（环境工程专业论文）厌氧序批式反应器处理城市生活垃圾渗滤液的试验研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 垃圾填埋引发的主要环境问题之一是渗滤液造成的污染，对填埋场渗滤 液进行有效处理是实现城市垃圾无害化的关键。目前，众多的垃圾渗滤液处 理工艺中厌氧预处理段是关键，本研究拟采用近年来兴起的厌氧序批式反应 器( a s b r ) 对垃圾渗滤液进行预处理。通过室内试验，比较在不同温度和 不同进水水质条件下厌氧序批式反应器的启动驯化效果并对在不同温度下的 反应器运行参数进行研究，以确定最优运行工艺条件，达到提高厌氧预处理 段处理效率，保证后续工艺稳定运行的目的。 反应器启动试验研究表明，启动时中温混合进水驯化的1 反应器和中温 纯渗滤液进水驯化的2 群反应器容积负荷达均到3 3 2k g c o d ( m 3 d ) ，但1 反 应器c o d 去除率稳定在9 0 以上，出水v f a 在2 0 0 m g l 以下，而2 撑反应器 的c o d 去除率为8 0 以上，出水 a 在6 0 0 m g l 以下；常温混合进水驯化 的3 j 反应器容积负荷仅达到2 0 4k g c o d ( m 3 d ) ，且c o d 去除率在7 0 以上， 出水v f a 在8 0 0 m g l 左右，而常温纯渗滤液进水驯化的4 撑反应器容积负荷 仅为1 6 1k g c o d ( m 3 - d ) ，c o d 去除率为6 0 以上，出水1 a 却在1 0 0 0 m g l 以上。由此认为，a s b r 反应器启动阶段采用中温、渗滤液和生活污水配比 混合进水的驯化方式，同时减少搅拌频率和搅拌强度，可获得较好的驯化效 果。 反应器运行参数试验研究表明，本研究的中温反应器的最适容积负荷为 5 1 4 k g c o d ( m 3 - d ) ，常温反应器的最适容积负荷为4 2 9k g c o d ( m 3 d ) ，且最 优运行工艺参数为进水反应时间1 ：2 2 、进水量2 l 、反应周期为2 4 h ，此时 中温反应器c o d 去除率稳定在7 0 以上，常温反应器c o d 去除率稳定在 6 0 以上。 本文不仅可为垃圾渗滤液的稳定达标处理提供有益的参考，而且有助于 促进厌氧序批式反应器在处理高浓度有机废水方面的深入研究。 关键词：a s b r - 垃圾渗滤液；驯化启动；运行参数 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s t r a c t o n eo ft h e m a j o re n v i r o n m e n t a l p r o b l e m st r i g g e r e db y l a n d f i l li s c o n t a m i n a t i o no fl e a c h a t e ，a n dt h ek e yo f h a r m l e s su r b a ni se f f e c t i v et r e a t m e n to f l a n d f i l ll e a c h a t e a tp r e s e n t ，t h ek e yo fm a n yt e c h n o l o g i e so fl a n d f i l ll e a c h a t ei st h e a n a e r o b i cp r e t r e a t m e n t t h e r e f o r e ，t h i sr e s e a r c hs t u d yo nt h ea n a e r o b i cs e q u e n t i a l b a t c hr e a c t o r ( a s b r ) w h i c hu s e de m e r g e si nr e c e n ty e a r st ob eu s et ot r e a t m e n ti t t h r o u g hl a b o r a t o r yt e s t i n g ，t h ep a p e rc o m p a r e dt h ee f f e c to fa c c l i m a t i o nu n d e r t h ed i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sa n dd i f f e r e n tw a t e rq u a l i t yc o n d i t i o n s ，a n ds t u d yo nt h e o 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 lu n d e rt h ed i f f e r e n tt e m p e r a t u r e st od e t e r m i n e t h e o p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，t oi n c r e a s i n g t h e e f f i c i e n c yo fa n a e r o b i c p r e t r e