（环境工程专业论文）厌氧序批式反应器（asbr）预处理垃圾渗滤液试验研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 厌氧序批式反应器( a s b r ) 预处理垃圾渗滤液试验研究 摘要 本课题在中温3 5 条件下，应用小试规模厌氧序批式反应器( a s b r ) 对垃圾渗滤液进行了厌氧预处理研究。a s b r 反应器启动以颗粒污泥为种 泥，颗粒污泥是经葡萄糖配制的人工合成废水培养而成。a s b r 反应器进水 取自太原市东山新沟垃圾填埋场的集水沟内，进水c o d 在3 4 8 5 0 1 4 4 2 m g l 之间。在厌氧颗粒污泥驯化前后分别进行了b m p 测定，测定结 果表明，污泥驯化前垃圾渗滤液厌氧预处理时，渗滤液中c o d 最大甲烷化 率为4 0 ；污泥驯化后渗滤液中的c o d 最大甲烷化率提高为5 0 1 。在 0 2 9 3 8 4 9 c o d ( l d ) 有机容积负荷的范围内，用a s b r 对垃圾渗滤液的处 理结果表明： ( 1 ) 进水c o d 浓度和有机容积负荷o l r 对a s b r 反应器的运行效果有 影响，在较高的进水c o d 和o l r 条件下，反应器对c o d 去除率较高。当 o l r 为2 6 0 9 c o d ( l d ) 时c o d 去除率稳定在9 7 左右。 ( 2 ) 水力停留时间( 玎) 也是影响a s b r 处理效果的主要因素之一， 在相近的o l r 条件下，较长的h r t 有更好的c o d 去除效果。o l r 为1 1 6 g c o d ( l d ) 时，当h r t 为3 0 d 时，c o d 去除率可达到9 0 以上；当h r t 为7 d 时，c o d 去除率下降到8 0 。 ( 3 ) o l r 在o 7 3 1 0 6 9 c o d ( l d ) 之间变化时，c o d 去除率随进水时间 与反应时间比值( t r t r ) 的增大而上升；当o l r 2 2 2 9 c o d ( l d ) 时，c o d 太原理工大学硕士研究生学位论文 去除率随进水时间的延长呈现出明显的下降趋势。说明o l r 较低时，t t r 越大c o d 去除效果越好；o l r 较高时则需要较小的t f t r 。 ( 4 ) 进水中的n h 3 - n 浓度是影响a s b r 处理垃圾渗滤液效果的主要因 素，c o d 去除率随进水n h 3 - n c o d 的升高有明显的下降趋势。n h 3 - n c o d 达到0 2 7 8 时，c o d 去除率只有5 0 左右；在n h 3 n c o d 低于o i 的情况 下，a s b r 对垃圾渗滤液的c o d 去除率均可达到8 0 以上。 ( 5 ) 对a s b r 去除垃圾渗滤液中的c o d 过程中的碳平衡进行估算，初步 估计在c o d 去除过程中经由甲烷化去除的c o d 的比例为7 5 ，硫酸盐还 原所消耗的c o d 的比例为4 6 ，合成细胞所消耗的c o d 的比例为2 0 。 a s b r 反应器经过1 年的运行，甲烷化率从种泥驯化9 3 d 后的5 0 1 上升到 了7 5 。 关键词：厌氧序批式反应器，垃圾渗滤液，预处理，b m p ，c o d 太原理工大学硕士研究生学位论文 p r 巳眦a ：r a 伍n to f l a n d f i l ll e a c h a t e u s i n ga n a e r r o b i cs e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r ( a s b r ) a b s t r c t a n a e r o b i cp r e t r e a t m e n to f m u n i c i p a ll a n d f i l ll e a c h a t ew a se v a l u a t e du s i n g l a b s c a l ea n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( a s b r ) a t3 5 c t h ea s b rw a s s e e d e dw i t hg r a n u l a t e ds o l i d st h a tw e r ec u l t i v a t e dw i t hs y n t h e t i cw a s t e w a t e r c o n t a i n i n gg l u c o s e t h eb m p 0 3 i o c h e m i c a lm e t h a n ep o t e n t i a l ) w a sa s s a y e d b e f o r ea n da f t e ra n a e r o b i cg r a n u l a t e ds o l i d sw e r ea c c l i m a t e d t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h em a x i m a le f f i c i e n c yo fc o dc o n v e r s i o ni n t om e t