（环境工程专业论文）基于物化法处理生物反应器填埋场“老龄”渗滤液的实验研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 生物反应器填埋场”老龄”渗滤液具有大分子有机物含量高、 可生化性差、氨氮浓度较高、有机污染物( c o d ) 浓度较低、色度 较大等特点，采用生物法处理该类渗滤液难以达标排放。本文采用物 化法对模拟生物反应器填埋场”老龄”渗滤液进行实验研究。 采用f e n t o n 法和化学混凝法处理生物反应器填埋场”老龄”渗 滤液，以有机污染物( c o d ) 浓度、氨氮浓度、色度和p h 值作为研 究指标，考察在常温常压下f e n t o n 试剂和化学混凝剂的投加量、投 加比例、反应时间和不同的p h 值等主要因素对生物反应器填埋场” 老龄”渗滤液的处理效果的影响。 实验结果表明：( 1 ) 在ph = 2 0 ，h 2 02 与f e s 0 4 - 7 h 2 0 的摩尔比 为l ：1 6 ，反应时间为1h 的实验条件下，模拟生物反应器填埋场 “老龄”渗滤液的处理效果最佳。c o d 浓度从7 0 0 mg l 左右降至 8 5 mg l ，去除率高达8 7 ；氨氮浓度从原来的4 2 0 mg l 左右降 到了8 0 mg l ，去除率达到7 9 ；色度去除率亦可达到5 5 。其中， 处理后的c o d 浓度已达到国家二级排放标准。( 2 ) 硫酸铝钾在投加 量为3 0 9 l ，反应时间9 分钟和p h 值为8 0 的反应条件下，对c o d 的去除率达到4 9 1 2 ，氨氮的去除率达到5 2 3 3 ，色度的去除率为 7 0 。( 3 ) 硫酸铁在投加量为3 0g l ，反应时间9 分钟和p h 值为 8 0 的反应条件下，对渗滤液c o d 和氨氮的去除率分别达到了 4 8 3 2 和5 5 8 3 ，色度的去除率为5 0 9 6 。两种物化法处理效果的比较 显示f e n t o n 法的优势更突出。 本研究是对生物反应器填埋场“老龄”渗滤液的次有益探索， 可为生物反应器填埋场渗滤液处理的深入研究积累基础数据和提供 基本参数，同时为垃圾渗滤液的处理方式的合理选择提供有益借鉴。 关键词：生物反应器填埋场；“老龄”渗滤液；f e n t o n 法：化学混 凝法；处理效果 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t t h eb l fo l dl e a c h a t ei sak i n do fl e a c h a t et ob eh a r d l yt r e a t e dw i t h t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm u c ho r g a n i cw a s t e s ，h e a v yc o n c e n t r a t i o no f l e a c h a t en h 3 - n ，l i g h tc o n c e n t r a t i o no fc o da n dh e a v ym e t a l h y d r o n i u me t c b e c a u s eo ft h i s ，t h et r a d i t i o n a lb i o l o g i c a l o rp h y s i c a l c h e m i s t r yt e c h n i q u e sc ann o td i s p o s et h ew a s t e w a t e rd r a s t i c a l l yt o s a t i s f yt h et r e a t m e n tr o l e s o ，t h ee x p e r i m e n tp r o j e c ti st od e a lw i t ht h e b l fo l dl e a c h a t ew i t hp h y s i c a lc h e m i s t r yw a y t h eb l fo l dl e a c h a t ei sd i s p o s eb yf e n t o np r o c e s sa n dt h e c h e m i c a l c o a g u l a t i o np r o c e s s t a k i n g t h ec o dc o n c e n t r a t i o n ，t h e n h 3 - nc o n c e n t r a t i o n ，p ha n dc h r o m aa st h es t u d yi n d e x ，t h ei n f l u e n c e s o fp hv a l u e ，r e a c t i o nt i m e ，t h eq u a n t i t yo fr e a g e n ta n dt h eo p t i m a l p r o p o r t i o no nt h ed i p o s a le f f e c tt h eb l fo l dl e a c h a t ea r ei n v e s t i g a t e d u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h en o m