（环境工程专业论文）生物电解法处理城市生活垃圾渗滤液的研究.pdf

摘要 摘要 本研究针对我国目前垃圾渗滤液水质复杂，有机物浓度高，处理效果差，污 染严重，处理方法不成熟的现状，提出了使用电解一生物接触氧化联合工艺来处 理垃圾渗滤液，以探讨治理垃圾渗滤液的新方法和新思路。 实验对电解法的各种影响因素进行了研究，包括反应时间、电流密度、极板 间距等。实验证明，电解法作为垃圾渗滤液的预处理工艺，能有效降低有机物浓 度、降低n h 3 n 浓度，为后续的生物处理提供良好的物质基础。当极板间距为 2 0 r a m ，电流密度为5 0 0 m a c m 2 时，对垃圾渗滤液原液( c o d 4 0 0 0 m g l 左右， n h 3 - n 2 0 0 0 m g l 左右) 电解5 个小时，c o d 去除5 0 ，氨氮去除1 0 0 。 本实验确定了生物膜培养所需的时间，对生物接触氧化法处理垃圾渗滤液的 效果进行了研究，成功地在生物接触氧化池的填料上培养和驯化了生物污泥。该 实验证明了，采用活性污泥对生物接触氧化池进行生物膜培养，经两周左右即可 使系统达到稳定运行状态，此时系统可以从培养期进入正式运行期，系统达稳定 时，系统的最高水力负荷达6 l d ，系统对c o d 的去除率最高达4 8 。6 ，n h a - n 的去除率最高达4 2 ，7 。 采用“电解一生物接触氧化一二沉池联合工艺处理垃圾渗滤液，当垃圾渗 滤液的运行状态为连续流的运行状态时，在反应器最佳运行条件下，当进水 c o d 浓度为4 0 0 0 m g l 左右，氨氮浓度为2 0 0 0 m g l 左右时，二沉池出水c o d 可以降至1 0 0 0m g l 左右，n h 3 - n 可降至6 0 m g l 左右，无法达到国家规定的填 埋场垃圾渗滤液排放标准，更无法达到北京市水污染物二级排放标准，因此，为 达到北京市水污染物二级排放标准，本试验提出用“电解一生物接触氧化一二沉 池反渗透”联合工艺处理垃圾渗滤液，预计出水可以达标排放。 实验证明，采用电解一生物接触氧化联合工艺处理高浓度的垃圾渗滤液，为 后续的反渗透处理装置最大可能的提供了较低的有机物浓度和氨氮浓度，是一种 行之有效的垃圾渗滤液处理方法。 北京市渗滤液处理工艺生化+ 膜。其中生物处理工艺控制难度大，导致反渗 透处理出水率低。该法可以取代生化法作为膜处理工艺的预处理。工艺设备简单 便于控制操作，提高了渗滤液处理的可靠性。 关键词垃圾渗滤液；电解；生物接触氧化 a b s t r a c t a b s t r a c t t h el a n d f i l ll e a c h a t e sc o m p o s i t i o ni sc o m p l e xa n dt h ec o n c e n t r a t i o no ft h e o r g a n i cs u b s t a n c e si nl e a c h a t ei sh i g h ，t h ep r e s e n tt r e a t i n gt e c h n i q u e sa r e n o te f f i c i e n t ， t h ep o l l u t i o no fl a n d f i l ll e a c h a t ei ss e r i o u s t h j st h e s i sp u t sf o r w a r dam e t h o dw h i c h c o m b i n e de l e c t r o l y s i sa n db i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s e st o g e t h e rt o t r e a t l a n d f i l ll e a c h a t ei no r d e rt os u g g e s tan e wm e t h o da n dn e wp e r s p e c t i v em t r e a t i n g l a n d f i l ll e a c h a t e t h ee x p e r i m e n t sh a v es t u d i e dt h ef a c t o r sa f f e c t i n ge l e c t r o l y s i sr e a c t o rs y s t e mo n t h ee f f e c t i v e n e s s ，i n c l u d i n gr e a c t i o nt i m e ，c u r r e n td e n s i t y ，p o l a rp l a t es p a c m ge t c a c c o r d i n gt o t h ee x p e r i m e n t si tc a nb es e e nt h a t a s p r e t r e a