1 9 9 7 ) i i 级 遥过实验室模型试验研究曝气生物滤池处理高浓度氨氮的垃圾渗滤液硝化反应，发 现亚硝酸盐累积现象，分别研究温度、p h 值、氨氮负荷和溶解氧作为单因子时对亚硝酸盐 累积现象的影响并得出结论：当温度= 2 f i 3 0 ，p h = 7 5 8 5 ，氨氦负荷大于 1 3 9 4 k g n i 艮( m 3 滤料d ) 】气水比为2 ：l 3 ：1 时，b a f 中有明显亚硝酸盐累积现象， 亚硝酸盐浓度可达1 3 0m g l 左右 通过设计正交试验，研究了b a f 处理低b o d t n 的垃圾渗滤液的反硝化脱氮特性，认 为在极缺有机碳源的情况下，b f 反应器中会发生短程硝化一自养反硝化脱氦，认为影响 b a f 处理低b o d t n 垃圾渗滤液脱氮的因素主次顺序依次为：气水比 b o d 有机负荷 p h 值， 自养脱氮的最佳工况为：b o d - - j f f 机负荷= o 3 4 k g b o d ( 一滤料d ) 】、气水比= l ：1 、p l l 值- - - - 8 5 ，脱氦率可达4 0 5 0 。 利用短程磷化一自养反硝化脱氮，一方面节省将近1 0 0 的碳源，另一方面所需的溶解 氧较低，节省了动力费用，较适合处理b o d s 负荷低，氨氮负荷高的垃圾渗滤液。短程硝化 一自养反硝化脱氮具有启动慢、运行条件较严格等缺点，还需要进一步优化运行参数。 关键词：垃圾渗滤液；曝气生物滤池：短程硝化；自养反硝化脱氨 东南大学硕士学位论文b a f 处理垃圾渗滤液脱氮特性研究 a b s t r a c t t h r o u g ha na n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so nl a n d f i l ll e a c h a t e ，a n da c c o r d i n g t ot h ec o m m i s s i o n i n go ft h el a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n ti nn a n j i n gt i a n j i n g w a l a n d f i l l t h i sp a p e rr e s e a r c h e so nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd e n i t r i f i c a t i o no nt r e a t i n g h i g hc o n c e n t r a t e dm m o n i a - n i t r o g e nl a n d f i l ll e a c h a t ei nb a f s e v e r a lp a r a m e t e r sa n d t h e i ri n f l u e n c e so nn i t r a t i o n 、s h o r t c u t - n i t r a t i o n 、a u t o t r o p h i c d e n i t r i f i c a t i o nw e r e d i s c u s s e d ，a n dr e l a t e dm o d e l sh a db e e ns e t t e du p a d o p t i n g t h e c o m b i n e d t e c h n i q u e s o f“u a s b 4 - a m o n i ab l o w - o f f + c o a g u l a t i o n p r e c i p i t a t i o n + p a c t - o x i d a t i o nd i t c h + b a f ”t h ec o m m i s s i o n i n gr e s e a r c h i n d i c a t e st h et o t a lr e m o v a lr a t e so fo o da n dn i b nc a nr e a c h8 5 a n d9 0 w h e nt h e c o dv a l u er e a c h e s5 0 0 0m g l 2 0 0 0 0 m g l ，n i l - nv a l u er e a c h e s2 0 0 0m g l 2 8 0 0 m g l ，a n d t h ea m m o n i ae f f l u e n tc a nr e a c ht h es e c o n dg r a d eo fd o m e s t i cl a n d f i l lp o l l u t i o n c o n t r o ls t a n d a r dw h i l et h e0 0 de f f l u e n tc a n t t h r o u g hm o d l ee x p e r i m e n t s ，t h i sp a p e rs t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fn