h a n ef o ra n a e r o b i c t r e a t m e n to ft h el e a c h a t ew e r e4 0 a n d5 0 1 r e s p e c t i v e l y t h ee f f i c i e n c i e so f a s b rp r e t r e a t m e n tl e a c h a t eh a v eb e e ns t u d i e do nt h ec o n d i t i o no fo l r st h a t r a n g e df r o m0 2 9 9 c o d ( l d ) t o3 8 4 9 c o d ( l d ) t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s w e r ed r a w nf r o mt h es t u d y ： ( 1 ) i n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o na n do l rh a ds i m i l a ri n f l u e n c e so nt h e e f f i c i e n c i e so fa s b rp r e t r e a t m e n tl e a c h a t e a s b rh a db e t t e rc o dr e m o v a l e f f i c i e n c i e sw h e ni n f l u e n tc o da n do l r w e r er e l a t i v e l yh i g h e r as t e a d yc o d r e m o v a lr a t et h a tw a s9 7 r a k e d p l a c e i na s b rw h i l eo l rw a s 2 6 0 9 c o d ( l 。小 ( 2 ) h r tw a so n eo ff a c t o rt oa s b r o p e r a t i o na n dm o r ec o dr e m o v a lr a t e i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 t a k e dp l a c ei nl a r g e rh r ta tt h es a n l eo l rc o n d i t i o n s c o dr e m o v a lr a t ew a $ 9 3 a t3 0h r tw h e no l rw a s1 1 6g c o d ( l d ) ，w h e r e a sa t7h r tt h ec o d r e m o v a lr a t eo n l yh a d8 0 ( 3 ) c o dr e m o v a lr a t ei n c r e a s e db yt h et f t rr a i s i n gw h i l eo l r w a sv a r i a t e d f r o m0 7 3 9 c o d ( l d ) t o1 0 6 9 c o d ( l d ) b u tf a i l e dw h i l et f t re x t e n d e d i t s h o w e dt h a tl a r g e rc o dr e m o v a lr a t ec o r r e s p o n d e dt ob i g g e rt f t rw h e no l r w a sl o w e r a th i g h e ro l rt h er e s u l tw a s o p p o s i t e ( 4 ) i n f l u e n ta m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o nw a so n eo fi m p o r t a n tf a c t o ro n o nt h ee f f i c i e n e i e so fa s b ro p e r a t i o n c o dr e m o v a lr a t eh a df a l l i n gt e n d e n c y b yt h en h 3 - n c o dr a i s i n gu pa n dh a dn o t h i n gb u t5 0 r e m o v a lr a t e o p p o s i t e l y ，c o dr e m o v a lr a t ew o u l db em o r et h a n8 0 w h i l en h r n c o d w a s b e l o w 0 1 ( 5 ) t oe s t i m a t et h ec a r b o nb a l a n c eo fc o d r e m o v a lp r o c e s si na s b r ，c o d h a v eb e e ne x p e n d e db yc o n v e r s i o ni n t om e t h a n e 、s u l f