t m e n tp r o c e s s t h e e l e c t r o l y s i sm e t h o dc a nr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cs u b s t a n c e ，i tc a nr e d u c e t h ec o n c e n t r a t i o no fn h 3 - n ，a n di tc a np r o v i d eag o o df o u n d a t i o nf o rt h ef o l l o w i n g b i o l o g i c a lt r e a t m e n t w h e nt h ep o l a rp l a t es p a c i n g i s2 0m ma n dt h ec u r r e n td e n s i t yl s 5 0 0 m a c m 2 w h e nc o do fl a n d f i l ll e a c h a t ei sa b o u t4 0 0 0m g l ，n h 3 - no fl a n d f i l l l e a c h a t ei sa b o u t4 0 0 0m g 几，t h er e m o v a lr a t eo fc o d w i l lb e50 a n dt h er e m o v a l r a t eo fn h 3 - nw i l lb e10 0 a f t e re l e c t r o l y z i n g5h o u r s t h ee x d e r i m e n tg a v et h et i m eo ft r a i n i n gm i c r o o r g a n i s mi nb i o l o g i c a l c o n t a c t s v s t e m t h ee f f e c to fb i o l o g i c a lc o n t a c ts y s t e mw h e ni tw o r k e do nt h el a n d f i l l l e a c h a t ew a ss t u d i e d t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h em l c r o o r g a m s mi n b i o l o g i c a lc o n t a c ts y s t e mt r a i n e ds u c c e s s f u l l y t h ee x p e r i m e n tp r o v e dt h a t ，u s i n g a c t i v a t e ds l u d g et ot r a i nb i o f i l mo fb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np o n d ，i na b o u tt w o w e e k s 。t h es y s t e me n a b l et oa c h i e v es t a b i l i t yi nr u n n i n g ，t h es y s t e mc a ne n t e rt h e p e r i o do ff o r m a lt r a i n i n gf r o mt h eo p e r a t i o np e r i o d ，w h e nt h es y s t e mi s s t a b l e ，t h e m a x i m u mh y d r a u l i cl o a dc a nr e a c h6l d ，t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yc a nr e a c ha s h i g ha s4 8 6 ，t h en h 3 - n r e m o v a le f f i c i e n c yc a nr e a c ha sh i g ha s4 2 7 - t h et r e a t m e n tp r o c e s sw i c hc o m b i n i n ge l e c t r o l y s i s ，b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n a n ds e t t l i n gp o n dt o g e t h e rw a sa d o p t e d w h e nt h el a n d f i l ll e a c h a t ef l o w sc o n t i n u o u s l y ， t h er e a c t i o ni sk e e