i t r a t i o n o nt r e a t i n gh i g hc o n c e n t r a t e da m m o n i a - n i t r o g e nl a n d f i l ll e a c h a t ei nb a fr e a c t o r ，a n d d i s c o v e r e dt h en i t r i t e a c c u m u l a t i o np h e n o m e n o n e x p e r i m e n t sh a db e e nm a d eo ns e v e r a l p a r a m e t e r s ，f o xe x a m p l et e m p e r a t u r e 、p h 、a m m o n i an i t r o g e n sb u r d e na n dd i s s o l v e d o x y g e n ，a ss i n g l ef a c t o ra n dt h e i ri n f l u e n c e so nn i t r i t e a c c u m u l a t i o np h e n o m e n o n c o n c l u s i o nc a nb e e nm a d et h a tt h e r ew i l lb e e nn i t r i t e a c c u m u l a t i o np h e n o m e n o ni nb a f r e a c t o ra n di t sv a l u ec a na b o v e1 3 0m g lw h e nt h et e m p e r a t u r ei s2 6 3 0 ，p hv a l u e i s7 5 8 5 ，e n u n o n i an i t r o g e n sb u r d e na b o v e1 3 9 4 k g 腿( m 3f i l t e rm a t e r i a l d ) ，g a s w a t e rr a t i oi s2 ：1 3 ：1 b yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h i sp a p e rs t u d i e dt h ed e n i t r i f i c a t i o nw h e nh a n d l i n g l o w 咖t nl a n d f i l ll e a c h a t ei nb a fr e a c t o r ，a n dd r e wac o n c l u s i o nt h a tu n d e rt h e s h o r t a g e o fo r g a n i cc a r b o ns h o r t c u t - n i t r a t i o n a u t o t r o p h i c d e n i t r i f i c a t i o nw i l l h a p p e n t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa r ei nt h eo r d e ro fg a sw a t e rr a t i o t h eb o db u r d e n p hv a l u e a n d b a f sb e s tw o r kc o n d i t i o no fn i t r o g e nr e m o v e m o n ti s ：b o d b o r d e n - - o 3 4 k g b o d ( m 3 f i l t e rm a t e r i a l d ) ，g a sw a t e rr a t i o = l ：1 。p hv a l u e = 8 5 ， w h i l et h er e m o v a lr a t eo ft nc a nr e a c h4 0 5 0 9 6 s h o r t c u t - n i t r a t i o n - a n t o t r o p h i c d e n i t r i f i c a t i o nc a ns a v en e a r l y1 0 0 c a r b o n s o u r c e s ，a n dm o t i v ee x p e n s e sf o rt h el o wd i s s o l v e do x y g e n 5 0i ta d a p t st ot r e a t l a n d f i l ll e a c h a t ew i t hl o wb o db u r d e na n dh i g hn i l 3b u r d e n b u ti ta l s oh a s s h o r t c o m i n g so fh a n d l i n gs l o w l y 、s t r i c tc o n d i t i o n ，a n dn e e d sm o r er e s e a r c ha n d