a t er e v e r t 、g e r m i p a r i t ya r e 7 5 、4 6 、2 0 ，r e s p e c t i v e l y a f t e ro n ey e a ro p e r a t i o n ，e f f i c i e n c yo f c o d c o n v e r s i o ni n t om e t h a n er o s e dt o7 5 f r o m5 0 1 i 1 1a s b rr e a c t o r k e yw o r d s ：a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( a s b r ) ，l a n d f i l ll e a c h a t e ， p r e t r e a t m e n t ，b m p ，c o d i v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下。 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。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。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：竺至立益日期：塑1 2 ： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 导师签名：日期： 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 研究课题的提出及意义 第一章引言 1 1 1 垃圾渗滤液对环境的危害 城市垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固 体废物，以及法律、行政法规规定视为城市垃圾的固体废物，如菜叶、废纸、废塑料、 废玻璃陶瓷碎片、废家具、厨房垃圾和建筑垃圾等，但不包括工厂排出的工业固体废物。 随着我国城市化速度的加快和居民生活消费水平的提高，城市垃圾的增长十分迅速，垃 圾增长率每年约按1 0 以上的速度增长，全国一年的垃圾产量达1 4 2 亿吨。由于处置 设施严重不足，目前已有2 3 的城市陷入垃圾的包围之中。据统计，2 0 0 0 年我国城市生 活垃圾年产生量已达1 5 亿吨，占地达6 万公顷，城市垃圾问题正变得日益突出【1 1 。 目前，国际上流行的垃圾无害化处理方式以卫生填埋、焚烧和堆肥为主。其中卫生 填埋法是在科学选址的基础上，采用必要的场地防护手段和合理的填埋场结构，以最大 程度地减缓和消除垃圾对环境，尤其对地下水污染的技术。我国城市垃圾处理中7 0 以 上采用卫生填埋。卫生填埋法是应用最普遍的垃圾处理技术，与其他垃圾处理技术相比， 该法的优点是处理能力大。投资小，能较有效地达到垃圾无害化处理的目的；缺点是占 地面积大，垃圾渗滤液容易造成二次污染。 垃圾渗滤液是垃圾在堆放、填埋处理过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲 淋、地下水浸泡等原因产生的。垃圾渗滤液属于高浓度有机废水，其水质水量不稳定， 污染物种类繁多( 有机物近9 3 种) 且浓度极高，部分填埋场渗滤液的c o d 甚至可达 1 0 0 0 0 0 m g l ，氨氮浓度可达几千m g l 以上【2 】；色度深，有恶臭；含有1 0 多种金属离子 及各种有毒物质，对环境危害非常大。未经处理的垃圾渗滤液流经地表或渗入地下水后， 将大量消耗地表水体中的氧，导致水体中的需氧生物的死亡，使水质恶化；地下水一旦 被渗滤液污染，将在很长一段时期内失去利用价值。此外，垃圾渗滤液中的重金属污染 也是一项严重而又难以有效解决的问题。 1 1 2 垃圾渗滤液的处置与处理方法 垃圾渗滤液的处理一般可分为场内和场外两大类处理方案。根据填埋场与垃圾渗滤 液处理设施之间的关系，渗滤液具体处理方案可分为：( 1 ) 直接排入城市污水处理厂进 太原理王大学硕士研究生学位论文 行合并处理；( 2 ) 经必要预处理后汇入城市污水处理厂合并处理；( 3 ) 在填埋场内建设 污水处理站进行独立处理。 由于垃圾渗滤液的水质成份复杂，水质水量变化大，给处理工艺的选择和运行带来 了很大困难，是一种处理难度较大的废水。近年来，由垃圾渗滤液带来的环境问题越来 越受到人们的关注，其处理与处置已成为水处理领域和环境卫生工程领域的研究热点之 一。生活垃圾填埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 规定了渗滤液的允许排放标准( 见 表l 一1 ) 。目前，垃圾渗滤液的处理技术总体可分为物化法和生化法两大类。物化法的 研究和实践主要集中在发达国家，包括反渗透、超滤、超声波、光催化、电子柬、化学 氧化、混凝沉淀、活性碳吸附等。生物法包括各种厌氧生物处理工艺、好氧生物处理工 艺和厌氧一好氧相结合工艺处理。厌氧处理法有上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌 氧内循环式反应器( i c ) 、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器( e g s b ) 、厌氧折流板反应器( a b r ) 和厌氧序批式反应器( a s b r ) 、上流式厌氧滤器( a f ) 等；好氧处理法包括活性污泥法、 生物转盘、序批式活性污泥法( s b r ) 、曝气氧化塘、稳定塘和滴滤池等。 