a t m e n ts e c t i o n ，t os t a b i l i z e dt h er u n n i n gf o l l o w u pp r o c e s s 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 ，w h e ns t a r t u p ，l o a d i n gr a t eo f t h e m e s o p h i l i c a s b r n o 1w h i c hw a s f e e d i n gb y m i x e dw a t e rw a s 3 3 2 9 c o d l & a st h es a m ea st h em e s o p h i l i ca s b r n o 2w h i c hw a sf e e d i n gb y p u r i f i e dl e a c h a t e ，n e v e r t h e l e s s ，c o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i 曲e r9 0 ，a n d v f aw a su n d e r2 0 0 m g li nm e s o p h i l i ca s b rn o 1 ，c o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a s h i g h e r8 0 ，a n dv f aw a su n d e r6 0 0 m g li nm e s o p h i l i ca s b rn o 2 ；f o rt h e n o r m a lt e m p e r a t u r ea s b rn o 3w h i c hw a sf e e d i n gb ym i x e dw a t e r ，t h el o a d i n g r a t ew a s2 0 3 9 c o d l da n dc o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i g h e r7 0 ，a n dv f a w a s8 0 0 m g ll e f tr e a r s i m u l t a n e o u s ，t h el o a d i n gr a t eo fn o r m a lt e m p e r a t u r e a s b rn o 4w h i c hw a sf e e d i n gb yp u r i f i e dl e a c h a t ew a s1 61g c o d l d ，c o d r e m o v a le f f i c i e n c yo n l yw a sh i g h e r6 0 ，v f aw a sh i g h e rt h a n10 0 0m g l i th a s b e e ns h o w e dt h a t ，a s b rc o u l dg e tb e t t e rd o m e s t i c a t i o ne f f e c t sw h e ni tu n d e rt h e m e s o p h i l i cc o n g d i t i o na n df e e d i n gm i x e d w a t e r 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 ，t h em o s ts u i t a b l e s y s t e mv o l u m el o a d i n gi nt h em e s o p h i l i ca s b rw a s5 14k g c o d ( m 3 - d ) ，a n df o r t h en o r m a lt e m p e r a t u r ea s b rw a s4 2 9 k g c o d ( m 3 d 1 t h ed e t e r m i n a t i o no ft h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1ii 页 o p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o n sw e r et h er a t i oo fi n f l o wd u r a t i o nt or e a c t i o np e r i e d 1 ：2 2 ，t o t a li n f l o w2 l ，r e a c t i o nt i m e2 4 h ，a tt h em o m e n t ，t h ec o dr e m o v a l e f f i c i e n c yw a sh i g h e r7 0 i nt h em e s o p h i l i ca s b r , a n dh i g h e r7 0 i nt h e n o r m a lt e m p e r a t u r ea s b r t h ep a p e rn o to n l yp