b a t t e rp a r a m e t e r st oi m p r o v e k e y w o r d s ：l a n d f i l l l e m o l m t e ： b a f ： s h o r t - c u tn i t r a t i o n a u t o t r o p h i c - d e n i t r i f i c a t i o n i i 东南大学学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包括 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括含为获得东南大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做过的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：搂是日 东南大学学位论文使用 授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许 论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、 英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：选导师签名；墨蔓兰主= 步期：塞查2 1 f ! 7 第一章概述 第一章概述 1 1 城市生活垃圾渗滤液的产生及危害 填埋作为一种城市固体废弃物处理方式已被国内外广泛应用，如美国的垃圾填埋率 为7 5 ，英国为8 8 我国城市垃圾填埋处理量约占全部处理量的9 鹏以上“1 。在城市垃圾 ( m s i ) 填埋过程中，会产生一种成分复杂、污染严重的高浓度有机废水，即垃圾渗滤液。 1 1 1 城市生活垃圾的组成及垃圾填埋场的分类 城市垃圾也称城市固体废弃物，它是指城市居民日常生活产生和丢弃的生活垃圾( 包 括有机物、无机物和危险品如干电池等) ，公共场所垃圾、环卫部门道路清扫废物等的总称， 其组分见表1 - 1 。 表1 - 1 生活垃圾的组分( ) 有机物 无机物 动物植物纸张橡胶织物竹木合计 玻璃金属灰土砖瓦合计 塑料 尚瓷 1 94 3 12 65 72 00 75 5 62 50 4 4 0 01 54 4 4 随着人民生活水平的不断提高，城镇化进程的加快，城市人口的急剧增加，目前，中国 城市常住人口已超过3 亿，还有相当多的流动人口，故城镇人口将从3 亿5 亿增长到9 亿。 因此，城市生活垃圾的产量也将逐年增加。虽然中国城市居民人均年垃圾产生量低于大多数 发达国家，但其总量却相当高，目前全国生活垃圾的年产生量已达到2 亿吨，每年还以1 0 的 速度递增，历年垃圾的存量已达到6 6 亿吨，全国2 3 的城市陷入垃圾的重围“4 ”。我国城市 生活垃圾构成有以下变化趋势：有机物增加：可燃物增多；可回收利用物增多； 可利用价值增大。 城市垃圾的处理方法有焚烧、堆肥和填埋等，其中垃圾卫生填埋由于成本低、技术 相对简单、处理迅速，是目前国内外应用最广泛的垃圾处置方式。城市垃圾填埋场主要消 纳城市生活垃圾( 3 0 5 0 ) 、焚烧灰渣( 1 0 3 0 ) 、城市污水处理厂产生的脱水剩余污 泥( 1 0 9 6 2 0 9 6 ) 和破碎材料( 2 0 5 0 9 6 ) ”。 垃圾种类和成分决定垃圾渗滤液的成分，因此了解垃圾的组成可以预测渗滤液的成 分表1 - 2 为垃圾填埋场中主要污染物的成分 表1 - 2 垃圾填埋场中主要污染物成分“1 注ze c o l i 一大肠杆菌 1 1 2 垃圾渗滤液的产生及危害 垃圾渗滤液的产生受诸多因索影响，且变化无规律。垃圾渗滤液的产生来自以下五 个方面 1 ) 降水的渗入降水包括降雨和降雪，降雨的淋浴作用是渗滤液产生的主要来源。 东南大学硕士学位论文 2 ) 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉。 3 ) 地下水的渗入。当填埋场内渗滤液水位低于地下水水位，且没有设置完善防渗系 统时，地下水就有可能渗入填埋场 4 ) 垃圾本身含有的水分。这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中吸附的量。 当垃圾含水率为4 7 时，每吨垃圾可产生0 0 7 2 2 吨渗滤液。 5 ) 垃圾填埋后，微生物厌氧分解产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会 产生水分。 垃圾渗滤液属于特种有机废水，由于其污染物浓度高，流动缓慢，渗滤持续时间长， 对周围地下水和地表水均会造成严重的污染，其主要有4 种类型的污染物：复杂的有机 物，以c o d c r 表示；常规的无机成分如硝酸盐、硫酸盐、氯化物等；特殊的有机污染物； 有毒的重金属。国内外有关垃圾渗滤液污染地下水和取水水源地的事件屡有发生。例如， 我国兰州东盆地雁滩水源地因垃圾渗滤液的污染而无法再利用，西盆地马潍水源地也有部 分水井报废；澳门与珠海交界处的茂盛围因澳门垃圾渗滤液污染，导致当地河流鱼虾绝迹、 农田失收等严重后果”1 。