a lt e m p e r a t u r ea n dn o m a la t m o s p h e r i c p r e s s u r e t h ea n a l y s e sa n dr e s e a r c h e so ft h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ： ( 1 ) w h e nt h ep ho fl e a c h a t ei s2 0a n dt h ep r o p o r t i o no ff e n t o nr e a g e n t i s1 ：1 6 ，a f t e rr e a c t i n g1 h ，t h et r e a t m e n te f f c t0 ft h eb l fo l d l e a c h a t ei sb e s t t h ec o dc o n c e n t r a t i o no fl e a c h a t er e d u c ef r o m 7 0 0 m g lt o8 5 m g l ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o de x c e e d s8 7 t h en h 3 一nc o n c e n t r a t i o no fl e a c h a t ed e c l i n ef r o m4 2 0 m g lt o8 0m g l ， t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f n h 3 一ne x c e e d s7 9 ，a n dd e c 0 1 0 r iz a t i o n r a t e e x c e e d s5 5 ( 2 ) w h e nu s i n gk a l ( s 0 4 ) 2t od i s p o s et h eo l d l e a c h a t e ，a f t e ra d j u s t i n gt h ep ho fl e a c h a t et o8 0 ，a d d i n g3 0 9 lt o t h el i q u o ra n dr e a c t i n g9 m i n ，t h ee f f e c to ft r e a t m e n tr e a c hb e s t t h e a v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o de x c e e d s4 9 1 2 t h ea v e r a g er e m o v a l r a t eo f n h l ne x c e e d s5 2 3 3 ，d e c 0 1 0 r iz a t i o nr a t ee x c e e d s7 0 ( 3 ) w h e na d o p tin gf e2 ( s 0 4 ) 3t od i s p o s et h el e a c h a t e ，t h eb e s tr e a c t i o n c o n d i t i o ni st h a t3 0 9 lr e a g e n t ，9 m i nr e a c t i o nt i m ea n dt h ep hv a l u ei s 8 0 t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o de x c e e d s4 8 3 2 ，t h ea v e r a g e 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i i 页 r e m o v a lr a t eo fn h l ne x c e e d s5 5 8 3 d e c 0 1 0 r i z a t i o nr a t e e x c e e d s5 0 c o m p a r e dt h et w ow a y ，t h er e s u l t ss h o wt h ef e n t o nw a y i sb e t t e r t h es t u d yi sau s e f u ls e a r c ht ot h et r e a t m e n to ft h eb l fo l d l e a c h a t e i tn o to n l ya c c u m u l a t e sb a s i cd a t aa n ds u p p l yb a s i cp a r a m e t e r t ol u c u b r a t e ，b u ta l s os u p p l ys o m eh e l p f u lr e f e r e n c ef o rt h es u i t a b l e c h o i c eo ft h el a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n tw a y s k e y w o r d s ：b i o r e a c t o rl a n d f i l l ；o l dl e a c h a t e ；f e n t o np r o c e s s ； t r e a t m e n te f f e c t ；t h ec h e m i c a lc o a g u l a t i o np r o c e s s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 1 1 1 垃圾卫生填埋处置技术的特点与难点 城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为日常生活提供服务 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。