r o v i d e sr e f e r e n c ef o rt h es t a b i l i t yo fl a n d f i l ll e a c h a t e t r e a t m e n t c o m p l i a n c e ，b u t a l s o p r o m o t et h ei n d e p t hs t u d y o na n a e r o b i c s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra th i g h - c o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r k e yw o r d s ：a s b r ；l e a c h a t e ；a c c l i m a t i o n - - s t a r t - u p ；r u n n i n gp a r a m e t e r 西南交通大学四南父迥大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密、，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“、”) 学位论文作者签名：召 l j 梧 曰期：历衫年佐月，汐日。 指导老师签名： 日期御年二月 西南交通大学四南父逋大字 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 分析比较不同的温度、不同进水水质驯化条件下接种相同污泥对 a s b r 处理城市生活垃圾渗滤液的启动驯化效果的影响，根据试验结果，确 定最优的启动方式，为a s b r 处理垃圾渗滤液的启动阶段研究提供有益参考。 参见第四章。 ( 2 ) 分析不同温度下的a s b r 反应器处理垃圾渗滤液的c o d 容积负荷 ( 浓度变化) 、进水时间反应时间、进水量和反应周期变化对a s b r 反应器 处理垃圾渗滤液效果的影响，确定其处理渗滤液的最优运行工艺参数条件， 以达到提高厌氧预处理段的处理效率的目的。参见第五章。 学位论文作者签名：嘲，辛芭 日期：节7 明，口日 西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 近十年来，随着我国城市化进程不断加快，人民生活水平的不断提高， 城市生活生产垃圾产量每年以8 1 0 的速度增加，据不完全统计，到2 0 1 0 年，我国城市生活垃圾将达到2 6 4 亿吨，2 0 3 0 年为4 0 9 亿吨，2 0 5 0 年为5 2 8 亿吨【l 】。为最大程度降低垃圾对环境产生的影响，对其常采用的处理处置方 法有焚烧、堆肥、填埋和回收利用等，而卫生填埋法由于其成本低、技术成 熟、管理方便等优点应用最为广泛。据环境监测总站对国内3 2 9 个城市垃圾 处理厂的调查表明，我国卫生填埋场总数占垃圾处理设施的8 7 5 t 2 1 。垃圾 进入填埋场后，由于自身的好氧或厌氧发酵、降水的淋溶、冲刷以及地表水、 地下水的浸泡，而产生污水，即为渗滤液【3 】。其中含有大量的病原微生物和 其它复杂的有毒有害物质，其含量及产生量随季节、填埋年限的推移变化很 大，这给渗滤液的处理带来了相当大的困难。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【4 】，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达到3 3 i 引。而据中国城市城市建设研究院对全国2 9 2 家大中型填埋场的调查显示：现有的填埋场中，具有渗滤液处理系统的占 6 1 ，其中4 9 的填埋场进行了渗滤液处理，但是未达到国家的相关排放标 准，剩余的1 2 填埋场进行了处理，但是出水只达到3 级标准【3 】，而剩下3 9 的填埋场根本未经过任何处理而直接排放，对周围环境造成了严重污染。为 此，对填埋场渗滤液有效地污染控制成为实现城市垃圾无害化处理的关键。 垃圾渗滤液是一种危害较大的高浓度有机废水，同时也是一种处理难度 较大的废水。目前渗滤液的处理方案主要有异地处理和就地处理：异地处 理指渗滤液通过管道运输直接进入污水处理厂和经过预处理后进入城市污水 处理厂，其中预处理方案考虑了渗滤液直接排放对城市污水处理厂运行的冲 击问题【6 】。就地处理包括渗滤液回灌处理以及在垃圾处理场设立污水处理 站进行独立处理。但渗滤液回灌不仅产生恶臭，且易受冰冻期影响，长期回 灌还会使渗滤液中某些无法生物降解的污染物浓度越来越高，最终仍需对其 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 单独处理：单独处理系统的工艺般为：厌氧+ 好氧+ 深度处理。由于我国大 多数卫生填埋场远离城区，渗滤液的输送将造成较大的经济负担，且渗滤液 由于其污染物浓度高、成份复杂、有毒、有害物质及重金属含量高，易对城 市污水处理厂的正常运行造成影响，甚至造成系统的瘫痪，且2 0 0 8 年我国颁 布的生活垃圾填埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 2 0 0 8 ) 中规定：从2 0 1 1 年 7 月1 目起，现有的全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行 规定的水污染排放浓度限值。