（环境工程专业论文）垃圾渗滤液生化工艺出水的深度处理试验研究.pdf

天津大学硕士学位论文 摘要 本文采用物理化学法对城市垃圾渗滤液生化工艺出水进行深度处 理的试验研究。试验期间垃圾渗滤液生化出水的c o d 。，为 1 1 5 0 2 8 6 4、。为3 0 0 7 l、氨氮为 ，针 对用生物组合m g 工l 艺b 处o d 理垃圾渗滤液0 0 的0 m 出g 水l。，浓度40仍0较7高00m不g能lcod满足 国家排放标准的问题，采用了混凝法、活性炭吸附法、f e n t o n 氧化法 及混凝沉淀一活性炭吸附一f e n t o n 氧化法组合工艺处理生化工艺出 水，降低水中的c o d 。，以提高c o d 。的去除率。 通过一系列正交试验，结果表明，采用聚合硫酸铁进行混凝沉淀 处理后c o d 。值最低可降至7 4 0 6 0 m g l ；采用颗粒活性炭吸附处理 c o d 。，值最低可降至5 1 2 3 3m g l ；采用f e n t o n 氧化法进行处理c o d 。， 值最低可降至2 0 3 2 3m g l ；采用混凝沉淀一活性炭吸附一f e n t o n 氧 化法组合工艺处理c o d 。值最低可降至5 8 0 7m g l 。试验结果表明采 用f e n t o n 氧化法和组合工艺对生化处理难生物降解有机物的去除有 较好的效果。 本文对不同物理化学法处理效果的影响因素，进行了详细的分析 和试验研究，得出了不同方法的最佳处理工艺。采用混凝沉淀法的影 响因素有投药量、p h 值、反应温度等；采用颗粒活性炭吸附法的影响 因素有投药量、p h 值、吸附时间等；采用f e n t o n 氧化法的影响因素 有p h 值、f e s o 7 h ：0 的投药量、双氧水投药量、反应温度等。该项研 究为物化法处理垃圾渗滤液的工程应用提供了理论依据和设计指导。 关键词：垃圾渗滤液、混凝、活性炭、f e n t o n 试剂 丕望查兰堡主堂垡堡塞 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho fa p p l y i n g p h y s i c a l c h e m i c a lm e t h o dt ot r e a tt h e e f f l u e n to fb i o l o g i c a lt r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t ei s i n t r o d u c e di nt h i s p a p e r t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d c r ，b o d 5a n da m m o n i a n i t r o g e no ft h e e f f l u e n to f b i o l o g i c a l t r e a t m e n ta r e1 1 5 0 2 8 6 4 m g l ，3 0 0 1 0 0 0 m g l ， 4 0 0 7 0 0 m g l b e c a u s et h eq u a l i t yo f t h ee f f l u e n tc a n tm e e tt h es t a n d a r d w ec h o o s et h e c o a g u l a t i o nm e t h o d ，a b s o r p t i o no fa c t i v a t e dc a r b o n m e t h o d ，f e n t o nr e a g e n tm e t h o da n dc o a g u l a t i o n - a c t i v a t e dc a r b o n f e n t o n r e a g e n tp r o c e s s e s t ot r e a tt h ee f f l u e n to ft h e b i o l o g i c a l t r e a t m e n tt o d e c r e a s et h ec o d c ro ft h ew a s t e w a t e ra n di n c r e a s et h er e m o v a le f f i c i e n c y o f c o d c r f r o mt h eo r t h o g o n a lt e s t ，t h ec o d c rc a nb ed e c r e a s e dt o7 4 0 6 0 m g lb yt h ec o a g u l a t i o n - d e p o s i t i o no ft h ep o l y m e rf e r r i cs u l f a t e ；t h e c o d e rc a nb ed e c r e a s e dt o512 33m g lb yt h ea b s o r p t i o no ft h ep a r t i c l e a c t i v a t e dc a r b o n ；t h ec o d c rc a nb ed e c r e a s e dt o2 0 3 33 m g lb yt h e f e n t o nr e a g e n t ；t h ec o d c ro ft h ei n t e g r a t e dp r o c e s sc a nb ed e c r e a s e dt o 5 8 0 7m g l w ec a nc o n c l u d et h a tt h ef e n t o nr e a g e n ta n dt h ei n t e g r a t e d p r o c e s s e s h a v e h i g hc o d c r r e m o v a l e f f l c i e n c y f o r t h e r e f r a c t o r y p o l l u t a n t 。 