它主要包括炊厨废物、废纸、织物、家用什物、玻璃陶 瓷碎片、废塑料制品等。其主要特点是成分复杂、有机物含量较高。 随着工业化国家的城市化和居民生活消费水平的提高，城市垃 圾的增长十分迅速。发达国家的垃圾增长率为3 2 4 5 ，我国的 垃圾增长率每年约按8 以上的速度增长，垃圾年产生量为1 4 2 亿吨 【1 1 。由于处置设施严重缺乏，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 年中国城市垃圾占地达6 万公顷【lj 。因此对城市 垃圾的合理处置变得刻不容缓。 我国城市生活垃圾处理处置始于2 0 世纪8 0 年代，采用的方法 主要包括简单堆放、堆肥、卫生填埋、焚烧和回收综合利用等。而 现有的比较成熟且常用的生活垃圾处理处置方式主要是焚烧法、堆 肥法和卫生填埋法。其中，卫生填埋法是在科学选址的基础上采用 登要的场地防护手段和合理的填埋场结构，以最大程度的减缓和消 除垃圾对环境，尤其是对地下水环境污染的技术。它以工程投资成 本低廉( 是焚烧成本的1 l5 1 8 ，是堆肥处置成本的1 5 1 3 、 技术可靠、工艺简单、管理方便、运行费用低、适用范围广、无二 次污染、环保效果显著和处置彻底等优势成为我国和大多数发达国 家主要的垃圾处置手段i ( 表1 ) 。 表i国外卫生填埋方式所占比例统计表( 单位：) 美国德国英国法国 荷兰 比利时澳大利亚瑞典意大利 7 5 6 58 84 04 5 6 26 5 3 58 6 除此之外，我国城市垃圾因无机物含量高、热值低、含水量大 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 更适合于卫生填埋法处置。可以预见我国当前和今后相当长的一段 时间里，城市垃圾处置仍将以填埋处置方式为主。 尽管如此，在传统的卫生填埋场中，垃圾的生物降解是一个无 任何控制的自然降解过程。由于垃圾组分成分复杂，物理、化学和 生物特性差异较大，以及垃圾填埋场结构设计上的问题，无法为微 生物提供适宜的生长条件，垃圾的生物降解过程因而受到限制。同 时，卫生填埋还存在渗滤液污染强度高、水质变化大、封场后维护 监管期长、风险大、不利于场地及时复用等不足f 2 j 。其中，渗滤液的 处理是传统卫生填埋场的难点之一。单一的物理化学法和生物处理 法很难适应传统填埋场不断变化的渗滤液水质水量要求，尽管一定 容积的渗滤液调节池可在定程度上克服这一问题，但仍需要经常 随季节以及填埋场运行阶段调整渗滤液处理系统及其有关参数，更 无法对组分复杂浓度很高的渗滤液进行有效处理，使其在排放前达 到有关排放标准的要求1 3 】。这无疑将严重影响垃圾卫生填埋法在更大 范围的推广和应用。 1 1 2 生物反应器填埋场的发展及面临的挑战 鉴于传统填埋方式的不足，从二十世纪七十年代起，英美发达国 家开始了新一代的垃圾卫生填埋场一一生物反应器填埋场( b l f ) 的 研究。生物反应器填埋场是根据填埋场被微生物分解的机理和过程， 利用填埋场这一天然的厌氧生物活动场所，通过一系列手段优化填 埋场环境使其成为一个有控的生物反应器。这些控制手段包括液体 ( 水、渗滤液) 注入、各选覆盖层设计、营养添加、p h 值调节和供 养等。 生物反应器填埋技术与传统的卫生填埋场的本质不同在于其生 物降解的过程是可以控制的。该反应器不仅对填埋场产生的渗滤液 能实现很大程度的场内就地净化，还为填埋场的提前稳定创造了良 好的条件，同时能增加甲烷气体回收利用的经济效益。生物反应器 填埋场不但具有降低外排渗滤液强度、增强填埋场有效容积、提高 气体产量和产气速率、加速填埋场稳定、减小渗滤液水量水质波动 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 对场外处理系统的冲击的优点，还可以减小渗滤液处理系统的设计 风险和降低填埋垃圾成本。所以，生物反应器填埋场正吸引着越来 越多的学者的研究目光，它也将成为今后垃圾处置的一个新方向。 二十世纪7 0 年代初期，美国乔治亚理工学院p o h l a n d 教授首先 开始了模拟生物反应器填埋场的实验室研究| 4 】。此后，各国的学者也 分别开始了各种生物反应器填埋场的模拟实验研究和现场实验研 究。这些研究对照参数包括渗滤液回灌、渗滤液值的调节、注水、 污泥接种、垃圾密度、供氧、升温、垃圾破碎、日覆盖与最终覆盖、 不同性质的垃圾混合、营养的添加、填埋时间等。 p o h l a n d ( 1 9 7 5 ) 1 4 1 、t i t t l e b a u m ( 1 9 8 2 ) l “、r o b i n s o n ( 19 8 2 ) 1 6 1 、 b a r l a z ( 1 9 8 8 ) f t 、o n a y 和p o h l a n d ( 1 9 9 8 ) 8 1 、l a y ( 1 9 9 8 ) 【9 j 等通过室 内模拟实验，分别比较研究了渗滤液回灌、调节、污泥接种、添加 营养、回灌前曝气、不同温度、使用无菌土覆盖、加入乙酸、强制 供氧等操作运行方式对模拟生物反应器填埋场填埋垃圾快速稳定 进程和渗滤液污染性质变化趋势的影响。