p i n gi nt h eb e s tr u n n i n gc o n d i t i o n ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d c a n r e d u c ef r o m4 0 0 0 m g lt o10 0 0 m g la n dt h ec o n c e n t r a t i o no fn h 3 - n c a i ld r o pf r o m 2 0 0 0 m g lt o6 0 m g l i ts t i l lc a nn o ta r r i v ea tt h en m i o n a la n db e i j i n g l o c a ld i s c h a r g e s t a n d a r d s oan e wm e t h o do fc o m b i n i n ge l e c t r o l y s i s ，b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ， s e a t i n gd 。n da n dr e v e r s eo s m o s i st o g e t h e rw a sp u tf o r w a r d w e c a np r e d i c tt h a tt h e l a n d f i l ll e a c h a t ec a na c h i e v et h en a t i o n a la n db e i ji n gl o c a ld i s c h a r g es t a n d a r dw h e ni t w a st r e a t e db yt h i sc o m b i n e dp r o c e s s 一i 工i 一 i ti sc o n c l u d e df r o mt h ee x p e r i m e n t st h a tt h et r e a t m e n tp r o c e s sw h i c hc o m b i n e d e l e c t r o l y s i sa n db i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o ni sab e t t e rw a yt ot r e a tl a n d f i l ll e a c h a t e i t c a r lp r o v i d eal o wc o n c e n t r a t i o no fc o da n dn h 3 nf o r t h ef o l l o w i n gr e v e r s e o s m o s i s t h el a n d f i l lf a c i l i t i e so f b e i j i n gu s e db i o c h e m i s t r ya n dm e m b r a n et e c h n i a u e sa s l e a c h a t et r e a t m e n tp r o c e s s t h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n tc r a f ti sa l w a y sd i f f i c u l tt oc o n t r 0 1 i tc a u s e st h el e a k a g er a t eo fc o u n t e r - o s m o t i ct r e a t m e n tt ob el o w t h ep r o c e s so f t i f f s t h e s i sm a ys u b s t i t u t ef o rt h e b i o c h e m i s t r yt r e a t m e n ta st h ep r e t r e a t m e n to ft h e m e m b r a n ep r o c e s s i n gc r a f t t h ep r o c e s su n i ti s e a s yt oc o n t r o l ，i to p e r a t e ss i m p l y , a n di tw i l le n h a n c et h er e l i a b i l i t yo fl a n d f i l ll e a c h a t ed i s p o s a l k e yw o r d sl a n d f i l ll e a c h a t e ；e l e c t r o l y s i s ；b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n i y - 独创性声明 本人声明所呈交的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，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：丛尘堑导师签名：日期：丝垦巧 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景和意义 1 1 1 城市垃圾的处理方式 随着现代化城市的迅速发展，城市垃圾已成为困扰城市的严重问题。