t h em a i nf a c t o r so nt h ee x p e r i m e n t sw e r ei n v e s t i g a t e dt o g e tt h e b e s tc o n d i t i o n s s u c ha s t e m p e r a t u r e ，r e a g e n td o s e a n d p hi n t h e c o a g u l a t i o np r e c i p i t a t i o nt r e a t m e n t ；r e a g e n td o s e ，p h a n dt i m eo t a d s o r p t i o no f t h ea c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o np r o c e s s ；t h er e a g e n td o s eo i f e s 0 4i - 1 2 0a n dh 2 0 2 ，t h et e m p e r a t u r ea n dp hi nt h ef e n t o nr e a g e n t t h i s s t u d yp r o v i d e dt h e o r yb a s i sa n dd e s i g ng u i d ef o re n g i n e e r i n gp r a c t i c et c t r e a tt h el a n d f i l lb y p h y s i c a l - c h e m i c a lp r o c e s s 。 k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ；c o a g u l a t i o n ；a c t i v a t e dc a r b o n ；f e n t o r _ r e a g e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 写过的研究成果，也不包含为获褂墨生盘堂或其他教育机构的学位或证 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：壶汾 签字e | 期： 删年7 月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解2 垦鲎：盘兰有关保留、使用学位论文的规定。 权盘壅盘兰可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 并采用影印、缩印或扫拙等复制手段以汇编以供查阅和借阅。同意学校 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授心说明) 论文作者签名：扮 日期：珂年7 月日 导师签名 磐刚吼鸸年j 7 ， 月j 日 天津大学硕士学位论文 第一章垃圾渗滤液处理技术的研究发展 1 1 垃圾渗滤液的水质特征 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾卫生填埋是我国近年来广泛使用的处置固体垃圾的方法，其机理是 利用厌氧发酵方法，将垃圾中大量的有机物通过厌氧及兼氧微生物的降解作用 转化为二氧化碳、甲烷等气态物“1 。由于城市固体废物本身含有大量的水份， 在进行生物转化的过程中就会以渗滤水的形式渗滤出来，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浴冲刷以及地表水和地下水的浸泡 而滤出来的污水“1 。其来源可来自降水、地表径流水、地下水入侵、灌溉水、 垃圾分解、液体废弃物混和处理等六个方面。其中降水包括降雨和降雪，降 雨多少受降雨数量、降雨强度、降雨频度和降雨持续时间的影响，降雪多少 受温度、风速、雪块特征、场地情况、先前情况等因素的影响：地表径流水 受遮盖物、植被渗透性、先前土壤及垃圾含水情况和降雨量的影响；地下水 入侵情况受地下水流向、速率及地点的影响；灌溉水受其流率及流量的影响； 垃圾分解受有效水分及酸碱度、温度、氧的存在、时间、成分以及颗粒大小 及垃圾混堆的情况的影响；而液体废弃物混合处理则受其形态及数量、含水 量、含水体积和压积度的影响。 1 1 1 2 垃圾渗滤液的水质特征 垃圾渗滤液的可处理性很难把握，并且各种垃圾渗滤液的成分变化很 大，对垃圾渗滤液的类型也很难判断。影响渗滤液水质变化的因素很多，如 垃圾的成分，填埋场的水文地质及气候等。