因此，寻求一种在垃圾填埋场单独处理的高效 工艺是必要的。 目前，随着城市垃圾卫生填埋技术的不断应用，对渗滤液处理工艺技术 的研究也日趋增多，而现行的较成功的渗滤液处理工艺有厌氧+ m b r + n f ， 厌氧段的c o d 去除率在5 0 左右，去除了部分污染物，延缓膜的通量下 降速度，延长了膜的使用寿命。此外，目前较为热门的矿化垃圾床处理垃圾 渗滤液也为垃圾的再利用以及渗滤液的经济有效处理提供了一条新途径，但 在使用过程中若不采取降低配水负荷或延长落干时间等预处理措施，会导致 矿化垃圾阳离子交换容量在一定时间内大幅下降而引起表面堵塞，造成床层 翻挖等增加工程量等问题。可见，垃圾渗滤液处理工艺中厌氧预处理段是关 键部分。 目前在垃圾渗滤液处理厌氧预处理段中常采用的厌氧反应器多为普通消 化池、a f 、a f b 、u a s b 等，各自存在的一些缺点，例如：厌氧滤池( a f ) 需要大量的填料，上流式厌氧滤池易出现悬浮物堵塞和可能形成短路，下流 式厌氧滤池其生物膜形成较慢，容积符负荷也较低；厌氧流化床反应器( a f b ) 的流态化是其工艺的前提，但难以控制生物膜的形成与剥落，且工艺操作控 制困难、投资和运行成本高；上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 对水质和 符负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差【7j ；厌氧颗粒污泥膨胀床反应器 ( e g s b ) 动力消耗高：厌氧内循环反应器( i c ) 的升流管和降流管的直径十 分有限，不尽合理，水力模型合理性和实用性还有待研究【1 4 j 等。在此基础上， 本研究采用近年来兴起的厌氧序批式反应器( a s b r ) 来对垃圾渗滤液进行 预处理具有十分重要的意义。 1 2 渗滤液的特性 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 1 垃圾渗滤液的水量特性 垃圾渗滤液主要来自于以下三方面：填埋场内的自然降水和地表径流； 垃圾自身含水；在垃圾卫生填埋后由于微生物的厌氧分解作用而成【8 | 。渗滤 液产生受多因素影响，不仅水量变化大，而且变化无规律性。影响渗滤液水 量的因素主要包括填埋场降雨量、地形条件、渗入的地下水、垃圾成分、气 候条件和填埋技术等。其中降雨量是决定因素，具有明显的季节性和地域性 特征，所以其估算的难度较大。 1 2 2 垃圾渗滤液的水质特性 垃圾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，其中填埋场构造方式是最主要的影响因素【9 j 。从宏观角 度来看，渗滤液有以下一些特征。 ( 1 ) 渗滤液水质变化大 渗滤液的水质变化与下列因素有关：渗滤液水质随水量变化而变化。 渗滤液水质在日、时尺度内变化较大，且老龄填埋单元的水质随时间变化 相对较大。渗滤液水质随填埋场填埋龄的改变而改变。填埋初期，渗滤液 呈黑色，挥发性脂肪酸含量少，封场后期，有机物浓度下降。 ( 2 ) 渗滤液成分复杂 渗滤液的组分与垃圾组成、气候、地质状况等因素的关系较大，因此各 地的渗滤液组成相差较大。据张兰英等人【lo 】采用g c 。m s d s 联用技术鉴定出 垃圾渗沥液中有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。我国渗滤液的典型组成如表1 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 颜色 t s s 有机酸 c o d n h 3 - n n 0 3 - n f e p b h g 恶臭，略有氨味 4 o 8 5 2 5 0 0 - 1 0 0 0 0 10 0 0 - 3 8 0 0 0 4 0 0 - 3 0 0 0 0 5 2 0 o 0 1 “1 0 2 - 1 3 4 8 o 0 1 o 5 5 0 0 - - - 10 0 0 0 倍 6 0 0 15 0 0 0 5 0 0 0 - - - 30 0 0 0 l5 0 0 4 0 0 0 0 0 5 3 0 0 0 1 3 o 1 1 4 3 2 0 0 - , - 4 5 0 0 0 0 1 2 6 1 注：p h 木无量纲 ( 3 ) c o d 和b o d 浓度都很高 c o d 含量高达几万，b o d 浓度也达到几千，但是随着填埋年份的增加， b c 值有时还低于o 1 ，说明稳定期和老龄渗滤液的可生化性较差。这也是 用传统的生物处理法很难取得较好去除效果的原因之一。 ( 4 ) 氨氮含量较高 垃圾中由于含有大量的含氮物质( 蛋白质类物质) ，特别是由于我国垃 圾中含有大量餐厨垃圾，其渗滤液中氨氮含量很高。由于多数采用厌氧填埋， 到填埋中后期，渗滤液中的氨氮含量仍能够达到1 0 0 0 m g l 左右，而过低的 c n 对常规生物过程有较强的抑制作用，这是导致渗滤液难处理的又一个重 要原因。 ( 5 ) 离子含量种类多 垃圾中的金属离子含量远高于渗滤液中的金属离子含量。