据统计， 目前我国城市垃圾年产量已超过1 4 亿吨，且每年以8 1 0 的速度递增，人 均日垃圾产量已超过l k g ，接近工业发达国家的水平【l 2 】。有一些城市，如北京的 增长率更是高达1 5 2 0 。据预测，按现在的增长速度，到2 0 1 0 年，中国城 市生活垃圾将达到2 6 4 亿t ，2 0 3 0 年为4 0 9 亿t ，2 0 5 0 年为5 2 8 亿t 【引。 对于垃圾的处理，通常采用的方式有垃圾填埋、堆肥和焚烧。而在这三种方 式中，垃圾填埋是采用最多的一种垃圾处理方式，这不仅是因为它的处置方式简 单，而且由于其处理费用以及其一次性投资相比较另外的两种方法而言，有明显 的优势，而且也还有其它一些方面的优势，见表1 1 。 表1 1 几种常用垃圾处置方法的特点比较【4 】 t a b 1 lc h a r a c t e r i s t i c sc o m p a r i s o no ft h r e eg a r b a g et r e a t m e n tm e t h o d 从表中我们不难看出，采用垃圾填埋的方式处理范围广，处理也相对彻底， 且处理成本比其它方法低很多，因此，在全世界范围内得到了广泛的应用。 至2 0 0 6 年底，北京市共拥有2 3 座生活垃圾处理设施，其中包括：6 座生活 垃圾转运站，1 3 座生活垃圾卫生填埋场，2 座生活垃圾堆肥厂，2 座生活垃圾焚 - 1 - 北京下业大学工学硕十学位论文 烧厂，总设计处理能力为1 0 3 5 0 吨日，其中垃圾填埋占9 0 左右。 城区生活垃圾处理设施布局形成北线、东线、东南线、南线、西南线、西线、 西北线七条线状，分布见图1 1 。 o 。i 北 f 町苏卫填埋场i 、q 六里屯填埋场 ； 西北t 、i 、i “、i “_ i 。- ； 。；o 大屯转运站 |： o 焦家坡填埋场 茜 。 - 五路居转运挈、 l ； i io ；南宫堆肥厂 ； ： ： 南；o ； 安定填埋场 高安屯填埋场 o 东 、 图1 - 1北京市垃圾处理设施布局图 f i g 1 - 1l a y o u to fg a r b a g e 仃e a t i n e n tf a c i l i t i e so fb e u i n g 但是，在城市垃圾卫生填埋过程中，由于垃圾的分解以及降水、地表水、液 体废弃物等综合因素的作用，产生了垃圾渗滤液。渗滤液一旦进入外部环境就会 造成严重的二次污染，对生态环境和人体健康带来巨大危害。为防止垃圾渗滤液 对环境造成二次污染，需对其进行处理方可排放。由于渗滤液的水质水量具有复 杂多变的特点，因此，针对具体情况寻求技术经济合理的处理方式与工艺、技术， 在城市垃圾日益增长、垃圾卫生填埋处置任务日益紧迫的今天，显得尤为重要。 目前，我国共建成有大大小小的卫生填埋场近千座。长期以来由于经济、技 术的原因，这些填埋场大多没有及时配套建设渗滤液收集和处理设施，个别垃圾 卫生填埋场虽建有设施较完善的渗滤液处理系统，但由于运行费用高普遍存在 “建得起，用不起”和“用得起，不达标”的尴尬局面，致使大量有毒有害的渗 滤液肆意横流，严重污染了周边环境，威胁着人民的身体健康，已到了非治理不 可的地步。在这种形势下，为保护环境，保障人民的身体健康，促进经济的持续 发展，寻找一种适合我国国情的经济实用的渗滤液处理技术显得尤为必要和迫 - 2 - 填 、 蜥 i 一 恻o 、| 要 蓁o 、辅 酪 ， 第1 章绪论 切。 1 1 2 垃圾填埋场年龄的划分及其渗滤液的水质特点 采用填埋的方法处理城市垃圾，实际上是一个垃圾的填充、覆土和压实等多 个过程的反复循环过程，这样使得垃圾填埋场内个不同位置的垃圾层可能处于不 同的稳定阶段，或者说垃圾场中不同部位垃圾的“年龄”是不同的。因而，各部 位垃圾中的微生物的物理、化学和生物学特性及其活动方式是不同的。随着所填 埋的垃圾的增多即填埋场使用年限的延长，渗滤液的水质将发生变化。 垃圾渗滤液通常可根据填埋场的“年龄 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；b o d 5 及c o d 浓度较高；且b o d 5 c o d 的比值较高；易降解的挥 发性脂肪酸含量较高；同时各类重金属离子的浓度也较高( 因较低的p h 所致) ， 易于生物处理。