由于众多因素的影响，渗滤液水 质很复杂。据有关文献报道1 3 1 国外城市垃圾渗滤液的典型水质和国内几大 城市垃圾渗滤液的水质情况见表1 1 ，表1 - - 2 。 由表可知，垃圾渗滤液中不仅含有有机污染物，还含有重金属和植物性 营养物( 含氮为主) 等，水质十分复杂。张兰英等人“1 对垃圾渗滤液中有机 天津火学硕+ 学位论文 物的污染及去除进行探讨，分析结果表明，从垃圾渗滤液中检测出有机污染 物共9 3 种，其中多环芳烃2 4 种，单环芳烃5 种，杂环化合物8 种，羧酸酯 1 3 种，胺及酰胺7 种，其它物质2 代物9 种，烷、烯烃1 5 种，醇、酚8 种， 醛、酮2 种。 表l 一1 国外城市垃圾渗滤液的典型水质( m g l ) 项目浓度( 阈值)项目浓度( 阂值) 1 、一般特性 p b0 0 0 2 1 2 - 3 p h 5 2 - 8 2n io 0 1 6 1 c a c 0 13 7 1 4 0 0 0z n 0 0 1 1 3 0 s s1 0 0 7 0 03 、非金属 t s5 0 0 15 8 0 0n h 3 - n1 1 7 0 0 2 、金属硝态氮 o 1 1 0 c d0 0 0 0 5 0 0 0 7t po 6 7 5 a s0 0 0 6 0 24 、有机物 b a0 1 0 3t o c 1 9 5 2 3 0 0 0 c a2 9 4 3 0 0 b o d ；1 1 3 8 0 0 0 c r0 0 0 2 1 oc o d 2 0 7 0 0 0 0 c o0 0 1 1 8有机氮3 - 7 7 0 c u0 0 1 0 3凯氏氮4 7 6 2 f e0 3 2 0 5 0 表1 2 我国几大城市垃圾渗滤液的水质 上海杭州广州深圳台湾某市 c o d c r 1 5 0 0 8 0 0 010 0 0 5 0 0 01 4 0 0 5 0 0 05 0 0 0 0 8 0 0 0 0 4 0 0 3 7 0 0 b o d 2 0 0 4 0 04 0 0 2 5 0 04 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 3 5 0 0 06 0 0 2 8 0 0 0 t n1 0 0 7 0 08 0 8 0 01 5 0 9 0 0 4 0 0 2 6 0 02 0 0 。2 0 0 0 s s3 0 5 0 6 0 6 5 02 0 0 6 0 02 0 0 0 7 0 0 05 0 0 2 0 0 0 n h ，- n6 0 4 5 05 0 5 0 01 6 0 5 0 0 5 0 0 2 4 0 01 0 0 1 0 0 0 p h 5 。6 56 6 56 5 7 8 6 2 6 65 6 7 5 对于同一填埋场，其渗滤液的性质也随着填埋场使用的时间而变化，要 想正确选择处理垃圾渗滤液的工艺，有必要了解填埋场各阶段垃圾分解形态 与水质变化，根据文献资料“6 1 处于不同阶段的垃圾渗滤液的特征为： 天津大学硕士学位论文 ( 1 )调整期 垃圾填埋场初期或垃圾填埋作业进行中，水分逐渐积累且尚有氧气存在， 厌氧发酵作用及微生物作用缓慢，本阶段渗滤液较少。 ( 2 )过渡期 本阶段水分达到饱和容量，垃圾渗滤液中的微生物逐渐出好氧性转为兼 氧性及厌氧性；由厌氧和缺氧情况下电子受体自0 2 转变成n 0 3 及8 0 4 2 一， 此阶段尚无甲烷形成。 ( 3 )酸形成期 由于垃圾渗滤液的兼性和专性厌氧微生物的水解酸化作用，垃圾中的有 机物迅速分解为脂肪酸，而含n 、p 的有机化合物经氨化和磷酸盐化转化为 氨氮和磷酸盐，同时一些金属( f e ，m n ) 也会与有机酸发生络合作用，致使渗 滤液呈深褐色，在此期间产生的渗滤液c o d 。，极高，b o d 5 c o d 。为0 4 o 6 ， 可生化性好，而且颜色也相当深，是属于初期渗滤液。 ( 4 )甲烷形成期 在酸形成期间，如果有机酸未随渗滤液流出填埋场，则进入甲烷形成期， 在这期间有机物甲烷菌分解转化为c h 4 、c 0 2 ，同时产氢产乙酸菌的存在， 也会产生一些氢气。c o2 溶解于水形成h c 0 3 、c 0 3 2 、h 2 c 0 3 等不同形态 的碳酸化合物，p h 值则由于重碳酸盐的缓冲系统而维持在6 8 ，同时也给甲 烷菌提供了较好的生存条件，由于有机酸的急速分解，渗滤液的c o d 。，、b o d s 浓度会急剧降低，b o d 5 c o d 。也降为0 1 0 0 1 左右，渗滤液的可生化性变 差，此时渗滤液为后期渗滤液。 ( 5 )成熟期 此时垃圾渗滤液中可利用的有机成分已大量减少，细菌的生物稳定作用 趋于停止，并停止产生气体，渗滤液中剩余腐殖质易和重金属离子发生络合 作用，所以渗滤液的颜色还是很深，氧气及氯化物也随之增加，自然环境状 况逐渐恢复。 因此在垃圾填埋稳定过程中存在两种主要作用，一是固体垃圾中有机物 分解，形成可溶性或可挥发性的产物，进入渗滤液或大气，而最终离开填埋 场；另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质有可能留在垃圾中，也可 能进入渗滤液。这两种作用的综合结果是使渗滤液中高分子有机物含量增加。 一 3 天津大学硕士学位论文 用填埋场处理生活垃圾，实际上是一个垃圾填充，覆土的多次重复过程， 填埋场的各个部分可能处于不同的稳定阶段，或者说其各部分的“年龄”是 不同的，而各部分有各自的物理、化学和生物活动条件。 