表i i 生活垃圾填埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - - 1 9 9 7 ) t a b l e l - - 1s t a n d a r df o rp o l l u t i o nc o n t r o lo nt h el a n d f i l ls i t ef o rd o m e s t i cw a s t e 注：三级标准是排入市政管网的标准，二级和一级标准分别是排 地表水的标准 与生物处理相比，物化处理受水质水量变化的影响小，出水水质稳定，对难于生物 降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果。但物化法处理垃圾渗滤液的成本高，在发展中国 家的应用受到限制。生化处理方法是一种相对比较成熟的技术，而且运行费用相对较低， 所以一直为人们所青睐。但经厌氧处理后的垃圾渗滤液出水中的c o d 和n h 3 - n 浓度仍 比较高，溶解氧很低，很难达到国家排放标准，因此一般还需要进行后续的好氧处理； 渗滤液的c o d 浓度一般在2 0 0 0 m g l 以上，甚至数万m e , l ，直接采用好氧生物处理技 术能耗太高，此外，渗滤液的可生化性随填埋场使用时间的增长逐渐下降，也为直接采 用好氧处理工艺带来了难度，因此，在好氧处理单元之前设置厌氧处理单元更具有技术 经济优势。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 3a s b r 处理垃圾渗滹液的优越性 近2 0 年来，随着微生物学、生物化学等学科的发展和工程实践的积累，开发出了 以上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌氧内循环式反应器0 c ) 、厌氧颗粒污泥膨胀 床反应器( e g s b ) 、厌氧折流板反应器( a b r ) 和厌氧序批式反应器( a s b r ) 等为代表的新 一代高效厌氧反应器。新型高效厌氧反应器克服了传统厌氧反应器的水力停留时间长、 有机负荷低等缺点，使之在理论和实践上有了很大进步，在处理高浓度 ( b o d 5 2 0 0 0 m g l ) 有机废水方面取得了良好的效果。 厌氧序批式反应器( a s b r ) 是美国d a g u e 教授及其合作者于9 0 年代初开发的一种 高速厌氧反应器( 美国专利号：5 ，1 8 5 ，0 7 9 ) 【3 】。a s b r 反应器是间歇运行的非稳态厌氧 生物处理过程，每个运行周期分为进水、反应、沉淀、排水和闲置5 个阶段，具有以下 特点： 1 a s b r 能够形成高活性的厌氧颗粒污泥，为其高效稳定的运行奠定了基础。颗粒 污泥的形成是延长固体生物停留时间( s r t ) 、持有高浓度生物量的有效方法；颗粒污泥 的形成大大降低了厌氧微生物对底物抑制的敏感性，因此提高了对有机污染物生物降解 的速率，有较高的有机负荷，减小了反应器容积。 2 近年来国外学者关于a s b r 的研究结果表明，a s b r 对高、低浓度有机废水均有 良好的处理效果，加之间歇、灵活的运行方式，能够适应于废水无规律排水，对有毒物 质的适应性强，非常适合于处理水质水量变化大的垃圾渗滤液。 3 在a s b r 处理动物排泄物的实验研究中，a s b r 表现出极大的氨氮承受能力。反 应器中氨氮浓度高达3 7 0 0 m g l 时，对a s b r 性能未产生不利影响，产气率继续增加， 极适合渗滤液中高氨氮含量的水质特征。 4 a s b r 本体内部进行沉淀，为生物分离提供了理想的条件，不需外设澄清设备； 减免了出流中脱气的工序，也无需三相分离器；不需要污泥回流、出水循环；反应器间 歇进水，不会出现短流，反应器底部不需要复杂的配水系统。与u a s b 相比，具有设备 构造简单、操作容易的优势。 5 a s b r 对微生物固体有着稳定的截留能力，表现在它对高浓度悬浮固体s s 有较强 的适应性和处理效能，这是u a s b 和生物滤池所不及的。 6 a s b r 能有效消除废水中的臭气，并能杀灭大量的病原菌，这己在a s b r 处理动 物排泄物的实验研究中得到证实。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 7 厌氧法对无机营养物的需求较低，适合渗滤液中低磷含量的水质特点。 8 经a s b r 处理后的出水可生化性改善，有利于后续好氧降解。 由于a s b r 具有以上特点，同时又具有与连续流反应器所不同的高度非稳态特征， 应适合用于城市垃圾渗滤液的预处理。近年来，国外有学者将a s b r 用于垃圾渗滤液处 理的研究，并取得了一些初步研究结论。作者对近年来国内外垃圾渗滤液处理技术的发 展状况进行了分析和比较，结合我国的国情，认为a s b r 工艺预处理垃圾渗滤液的课题 是一项具有理论研究和工程实践双重意义的探索性研究。 1 2 研究目的及内容 1 2 1 研究目的 本课题研究对象为太原市东山新沟垃圾填埋场垃圾渗滤液，该填埋场日填埋量为 9 5 0 吨，产生的渗滤液先由集水井收集，然后用水罐车装运至附近的下水道口并排入城 市污水管网。