这是由于垃圾 本身对金属离子的吸附等一些作用造成的，但垃圾渗滤液中仍含有1 0 多种 金属离子，如铜、锌、铅、镍、铬、镉、钙、镁、钾和钠。 ( 6 ) 营养元素严重失衡 相对于生物所需的比例，渗滤液c ：n ：p 比例严重失调，渗滤液中氨氮含 量偏高，而c 、p 含量较低。实验室证明渗滤液中高浓度的n i l 3 - n 也使得生 鲅一懈脚眦口吼勖臼 砀 赇妒靴物眺州蜊m抽舡 淮 o o 3 2 埋如 如 m 眨脱 一一 一 一 一 一 一一一 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 物脱氮反硝化过程碳源严重不足，常给生化处理带来一定难度【1 2 】。 1 3 渗滤液处理技术研究现状 渗滤液的性质的多变性给渗滤液的有效处理带来了极大的困难，到目前 为止，尚没有发展出完善的适合渗滤液处理的工艺。一般只是根据填埋场的 具体情况及经济要求，并参照各种市政污水或工业废水的处理方法，提出处 理方案。目前国内外渗滤液的处理工艺多采用“预处理一主处理后处理”的工 艺流程，总体上是采用以物化法作为预处理或后处理，生物法作为主处理， 土地法作为后处理工艺的处理系统，其中合理的预处理措施是效地提高渗滤 液的可生化性，改善后续工艺的运行环境的关键。 1 3 1 渗滤液的生物处理 生物法处理渗滤液是利用微生物将渗滤液中的有机污染物降解而达到 净化的目的。生物法分为好氧处理、厌氧处理及兼性处理。 ( 1 ) 好氧生物处理 好氧生物法主要包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘 和滴滤池等。如美国和德国【1 3 】的几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表 明，活性物理法可以获得令人满意的垃圾渗滤液处理效果；序批式活性污泥 法已经在牡丹江市郭家沟、汕头市油麻埠以及杭州市天子岭垃圾填埋场成功 运行。 ( 2 ) 厌氧生物处理 厌氧处理的方式有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床、分 段厌氧消化法、厌氧塘等。厌氧生物处理适合于处理高浓度的有机废水，其 能耗较少、操作简单、占地面积少且污泥量少；反应过程中还可以产生能量， 投资和运行费用低，产泥量少。但是，厌氧处理受温度和季节影响大，对p h 值要求比较严格。 1 3 2 渗滤液的物化处理 物化处理不受水质影响，适用范围广，尤其对b c 的值在o 0 7 0 2 0 之间的难生物处理的渗滤液效果较好。但是物化处理技术针对性太强，处理 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 效果单一，且运行成本高，需要复杂的工艺才能对渗滤液进行全面的处理。 渗滤液的物化处理技术主要包括：活性炭吸收、混凝吸附、化学沉淀、化学 氧化、催化氧化、密度分离、离子交换、吹脱和湿式氧化等多种方法f 1 4 】。 ( 1 ) 吸附法 在废水处理中，吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的种或 多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。在渗滤液处理中，吸附法主要用 于去处水中难降解的有机物( 酚、苯、胺类化合物等) 、金属离子( 汞、铅、 铬) 和色度，一般情况下，对c o d 和n h 3 - n 的去除率为5 0 7 0 i l 5 1 。 ( 2 ) 混凝化学沉淀法 对于长年填埋场的或经生物处理后的渗滤液而言，c o d 和t o c 的去除 率相对较高。在混凝过程中投加助凝剂可改善絮体的沉降性能，但无助于提 高浊度的去除率1 6 】。杨健等【1 7 】研究表明以化学混凝法进行前期处理，可在 短时间内将渗滤液中有机物大幅去除，c o d 及色度去除率皆可达到5 0 ， 且不会对后续的生物处理造成影响。 ( 3 ) 高级氧化技术 高级氧化技术主要包括以下内容：蒸发、以生成羟基自由基为目的的氧 化法，例如f e n t i o n 或类f e n t i o n 技术、臭氧氧化技术、利用光能量的光直接 降解和光催化氧化技术。潘留明掣塌】用臭氧强化光催化工艺对垃圾渗滤液进 行了深度处理，实验表明，该工艺工艺不仅可以提高处理能力，还有效地改 善出水的可生化性。 ( 4 ) 膜分离处理技术 在国外，垃圾渗滤液膜分离技术处理工艺相当成熟，在我国这一新技术 也得到一定的应用。目前膜技术包括反渗透、超滤、微孔过滤等几种，其中 以反渗透( r o ) 分离技术的应用最为广泛；而超滤和微滤常作为反渗透的预 处理。膜分离法的特点是分离过程不发生相变化，能量的转化率高，一般不 需要投加其他物质，且可在常温下进行。何红根【1 9 】利用组合膜工艺即“垃圾 渗滤液混凝沉淀超滤膜d t r o 膜 处理工艺对垃圾渗滤液污染物有良好的 去除效能。 ( 5 ) 吹脱法 垃圾填埋场尤其是中老年填埋场的渗滤液中营养比例严重失调，为调整 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 c n 可对其进行氨吹脱预处理。脱氨方法主要有曝气吹脱和吹脱塔吹脱2 类。 但过程中由于需要调节p h 值，必须投加大量的碱，且曝气增加了动力消耗， 同时氨吹脱只是将废水中的铵离子转化为游离氨排放到大气中，实质上氨的 污染问题并未得到解决。 