渗滤液通常可根据填埋场的年龄分为两大类，一类是“年轻”填埋场( 3 - 5 年以下) 的渗滤液，其特点是低p h 值、高b o d 5 、高c o d 。，高b o d 5 ，c o d 。， 值；另一类是较“老”的填埋场( 3 5 年以上) 的渗滤液，其特点是低b o d 5 、 低c o d 。，b o d 5 c o d 。值也较低，n h 3 - n 浓度高，p h 值通常为7 5 左右。 渗滤液的量与垃圾的密度有关，垃圾密度大则渗滤液量也大，通常是年 降雨量的5 0 1 5 。其变化量很难确定，早季有时为0 ；在降雨后数日，其 量可达平均值的1 0 倍，而且当其水量达高峰时，其浓度也往往是最大的。 1 2 垃圾渗滤液的危害 在些填埋场和堆放场，随着时间的增长，场下的土壤对大部分有机污 染物的吸附达到饱和，甚至过饱和，达到最大吸附量后沿着地下水流向作扇 形扩散，因此垃圾渗滤液对周围地下水和地表水均会造成严重的环境污染。 c a l v e r 曾报导距垃圾处理厂的蓄水池5 1 2 m 远的一口井中水，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 报导距离填埋场4 k m 远的地表 水下游，水质出现恶化。国内郑曼英等报导广州市龙虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年 封场，但直至1 9 9 5 年其排出的渗滤液b o d 5 ，c o d e r , 氮和磷仍然超标，其中 以氮为甚。赵万有等“1 报导，垃圾填埋不采取防渗措施，对地下水必然造成 严重污染，主要表现在地下水的水质混浊有臭味，c o d 。，氮含量高；油、酚 污染严重；细菌及大肠菌超标。 1 3 垃圾渗滤液处理技术的研究发展 1 3 1 垃圾渗滤液与城市污水合并处理 将垃圾填埋场渗滤液直接排入污水处理厂与城市污水合并处理是一种简 单的处理方法。垃圾渗滤液中的c o d 。，和b o d 5 都很高，并且含有很多难降 解有机物。与城市污水共同处理时，可将其稀释，而并不会造成对城市污水 4 天泮大学硕士学位论文 处理系统的正常运转的影响。据加拿大科研机构分析”1 ，当渗滤液c o d 。，为 2 4 0 0 0 m g l ，流量占城市污水处理厂总流量约2 左右时，污水厂的运行管理 和处理效果不受影响。当渗滤液c o d 。，为3 5 0 0 m g l 左右，而流量不超过城市 污水厂流量的4 0 时，城市污水厂的处理效果也不受影响。城市污水厂的剩 余污泥可回填至垃圾填埋场，因为其中微生物含量较高，从而有助于缩短垃 圾填埋厂的稳定过程。它可以节省单独建设渗滤液处理系统的高额费用，但 这并非是普通适应的方法。一方面，由于垃圾填埋场往往远离城市污水处理 厂，渗滤液的输送将造成较大的经济负担；另一方面，由于渗滤液所特有的 水质及其变化特点，在采用此方案时，如不加控制，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“1 。 1 3 2 垃圾渗滤液的生物处理 1 3 _ 2 1 好氧生物处理 活性污泥法作为对废水处理的传统生物工艺得到最广泛的应用。美国和 德国的几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，活性污泥法可以获得一 定的垃圾渗滤液处理效果。如美国宾州f a l lt o w n s h i p 污水处理厂“1 ，其垃 圾渗滤液的c o d 。，为6 0 0 01 3 0 0 0 m g l ，b o d 。为3 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，氨氮为 2 0 0 2 0 0 0 m g l ，曝气池污泥浓度( m l v s s ) 为6 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，是一般污泥 浓度的3 6 倍。经过处理后的垃圾渗滤液最终出水b o d 。为1 0 0 3 0 0 m g l ， 去除率达9 7 ，但在高污泥浓度条件下，其泥水分离采用一般的二沉池也是难 以实现的。 也有采用低氧一好氧活性污泥法及s b r 等改进型活性污泥流程，其具有 能维持较高运转负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效“”。同济大 学采用低氧一好氧活性污泥法处理模拟渗滤液t t l l 最终出水的平均c o d 。、 b o d 。、s s 分别从原来的6 4 6 6 m g l 、3 5 0 2 m g l 以及2 3 9 6 m g l 相应降低到 c o d 。， 3 0 0 m g l 、b o d ； 5 0 m g l ( 平均为1 3 3m g l ) 以及s s i o o m g l ( 平均为 2 7 8m g l ) 。处理后的出水若迸一步用碱式氯化铝进行化学絮凝处理，可使 出水的c o d 。，下降到l o o m g l 以下。 与活性污泥法相比，生物膜上能生长世代较长的微生物，促进对垃圾渗 天津丈学硕士学位论文 滤液的处理效果。u w e l a n d e r “2 1 等用悬浮载体生物膜反应器在i 0 2 6 下处 理垃圾渗滤液，t n 可去除9 0 左右，同时可去除2 0 左右的c o d 。 