k i m ( 2 0 0 1 ) i l o 对填埋长与 外部反应器结合的联合行生物反应器填埋场进行实验研究，结果表 明该联合系统具有加速填埋场稳定的作用。我国，徐迪民等( 1 9 9 5 ) i i “、李国建( 1 9 9 7 ) 1 1 】等通过渗滤液回灌实验研究了填埋垃圾层以及 土一垃圾混合层对过流渗滤液的净化能力。张瑞明( 1 9 9 8 ) d2 等进行 了渗滤液表面喷灌研究。欧阳峰( 2 0 0 2 ) 【2 j 通过对生物反应器填埋场 模拟实验研究，验证了生物反应器填埋场加速填埋场渗滤液中有机 污染物浓度、重金属离子浓度的衰减，加快填埋垃圾稳定，增大产 甲烷量，减少渗滤液场外排放量和处理量的优势。李启彬等( 2 0 0 3 ) b 】通过模拟实验研究表明，污泥接种、回灌前对渗滤液进行加热均 有利于生物反应器填埋场快速稳定。 b a r b e r 和m a r l s ( 1 9 8 4 1 f 】“、r e i n h a r t ( 1 9 9 6 ) 1 1 4 j 、d u n s o n ( 1 9 9 8 ) ”】、 h u d g i n s ( j 9 9 9 ) j 、y u e n ( 1 9 9 9 ) 【。”、w a r z i n s k i ( 2 0 0 0 ) 【”1 、m e h t a ( 2 0 0 2 ) n 、w r i t h ( 2 0 0 2 ) n o 等分别对英国北约克郡s e a m e rc a r r 填埋场、 美国佛罗里达洲s o u t h w e s t 填埋场、威斯康星州c e n t r a lf a c i l i t y 、 佛罗里达洲w in f ie l d 填埋场、乔治亚洲p e c a nr o w 、l o w e rm o u n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 w a s h i n g t o nv a ll e y 安全填埋场、密苏里州l e m o n s 填埋场、纽约州 m i l ls e a t 填埋场等以渗滤液回灌为主要手段的生物反应器填埋场 进行研究。研究结果表明，尽管回灌并没有解决渗滤液回灌后的直 接排放问题，但对加快填埋垃圾降解和稳定、减少渗滤液体积、降 低渗滤液污染程度、降低填埋场运行费用、增加产气速度、增加额 外填埋空间等起到积极作用，但填埋垃圾呈现的严重非均质各向异 性对均匀分配回灌渗滤液造成了不利的影响，大量存在的沟流等非 均质流对全场垃圾的均匀降解和稳定十分不利。 尽管前人已就生物反应器填埋场开展了大量的研究工作，但研 究的重心主要集中在填埋场的运行方式和填埋垃圾降解规律等方 面，迄今为止对于如何最终处理生物反应器填埋场渗滤液尤其是 “老龄”渗滤液的问题尚未给予足够的重视，有关研究也相对薄弱。 因此，有必要针对生物反应填埋场“老龄”渗滤液的特点，对其处 理方法进行探讨。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 传统填埋场“老龄”渗滤液处理的常用技术 垃圾在填埋及堆放过程中，其内部有机物厌氧发酵产生的代谢产 物和侵入的大气降水及地下水与垃圾中的各种金属离子共同形成垃 圾渗滤液。渗滤液水质水量变化受垃圾组分、填埋深度、当地气候 和季节变化及填埋场场龄等诸因素影响，尤其是受场龄的影响1 2 1 1 。 填埋初期渗滤液中的高浓度( 重) 金属离子，使得微生物蛋白质凝 结，造成微生物生长和代谢停止。随着场龄的延长，渗滤液向着中性 和弱碱性转化，有利于重金属离子形成碳酸盐或氢氧化物沉淀，且垃 圾在降解过程中生成大分子类腐殖质也易于重金属离子形成稳定的 螯合物，其浓度开始下降，可生化降解性越来越差，氨氮浓度却逐步 升高。因此在设计、运行处理单元时，必须根据场龄确定相应的处理 工艺1 2 1 - 2 3 1 。 对于填埋时间在10 年以下的垃圾填埋场，所产生的渗滤液多为 易生物降解和可生物降解，一般采用生物处理为主或生物与物化处 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 理相结合的工艺。为此，对于早期高浓度渗滤液可采用阶段厌氧( 水 解酸化) + 好氧( s b r ) 处理工艺，中等浓度渗滤液生物与物化处理相结 合工艺i n 。 然而对于“老龄”填埋场的渗滤液，其氨氮浓度高、b o d 浓度低， 且可生化性差( b o d c o d 0 1 ) ，完全采用生物处理法降解收效甚微 扭“。有鉴于此，采用物化法对其进行处理无疑是一种明智的选择。 ( 1 ) f e n t o n 技术 f e n t o i l 法是通过双氧水和亚铁盐的反应产生强氧化性的o h 自 由基，从而使带有苯环、一c 0 2 h 、一s 0 3 h 、n o 。等取代基的有机物氧 化分解。再加该方法经济、操作简单、处理效果较好，所以被认为 是处理渗滤液的一种较好的物化法。 f e n t or l 试剂在废水处理中的应用可分为两个方面一是单独作 为一种处理方法氧化有机废水。