目前以与城市污水合并处理的方式进行处置。本课题采用已启动完成的 a s b r 反应器对垃圾渗滤液进行厌氧预处理，考察其可行性及各工艺条件对垃圾渗滤液 处理效果的影响。 1 2 2 研究内容 研究内容包括： 1 测定太原市东山新沟垃圾填埋场垃圾渗滤液的生物化学甲烷势( b i o c h e m i c m m e t h a n ep o t e n f i m ，b m p ) ，评价厌氧工艺处理该垃圾渗滤液可能达到的最大效率： 2 考察进水c o d 浓度、进水c o d 容积负荷、进水时间反应时间比值( t d t r ) 、 水力停留时间( 玎) 等因素对a s b r 处理垃圾渗滤液工艺运行效果的影响； 3 研究进水中氨氮浓度对c o d 去除效果的影响； 4 估算a s b r 反应器去除垃圾渗滤液c o d 过程中的碳平衡。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章文献综述 2 1 垃圾渗滤液的产生及水质特征 2 1 1 垃圾渗滤液的产生 当垃圾中的湿度水平超过其持水能力( 即最大湿度：垃圾中的多孔媒介物质中含有 最大量水而不至于产生水的下渗) 时，就会产生渗滤液。 垃圾渗滤液主要来源有 4 1 ： 1 降水的渗入：降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源； 2 地表水的渗入：包括地表径流和地表灌溉； 3 地下水的渗入：当填埋场内渗滤水水位低于地下水水位，且没有设置防渗系统或 防渗措施不当时，地下水就有可能渗入填埋场内； 4 垃圾本身所含的水份：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 有机物分解生成的水份：垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水份。 2 1 2 垃圾渗滤液的水量计算 垃圾渗滤液水量受到填埋场操作运行方式、填埋年限、降水强度、蒸发量、防渗措 施等诸多因素的影响f 5 1 。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量往 往有较大出入，其产量的预测方法主要有：经验公式法、水量平衡法和经验统计法【6 】， 其中水量平衡法和经验统计法在工程实际中应用较少，经验公式法所需的数据容易收 集，应用较为普遍。 经验公式法是以填埋场区汇水面积作为计算渗滤液产量的依据，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 x l x a x l o - ( 2 1 ) 式中：9 一渗滤液日产生量，m 3 ，d ； c - | 、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o 4 加7 ( 一般 取0 5 ) ；直接排水的完成区取0 2 - - 0 4 ( 一般取0 3 ) ； 芦一平价日降雨量，按最大月平均降雨量计算，m m d ； 4 填埋场汇水面积，n 1 2 。 5 太原理正大学硕士研究生学位论支 2 1 3 垃圾渗滤液的水质特征 垃圾渗滤液水质受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾体内温度、垃圾填埋时间、填埋规 律、填埋工艺、降雨渗透量等因素的影响，尤其是降雨量和填埋时间的影响。表2 - 1 给 出了我国几个大城市垃圾渗滤液的水质状况研。一般来说，垃圾渗滤液具有如下特点 p l l 】： 1 污染物浓度高。垃圾渗滤液中的c o d 最高达到1 0 0 0 0 0 m g l ，b o d 最高达到 3 8 0 0 0 m g l ，和城市生活污水相比，浓度极高。 2 水质变化大。填埋时间是影响渗滤液水质的主要因素。填埋初期，渗滤液的 b o d c o d 一般在0 4 0 7 ，采用生物处理可达到良好的去除效果。但随着填埋时间的 延长，垃圾层日趋稳定，垃圾渗滤液中的有机物浓度降低，可生化性差的有机化合物占 优势，其b o d c o d 值甚至可低于0 1 。此外，渗滤液的水质受季节降雨影响而波动较 大，其变化规律不稳定，变化幅度较大。 3 水质复杂，危害性大。张兰英等【1 2 】人采用g c m s d s 联用技术鉴定出垃圾渗滤 液中有9 3 种有机化合物，其中2 2 种被列入我国和美国e p a 环境优先控制污染物的黑 名单中。此外，渗滤液中还含有1 0 多种金属和植物营养素，水质成份十分复杂。 4 氨氮含量高，磷元素缺乏。氨氮浓度随填埋时间的增加而相应增加，最高可达 1 0 0 0 0 m g l 。在中晚期填埋场中，氨氮浓度高是垃圾渗滤液的重要特征之一，高浓度的 氨氦导致c n 严重失调，并会对生化系统产生一定的抑制作用，这是导致渗滤液难以处 理的一个重要原因。垃圾渗滤液中的磷元素含量偏低，一般情况下b o d f r p 都大于3 0 0 ， 这与微生物生长所需要的碳磷( 10 0 ：1 ) 比要求相差较大。 5 色度深、有恶臭，需考虑脱色处理。 6 金属含量高，垃圾渗滤液中含有1 0 多种金属离子，其中铅1 2 3 m g l ，锌3 7 0 m g l ， 钾、钠2 5 0 0 m g l ，钙甚至高达4 3 0 0m g ，l 。