曝气稳定塘体积大，有机负荷低，尽管降解进度较慢，但由于其工程简 单，所以在土地富裕的地区，是最经济的垃圾渗滤液生物处理方法。美国、 加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试、中试及生产规模的研究都表明，采 用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果 1 0 1 0 p i r b a z a r i “”等人曾尝试采用膜生物活性炭工艺对垃圾渗滤液进行处理 研究，向生物反应器中投加粉末活性炭，并最终形成了生物活性炭颗粒，再 对生物反应器的出水进行膜分离，实际就是分置式膜一生物活性炭方式处理 垃圾渗滤液，通过吸附、生物降解和膜过滤的共同作用，达到了较好的处理 效果，该工艺对t o c 的去除率可达到9 5 9 8 ，对特殊有机物的去除率也超 过：9 7 。 1 32 | 2 厌氧生物处理 加拿大h a l i f a x h i g h w a y l 0 1 “4 填埋场采用厌氧生物滤池处理垃圾渗滤 液，进水c o d 。，为1 2 8 5 0 m g l ，b o d 。c o d 。，为0 7 ，p h 值为5 6 ，将此渗滤液经 石灰水调节p h 值达到7 8 ，沉淀l 小时后进厌氧滤池，当负荷为 4k gc o d 。，( m 3 d ) 时，c o d 。，出水达到1 0 0 0 m g l 以下，而当负荷再增加时， 其去除率急剧下降，加拿大t o r o n t o 大学的j g h e n r y 等n 5 1 也在室温条件下 成功地用厌氧滤池分别处理年龄为1 5 和8 年的填埋场渗滤液，它们的c o d 。， 各为1 4 0 0 0 m g l 和4 0 0 0 m g l ，b o d 。c o d 。，各为0 7 和0 5 ，当负荷为 i 2 6 1 4 5 k gc o d 。( m a d ) ，水力停留时间为2 4 9 6 小时时，c o d 。，去除 率均可达9 0 以上。当负荷再增加，其去除率也急剧下降。由此可见，厌氧生 物滤池可以处理垃圾渗滤液，并达到一定的去除效果，但须保持较低负荷才 能得到理想的处理效果。 同好氧方法相比，厌氧生物处理有几个优点：好氧方法需消耗能量( 空 气、压缩机、转刷等) ，而厌氧处理却可产生能量( 甲烷气体) 。c o d 。，越高， 好氧方法耗能越多，厌氧方法产能越多，二者的差异就越明显；厌氧处理时 有机物转化成污泥的比例( o 。l k gm l s s k gc o d 。，) 远小于好氧处理的比例 ( o 5 k gm l s s k gc o d 。，) “”，因此污泥处理和处置的费用大为降低；厌氧处理 天津大学硕士学位论文 时污泥的生长量小，对无机营养元素的要求远小于好氧处理，因此适合于处 理磷含量比较低的垃圾渗滤液。 1 3 2 3 厌氧一好氧联合处理 虽然实践证明厌氧生物反应器处理高浓度有机废水的有效性，但单独采 用厌氧法处理渗滤液很少见。北京市政设计研究院自1 9 8 8 年进行了城市垃圾 卫生填埋场渗滤液处理技术的研究“1 ，经各种工艺组合的试验得出如下结论： 对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧一好氧处理工艺既经济合理，处理效率又高， c o d 。，和b o d 。去除率分别为8 6 8 和9 7 2 。邹莲花等人“7 1 报导采用厌氧吹脱 一缺氧一混凝沉淀流程处理深圳市玉龙坑生活垃圾填埋场渗滤液，当渗滤液 c o d 。，= 2 5 0 0 m g l ，b o d 。= 1 5 0 0 m g l ，n h 。一n = l o o o m g l 时，出水各项指标低于排放 标准。王宝贞等人“报导了a ( 缺氧活性污泥) b ( 淹没式生物膜) 复合系 统处理垃圾填埋场渗滤液，结果表明c o d 。n h 。一n 和t n 去除率分别为 9 4 2 ，9 5 1 和7 3 9 ，使其出水c o d 。，浓度可在1 0 0 0 m g l 以下。福州市1 9 9 5 年建成了国内最现代的垃圾渗滤液处理场，处理垃圾渗滤液水量为1 0 0 0 m 3 d ， 垃圾渗滤液进水水质为c o d 。，为8 0 0 0 m g l ，b o d s 为5 5 0 0 m g l ，采用工艺流程为 u a s b 一奥贝尔氧化沟活性污泥法生物稳定塘。但高浓度的渗滤液即使采用厌 氧+ 好氧生物处理工艺也难以达到排放标准，还需辅加物化法深度处理8 1 。 虽然各种生物工艺处理垃圾渗滤液的c o d 。，和b o d 。去除率较高，但由于 垃圾渗滤液中难生物降解的物质较多，一个共同的特点就是c o d 。，浓度仍较高， 很少有出水c o d 。，浓度低于1 0 0 0 m g l ，不宜直接排放到河流或湖泊中，一般需 要进行后续的处理。另外，生物处理受温度影响较大，特别是冬季低温少雨 时，处理效率迅速降低。当c o d 。，降低到不利于生化处理时，出水各水质成分 偏高难以达标，出水成棕褐色。因此需要进一步研究易于管理运行同时达到 处理要求的新型组合工艺。 1 3 3 垃圾渗滤液的物理化学处理 垃圾填埋场稳定后，易生物降解的有机物质在渗滤液中的比例下降了。 渗滤液生物处理工艺的有效性随垃圾的稳定而降低了。