上海黄浦江上游港口段，近年检测水质时发现水中氨氦和硝酸盐 的含量明显增高，原因是该江段距江堤不足2 0 0 米的地方有一座大型的垃圾填埋场，其渗 滤液不停流入江中”。据1 9 7 7 年资料”1 美国当时的1 8 5 0 0 0 座垃圾填埋场，几乎有一半对 水体产生污染 1 2 城市垃圾渗滤液的水量水质特点 1 2 1 城市垃圾渗滤液的水量特点 垃圾渗滤液的产生量受降水量、蒸发量、地表径流，地下水入渗量、垃圾自身特性 及填埋结构等多种因素的影响，可用下式卜1 表示 l = p + w + q i + 如+ 岛一e i 一邑一巴一h( 式l 一1 ) 式中，l 为渗滤液产量；p 为降水量；i 为垃圾中含水量；q ，为外部渗入的水量：如 为外部地表流入的水量：g 为场内微生物将解产生的水量：e l 为填埋场地表蒸发的水量； b 为填埋场地表流失的水量；b 为填埋场植物叶面蒸发的水量；h 为场水。 由于敞开的作业系统，渗滤液的产生量受气候和季节的影响也非常大，如在积雪和 非积雪地区，渗滤液产生量的最大和最小值分别为i 0 ：1 和4 ：l ”1 。因此渗滤液处理工 程设计时应采用最大日渗滤液产量”一 1 2 2 城市垃圾渗滤液的水质特点 垃圾渗滤液水质及其复杂，且变化大。垃圾渗滤液的水质特点如下。 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂垃圾渗滤液中含量较多的有烃类及其衍生物、 酸脂类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等。郑曼英等”对广州大田山垃圾渗滤液有机污染物 的分析研究表明，渗滤液中含有主要的有机物有7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烃、烯烃类 1 8 种，酸类8 种，脂类5 种，酵、酚类4 种，酰胺类2 种，其他5 种上述7 7 种有机化 合物仅占垃圾渗滤液中c o d 的1 0 9 6 左右。 2 ) 污染物浓度高且变化范围大其中b o d s 和c o d 浓度最高可达每升几万毫克，主 要是在酸性发酵阶段产生，p h 达到或略低于7 ，此时b o d s 与c o d 比值为0 5 o 6 一般而 言，c o d 、b o d ；，b o d j c o d 随场龄增长而降低，而碱度则上升。表卜3 所表示为渗滤液中 的污染物及其浓度变化范围” 一2 一 第一章概述 注：除p h 和大肠杆菌值外，其他项目单位均为b g l ：t s 一总硫；t c t - 总铬；v f a 一挥发性脂肪酸。 3 ) 水质水量变化大，有明显的季节性、地域性和阶段性。 4 ) 金属含量高由于我国垃圾分类不彻底，渗滤液中含有1 0 多种金属离子，见上 表，表卜3 。 5 ) 氨氮含量高垃圾渗滤液是一种商浓度氨氮的有机废水，且浓度随场龄的增加 而增加，约占t n 的7 0 - 8 0 。 6 ) 营养元素比例失调对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是b 0 珠：n p = l ：5 ：l ，而一般的垃圾渗滤液中踟忱p 大于3 0 0 ，即垃圾渗滤液缺磷 7 ) 其他特点渗滤液在进行生物处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正常运 行。由于渗滤液中含有较多难降解有机物，在一般的生化处理后，c o d 浓度仍有可能在5 0 0 m g l 2 0 0 0 m g l 1 3 影响城市垃圾渗滤液成分和性质的因素 影响城市垃圾渗滤液成分和性质的因素有如下四方面。 i ) 垃圾成分对渗滤液成分和性质的影响，这是主因，也是内因 2 ) 填埋场结构对渗滤液成分性质的影响。 3 ) 垃圾填埋方法对渗滤液成分性质的影响。 4 ) 垃圾场填埋场年龄对渗滤液成分性质的影响。 垃圾渗滤液通常可以根据场龄分为两大类：一类是“年轻”的渗滤液( 也称早期渗 滤液) ，其填埋时间在5 年以下，所产生的渗滤液的水质特点是：p h 较低，s o d 。和c o d 浓 度较高，b o d s c o d 的比值较高，易生物降解的挥发性脂肪酸含量较高，重金属离子浓度也 较高，易生物处理。另一类是“年老”的渗滤液( 也称晚期渗滤液) ，其填埋时间在5 年以 上，所产生的渗滤液的水质特点是：p h 接近中性，b o d s 和c o d 浓度较低，b o d c o d 的比值 较低，易生物降解的有机物浓度较低，氨氮的浓度较高。重金属离子浓度则开始下降，易 采用生化一物化联合工艺处理。 1 4 国内外垃圾渗滤液处理技术的现状及进展 国内外垃圾渗滤液的处理方案有场内处理( 渗滤液循环喷洒或场内建独立的处理系 统) 、场外处理( 直接与城市污水合并处理) 以及场内外联合处理( 预处理后的渗滤液与城 市污水合并处理) 三种方法。后两种处理形式较经济和较简单，但一般垃圾场远离市区， 远距离输送所涉及的管道投资极高，以及易对城市污水处理厂造成冲击负荷，因此对渗滤 液普遍进行场内处理。 且前渗滤液的处理技术应用较为广泛的有物化处理和生物处理两种基于箕水质的复 一3 一 东南大学硕士学位论文 杂多变性，因此必须采用组合工艺处理才能达到所要求的出水水质。目前国内外渗滤液的 处理工艺，总体采用以生物好氧处理为主体工艺。