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 表2 1 我国几个大城市垃圾渗滤波水质状况 t a b l e2 1l e a e h a t eq u a m , yo f s o m ed o m e s t i cb i gc i t yl a n d f d l s 2 2 垃圾渗滤液的处置方式 2 2 1 垃圾渗滤液与城市污水合并处理 渗滤液与城市污水合并处理是指将渗滤液直接引入附近的城市污水厂进行处理，这 种方法不仅可以节省单独建设渗滤液处理系统的大额费用，还可以降低处理成本，利用 污水处理厂对渗滤液的缓冲、稀释作用和城市污水中的营养物质实现渗滤液和城市污水 的同时处理，是一种较为经济的处理方案。但由于垃圾填埋场一般远离城市污水处理厂， 渗滤液的输送将造成较大的经济负担；另外，由于垃圾渗滤液水质成分复杂，水质水量 波动大，易造成对城市污水处理厂的冲击负荷，影响甚至破坏城市污水处理厂的正常运 行。因此，在采用此方案时，应根据渗滤液的水质状况合理控制渗滤液和污水比例，以 保证污水处理系统的稳定运行 1 3 , 1 4 1 。 沈耀良等1 1 5 采用“厌氧一好氧”工艺对苏州七子山城市垃圾渗滤液进行了处理试验 研究，结果表明，当渗滤液c o d 浓度为3 7 0 0 4 5 0 0 m g l ，采用“厌氧好氧”工艺处 理渗滤液和城市污水的混合比为4 ：6 5 ：5 时，系统运行稳定，处理出水c o d 和b o d 浓度可低于2 0 0 m g l ，总去除率分别达到8 8 9 和9 6 8 。当渗滤液c o d 浓度为6 5 0 0 8 8 8 5 m g l 时，宜将混合比控制在2 ：8 以内。采用渗滤液与城市污水合并处理方案，处 理费用低廉，但考虑到污水混合比例问题，渗滤液处理量不大，且受到填埋场附近有无 污水厂的条件限制，因此该方案未能广泛应用。 2 2 2 垃圾渗滤液场内预处理后与城市污水合并处理 垃圾渗滤液预处理后与城市污水合并处理是基于减轻直接混合处理时高浓度渗滤 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 液对城市污水处理厂水量、水质及毒物的冲击危害而采用的一种场内外联合处理方案。 由于渗滤液为高浓度废水，处理难度大，场内难以直接处理到满足国家排放标准的程度。 因而，当垃圾填埋场距离城市污水厂不远时，可以考虑采取适当的场内预处理后，再汇 入城市污水厂合并处理。预处理的目的在于去除渗滤液中的重金属离子、氨氮、色度以 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。 场内预处理通常可采用生化处理或是物化处理。生化处理可采用好氧处理、厌氧处 理或两者的组合工艺。和生化处理相比，物化法一般不受水质水量的影响，出水水质比 较稳定，尤其对可生化性差，难以生化处理的渗滤液，有较好的处理效果。但物化处理 法成本高，能耗大，不便推广使用。因此，常以生物处理工艺作为主体处理工艺，而微 生物在处理工艺设施中的良好生长繁殖是保证处理效果的前提。为使处理设施内的微生 物正常生长，除了使其物化环境中含有可降解的有机基质外，还需保证渗滤液中适量的 营养物质和微量元素。例如为防止含有较高浓度重金属离子的渗滤液对城市污水处理厂 运行造成严重影响，常对渗滤液进行物理化学处理以去除渗滤液中的重金属离子、氨氮 等。 2 , 2 3 垃圾渗滤液场内处理达标后直接排放 垃圾填埋场通常位于离城市较远的偏远山谷地带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，由于渗滤液中常含有较高 浓度的重金属离子，这些重金属离子会累积于生化处理系统的污泥中，从而导致污泥的 活性下降和处理难度增加的问题，因此建设场内独立的完全处理系统也是一种可供选择 的方案。渗滤液单独处理可根据其水质与水量设计、选择运行工艺，处理量大且不受与 城市污水混合配比的限制，运行参数易于获得和控制。尤其对于大型填埋场，建立独立 的渗滤液处理设施是非常必要的。 渗滤液处理方法包括物理化学方法、生物处理方法以及物化一生物结合的方法。杨 霞等【1 6 】采用“p h 值调节一吹脱一s b r 一加氯消毒”的工艺进行渗滤液处理研究，在原 水c o d 浓度为1 2 7 8 0 m g l ，n h 3 - n 为7 3 9 m g l 进水水质条件下，p n 调节至7 0 后经吹 脱和生化处理后出水c o d 为4 1 8 m g l ，n h 3 - n 为3 2 m g l 。再加氯混合接触后，其出水 可达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 二级排放标准( c o d 1 5 0 m g l ， n h 3 - n s 2 5 m g l ) 。