这时物理化学法更 加有助于这种渗滤液的处理。现在处理渗滤液的物化法主要有混凝沉淀法、 。 7 天津大学硕士学位论文 吸附法、催化氧化法等等。 1 3 3 1 混凝沉淀法 混凝就是在废水中预先投加混凝剂，在混凝剂的溶解和水解产物作用 下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚集来破坏胶体的稳定性，使 废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离去除 的过程( 2 0 1 目前，混凝法已是给水和废水处理中应用的非常广泛的方法。它可以用 来降低原水的浊度、色度等感观指标，去除多种高分子有机物，某些重金属 物和放射性物质；它可以自成独立的处理系统，又可以与其他处理单元过程 进行组合，作为预处理、中间处理和最终处理单元。由于垃圾渗滤液中存在 大量的胶体微粒，它们悬浮在水中，散射自然光，造成水体混浊“：还含有 一些溶解在水中的有机或无机化合物，它们吸收自然光，造成水体呈一定颜 色 2 2 1q 因此，用混凝法对其进行处理是行之有效的。 混凝法是通过胶体的压缩双电层、吸附中和、吸附架桥和沉淀物网捕等 作用去除悬浮物，常用的混凝剂有硫酸铝、氯化铁、和聚合氯化铝等。许多 研究者n ”对混凝沉淀工艺用于城市垃圾渗滤液的处理，进行了深入的研究。 一般混凝剂最佳投加量l 一1 5 9 l ，沉降受p h 值影响较大，c o d 。，的去除率一 般在5 0 一7 0 。但重金属的去除率很高，在9 0 左右，色度去除率为 5 0 一7 0 ，浊度、悬浮物质的去除率也可达7 0 一9 0 ，助凝剂可增强絮 凝作用，但对浊度影响不大。沈耀良“”采用聚合氯化铝作混凝剂，焦炭作吸 附剂，可有效去除渗滤液中的c o d 。，和重金属离子，当聚合氯化铝的用量是 4 0 0 m g l ，焦炭8 一i 0g l 时，c o d 。去除率为5 8 9 ，重金属的去除率为 6 0 ，色度的去除率为6 8 ，并且铜可以完全去除。刘东等人“对化学絮凝 法处理垃圾渗滤液进行研究，得出结论：说明渗滤液的化学絮凝法处理是切 实可行的。 另外，化学沉淀法是渗滤液中加入某种化合物，通过化学反应生成沉淀 以达到处理的目的。祝云鹏等“6 1 报道了用石灰一硫酸亚铁一漂白粉处理垃圾 渗滤液，其结果对砷、无机磷和亚硝酸盐处理效果很好。混凝法与其他的废 水处理方法比较，其优点为：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好， 天津大学硕士学位论文 间歇或连续运行均可以，缺点是由于不断向废水中投药，经常性运行费用较 高，沉渣量较大，且脱水困难。 13 3 2 吸附法 利用吸附作用进行物质分离已有漫长的历史，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等。活性炭是由木柴、煤、硬果壳等 含炭物质经高温炭化和活化丽成，其结构特点是具有非极性的表面，为疏水 性和亲有机物质的吸附剂。活性炭的特点是吸附容量大，抗酸耐碱，化学稳 定性好，没有选择性，热稳定性高。它具有如下特征：( 1 ) 活性炭内部具有 十分发达的孔隙，且支配吸附量的微孔( 孔直径 4 0 。a 。) 的表面积占总面 积9 5 以上，微孔的大小及其排列结构会显著影响活性炭的吸附性能( 2 ) 活性 炭具有巨大的比表面积，一般在5 0 0 1 7 0 0 m 2 g ，因而具有很强的物理吸附性 能，能有效的吸附有机物。活性炭的比表面积越大，其吸附量将越大。( 3 ) 活性炭本身是非极性的，但在吸附过程中，活性炭表面的非结晶部位上形成 一些含氧官能团( 又称表面氧化物) 一c h o ，一o h ，一c o o h ，一c - o 四种形式存在， 它们通常是活性炭吸附的活性中心，这样活性炭表面具有微弱极性，使其他 极性溶质竞争活性炭表面的活性位置，导致非极性溶质吸附量的降低，而对 水中某些金属离子将产生离子交换吸附络合反应1 2 7 1 。 由于活性炭具有多孔、巨大的比表面积的特性，因此常被用作吸附剂， 有效的去除污水中大部分有机物和某些无机物。6 0 年代初，欧美各国开始大 量使用活性炭吸附剂法处理城市饮用水和工业废水。到目前已成为城市污水 和工业废水处理和污染源净化的有效手段 z s l 。6 0 年代，国内少数地区因水源 污染严重，采用颗粒活性炭滤池进行水质深度处理，效果良好12 9 1 。目前，国 内活性炭在炼油废水、炸药废水、印染废水、化工废水、电镀废水等处理上 都已在生产上有较大规模的应用，并取得了满意的效果。 活性炭水处理的特点主要有4 个方面：一是活性炭对水中有机物有卓越的 吸附特性，由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积，因此对水中 溶解的有机污染物，如苯类化合物，酚类化合物，石油及石油产品等具有较 强的吸附能力，而且对用生物法和其它化学法难以去除的有机污染物，如色 度、异臭、亚甲蓝表面活性物质，除草剂、杀虫剂、农药、合成洗涤剂、合 天津大学硕士学位论文 成染料、胺类化合物及许多人工合成的有机化合物等都有较好的去除效果； ：二是活性炭对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力。