另一类是“年老”的填埋场产生的渗滤液( 也称晚期渗滤液) ， 其填埋时间在5 年以上，所产生的渗滤液的主要水质特点是，p h 接近中性( 一 般在7 8 之间) ；b o d 5 及c o d 浓度较低：且b o d 5 c o d 的比值较低；易生物降 解的有机物浓度很低，而n h 3 - n 的浓度较高( 由于含氮可生化有机成分的厌氧 水解和发酵所致，尤其是采用有利于填埋垃圾中易生物降解的循环回灌处理方法 时，渗滤液中n h 3 - n 浓度将更高) ；重金属离子浓度则开始下降( 因p h 升高所 致) ，对它宜采用生化物化联合工艺进行处理。 运行时间超过1 5 年的垃圾填埋场，所产生的垃圾渗滤液在大多数时间内均 为“年老 ( 晚期) 渗滤液，故渗滤液处理工艺的选择要以晚期渗滤液的水质为 根据。我国垃圾填埋场晚期渗滤液的水质浓度列于表1 2 。 表1 - 2 我国垃圾填埋场晚期渗滤液的水质浓度m g l ( p h 值除外) t a b 1 - 2w a t e rq u a l i t yo fl a t el a n d f i l ll e a c h a t ei no u rc o u n t r y m g l ( p he x c e p t e d ) “年老 渗滤液处理的难点在于高浓度的氨氮，如此高浓度的氨氮，在没有 外加碱度的条件下进行硝化反应会使好氧曝气沉淀池出水的p h 降到5 以下。如 外加碱，耗碱量为3 0 k g n a 2 c 0 3 1 1 1 3 左右，将增加渗滤液的处理费用和钠离子浓 度。这种高浓度氨氮的反硝化脱氮相应的c o d 碳源明显不足，根据理论和实际 反硝化脱氮对碳源的消耗，一般要求经硝酸盐反硝化的c o d t k n 为4 0 ，对晚 期垃圾渗滤液来讲，往往达不到这一要求，故补充碳源是不可避免的。同时高浓 度的氨氮也会对微生物的活性产生抑制作用。因此用生物法处理“年老 渗滤液 存在重重困难。所以应积极开发其他的脱氮工艺。 一3 一 北京工业大学工学硕士学侮论文 1 1 3 课题的提出 目前国内外渗滤液的处理工艺，总体上采用以生物处理为主体工艺，物化法 作为预处理工艺，土地法作为后处理工艺的系统，厌氧处理和好氧处理受到普遍 的应用和重视。针对目前国内在渗滤液处理和处置的状况，结合中国的国情，亟 需要在渗滤液处理方面有较大的改善，不断探索出些切实可行的新技术和新方 法，为垃圾渗滤液的处理提供更多的参考依据。 虽然生化方法经济方面优势显著，但它不能完全处理渗滤液，而且，年老的 垃圾渗滤液本身可生化性很差，单一的生化方法几乎不起作用，有必要进行预处 理或是采用其它非生物方法处理。目前的非生物方法预处理存在很多问题，不仅 费用极高，而且过程复杂，反应条件不容易控制，不适合工程应用：生物方法预 处理则存在预处理周期长，处理效果受渗滤液水质变化影响很大等问题，用生物 法处理垃圾渗滤液，其c o d 浓度最低只能降解到5 0 0 m g l 左右，不能达到国家 规定的垃圾渗滤液排放标准限制，如表1 3 所示。 表l 一3生活垃圾排放标准限值 单位：m v l t a b 1 - 3 d i s c h a r g es t a n d a r do fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e( r a g t , ) 注：表1 - 3 摘自生活垃圾填埋污染控制标准g b l 6 8 8 9 2 0 0 8 2 根据北京水污染物排放标准d b11 3 0 7 2 0 0 5 ) ) 中规定，排入北京市i i i 、 类水体及其汇水范围的污水执行二级限值，排入北京市v 类水体及其汇水范围 的污水执行三级限值，其排放限制见表l 一4 ，由表1 4 可以看出，经过生物法处 理之后的垃圾渗滤液也无法达到北京市规定的水污染物排放标准。 表1 - 4 排入地表水体及其汇水范围的水污染物排放限值 单位：m g l t a b ，1 _ 4 d i s c h a r g es t a n d a r do fw a t e rp o l l u t a n tt h a ti n f l o wt h ee a r t h ss u r f a c ew a t e ra n di t s c a t c h m e n ta r e a ( m l ) 注：表l - 4 摘自北京水污染物排放标准d b i1 3 0 7 2 0 0 5 2 生物法对连续变化的渗滤液水质具有良好的适应性，但由于渗滤液成分复 杂，特别是“年老”的渗滤液所含重金属离子和氨氮等有毒物质浓度很高，对微 一4 一 第1 章绪论 生物的生长繁殖有抑制作用，这就给传统的生物降解法造成了困难。为此在短时 间内改变渗滤液水质状况，提高它的可生化性、减少游离n h 3 - n 的浓度，为后 续的生物处理提供较好的物质基础就显得非常重要了。 由于垃圾渗滤液自身的水质特性，物化方法是渗滤液达标排放不可缺少的一 个过程，无论是年老渗滤液还是新垃圾渗滤液。