胡勤海等1 1 7 】人采用“p h 调节一吹脱一s b r 一吸附混凝”的工艺对杭 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 州天子岭垃圾填埋场的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 3 - n 均值为1 0 2 0 m g l ，色度均值为1 6 0 0 倍，p h 值平均为7 6 时，采用该工艺处理渗滤液可 使出水c o d 均值达到9 1 m g l ，n h 3 - n 平均值达到8 1 m g l ，色度平均值为9 5 倍的处理 效果，除n h 3 - n 外，其余指标均符合生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 中 渗滤液二级排放标准限值( c o d 9 0 0 m g l ，n h 3 - n 5 ；2 5 m g l ) 。 2 3 垃圾渗滤液的处理方法及工艺 2 3 1 垃圾渗滤液好氧生物处理及其典型工艺 用于垃圾渗滤液的好氧生物处理方法包括活性污泥法、生物膜法、序批式活性污泥 法、曝气氧化塘等工艺，好氧生物处理工艺能够有效降低渗滤液中的b o d 、c o d 浓度和 氨氮含量，还可去除铁、锰等金属离子。 1 活性污泥法 活性污泥法是污水处理中最常用的方法。在垃圾渗滤液的处理中，用活性污泥法处 理费用低、效率高而得到最广泛的应用。研究表明，活性污泥能去除渗滤液中9 9 的b o d 和8 0 以上的总有机碳。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。在低负荷下运行的活性污泥系统，能去除渗滤液中8 0 9 0 的c o d ， 出水b o d 2 0 m g l 。对于c o d 为4 0 0 0 1 3 0 0 0 m g l 、b o d 为1 6 0 0 1 1 0 0 0 m g l 、n h 3 - n 为8 7 5 9 0 m g l 的渗滤液，混合式好氧活性污泥法对c o d 的去除率可稳定在9 0 以上【1 8 】。 2 生物膜法 与活性污泥法相比，生物膜法具有抗水质、水量冲击负荷的优点，处理稳定性好， 而且生物膜上能繁殖世代期较长的硝化菌，具有较好的脱氮效果。加拿大b r i t i s h c o l u m b i a 大学的p c d d i cc 和a t w a t e rj 【1 9 】用直径o 9 n l 的生物转盘处理c o d 1 0 0 0 m g 几， n h 3 - n 5 0 m g l 的垃圾渗滤液，获得其出水b o d 2 5 m g l ，n h 3 - n 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当容积负荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均污泥龄为1 4 3 d ，温度为3 0 c 时，c o d 和b o d 的去除率分别为8 2 和8 5 。o z t u r ki 等用u a s b 反应器处理“年轻”的垃圾渗滤液，当进水c o d 为 1 0 2 5 0 m g l ，水力停留时间为2 8 4 d ，有机负荷3 7 k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 的去除率达到 9 4 。国内的司马冰等【2 5 】进行了u a s b 处理小城镇生活垃圾渗滤液的试验研究，u a s b 反应器的容积为1 3 1 6 2 l ，发酵温度1 7 3 1 ，进水c o d 为5 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，有机 负荷7 1 2 k g c o d ( m 3 m ，h r t 为1 9 2 7 h 时，c o d 去除率达到9 0 ，取得较好的效果。 3 厌氧序批式反应器( a s b r ) a s b r 具有工艺简单、运行方式灵活、生化反应推动力大并耐冲击负荷等优点，该 反应器在时间上是推流式反应器，在空间上是完全混合式反应器，与厌氧滤池和上流式 厌氧污泥床这些连续运行方式的反应器相比，具有显著的动力学优势。h t i m u r 等【2 6 l 用 实验规模的a s b r 对渗滤液进行处理，研究结果表明，容积负荷为0 4 9 4 k g c o d ( m 3 d ) 和o 1 7 1 8 5 9 c o d ( g v s s d ) 时，c o d 去除率为6 4 8 5 ，去除的c o d 有8 3 转化 为甲烷，其余转化为微生物。甲烷转化率按c o d 投配浓度计为0 2 l c i - h g c o d ，按去 除量计为0 2 9 l c h 4 g c o d ：污泥产率系数为0 1 9 v s s g c o d ，污泥自身衰减率常量为 o 0 1 d 。以上结果表明a s b r 处理垃圾渗滤液是完全可行的。 4 厌氧折流板反应器( a b r ) a b r 反应器是m c c a n y 和b a c h m a i l 等【2 刀于1 9 8 2 年提出的一种新型、高效厌氧反应器， 其特点是：水力条件好、生物固体截留能力强、微生物种群分布广、结构简单、启动较 快、运行稳定；可以在较广的温度和浓度范围内运行，并对有毒物质和抑制性化合物具 有更好的缓冲适应能力。沈耀o 等t 2 8 1 人对厌氧折流板反应器( a b r ) 处理城市污水与垃圾 太原理工大学硕士研究生学位论文 渗滤液混合废水过程中的水解酸化作用及污泥特性进行了研究。试验采用的a b r 反应器 总有效容积为1 3 2 l ，由4 个隔室组成，第一隔室的容积为3 o l ，其余隔室容积均为3 4 l 。 