对含相同污染物 质的污水，活性炭在高浓度或低浓度时都有较好去除效果；三是活性炭处理 装置占地面积小，易于自动控制，运行管理简单；四是饱和炭可经再生后重 复使用，不产生二次污染1 2 8 1 0 在渗滤液处理中，活性炭主要用于脱除水中难降解的有机物、金属离子 和色度等。张兰英等“1 用铝土矿吸附渗滤液，有4 8 9 3 的有机物被去除。 j f e t t i n g 等“”则对活性炭吸附预处理渗滤液作了研究。p i r b a z a r i m 等“”用 生物活性颗粒炭，即在活性炭上驯化培养生物膜用以降解有机物，试验表明， 生物活性炭吸附处理渗滤液或者高浓度的有机废水具有很大的潜力，而且 t o c 的去除和生物浓度与生物的增长曲线有密切的关系。y i n g w c 等人“” 将粉末活性炭投入间歇式活性污泥反应器中，由于降解和吸附的同时进行， 出水水质明显比两者的单独作用要好，费用比传统的颗粒活性炭的费用低。 隋智慧等人”用混凝与吸附联合的方法，对北京安定垃圾卫生填埋场进行了 预处理的研究，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。 活性炭吸附法对于渗滤液的绝大多数有机物都有可能去除，且适应水量 和水质污染负荷的变化，设备简便。但活性炭吸附过程易受p h 值，水温等因 素的影响。 1 3 ，3 3 催化氧化法 化学氧化法是利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成小分子的碳氢化 合物或完全矿化成c 0 2 和h 2 0 2 。f e n t o n 氧化法是目前应用较多的一种催化氧 化法。h j h f e n t o n 在一百多年前发明了用可溶性亚铁盐和双氧水按一定的比 例混合所组成的试剂，能氧化许多有机分子且系统不需高温高压。一些有毒 有害物质如苯酚、氯酚、氯苯及硝基酚等也能被f e n t o n 试剂以及类f e n t o n 试 剂氧化。在染料脱色方面，k u o 利用f e n t o n 试剂进行了较系统的研究。用f e ” + h 2 0 2 组成的f e n t o n 试剂应用于分散、活性、直接、酸性及碱性五种模拟染 料废水，在p h 值低于3 5 下平均c o d 。，去除率达到9 0 ，脱色率达9 7 。 试验表明，不同的染料其f d + 与h 2 0 2 的配比不同。f e n t o n 试剂中二种主要试 天津大学硕士学位论文 剂是f e ”与h 2 0 2 ，利用f e ”对h 2 0 2 的催化分解，产生羟基自由基从而达到 氧化水中有机物的目的。类f e n t o n 试剂是用过渡金属代替，控制h 2 0 2 的分 解，缓慢释放出羟基自由基，阻止由于羟基自由基过量而发生自身反应消耗， 引导羟基自由基与有机物反应，从而提高过氧化物的氧化效率。f e n t o n 试剂 做为一种强氧化剂用于去除废水中的有机物具有明显的优点。目前存在的主 要问题是处理成本较高，但对于毒性大、一般氧化剂难氧化难降解的有机废 水的处理仍是一种较好的方法，如与其他处理方法联用，可以降低处理成本， 拓宽f e n t o n 试剂的应用范围。 光催化氧化法包括光激发氧化法( 如0 3 ，u v ) 和光催化氧化法( 如 t i o z u v ) 光激发氧化法主要是以0 3 、n 2 0 2 、0 2 和空气作为氧化剂，将氧化 剂的氧化作用和光辐射作用相结合可产生氧化能力很强的自由基；光催化氧 化法则是在水溶液中加入定数量的催化剂，在紫外线辐射下产生具有强氧 化能力的自由基。常用的催化剂有：t i 0 2 、c d s 等。t i 0 2 u v 法是以n 型半 导体t i 0 2 为催化剂，当有能量大于禁带宽度的紫外线照射半导体时，半导体 的满带电子就会激发到导带，同时在满带产生相应的空穴。当这种电子一空 穴对迁移到离子表面后，空穴具有很强的的电子能力，使得水溶液中的有机 物失电子而被氧化。在水溶液中，半导体表面失去电子的主要是水分子，生 成了氧化能力极强的o h ，由其与有机物反应。悬浮态的t i 0 2 光催化氧化 法存在催化剂t i 0 2 粉末难以分离回收、光能利用率低等问题，固定化光催化 膜处理垃圾渗滤液的研究还不成熟，故光催化技术在垃圾渗滤液的处理领域 还有待进一步研究“。 电解氧化法是利用阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用。阳极 直接氧化是由于水分子在阳极表面上放电产生o h ，- o h 对被吸附在阳极表 面上的有机物进行亲电攻击而发生氧化反应；间接氧化是在电解过程中电化 学反应产生了强氧化剂，如c i 、高价金属离子等，污染物在溶液中被这些氧 化剂所氧化。关于污染物的阳极直接氧化已有许多研究，王敏等人“”对广州 大田山垃圾填埋场渗滤液生化处理出水的催化氧化试验中得出最佳工艺条 件：当以t i 0 2 一r u 0 2 - h - o j t i 作阳极，电流密度为1 0 a d m 2 ，c l = 1 0 0 0 0 m g l ， 电极间距d = o 5 c m 时，电解c o d 。= 6 5 3m g l 的渗滤液，电流效率为3 6 1 ， c o d 。，的去除率为8 2 6 ，n h 3 一n 的去除效率几乎达1 0 0 。但催化电解氧 天津火学硕士学位论文 化法处理c l 一的废水时，会产生氯化有机物，在这方面有待进一 该法耗电量大，只有在电力充足的情况下才能使用。 