厌氧处理和物化处理作为前处理或后处 理工艺。 1 ) 厌氧生物处理厌氧生物处理具有能耗低、剩余污泥量少、所需营养物质少，如 b o d p 仅为4 0 0 ，能提高污水的可生化性等优点；但也存在出水水质差、氨氮含量较高的 缺点。因此适合作为高浓度、可生化性差的垃圾渗滤液的前处理工艺。目前应用的有厌氧 滤池( a f ) 、荷兰学者l e t t i n g a 开发的升流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧s b r 等。南京市天 井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程就是采用升流式厌氧污泥床( u a s b ) 作为前处理工艺， 目前运行良好 2 ) 好氧生物处理好氧生物处理具有出水水质好。氨氮去除效果较好等优点，因此 可以作为渗滤液生物处理主体工艺，常用的有活性污泥法、氧化塘、生物膜等。由于悬浮 生长系统，如活性污泥法，存在着对低温敏感、会因生物相分离差而丧失活性、不耐冲击 负荷等缺点；而生物膜具有明显的优势，不会因生物相可分离差而丧失活性，含有世代周 期长具有反硝化作用的微生物、抗冲击负荷强，因此较适合处理含氨氮浓度较高的垃圾渗 滤液。加拿大的b r i t i s hc o l u m b i a 大学的p e d d i e 等人采用生物转盘处理垃圾渗滤液，出 水b o d s 和肌n 浓度分别小于2 5 m g 几和i m g l ；英国泰晤士湾的某垃圾填埋场对甲烷 发酵过的垃圾渗滤液采用r b c 降低其氨氮浓度，去除率达到1 0 9 ；j o k e l a 等”在现场利用 生物滤池技术，获得了9 0 的c o d 。和n b n 去除率。 3 ) 物化处理 物化处理主要用于去除垃圾渗滤液中的氨氮、重金属离子和难降解 的有机物质，一般用于垃圾渗滤液的前处理或作为进一步提高水质的后处理。垃圾渗滤液 的物化处理工艺主要包括混凝沉淀、化学沉淀、吹脱、化学氧化和膜分离等。混凝沉淀、 化学沉淀和化学氧化法可去除s s 和色度，但药剂用量大，运行成本高。膜分离主要用于渗 滤液的深度处理，处理效果好，但膜成本高，不易推广吹脱主要用于去除高浓度的氨氮， 且技术成熟、运行成本相对较低，所以应用较广。 4 ) 其他处理技术垃圾渗滤液回灌技术、盘管式反渗透垃圾渗滤液处理技术、 f e n t o n 法、光催化氧化法、超声降解水中有机物技术等一系列新技术，有的已用于工程如 垃圾渗滤液回灌技术，有的尚处于中试阶段如f e n t o n 法。 与任何应用技术一样，垃圾渗滤液脱氮技术发展不外乎两个方向：把各种己成熟的 城市生活污水脱氮技术或工业废水脱氮技术进行组合、改进后应用于垃圾渗滤液处理； 直接根据垃圾渗滤液的水质特点开发新型的处理工艺，如垃圾渗滤液回灌技术。 对于第一个方向，国内外用于此类高氨氮有机废水的处理技术有：传统的缺氧好 氧工艺( a o ) ；在曝气池内加填料，造成生物膜内外不同的缺氧和好氧两种微环境，实现硝 化反硝化；好氧反硝化等。杨霞等人采用“p h 值调节+ 吹脱+ s b r + 加氯消毒”的工艺 进行，在原水c o d 。浓度为1 2 7 8 0 2 m g l ，n i l 3 一n 为7 3 8 9 m g l ，ph 调节至7 0 后， 经吹脱和生化处理，出水c o d 为4 1 7 7 8 m g l ，m n 为3 2 1 6r a g l ：再加 氯混合接触后，其出水完全可达到g b 8 9 7 8 - 8 8 污水排放标准“”。陈石等采用“氨吹脱+ 厌 氧生物滤池+ s 职”工艺对深圳某填埋场的渗滤液进行了中试研究，渗滤液中c o d 、b o d s 、n h 。- n 和t n 的去除率分别达到9 5 ，9 9 ，9 95 缔9 7 1 。据报道有人采用“ph 值调节+ 吹脱+ s 醒+ 吸附混凝”的工艺对某垃圾渗滤液进行试验研究，在进水c o d 。，平均值为2 1 3 8 m g l , n h r - - n 平均值为1 0 2 0 m g l ，色度平均值为1 6 0 0 倍，ph 值平均为7 6 时，可使出水c o d o r 平均值为9 1m g l ，n i i 。一n 平均值为8 1 , g l ，色度平均值为9 8 倍的处理效果，除n h ，- - n 外，其余指标均符合g b l 6 8 8 9 - 1 9 9 7 中二级标准。由南昌有色冶金设计研究院设计的高雁垃 圾填埋场渗滤液处理工程采用“厌氧( u a s b + 回灌) + 兼氧( 吸附生物+ a 0 ( 缺氧好氧 生物膜) ) + 物化( 絮凝) + 加氯消毒”的工艺流程；杭州天子岭垃圾填埋场渗滤液处理站 一4 一 第一章概述 建设初期主体工艺采用“缺氧+ 好氧两段活性污泥法”；辽宁省盘锦市垃圾处理场采用c a s s 法处理垃圾渗滤液“”。国外如美国宾州f a l l t o w n s h i p 污水处理厂，其垃圾渗滤液进水c o n 廿 为6 0 0 0m g l 2 1 0 0 pm g l 。b o 风为3 0 0 0m g l 1 3 0 0 0m g l , 氨氮为2 0 0m g l 2 0 0 0m g l ， 采用活性污泥作为主体处理工艺。