1 3 3 渗滤液的土地处理 土地处理是通过吸附、离子交换或沉淀作用，土壤颗粒从渗滤液中将悬 浮固体过滤掉，并将溶解性组分固定在颗粒上。目前用于渗滤液的土地处理 法主要是回灌和人工湿地。 回灌法 据估计，英国5 0 的填埋场采用了回灌技术，而国内的渗滤液回灌处理 的研究在8 0 年代末开始，渗滤液回灌研究的初期主要以渗滤液处理为主，通 过回灌消减水量以及渗滤液中的污染杂质。上海老港垃圾填埋场三级矿化垃 圾生物反应床处理渗滤液示范工程【2 0 】，采用间歇运行方式，在5 0 t d 的配水 量下，c o d 值在1 年的2 0 的时间里满足二级排放标准，7 5 的时间里排放 浓度低于6 5 0 m g l ，全年可满足三级纳管排放标准。 人工湿地处理 人工湿地技术，凭借其缓冲容量大，处理效果好、投资省、能耗和运行 费用低、设备简单、维护和操作以及管理方便，即使在填埋场封闭后仍能发 挥作用等优点。陈玉成等采用土壤渗滤和芦苇湿地对渗滤液处理进行了小试 研究，在进水c o d 为1 0 0 0 m g l 左右时，其去除率可以稳定在6 0 以上。 1 3 4 渗滤液的处理方案 垃圾填埋场渗滤液的处理技术既有与常规废水处理技术的共性，也有其 极为显著的特殊性。渗滤液的处理有场内和场外两大类处理方案。具体方案 有：直接排入或经预处理后排入城市污水处理厂进行合并处理；渗滤液向填 埋场的循环喷洒处理；在填埋场建设污水处理站( 厂) 进行独立处理1 2 1 2 2 1 。而 建设独立的场内完全处理系统这一渗滤液处理方案是我们目前最值得研究的 方向。目前渗滤液单独处理已有较多组合工艺，如厌氧一好氧生物氧化工艺、 两级厌氧一过滤一生物氧化塘工艺、厌氧+ m b r 坩师、水解酸化一s b r 法一 混凝沉淀、厌氧一吹脱一缺氧一好氧一混凝沉淀等，上述工艺中厌氧预处理 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 是关键部分，对后续工艺的稳定运行具有重要作用，因此本文采用厌氧序批 式反应器( a s b r ) 对渗滤液进行预处理具有非常重要的现实意义，以下将 a s b r 的基本原理及研究应用作简要介绍。 1 4 厌氧序批式反应器( a s b r ) 的基本原理 厌氧序批式反应器( a n a e r o b i es c l u e n e i n gb a t c hr e a e t o r 简称a s b r ) 是2 0 世纪9 0 年代美国i o w a 州立大学r i c h a r d r d a g u e 教授提出并发展起来的一种 新型高效厌氧反应器，它能使污泥在反应器内的停留时间( s r t ) 大大延长，增 加反应的污泥浓度，并能够进行充分的泥水混和，从而提高了厌氧污泥的处 理能力，越来越受到各国学者的关注。 1 4 1 a s b r 的基本操作 厌氧序批式反应器的操作过程包括进水( f e e d i n g ) 、反应( r e a c t i n g ) 、沉淀 ( s e t t l i n g ) 、排水( d e c a n t i n g ) 4 个阶段。也有设置空转阶段，系指本周期出水结 束到下一周期进水开始之间的时间间隔，可根据具体水质及处理要求进行取 企 2 3 1 自 。 进水阶段：废水进入a s b r 反应器，同时由生物气、液体再循环搅拌或 机械进行搅拌，基质浓度迅速增加，根据m o n o d 动力学方程，微生物代谢速 率也相应增大，直到进水完毕达到最大值。进水体积由下列因素决定：设计 的h r t 、有机负荷o l r ( o r g a n i cl o a d i n g r m e ) 及预料的污泥床沉降特性等【2 4 】。 反应阶段：该阶段是有机物转化为生物气的关键步骤，所需时间由下列 参数决定：基质特征及浓度，要求的出水质量、污泥( 生物团) 的浓度，反应 的环境温度等，其中搅拌对c o d 去除率及甲烷产量的影响，在颗粒成长过 程中的有重要作用。 沉淀阶段：停止搅拌，让生物团在静止的条件下沉降，形成低悬浮固体 的上清液。反应器此时变成澄清器，沉降时间可根据生物团的沉降特性确定， 典型时间在1 0 3 0 m i n 间变化，沉降时间不能过长，否则因生物气继续产出 会造成沉降颗粒重新悬浮。混合液悬浮固体浓度( m e s s ) 、进料量与生物团量 之比( f m ) 是影响生物团沉降速率及排出液清澈程度的重要可变因素。 排水阶段：充分的液固分离完成后，将上清液排出，排水体积等于进水 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 体积。排水时间由每次循环排水的总体积和排水速率决定。排水结束后，反 应器将进入下一个循环，多余的生物团定期排出。 1 4 2a s b r 的基本特征 a s b r 相对于其他厌氧反应器来说有如下优点： ( 1 ) 工艺简单，占地面积少，建设费用低 a s b r 法的主体工艺设备，只有一个( 或几个) 间歇反应器，同传统的 厌氧工艺相比，此反应器集混合、反应、沉降等功能于一体，不需额外的澄 清沉淀池，不需要液体或污泥回流装置，同u a s b 和a f 相比，该反应器的 底部不需要昂贵的进水系统，具有工艺简单、结构紧凑，占地面积少，建设 费用低等优点。 ( 2 ) 耐冲击、适应性强 完全混合式反应器比推流式反应器具有较强耐冲击负荷及处理有毒或高 浓度有机废水的能力。a s b r 反应器在反应期内本身的混合状态属典型的完 全混合式，加之反应器内有较高m l s s 浓度，进而使f m 值降低，因此具有 反应推动力大、耐冲击负荷及适应性强的优点【2 4 1 。 ( 3 ) 布水简单、易于设计、运行 在u a s b 、a f 等工艺中，布水设计的好坏直接影响到厌氧工艺的成功与 否，因而设计难度大，而a s b r 工艺中水是批式进水，无需复杂的布水系统， 也就不会产生断流、短流的问题，降低了设计难度，保证了处理的效果。 ( 4 ) 运行操作灵活 a s b r 反应器在运行操作过程中，可根据废水水量、水质的变化，通过 调整一个运行周期中各个工序的运行时间及h r t 、s r t 而满足出水水质的要 求，具有很强的运行操作灵活性。 ( 5 ) 固液分离效果好，出水澄清 固液分离在反应器内部进行，是a s b r 工艺不同于其它厌氧工艺的一个 显著特征。首先，厌氧生物团絮凝同好氧活性污泥法的模式类似，是由细菌 对基质的有限浓度引起，f m 值对其有重要影响。低f m 值，有利于生物絮 凝，沉降快，出水悬浮固体低。一个连续进料完全混合的厌氧反应器稳态操 作时，f m 是定值，而间歇操作的a s b r 反应器进水后为高f m ，随着反 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 应的进行，f m 逐渐降低，反应结束排水时，f m 最低，且产气量最小，易 于固液分离。因此，从固液分离效果讲，a s b r 法的间歇操作模式要优于其 它厌氧法的连续操作模式【2 5 1 。 ( 6 ) 污泥性能好，处理能力强 由于a s b r 出水时容易将沉淀性能不好的污泥随水排出，而将沉淀性能 较好的污泥保留下来，所以系统中的污泥整体沉降性能较好。同时，颗粒化 过程较短，大大提高了处理废水的能力。 1 4 3 影响a s b r 启动及运行的因素 影响a s b r 处理效率的因素很多，除了废水性质和处理负荷外，主要包 括以下几点： ( 1 ) 反应器构造 高径 l ( h d ) 是a s b r 最主要的结构特征参数，它对污泥的沉降效果影响 较大。s u n g 和d a g u e 结果表明，h d 值小的反应器能保留更多的污泥量，而 h d 值大的反应器能保留具有较大零沉降速度的颗粒污泥，并在排水时洗出 分散的絮状污泥，越是细高的反应器，污泥的颗粒越大【2 6 。 ( 2 ) 温度 通常的厌氧消化多为中温消化，温度控制在3 0 3 8 ，对温度的要求较 严格，也有高温消化，温度为5 0 5 5 ，但近年来的研究证明a s b r 具有 低温下处理有机废水废料的可行性。温度对颗粒污泥的形成会产生影响，颗 粒污泥的粒径随温度的降低而降低0 2 7 1 。另外，低温下颗粒污泥的s m a ( 比产 甲烷活性) 略低于中温条件下【2 8 1 。同时，不同种群产甲烷菌对生长的温度范 围均有严格要求，不论何种原因导致温度的短期突变，均会对厌氧发酵过程 产生明显的影响，因此，恒温对保持系统的稳定性有重要作用。 ( 3 ) p h p h 值是废水厌氧处理最重要的影响因素之一。微生物对p h 值的波动十 分敏感，厌氧处理中，酸化菌对环境p h 的适应范围为5 0 8 5 ，而甲烷菌为 6 5 7 8 ，这也是通常情况下厌氧处理所应控制的p h 范围。若p h 下降，酸化 菌在p h 为5 左右时仍比较活跃，这意味着甲烷菌早已被低p h 值所抑制，而 产酸过程仍然继续，如果废水没有足够的缓冲能力，会导致p h 下降及进一 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 步引起甲烷菌活力降低，这会使p h 继续下降，最终引起反应器系统的严重“酸 化”，导致反应操作失败。另外，即使在其适应的p h 范围内的p r t 值的突变 也会引起污泥活力的明显下降。 ( 4 ) 碱度 a s b r 运行时要求混合液具有一定的p h 缓冲能力，使p h 值保持在 6 5 7 8 范围内。启动初期颗粒污泥没有形成时，对p h 值极为敏感，一旦p h 值低于7 0 则产气不活跃，而把p h 值调为7 0 一- - 7 5 时，产气则明显增加，说 明碱度对形成的颗粒污泥作用很关键，必要时需要适当加入调节试剂如 n a h c 0 3 2 9 1 。当颗粒污泥形成并稳定一段时间后，碱度可比启动阶段有所降 低，但也要保持足够的碱度。 ( 5 ) 搅拌 搅拌的目的是为了使厌氧微生物与废水中有机物进行充分的混合接触， 便于生物降解。过强的搅拌会引起的水流强烈紊动而容易剪碎已形成的颗粒 污泥，使颗粒污泥解体；强度过低则影响反应器效率。d a g u e 教授在研究中 发现：间歇搅拌( 2 m i n h ) 与连续搅拌相比，c o d 去除率基本不变，而污泥沉 降性能得到改善，且产气量却要高于连续搅拌f 2 6 1 。由此d a g u e 认为，间歇搅 拌比连续搅拌更加优越。 ( 6 ) 进水时间与反应时间比值( t 压) t 汀，值是直接影响a s b r 反应器最终处理效果的一个重要因素。过去一 段时间，国内外一些学者曾认为t 儿越小，越有利于甲烷的产生，也越有利 于反应器的稳定运行。