加拿大学者h r e is e n h a u e r ( 1 9 6 4 ) f 2 5 首先使用f e n t o n 试剂研究处理苯酚废水和烷基苯废水。 d f b is h o p ( 1 9 6 8 ) 2 6 】对f e n t o n 试剂氧化去除城市污水中的难降 解有机物的可行性进行了研究。f e n t o n 试| 剂也可以处理表面活性 剂，朱秀珍等证明对含有非离子表面活性剂，c o d 为5 0 0 0 m g l ，油 为1 0 0 0 m g l 的废液，加入2 2 5 m g l 的h 2 0 2 进行f e n t o n 氧化 处理，处理液c o d 及油分均能达到国家排放标准。二是与其它方法 联用，比如与混凝沉淀法、活性碳法、生物处理法等。 l o i z t d o u 等人( 1 9 9 3 ) 2 7 l 曾用f e n t o n 试剂对稳定填埋场产生的 渗滤液( c o d 范围：5 0 0 0 8 5 0 0 m g 1 ) 进行了处理，得到了3 5 的 c o d 去除率。b a r 等人( 1 9 9 7 ) 1 28 j 将渗滤液脱除氨氮后，再用f e n x o n 法处理得到了6 3 的c o d 去除率。k i m ( 1 9 9 7 ) 等1 29 j 人则在双氧水为 l5 0 0 m 0 1 1 ，反应时间为2 h 的操作条件下对2 0 0 0 m o l l 的渗滤液进 行处理，得到6 7 6 的去除率。从而得出由于f e n t o n 试剂的投加量 及其他操作条件的不同，处理的效果差别较大而且去除率最高达 7 0 。s - h g a u t 3 0 1 提出“2 阶段f e n t o n 法+ 粉术活性炭( p a c ) 吸附” 新工艺处理垃圾渗滤液。原水经过f e n t o n絮凝 ( h 2 0 2 f e s 0 4 = 2 0 0 8 0 0 ) ，c o d 由1 4 3 0 降至5 8 0 mg l ，再经过 f e n t o i q 氧化( h2 0 。f e s 0 4 = 6 0 0 8 0 0 ) ，c o d 降至2 6 0 1 t 1g l ，最后由 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 p a c ( 5 0 0r ng l ) 吸附，出水c o d 为1 7 0 1 t ig l ，总去除率8 8 。近 年来，人们又将紫外光引入f e n t o n ( u v f e n t o n ) ，由于均相体系共有 的优点，大大提高了反应效率。s o o m k i m 【3 1 1 等研究发现，在8 0 k m m 3 的能量输入下，光助f e n t o n 反应将渗滤液t o c 的去除率提高了3 倍，c o d 去除率不低于7 0 。国内的张晖等 3 2 1 人( 2 0 0 1 ) 在连续搅拌槽 反应器中对c o d 为1 1 0 0 1 9 0 0 m g 1 ，h 2 0 ：f e ”摩尔比为3 的渗滤液进 行了处理，在双氧水为0 1 m o l 1 ，总停留时间为2 h 的操作条件下， c o d 去除率可达到6 7 5 。 ( 2 ) 化学混凝法 化学混凝法是废水中投放混凝剂，使废水中某些污染物由溶解 状态或胶体状态变成凝胶状态，集结为絮体，絮体吸附、捕集悬浮 物并使之进一步集结沉淀。化学混凝法对去除废水固体物质及多种 可溶性物质较为有效，而且经济、无二次污染。 常用的混凝剂有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等，在处理渗滤 液时，铁盐的效果较铝盐更优。研究表明，对于b o d c o d 较低的“老 龄”渗滤液或经过生物处理后的渗滤液，c o d 和t o c 的去除率较高。 同时，在混凝剂中投加阳离子、阴离子、中性粒子的聚合电解质可 作为高分子助混凝剂改善絮体的沉降性能，但无助于提高浊度的去 除率。另外可向渗滤液中投加某种化合物，通过化学反应而生成沉 淀达到去除目的 3 3 - 3 4 。 国外的f i k r e t ( 19 9 8 ) 1 3 3 1 等人运用此方法对填埋场垃圾渗滤液进 行了预处理，效果显著。国内的于瑞莲( 2 0 0 3 ) 1 3 5 等人运用化学混凝 法预处理垃圾渗滤液，该实验表明混凝剂的投加量与p h 值对渗滤液 的处理效果有显著的影响，同时得出添加少量的助凝剂，不但可以 大量减少混凝剂用量还可提高处理效果。姜美香f 36 j 等人( 2 0 0 2 ) 对印 染废水进行处理来探讨不同的添加剂和不同的投加量对c o d 、色度去 除效果的影响。潘终胜( 2 0 0 3 ) 1 3 4 】等人进行了去除填埋场垃圾渗滤液 中氨氮的实验研究，得到了7 6 2 的氨氮去除率，同时也可得到3 0 的c o d 去除率。 黄亚玲 3 7 1 等( 2 0 0 4 ) 人选用几种不同类型的混凝剂对垃圾渗滤液 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 原液和经生化处理后的排出液进行混凝实验，对混凝剂在垃圾渗滤 液处理中的可行性进行了初步的探讨。结果表明，固体和液体两种 混凝剂均可用于垃圾渗滤液的处理，液体混凝剂较固体混凝剂更经 济可行；对渗滤液原液的处理，混凝剂投加量越大，c0d 去除率越 高，处理效果越好；对经生化处理后的排出液，固体混凝剂的投加量 存在个蜂值，在此峰值之下，投加量与处理效果成证比，超过此峰 值，处理效果与投加量成反比。