当体积有机负荷为1 8 7k 9 3 0 d 6 ( m 3 d ) 时，f m 为0 。1 5 k g b o d s ( k g m l s s d ) 0 3 1 k gb o d s ( k g m l s s d ) ，b o d 5 的去除率为9 7 ；当体积有机负 荷为0 3 k g b o d j ( m 4 d ) 时，f h 为0 0 3 k gb o d ( k g m l s s d ) o 0 5k g b o d 5 ( k g 怔l s s d ) ，b o d s 的去除率为9 2 。该厂的数据说明，只要适当提高活性污泥法浓度，使 f m 在0 0 3 k gb o 隗( k g m l s s d ) o 3 1k g o o ( k g i l l s s d ) 之间( 不宜再高) ，采用活 性污泥法能够有效地处理垃圾渗滤液“”。b a f 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 工艺原来较广泛的应用于城市生活污水、印染废水、啤酒废水当中。尚未应用于垃圾渗滤 液处理。由东南大学设计的南京市天井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程采用b a f 工艺处理垃 圾渗滤液为国内首创。因此我们可以看出把各种已成熟的城市生活污水脱氮技术或工业废水 脱氮技术进行组合、改进后应用于垃圾渗滤液处理是行之有效的方法。 对于第二个方向，国内外研究成果很多。垃圾渗滤液回灌技术是种发展较快，前 景较好的垃圾渗滤液处理技术，具有促进垃圾加速降解，有效固结重金属，有利于反硝化 脱氮，有利于垃圾中有机物的气化，促进垃圾场的稳定化等优点。垃圾渗滤液回灌技术在 国外已初具规模，如宾西法尼亚的l y c o m i n g 县的垃圾填埋场、特拉华州的s t a n d t o w n 市的 中部固体废物管理中心( c s 删c ) 、佛罗里达州w o r c e s t e r 县的中心设施填埋场、奥地利的 b r e i t n a u 研究用的填埋场等”1 在我国垃圾渗滤液回灌技术刚开始起步发展 1 5 垃圾渗滤液脱氮处理技术的发展现状 1 5 1 氮索的污染 垃圾渗滤液是高浓度氨氮的重污染废水，每毫升含氮量高达数百至数千毫克，其随 意捧放将造成严重氮素污染，表现在以下几方面 刺激地表水中植物和藻类的过度生长，造成水体富营养化，并由此衍生一系列 不良后果。如藻毒素。 硝化作用引起水体缺氧。氨的理论需氧量为4 6 m g ，i 徊2 ，n 1 4 十) ，在垃圾渗滤液二 级处理出水中，氮需氧量( n o d ) 占总需氧量( t o d ) 比例可达4 3 见表1 4 假如水体 没有足够的稀释能力。其处理出水排入水体后，氨懿将耗尽溶解氧。 表1 _ 4 硝化处理出水对总需氧量的影响 1 ) 氟氮需氧量n o d 取氨氮的4 倍 氨对水生生物有毒害作用。在水中，氨以离子( m f ) 和分子( m ) 的形态存在， 引起毒害作用的主要是，升高p h 或温度可以明显增加氨氮的毒性。以鲑鱼和非鲑鱼所 做的急性毒性试验证明。鱼类出现急性中毒的n h a 浓度为0 1 1 0m g 几。 硝酸盐影响人类健康，其能诱发高铁血红蛋白血症和胃癌等疾病， 一5 一 东南大学硕士学位论文 1 5 2 脱氮技术现状 脱氮技术分为物化法和生物法两大类 物化法主要有空气畋脱法、选择性离子交换法、折点加氯法、磷酸氨镁沉淀法等 生物脱氦技术是目前应用最广、费用最经济的废水脱氮技术，传统的脱氮工艺由硝 化工艺和反硝化工艺组成。 传统的硝化工艺是利用硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为硝酸盐的处理方法。 硝化工艺诞生于2 0 世纪中叶，随着研究的深入和应用的普及，硝化工艺的类型不断增加。 根据除碳与硝化的关系，硝化工艺可分为单级处理系统和多级处理系统。根据反应器内硝 化细菌的存在状态，又可分为悬浮生长系统( 活性污泥法) 和附着生长系统( 生物膜法) ， 其中由于生物膜的特殊结构和能生长世代时间较长的硝化菌的特点，生物膜法有利于硝化 反应。 反硝化工艺是利用反硝化菌的作用将废水中的硝酸盐、亚硝酸盐以及其他氮氧化物 还原为氮气的处理方法。反硝化工艺可分为单级处理系统和多级处理系统。根据反应器内 硝化细菌的存在状态，又可分为悬浮生长系统( 活性污泥法) 和附着生长系统( 生物膜法) 。 从微生物的角度看，一方面，反硝化菌多为兼性厌氧菌，只有在氧受限制时才能进 行脱氮作用，要使反硝化过程顺利进行，必须防止氧的干扰；另一方面，反硝化菌主要是 异养型细菌，有机物是它们必不可少的能源和碳源，要使反硝化反应顺利的进行，必须为 反硝化细菌提供合适的电子供体。根据有机物的来源，反硝化工艺可分为内碳源反硝化工 艺和外碳源反硝化工艺。前者利用废水中的有机物作为碳源进行反硝化，后者则通过外加 有机碳源进行反硝化。 i 5 3 生物脱氮技术创新 近来生物脱氮理论取得重大突破，主要有以下几方面。 通过引进分子生物学技术，以1 6 s r r n a 序列为基础，对硝化菌进行全面的谱系 分析，研究发现亚硝酸菌和硝酸菌的亲属关系相距很远，两类细菌完全可以单独繁殖生长。 亚硝酸菌具有丰富的基质多样性和代谢多样性。