电解法控制条件灵活、调整参数 方便可靠，对渗滤液中有毒难降解的有机化合物、c o d 、氨氮等有很好的去除 作用：另一方面，结合我国的实际，目前大多数垃圾填埋场都设有气体收集装置， 收集到的气体一般是用来发电，发的电有两种传输途径，一种是输送给场外用户， 但这需要并入国家电网，另种是供填埋场场内使用，场内用电大部分用于填埋 场工作人员的生活用电，这种用电需求量很少，因此往往会造成电能大量浪费， 本文利用填埋场这一优势，结合电化学在水处理方面的技术优势和成功应用，把 电化学方法应用在垃圾渗滤液预处理上，提出了一个新的尝试一电解法与渗滤液 生物方法联用处理垃圾渗滤液，主要探讨电解法与渗滤液生物方法联用处理年老 渗滤液的可行性。 1 1 4 研究的目的和意义 本研究拟采用电化学以及生物处理联合工艺来处理北京市阿苏卫垃圾填埋 场垃圾渗滤液，探讨其用于城市垃圾渗滤液处理的可行性以及在处理过程中涉及 到的一些注意事项和各种影响因素，为垃圾渗滤液的电化学处理和生物处理提供 一定的技术参数与设计依据。对于解决长期困扰垃圾卫生填埋的高浓度渗滤液怎 样处理的问题具有重要的现实意义，其研究思路和研究成果对处理其它类型的高 浓度有机污水也有一定的指导意义和借鉴作用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 电化学法处理垃圾渗滤液国内外研究现状 早在2 0 世纪4 0 年代，国外就有人提如利用电化学方法处理废水，但由于电 力缺乏，成本较高，因此发展缓慢。2 0 世纪6 0 年代初，随着电力工业的迅速发 展，电化学水处理技术开始引起人们的注意。自8 0 年代以来，随着人们对环境 科学认识的不断深入和对环保要求的日益提高，电化学水处理技术因其独特的优 势，应用日益广泛、成熟。除了用于处理含氰、含铬的电镀废水，近年己广泛应 用于处理印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液、垃圾渗滤液等难降解有机 物。电化学反应器的设计、新型电极材料的研制不断发展，使电化学法在水处理 领域的应用越来越广。下面将电化学方法在垃圾渗滤液处理领域的应用简述如 - 5 - 北京工业大学t 学硕士学何论文 下： 电解氧化法对垃圾渗滤液的深度处理具有较好的应用前景，国内对于电解法 深度处理垃圾渗滤液的研究开展的较多。比如同济大学的褚衍洋【5 j 对于垃圾填埋 场渗滤液生物处理电解深度处理的研究，试验证明，( 1 ) 只要有足够的电解时 间，渗滤液中有机污染物可以被完全去除。随着时间的延长有机物的降解速度越 来越慢，对应每一个槽电压存在一临界电解时间，在此电解时间之后有机物降解 速率明显减小。槽电压越高，临界时间就越短。比电耗随着电解时间的延长而增 大，综合有机物降解效果与电能消耗，在本研究中，当槽电压为4 0 v - 6 0 v 时， 电解时间控制在6 0 m i n 内为宜。( 2 ) 在电压相同、电流( 电流密度) 基本相同的条 件下，当电解时间相同时，c o d e r 和n h 3 - n 去除效果随着氯离子浓度的增大而 提高：氯离子浓度对n h 3 - n 降解的影响大于对有机物降解的影响；在同一氯离 子浓度条件下，随时间的延长渗滤液的余氯逐渐提高。渗滤液中氯离子浓度越高 对有机物和n h 3 - n 的去除就越有利。( 3 ) p h 低时有机物降解效率略高于p h 高 时的降解效率。( 4 ) 在实验条件下，电解作用不能提高渗滤液的可生化性。 李小明【6 】发现电解氧化过程中，氨氮被优先去除，其次是c o d ；电解氧化 反应在一定浓度c i 存在时，以间接氧化为主，与直接氧化作用并存；酸性条件 比碱性条件更有利于电解氧化作用对c o d 及氨氮的去除；c l 浓度高时，氧化去 除c o d 及氨氮的效果好；电流密度高时，有利于间接氧化作用的发生。同济大 学的鲁驳对于大田山垃圾填埋场渗滤液的研究表明，电解催化氧化作为垃圾渗滤 液的深度处理单元，优先降解c o d e r ，对氨氮的去除不明显，当c o d e r 降解趋 缓时，氨氮才开始有明显的去除。对c o d 有一定的去除效率，其出水随着c o d e r 电解时间的延长逐渐降低，但综合考虑，电解时间为2 h 比较合适，可以取得3 0 左右的c o d e r 去除率。增加电解进水的c i 。浓度对提高c o d e r , 去除率有一定帮 助，但c 1 的主要作用体现在对色度的去除之上。 王鹏等r 7 】采用电化学氧化与上流式厌氧污泥床( u a s b ) 结合技术，提出了处 理香港垃圾渗滤液的二步法工艺，对含c o d 和n h 3 一n 分别为4 7 5 0 m g l 和 1 3 1 0 m g l 的垃圾渗滤液，首先迸行u a s b 预处理获得了6 6 的c o d 去除 率，u a s b 的出水被引入电化学氧化反应器进行深度处理，c o d 和n h 3 一n 的 去除率分别达到8 7 和1 0 0 。可见电解氧化法对垃圾渗滤液的深度处理具有 较好的应用前景。 国内目前也有将电解法作为预处理对垃圾渗滤液进行处理的研究。比如吉林 大学的杨继东【8 1 进行的电化学方法与渗滤液循环方法连用处理垃圾渗滤液的研 究。