尚爱安等( 2 0 0 4 ) 1 3 副人针对垃圾渗滤 液的特性和现有处理工艺在运行中存在的问题，进行了混凝在预处 理与后处理渗滤液中的作用研究。结果表明，混凝预处理可有效去除 难生物降解有机污染物( e 2 6 0 ) 和对微生物增殖有抑制作用的有毒、 有害物质，降低了生化处理的负荷，提高了可生化性。确保了生化处 理系统的运行高效稳定。生化出水再经后混凝处理的出水cod 可 达g b l 6 8 8 9 19 9 7 的二级排放标准。 ( 3 ) 吸附法 吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多种物 质被吸附在固体表面而去除的方法。活性炭在渗滤液处理中主要用 于去除水中难降解的有机物( 苯、酚、氨类化合物等) 、金属离子( 汞、 铅、铬等) 和色度。活性炭吸附法可作为物化的一部分，也可用作 三级处理或深度处理。它对水中绝大多数有机物都有效，可适应水 量和有机物负荷的变化，粒状炭可再生后重复使用，但易受水温及 接触时间等因素的影响。张林生等人( 2 0 0 1 ) 3 9 1 运用活性炭纤维处 理染料废水，证实其对色度的去除较为有效。张跃华等人( 2 0 0 3 ) 1 4 0 l 采用活性炭一双氧水催化氧化处理垃圾渗滤液，并对氧化机理进行了 探讨。李硕文等人( 2 0 0 0 ) i 4 l j 对染色废水进行了活性炭吸附一双氧水 氧化的处理。从而证实活性炭吸附法对渗滤液的有机物吸附去除和 色度减小的效果明显， 此外，电化学法、吹脱法、膜分离技术、多相光催化氧化法、 离子交换法、催化电解氧化、湿式氧化等方法也被用于垃圾渗滤液 的深度处理。这些方法虽能有效的去除水中的胶体状和溶解性有机 物，大幅提高出水水质，但因其运行能耗、成本均较高，目前仅在发 达国家和地区及实验室阶段应用，国内大规模应用尚需时日。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 1 2 2 生物反应器填埋场渗滤液处理技术的研究现状 生物反应器填埋场有机污染物的分解过程与传统填埋场基本一 致，都要经过过渡期、产酸期、产甲烷期和稳定期。只不过生物反 应填埋场是通过有目的的控制手段使不同分解阶段的微生物优先大 量繁殖，从而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分的转化，使 填埋场尽快稳定。它通过系统调控措施使填埋场快速进入产甲烷阶 段后，使得固相有机垃圾的水解、酸化产物得到及时的清消，因而 渗滤液有机污染物的浓度得以快速下降，很快的就呈现出传统填埋 场“老龄”渗滤液的特点。 目前国内外部分学者均对生物反应器填埋场渗滤液的处理进行 了一些有益的探索。 g h os h ( 1 9 8 2 ) 4 3 i 提出了一种全新的生物反应器填埋场运行模型 一两阶段渗滤床系统。在该系统中，当填埋场处于产酸阶段时，所 有渗滤液直接回灌，当水解产酸进行到一定程度后，所有渗滤液均 送到外部u a s b 反应器，该反应器出水再回灌到填埋场上部，当填埋 场完全进入产甲烷阶段时，所产生的渗滤液直接进行自身回灌。该 系统不仅实现了生物反应器填埋场的提前稳定，同时回收气体中甲 烷含量增高。 何若等( 2 0 0 1 ) 1 4 4 人采用生物反应器填埋场系统处理垃圾渗滤 液，结果表明，该系统有助于渗滤液中有机污染物进行分相降解，产 酸作用主要集中在填埋场，酸化率为4 0 5 0 ，产甲烷作用集中在u asb 生物反应器中：系统对渗滤液的处理效果明显优于普通的卫 生填埋场和渗滤液单独处理系统，并且有利于甲烷气体的收集和利 用，同时该系统也加速了垃圾的降解和填埋场的稳定化过程。 王君琴等( 2 0 0 4 ) l 4 5 人选用新型生物反应器填埋场( 由卫生填埋 场和产甲烷反应器组成) ，进行了渗滤液处理效能及产能特性研究。 结果表明：新型生物反应器填埋场有助于渗滤液中有机物进行分相 降解，在渗滤液的净化和填埋场垃圾的稳定化上优于渗滤液直接循 环的填埋场。产甲烷反应器处理垃圾渗滤液时，在进水的v f a 浓度大 于3 0 0 0 mg l 条件下，c 0 1 ) 去除率7 6 9 4 ：容积c o d 去除率0 8 8 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 4 8 5g ( l - d ) ：容积沼气产率0 5 2 8 5l ( l d ) 。李启彬等人通 过模拟试验对生物反应器填埋场的渗滤液污染物浓度变化特征进行 了研究，并对生物反应器填埋场的渗滤液处理工艺进行了初步选 择。 沈东升等( 2 0 0 4 ) 4 6 】人以生活垃圾中c o d 溶出量为研究参数，试 验研究了厌氧分步生物反应器系统和渗滤液直接回灌填埋场中的有 机物降解规律与产甲烷特征结果表明：厌氧分步生物反应器系统可 显著促进生活垃圾及渗滤液中有机污染物的降解，加速填埋垃圾稳 定化，其c o d 溶出总量与填埋时间的对数呈极显著的线性相关性厌 氧分步生物反应器中产甲烷反应器的产气量占总产气量的8 0 ，甲烷 含量5 5 6 9 ，较适合容积c o d 负荷为6 5 7 5g ( l d ) 。 