在正常情况下，亚硝酸菌以氨 为电子供体，以氧为电子受体进行好氧呼吸；在低浓度氧时，同时利用氧和皿硝酸盐作为 电子供体：在无氧条件下，单独以死硝酸盐作为电子供体进行厌氧呼吸“。 对所有反硝化酶进行了分离研究，初步搞清了它们的结构和性能，确定了各个 酶基因的组织方式和表达控制模式，探明氧和氮氧化合物对反硝化酶的调控机制，为反硝 化工艺的设计和操作提供了理论依据。 奥地利理论化学家b r o d a 从化学反应热力学出发，预言了厌氧氨氧化反应和厌 氧氨氧化菌的存在。十多年后m u l d e r 等人在生物脱氮流化床反应器内发现了厌氧氨氧化 反应“”，接着v a nd eg r a a f 等人又以多种方法证明，厌氧氨氧化是一个生物反应。经过 长期努力，s t r o u s 等人采用梯度密度离心技术，成功地分离了厌氧氨氧化菌“，谱系证明， 被分离的两种厌氧氨氧化菌( 勖m 缸m m m 嘲曲 和_ a m 砌蚴忭姗厶) 都属于分支很 深的浮霉细菌。 基于以上生物脱氮理论的重大突破，废水生物脱氮技术取得了较快发展，出现了一 批具有创新意义的生物脱氮新工艺，如短程硝化一反硝化( s h a r o n ) 工艺、短程硝化一厌 氧氪氧化( s h a r o n - a n a m m m o x ) i 艺、好氧脱氮工艺、基于亚硝酸盐的全自养型氮去除( c a n o n ) 工艺、氧限制自养型硝化一反硝化( o l a n d ) 工艺。其中，短程硝化反硝化工艺和短程硝化 一厌氧氨氧化工艺已投入生产应用。 短程硝化，即利用亚硝酸菌和硝酸菌在生理学和生长动力学上的差异，通过有效的 工程手段和操作措施，把氨氧化控制在亚硝酸盐阶段的硝化作用。短程硝化一反硝化工艺 一6 一 第一章概述 的开发，不仅降低了硝化所需的充氧能耗，也减少了外加碳源所致的运行费用，还免去了 中和硝化产酸带来的药剂消耗。该工艺未经中间试验，便由一个1 5 l 的试验室装置直接放 大成了一个1 8 0 0 m 3 的生产系统“”。迄今为止。已有两个城市污水处理厂应用短程硝化一反 硝化工艺，脱氮效果满意“。 短程硝化一厌氧氨氧化工艺是由短程消化工艺和厌氧氨氧化工艺集成的新型生物脱氮 工艺。在短程硝化阶段，吸收了短程硝化一反硝化工艺的指导思想和操作技术，将短程硝 化进行到一定程度，使出水中的氨和亚硝酸盐之比满足厌氧氨氧化的需要。在厌氧氨氧化 阶段，以厌氧氨氧化代替短程硝化一反硝化工艺中的反硝化作用，彻底摆脱了生物脱氮对 有机物的依赖。在瑞士，短程硝化一厌氧氨氧化工艺已进行5 n ，( 硝化反应器和厌氧氨氧 化反应器各2 5m 3 ) 规模的中闯试验1 2 0 经过半年多的运行，该工艺处理厌氧消化污泥离 心液的效果良好。在荷兰，一个1 8 9 8m 3 的短程硝化一厌氧氨氧化系统( 硝化反应器1 8 0 0 o ，厌氧氨氧化反应器9 8l 矿) 已付诸应用。 1 5 4 低b o d t n 垃圾渗滤液的脱氮新思路 垃圾渗滤液为高浓度氨氮有机废水，其浓度随场龄的增加而增加，b o d t n 比值下 降。垃圾渗滤液经过厌氧( u a s b ) + 物化( 混凝沉淀) + 好氧( p a c t 氧化沟) 组合工艺处 理后，大部分可降解的有机物和部分氨氦都已去除，水质可生化性差，其b o d 含量很低， 只有2 4 m g l o o m g l ，而t n 高达3 0 0m g l 3 5 0 m g l ，b o d t n 只有0 2 ，根据传统生物 异养反硝化认为，当b o d t n 小于3 时，需要另外投加碳源才能实现反硝化脱氮，而投加外 碳源势必会提高运行成本和能耗，因此开发适合低b o d t n 垃圾渗滤液的脱氮节能新技术 有广泛的应用前景。 以亚硝酸型硝化一反硝化技术和厌氧氨氧化技术为标志的诸多新型生物脱氮技术的 向世，弥补了传统硝化一反硝化的缺陷，提高了脱氨效果，降低了脱氦成本，其各种新技 术及其优势见袁i - 5 ”“。从表中可以看出，新型的脱氦技术的优势恰好弥补了低b o d t n 垃圾渗滤液的脱氮节能技术的要求，为该种特殊废水的脱氮提供了新思路。 表1 - 5 生物脱氮新技术一览表 基于脱氮新技术的发展，结合垃圾渗滤液的高浓度氨氦和低b o d t n 比的水质特点， 国内外进行了大量的研究。1 9 9 7 年m u l d e r 提出用s h a r o n 工艺来处理城市污水厂处理中 污泥消化上清夜和垃圾渗滤液等高浓度氨氮废水可使硝化系统中亚硝酸盐的累积达到 1 0 0 。清华大学刘超翔”3 1 采用a 0 法对缺有机碳的高氨氮废水进行亚硝酸型中试研究， 运行表明。氨氮和总氮的去除率分别为9 7 2 和6 6 4 ，说明短程硝化一反硝化工艺处理该 类废水是可行的，能够节省反硝化碳源，并且反硝化效果良好。 1 6b a f 技术的现状及发展 一7 一 东南大学硕士学位论文 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e if i l t e r ) 简称b a f 。是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初 在普通生物滤池的基础上并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺，最初用于污水 的三级处理，后发展成直接用于二级处理。曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形，即 在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，并根据污水流 向不同分为下向流和上向流，污水由上向下或由下向上流过滤料层，在滤料层下部鼓风曝 气，使空气与污水逆向或同向接触。使污水中的有机物与填料表面生物膜通过生化反应得 到稳定，填料同时还起到物理过滤作用。该技术不仅可用于水体富营养化处理，而且广泛 的用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水 的处理。b a f 具有去除s s 、c o d 、b o d 、硝化、脱氮除磷、去除a o x 的作用，其最大特 点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提 下使处理工艺简化。此外，曝气生物滤池工艺有机负荷高、水力负荷大、水力停留时间短， 所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。 在国外，自8 0 年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池已 在欧美和日本等发达国家广为应用，目前世界上已有百多座大大小小的污水处理厂采用此 技术。在我国，自9 0 年代初开始对曝气生物滤池工艺进行试验研究和开发，中冶集团马鞍 山钢铁设计研究总院环境工程公司、北京环境保护科学研究院，清华大学等是我国研究开 发该技术较早的单位，并已将曝气生物滤池成功应用于多个大、中、小型工程，目前多数 实例运行良好 1 7 课题来源及主要研究内容 课题来源于南京市天井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程，目前该工程已竣工进入调试。 由东南大学设计的南京市天井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程应用“u a s b + 氨吹脱+ 混凝沉 淀+ p a 氧化沟+ b a f ”组合工艺处理垃圾渗滤液。该工艺为国内首创，因此本课题设计为b a f 处理垃圾渗滤液脱氮特性研究。 课题研究主要内容： 1 ) 工程调试研究：通过采样分析天井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程中各工艺 单元进出水水质指标： ) 研究影响u a s b 、吹脱塔、混凝沉淀、p a c t 氧化沟处理效果的因 素：b ) 研究温度、冲洗强度及冲洗周期、进水水质、有机负荷、气水比等因素对b a f 处理 垃圾渗滤液的脱氮效果影响，提出最佳脱氦运行工况，并提出理论依据。 2 ) 试验室研究：通过设计一套试验室b a f 装置，采用实际工程中p a c t 氧化沟出水 作为试验装置的进水，连续采样分析，研究b a f 反应器中的硝化一反硝化影响因素，探讨 短程硝化一自养反硝化脱氮的机理及其影响因素，建立相关模型 1 8 试验仪器及监测分析方法 基本试验仪器：常规c o d 测定装置、1 6 c 1 4 型7 2 1 分光光度计、h g 2 0 2 - 0 a o a d 电热 恒温干燥箱、t g 3 2 8 a ( s ) 分析天平、p h s 一2 5 数显p h 计、x s p 一1 6 a 显微镜、o e - 2 7 0 a ad o 便 携式溶氧仪、h e i o su vv i s i b l e 紫外分光光度计。 监测分析方法船盯： 一8 一 第一章概述 一9 一 东南大学硕士学位论文 第二章南京天井洼垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程 调试研究 2 1 工程概况 2 1 1 设计水量水质 南京市天井洼垃圾填埋场位于南京市浦口区泰山镇黄姚村，占地面积约为3 8 0 亩， 设计库容量约3 7 4 万立方米，使用年限为1 4 5 年，设计垃圾日处理量为6 0 0 吨。垃圾渗 滤液经处理后排入距场址约8 0 0 米的朱家河，该河功能为v 类水体。 该渗滤液处理工程设计规模为2 0 0 吨天。设计水质根据天井洼垃圾场垃圾渗滤液采 样监测资料确定如下：p h 值= 6 8 c o d = 5 0 0 0m g l ，b o d = 2 0 0 0m g l ，s s = 6 0 0m g l t 氨氮= 6 0 0m g l 。出水按生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 二级标准考核 出水水质指标如下袭2 - 1 表2 - i 出水水质指标 2 1 2 工艺流程 工艺流程见图2 - 1 。垃圾渗滤液经场内管道收集先进入兼氟调节池。由进水泵提升入 u a s b ，出水投加碱调节p h 值并泵入吹脱塔，气水逆向流动吹脱除去大部分游离氨，再重力 流入斜管沉淀池进行固液分离，上清液自流进入p a c t 氧化沟，经二沉池固液分离后，出水 泵入b a f ，b a f 出水经二氧化氯接触消毒池消毒后排放 辫套圬鼍 图2 - i 南京天井洼垃圾填