反应上流室和下流室的水平宽度比为4 ：l ，折流挡板底部转角为4 5 。研究期间的气温 为1 8 o 2 7 5 ，a b r 的h r t 为1 3 2 2 6 4 h ，反应器各上流室所装污泥浓度为1 0 l s g l 。 结果表明，a b r 可获得明显的水解酸化作用，提高废水的可生化性，促进好氧段运行的 稳定性。混合废水的b o d c o d 为0 2 o 6 6 5 时，经a b r 反应器处理后出水的b o d c o d 值可提高到o 3 7 0 6 8 ，且进水的b o d ，c o d 越低，其提高幅度越大：容积负荷达 4 7 1 k g c o d ( m 3 d ) 时，形成沉降性能良好、粒径为0 5 5 m m 的棒状颗粒污泥，提高了 a b r 反应器对冲击负荷的抵抗能力，各隔室中的污泥浓度为2 0 3 8 9 l 。此外，研究过 程中还发现，宣将进水c o d n h 3 - n 控制在5 2 0 ，否则c o d 的去除率将会受到明显的影 响。 实践证明，厌氧法具有有机负荷高、耗能少、甲烷可回收作为热源、污泥产率低、 对无杌营养元素含量要求较低、可提高污水可生化性的特点，非常适用于处理有机物浓 度高、磷含量低、有时可生化性差的垃圾渗滤液。因此，厌氧法可以作为垃圾渗滤液的 核心处理单元，去除大量的有机污染物。 2 3 3 物化法处理 物理化学法包括吸附法、化学混凝沉淀、密度分离、化学氧化、离子交换、膜渗析、 气提及湿式氧化法等。与生物法相比，物化法不受水质水量波动的影响，出水水质稳定， 尤其是对b o d c o d 比值较小( o 0 7 0 2 0 ) 的难以生物处理的渗滤液有较好的处理效 果，但是处理成本高，不适于大量垃圾渗滤液的处理。在实际应用中一般与生物处理方 法结合起来，作为渗滤液的预处理或深度处理措施。 1 吸附法 在废水处理中，常用的吸附剂有活性炭、沸石、粉煤灰及城市垃圾焚烧炉底渣等， 其中活性炭最为常用，但是活性炭价格较贵，再生困难。渗滤液处理中，吸附法主要用 于去除难降解的有机物、重金属离子和色度。d i a m a d o p o u l o se 4 0 l 用粉末活性炭处理垃 圾渗滤液原水和混凝处理出水( c o d 为5 0 2 1 1 4 1 m g l ) ，在p h 为7 ，吸附时间4 h ， 活性炭用量6 9 l 时，c o d 的去除率可达7 3 。方士等1 4 1 1 用回流式两级s b r - - 活性炭吸 附混凝工艺处理高氨氮、低碳氮比的垃圾渗滤液，以杭州市某垃圾填埋场渗滤液( c o d 为1 5 0 0 4 5 0 0 m g l ，n h 3 - n 为7 9 5 1 5 5 0 m g l l ，p h 值为8 9 ) 为研究对象，吸附时间 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 为1 0 0 m i n ，总的水力停留时间为8 2 h 。出水c o d 3 0 0 m e f l l ，去除率可以稳定在9 0 以 上；n h 3 - n 2 0 m g f l ，去除率可达9 5 以上；色度 2 0 倍。 2 化学混凝沉淀 凝法是化学沉淀法中最重要的一种方法，常用的混凝剂有硫酸铝、氯化铁和聚合氯 化铝( p a c ) 等。沈耀良等【4 列采用p a c 和焦炭混凝吸附法预处理渗滤液，渗滤液取自 杭州天子岭垃圾填埋场，其水质如下：c o d 为3 6 2 1 m g l 、b o d 为2 1 0 0 m g l 、n h 3 - n 为2 4 0 m g l 、色度为1 2 5 0 倍、c u 2 + 为0 2 0 7 m g l 。p a c 和焦炭投量分别为4 0 0 m g l 和8 1 0 9 l 时，其c o d 去除率可达5 8 9 ，重金属去除率达6 0 左右，色度的去除率为6 8 ， 对c u 的去除接近1 0 0 。混凝和吸附对各污染物的去除具有互补性，因而此工艺具有良 好的运行灵活性和稳定性。 3 化学氧化法 垃圾渗滤液中含有腐殖质、芳香族化合物等多种生物方法难以降解的有机物，化学 氧化法能氧化这些难降解的物质，从而提高渗滤液的可生化性。运用于垃圾渗滤液处理 的化学氧化法主要有f e n t o n 、光化学氧化、电化学氧化、臭氧氧化法等。 ( 1 ) 国外对f e n t o n 法的研究较多，b a u e r 等【4 3 1 认为f e n t o n 法在处理高浓度的废水 水方面有很大的潜力，它的缺点是对p h 值过于敏感以及处理后的废水需进行离子分离。 国内的张晖等】进行了f e n t o n 法处理垃圾渗滤液的中试试验研究，中试装置处理能力 为1 1 3 6 m 3 h ，渗滤液取自美国特拉华固体废弃物管理处所属的南、北部垃圾填埋场产 生的渗滤液，c o d 为9 7 2 1 9 0 0 m g l 。试验结果表明，当双氧水与亚铁盐的总投加比 ( h 2 0 2 f e 2 + - - 3 o ) 一定时，c o d 的去除率随双氧水投加量的增大而增加。当双氧水的总 投加量为o 1 m o l l 时，c o d 的去除率可达6 7 5 ，这一结果同样适用于其他垃圾填埋 场的晚期渗滤液处理。 ( 2 ) 光催化氧化( 0 2 厂u v ) 是一种刚刚兴起的新型水处理技术，据有工艺简单、 能耗低、易操作、无二次污染等特点，对一些特殊污染物的处理比其他氧化法有更显著 的效果，该方法在垃圾渗滤