而近年来我国学者李玉瑛等研究表明进水时间长有利 于a s b r 的进行【3 0 1 。快速进水由于产酸菌产生脂肪酸速率高于产甲烷消耗的 有机酸的速度会使反应器中大量积累v f a ，当负荷大于某一值时，甲烷化能 力急剧下降。在低负荷时，t f t r 对反应影响较小，高负荷情况下，t f t r 对 反应影响大。 1 4 4a s b r 的研究与应用 1 4 4 1a s b r 的国外研究与应用 美国l o w a 州立大学土木工程系r i c h a r dr d a g u e 教授等对a s b r 反应器 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 处理低温低浓度的工业废水做了实验室研究p 。进水c o d 为6 0 0 m g l ，b o d 为2 8 5 m g l ，h r t 分别为2 4 、1 6 、1 2 、8 、6 h 。结果表明在所有的h r t 下， 2 5 和2 0 时c o d 和b o d 5 的去除率均可以达到9 0 ，在最低温度5 和最 短水力停留时间6 h 条件下，c o d 和b o d 5 的去除率分别为6 2 和7 5 。应 用a s b r 处理低温低浓度废水以降低处理成本是具有一定可行性的。 a s b r 对处理低s s 浓度的废水具有较好处理效果，t o r r i j o s t 3 2 】利用a s b r 对酿酒废水进行了处理，结果表明，水力停留时间为2 d 、容积负荷为0 4 9 4 k g c o d ( m 3 d ) 时，对溶解性c o d 的去除率 9 8 。此外，a s b r 也用于苯酚 废水、煤转化废水及全氯乙烯废水的处理研究中，可见a s b r 也适用于有毒 有害有机废水的处理。 a s b r 也可处理高s s 浓度有机废水并有实际应用。在美国，以d a g u e 为首的学者在提出a s b r 之初，就将其用于养猪场废物的处理研究中，之后， z h a n grh 和t a oj 等利用2 段a s b r 法来去除动物粪便废水中的挥发性固体 ( v s ) ，研究表明：在v s 负荷率为2 9 ( l d ) ，h r t 为6 d 条件下，高( 5 5 。c ) 中( 3 5 ) 温反应器v s 去除率为8 6 0 ，而中中温反应器v s 去除率仅为 7 3 0 。同时，他们还意外发现该系统对废水中夹带的h 2 s 和c h 3 s h 去除率 很高( 9 0 ) ，取得了很好的除臭效果【3 3 1 。加拿大的m a s s edi 等利用a s b r 法 处理屠宰废水，在3 0 、h r t 为2 d 的条件下，总c o d 去除率达到9 6 ， o l r 为4 9 3 k g ( m 3 - d ) 。此外，保加利亚的r i b a r o v ai 等【3 4 j 贝0 采用a s b r + s b r 工艺处理含五氯酚( p c p ) 9 5m g l 的废水，a s b r 段污泥浓度达到l o 2 0 9 l ， p c p 容积负荷达到1 0m g ( l d ) ，去除率达9 0 以上。 r a m s z n e i 3 5 1 向a s b r 中投加聚亚安酯泡沫来固定反应器中的微生物，开 发出集悬浮床和固定膜于一体的a s b r 反应器，提高了系统的稳定性和处理 效率，此外，d u g b a 还开发出了高温( 5 5 ) 中温( 3 5 ) 两段式a s b r 反应器， 用来处理含高悬浮固体的养牛场废水，也取得了很好的处理效果。 1 4 4 2a s b r 的国内研究与应用 ( 1 ) a s b r 处理中高浓度有机废水 安徽工业大学的张文艺1 3 6 1 等在处理屠宰场废水的试验中研究了a s b r 处 理高浓度有机废水的可行性。实验结果表明，当进水c o d 为1 9 6 0 m g l ，温 度约3 0 时，经2 4 h 的厌氧搅拌反应，出水c o d 去除率约为7 5 。经a s b r 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 处理后的屠宰废水色度较大，有一定的臭味。要使其能达标排放，还必须进 行深度处理。 张文艺【3 7 】等考察了a s b r 工艺对啤酒废水c o d c ，去除率和产气率的影 响。研究表明，a s b r 处理啤酒废水适宜参数为：温度3 0 4 0 ，p h7 8 ， 反应时间2 4 h ，m l s s5 0 0 0 5 5 0 0 m g l 。在此工艺参数下连续运行1 周， c o d c ，、t s s 去除率分别为8 0 9 、7 4 ，产气率约为5 0 0l k gc o d c ，。应用 a s b r 处理啤酒废水，能耗低且能产生大量沼气，电耗仅为0 3 k w h m 3 ，节 能效益显著。 王亮，李风亭等人【3 8 】采用a s b r 处理豆制品废水，废水的进水c o d c r 为4 5 0 0 - - 一5 3 0 0 m g l 。启动成功后，c o d 负荷率为7 8 3 k g m s - d ，c o d 去除率 8 9 7 ，容积产气率3 9m 3 m 3 d ，其中甲烷含量7 0 ，污泥颗粒化为粒径在1 3 m m 的颗粒污泥