物理化学法处理渗滤液除了上述方法外，还有离子交换、 等方法。 步研究，另外 电渗析、电解 1 3 4 垃圾渗滤液的循环与土地处理 渗滤液循环就是将渗滤液收集后返回到填埋场的顶部，这样可以加速有 机废物的稳定化过程。循环可以采用回喷到垃圾场顶部和井注两种方式。渗 滤液的循环量不应超过填埋场上层的储水能力。渗滤液循环可以在填埋场的 早期得到应用，这时渗滤液的产量比较少。渗滤液循环可以缓解水量高峰和 水质的变化。张瑞明“”研究了回喷法处理垃圾渗滤液的方法，结果表明，回 喷法可就地消除垃圾渗滤液，无污水外排，污水经数次回喷，水质可以达到 特种行业污水排放标准。对回灌法国内研究的较多，卢成洪等“6 1 对回灌法处 理垃圾渗滤液的依据、工艺流程和技术参数等均作了阐述。但是，渗滤液循 环并不能取代渗滤液的处理，这是由于过剩的渗滤液还要进行处理。土地处 理法包括慢速渗滤系统( s r ) 、快速渗滤系统( ) 、表面慢流( 0 f ) 、湿式 系统( w l ) ，地下渗滤土地处理系统。渗滤液的土地处理主要是通过土壤颗 粒的过滤、离子交换、吸附和沉淀等作用去除渗滤液中的悬浮固体和溶解成 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；对其去除 机理，唐家富等“7 1 作了土壤净化试验研究。t j a s ab u l c 等“”建造一个4 5 0 m 2 的人工湿地，对垃圾渗滤液处理进行了研究，结果发现，c o d 。，去除率为 6 8 ，b o d 5 去除率为4 6 ，f e 去除率为8 0 。另外，吕春元等“”对渗滤 液的土壤处理也有研究。然而，这种处理方法的缺点是对土壤和地下水的长 期污染。 1 4 问题的提出 由于渗滤液水质水量的时间和地域变化性大，其中难去除的物质多，不 仅采用单一处理方法不能满足其处理需要，需要通过不同的方法优化组合与 灵活运用才能达到有效的处理，而且适用于某一填埋场或某一地区的处理工 天津大学硕士学位论文 艺往往也不是普遍适用的，需要因地制宜的研究采用不同的工艺。 鉴于目前国内垃圾填埋场建设的垃圾渗滤液直接处理的工艺很少有能 真正满足卫生填埋场渗滤液排放标准。许多填埋场都因为投资所限无法按设 计要求建造达到环境保护要求的渗滤液处理系统 1 0 1 。因此需要发展投资省、 效果好的渗滤液处理技术和工艺。 本课题所处理的垃圾渗滤液来源于天津市双口垃圾填埋场的生化出水。 天津市双口垃圾填埋场于2 0 0 1 年投入运转，填埋场建有日处理量最高可达 1 2 0 0 m 3 的垃圾渗滤液处理设备工艺，其工艺组成为常温u a s b 反应器组合 d a t - i a t 好氧生物反应器。在垃圾渗滤液进水c o d 。，为2 0 0 0 一1 2 0 0 0 m l ， 进水b o d 为1 0 0 0 - - 7 0 0 0m g l ，氨氮为7 0 0 - - 1 0 0 0m g l 的条件下，该套工艺 出水c o d 。为1 1 0 0 - - 3 0 0 0m g l 、b o d 为3 0 0 1 0 0 0m g l 、氨氮为9 8 - - 7 0 0 m g l 。虽然c o d 。，平均去除率达9 1 3 ，但其出水c o d e r 浓度仍较高，远远 不能达到国家污水排放标准要求。特别是在冬季，由于低温条件下u a s b 和 d a bi a t 的处理效率明显下降，平均c o d 。，出水高于2 0 0 0m g l 、氨氮去除 率低于3 0 ，反应器几乎没有去除效果。随着污水排放标准的逐步提高，需 要对垃圾渗滤液的生化出水进行深度处理。 一般来说，生物处理设备和运行管理简单，成本低，但难以适应水质和 水量的变化，尤其当氨氮浓度高，温度低时，生物将受到抑制，出水水质明 显恶化，对难降解的有机物则无能为力。即使采用厌氧+ 好氧生物处理工艺 也难以达到排放标准，还需辅加物化深度处理“1 。同生物处理法相比，物理 化学法一般不受渗滤液水质和水量的影响，出水水质比较稳定，可降低c o d 。 和b o d 5 的浓度，除去大部分n h 3 - n 、重金属离子和s s 等污染物，提高 b o d 5 c o d e r 比值以改善渗滤液的可生化性，尽量减少重金属和n h 3 - n 等对 微生物的抑制作用，降低负荷以促进后续生物处理的运行稳定性。 因此，本课题拟采用物理化学法对垃圾渗滤液生化出水进行深度处理， 主要采用f e n t o n 氧化法、混凝法、活性炭吸附法处理垃圾渗滤液，寻求一种 高效处理渗滤液的物理化学方法，并以这种物理化学方法为主，其他物理化 学方法为辅，采用几种物理化学方法单元联合的方法处理垃圾渗滤液，以降 低废水中的c o d 。，值，使其出水达到更高的排放标准要求。 天津大学硕士学位论文 第二章化学混凝对垃圾渗滤液处理的试验研究 2 1 试验装置及方法 2 1 1 水样来源及水质 试验水样来自天津市双口镇垃圾填埋场生化处理后的垃圾渗滤液( 以后 称为原水) 。试验期间水样的水质： c o d c r ： 115 0 2 8 6 4 m g l ； b o d 5 ：3 0 0 10 0 0 m g l 浊度：7 0 1 5 0 0 n t u ： p h 值：8 9 色度( 倍) ：1 5 0 0 4 2 5 0 0 ；n h 3 - n ：4 0 0 7 0 0m g l 2 1 2 试剂 氢氧化钠