从以上分析可看出，目前国内外针对b l f 渗滤液处理的研究主 要集中在通过渗滤液的回灌等操作方式以及利用生物反应器填埋场 自身的系统处理或选用新型生物反应器填埋场进行渗滤液处理等方 面，对于采用生化法或物化法处理b l f 渗滤液尤其是后期的渗滤液 则鲜有涉及， 1 3 论文的选题、研究内容和技术思路 1 3 1论文的选题及研究目的 鉴于前人对b l f 渗滤液术端处理研究工作尚较薄弱的现状，同 时针对导师既有研究项目“中小站段铁路垃圾卫生填埋处置技术研 究”中模拟b l f 渗滤液c o d 和氨氮浓度后期仍然较高的现象，以“基 于物化法处理生物反应器填埋场“老龄”渗滤液的实验研究”为硕 士学位论文选题，探讨采用f e n t o n 法和化学混凝法处理上述渗滤液 的可行性，以期为生物反应器填埋场渗滤液的最终处理提供理论和 实践的依据，促进填埋场渗滤液处理技术的深入研究。 1 3 2论文的研究内容 本研究借助于目前正在运行的模拟生物反应器填埋场产生的渗 滤液，采用室内对比模拟实验和理论分析相结合的研究方法，研究 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 物化法处理这类渗滤液的可行性。主要研究内容包括： ( 1 ) b l f 渗滤液的水质特征及处理方法的理论分析。 ( 2 ) f e n t o n 法和化学混凝法处理b l f “老龄”渗滤液的实验研究。 ( 3 ) 最佳反应条件的分析探讨。 ( 4 ) f e n t o n 法和化学混凝法的对比分析。 1 3 3 论文的研究技术路线 论文的技术路线如图1 一l 所示 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 图1 1技术路线框图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 第2 章生物反应器填埋场渗滤液的形成及处理 的理论分析 2 1 概述 生物反应器填埋场是通过有目的的控制手段强化微生物过程从 而加速垃圾中易降解和中等易降解有机组分转化和稳定的一种垃圾 卫生填埋运行方式。这些控制手段包括这些控制手段包括液体( 水、 渗滤液) 的注入、各选覆盖层的设计、营养添加、p h 值调节、温度 调节、供氧和微生物接种等。 根据生物反应器填埋场运行方式的不同，可分为厌氧型、好氧 型、好氧一厌氧复合型、兼氧脱氮型和准好氧型等5 类，不同的运 行方式有各自不同的特点和适用条件。其中，厌氧生型物反应器填 埋场是在传统填埋场基础上，通过渗滤液回灌、p h 值调节和微生物 接种等操作运行方式来加速填埋垃圾降解和稳定，在运行过程中。 需限制氧气进入。 厌氧型生物反应器填埋场具有加速填埋垃圾稳定，增加填埋有 效容积，提前复用填埋场地；提高气体产量和产气速率，降低渗滤 液处理费用：缩短填埋场封场后的维护管期，减少维护费用等优势。 但厌氧型生物反应器填埋场运行期间渗滤液氨氮浓度持续偏高，后 期渗滤液有机污染物浓度衰减缓慢 4 2 1 。 2 2 厌氧生物反应器填埋场渗滤液的产生及处理方法 2 2 1b l f 渗滤液的形成及其特点 厌氧型生物反应器填埋场是通过渗滤液回灌、p h 值调节和微生 物接种等操作运行方式来加速填埋垃圾降解和稳定，在运行过程中， 限制氧气进入。 厌氧型生物反应器填埋场通常依次经历好氧、缺氧、厌氧产酸 和厌氧产甲烷等阶段，在各个阶段，渗滤液的产生及水质特点是不 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 同的。 好氧酸化阶段 随着水分的注入和渗滤液回灌的开展，水解菌、产酸菌、水分、 有机物和营养物等得以保持长时间的相互接触，使填埋场中可生物 降解固相垃圾的水解反应、水解产物的产酸反应能连续进行【4j 。由于 此时还不适宜产甲烷反应的进行，水解酸化产物的降解尚不能实现， 因而渗滤液中水解酸化产物不断积累，使渗滤液中c o d 、v f a 浓度持 续升高、ph 值不断下降。在此时产生的渗滤液中，污染物主要来 源于垃圾中颗粒物的洗出、可溶物的溶解和少量固相垃圾好氧分解 产生的有机物。受填埋垃圾中含氧量所限，该阶段历时较短。 缺氧过渡阶段 在缺氧阶段，受回灌渗滤液流动的影响，填埋场垃圾中的可溶 物质继续溶解，同时淀粉纤维素等固相垃圾的水解酸化反应不断发 生，因而渗滤液中vfa 浓度不断升高、ph 值不断下降，碱度开 始上升。同时由于分子氧耗尽，填埋场由氧化状态过渡到还原状态， 硫酸盐还原菌和硝酸盐还原菌开始还原n o “和s 0 4 2 ，同时消耗一 定的有机物【4 i 。因此尽管此时甲烷菌利用有机物的活动还没有开始， 但填埋场中渗滤液的c o d 浓度已开始缓慢下降了。该阶段历时很短。 厌氧高速产甲烷阶段 随着n o o 和s 0 4 。2 耗尽，填埋场正式过渡到厌氧阶段。当固相 垃圾水解进行到一定程度后，出于累积的v f a 和c o d 等的抑制作 用，使固相垃圾继续水解不能进行，因而v f a 和c o d 等有机污染 物升高到一定程度后就不再继续升高。此时，ph 值的开始回升，填 埋场开始过渡到产甲烷阶段。在甲烷气体大量产生的同时，即使不调 节回灌渗滤液的ph 值，填埋场产生渗滤液的ph 值也大幅升高，v f a 和c o d 浓度快速下降。该阶段历时较短。 厌氧减速产甲烷阶段 填埋垃圾产甲烷一段时间后，渗滤液中原来积累的水解酸化产 物被甲烷菌快速利用，而垃圾中糖类等易水解的固相有机物已得到 较高程度的水解，剩余的蛋白质、木质素等有机物的水解速率又比较 慢，结果水解反应成了可生物降解固相有机垃圾( 彻底消除) 的限速 步骤，使渗滤液中易被甲烷菌利用的有机物( v f a 等) 得不到及时补充 而不易被甲烷菌利用的有机物( 腐殖质等) 又长期存在，因此尽管渗 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 滤液c o d 浓度不高，但下降态势缓慢。该阶段历时较长f 4 j 。 通过以上各阶段特点的分析，可以知道早期的生物反应器填埋 场通过系统调控处于产酸阶段，渗滤液p h 值一般偏低，许多金属离 子都能迁移。根据生物反应器填埋场的操作运行特点，填埋场前期 的高污染浓度的渗滤液可全部回灌填埋场内，不需场外处理。待填 埋场快速进入稳定产甲烷阶段后，若产生渗滤液量过大，可考虑排 放部分有机污染强度已经不高的渗滤液到渗滤液处理系统。随着产 甲烷阶段的快速形成，众多金属离子相继形成硫化物沉淀、碳酸盐 沉淀和氢氧化物沉淀，其中的大分子类腐殖质也易与重金属离子形 成稳定的螯合物，此时生物反应器填埋场产生的渗滤液中重金属的 浓度降至极低的水平1 4 2 1 。这时的渗滤液处理系统将面对的是大分子 有机物含量高、可生化性差、氨氮浓度较高、有机污染物( c o d ) 浓度较低、重金属离子浓度较低、色度较大的渗滤液的处理。正是 由于生物反应器后期渗滤液的这些特点，再使用生化法已经难以达 到达标排放的要求，所以在选择处理工艺时以考虑物化法为主。 2 2 2b l f 渗滤液的处理方法 生物反应器填埋场渗滤液有机污染物浓度变化趋势与传统填埋 场基本一致，都要经过过渡期、产酸期、产甲烷期和稳定期。 ( 1 ) 早期的生物反应器填埋场通过系统调控处于产酸阶段，渗 滤液p h 值一般偏低，许多金属离子都能迁移。根据生物反应器填埋 场的操作运行特点，填埋场前期的高污染浓度的渗滤液可全部回灌 填埋场内。 生物反应器填埋场通过回灌不仅提高了填埋垃圾湿度而且增加 了回灌渗滤液中的有机物和微生物，如果再配合进行营养添加和p h 值调节等操作，就可以创造一个适应厌氧微生物生长繁殖的环境， 此时的填埋场就是一个天然的厌氧生物滤池。填埋垃圾中的纤维素、 半纤维素等多糖类以及脂肪和蛋白质等易降解和中等易降解物质以 及回灌的渗滤液中的有机组分在微生物作用下迅速发生水解、酸发 酵和甲烷化等反应，从而在比传统填埋场短得多的时间内，填埋场 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 内垃圾和回灌渗滤液中的有机物污染物得到了有效的去除1 4 7 - 5 0 。由 于通过渗滤液回灌，延长了渗滤液在填埋场内的停留时间，使微生 物与有毒的有机物、营养物保持连续充足的接触，加强了专性微生 物的同化作用，以及其对有毒有机物的生物转化、去除过程。 ( 2 ) 当填埋场快速进入稳定产甲烷阶段后，若产生渗滤液量过 大，可考虑排放部分有机污染强度已经不高的渗滤液到渗滤液处理 系统。 生物反应器填埋场通过系统调控措施使填埋场快速进入产甲烷 阶段后，使得固相有机垃圾的水解、酸化产物得到及时的清消，填 埋场内氧化还原电位迅速降低，处于还原条件下的低e h 促使微生物 将渗滤液中的硫酸根还原成s ”，与众多金属离子形成极难溶的硫化 物沉淀。此时填埋场渗滤液迅速向中性或弱碱性转化，促进金属离 子形成碳酸盐沉淀和氢氧化物沉淀，并且垃圾在降解过程中生成的 大分子腐殖质也易于与重金属离子形成稳定的螯合物 3 5 1 。于是大量 重金属离子以形成沉淀和螯合物的形式滞留下来，渗滤液中f e ”、z n ” 等离子浓度降至极低的水平。因而渗滤液有机污染物的浓度得以快 速下降，很快的就呈现出传统填埋场“老龄”渗滤液的特点。 ( 3 ) 在厌氧型生物反应器填埋场依次经历好氧、缺氧、厌氧产 酸和厌氧产甲烷等阶段后，填埋垃圾中的纤维素、半纤维素等多糖 类以及蛋白质脂肪等易降解和中等易降解物质被微生物厌氧降解 后，剩下的主要是木质素以及被木质素包裹的纤维素等难以被微生 物厌氧降解的物质。尽管厌氧型生物反应器填埋场稳定后后期渗滤 液的c o d 浓度不高，但以难降解有机物为主要成分的渗滤液c o d 浓度下降十分缓慢，同时渗滤液氨氮浓度持续偏高，增加了处理的 难度。 因此，生物反应器填埋场的渗滤液处理系统面对的主要是厌氧 减速产甲烷阶段产生的渗滤液，根据模拟生物反应器填埋场的渗滤 液污染特征分析，此时的渗滤液与传统填埋场的“老龄”渗滤液特征 基本相似，具有有机污染物浓度( c o d ) 不高、可生化性很差、氨氮浓 度较高的特点，因而在选择生物反应器填埋场的渗滤液处理工艺时， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 应参考有关填埋场的“老龄”渗滤液处理以及渗滤液的深度处理工 艺，考虑以物化法为主1 4 1 。此时可采用活性炭吸附、化学混凝沉淀、 f e n t o n 氧化、电化学氧化、吹脱等物化法以及它们的组合工艺对生 物反应器填埋场的稳定期渗滤液进行处理。这些处理法已被相关研 究证实对填埋场的“老龄”渗滤液具有较好的效果，因而也应该适合 生物反应器填埋场渗滤液的处理。 ( 1 ) 活性炭吸附法 活性炭吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或 多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。对渗滤液的有机物吸附 去除和色度减小的效果明显，但它除了难以吸附大分子有机物质、 对有机物质的吸附受其本身特性的影响以及有机物极性等因素影响 外还存在不经济、再生费用高等不足之处。 ( 2