实验结果表明电化学氧化预处理渗滤液，在以钛基钌铱电极为阳极、不锈钢 为阴极，极板距离1 ，5 e r a ，电流密度6 0 m a c m z ，不外加电解质的情况下，电解 1 2 0 m i n ，渗滤液的c o d 去除率达到4 8 6 ，氨氮浓度去除率达5 3 6 ， b o d 5 c o d 提高到o 3 8 。同时，电化学方法使渗滤液中得重金属浓度和大肠杆 - 6 - 第1 章绪论 菌数量也有所降低，有利于后续生化处理。 杨云军等人【9 1 采用连续式电解槽对垃圾渗滤液进行预处理研究，考察不同的 电流密度、进水p h 值、c l 。质量浓度等对电解效果的影响，从而确定了最佳操 作条件，在最佳条件下，比较研究电解装置对3 种不同来源的垃圾渗滤液各项 指标的去除效果，结果表明，连续式电解法对中等c o d 质量浓度的垃圾渗滤液 ( c o d 质量浓度为2 0 0 0 1 0 0 0 0 m l ) 有较好的处理效果，可有效去除废水中的 c o d ，氨氮和重金属，且对难降解的污染物( 如苯胺、苯酚等) 有良好的去除作用， 该法提高了水质的可生化性，强化了后续生化处理，为中试及工业化工程设计应 用提供了参考。 罗阳春【1 0 】等用电催化氧化技术对垃圾渗滤液进行预处理，试验结果证明， 电催化氧化技术能有效提高垃圾渗滤液水质的可生化性，t b o d c o d 由原来的 0 3 9 上升到0 7 5 ，电催化氧化对n h 3 n 的去除效果明显，电解9 0 m i n 以后，最 终n h 3 - n 的去除率能够达到9 4 8 ，有利于后续的生物处理。 王德义【i l 】采用催化电解氧化与s b r 法联合处理垃圾渗滤液，试验结果表明 各项指标的去除率分别为c o d 达到9 0 以上，n h 3 - n 达到9 9 ，t n 达到9 5 以上，色度达到9 9 ，重金属离子达到9 9 9 以上。 巴西的p e t e r s o n b m t l 2 】在一个用涂有一层氧化物的t i 作阳极的反应器中对 城市垃圾渗滤液进行处理，在流量为2 0 0 0 1 h ，电流密度为11 6 0 m a c m 2 ，反应时 间为1 8 0 m i n 的条件下，c o d 去除率达到7 3 ，t o c 达到5 7 ，色度达到8 6 ， n h 3 n 为4 9 。 国外b e n e f i e l dld 等人【1 3 】对氨氮的电化学氧化反应机理进行了研究，认为 电解的目标产物次氯酸盐在弱碱性条件下依据“折点氯化 ( b r e a k p o i n t c h l o r i n a t i o n ) 反应机理去除氨氮： 1 h o c i + n h 4 + 一n h 2 c l 斗h 2 0 + h + ；h o c l 坩、h 2 c l n h c l 2 + h 2 0 ； n h c l 2 _ _ h 2 0 n o h + 2 h + + 2 c 1 。；n h c l 2 + n o h + n 2 + h o c i + h 十+ c l - 。 1 2 2 生物膜法处理垃圾渗滤液国内外研究现状 垃圾渗滤液经过电解法预处理之后，用生物膜法进行后处理。与活性污泥法 相比，因为微生物附着生长，生物膜法具有抗水量、水质冲击负荷、不会因生物 相可分离性差而丧失活性等优点，生物膜上能生长世代时间较长的微生物，对垃 圾渗滤液有较好的处理效果。 陈卫国【1 4 】等提出了用电催化系统( e c s ) 与生物炭接触氧化床( e b a c o r ) 相结合的方法来处理垃圾渗滤液，结果表明：在e c s e b a c o r 法诸多的影响 因素中，对处理效率影响最大的是e c s 的电活性催化填料组分。g c m s 分析结 果表明，垃圾渗滤液中的6 4 种有毒有机污染物经e c s 处理后，大部分已被矿化 - 7 - 北京工业大学t 学硕十学位论文 成c 0 2 、h 2 0 或降解为小分子有机物。e c s e b a c o r 现场运行实验结果还表 明，当垃圾渗滤液中的c o d 和n h 3 - n 浓度分别为3 0 0 0 - 5 0 0 0m g l 和11 0 0 1 7 8 0 m g l 时，c o d 和n h 3 - n 的去除率均可超过9 0 。 加拿大b r i t i s hc o l u m n b i a 大学的c p e d d l e 和j a t w a t e r 采用生物转盘处理 c o d c r 5 0 0 m g l 、n h 3 - n 5 0 m g l 的弱性渗滤液，出水b o d s 和n h 3 - n 浓度分 别小于2 5m g l 和1m g l 。利用生物膜法对弱性垃圾渗滤液进行处理具有较好的 处理效果。 电化学法处理难降解有机污染物在近年来得到长足的发展，具有反应条件温 和、易于控制、无需添加药剂、设备占地面积小等优点。但是电化学水处理方法 的高能耗一直是人们所关注和亟需解决的问题。 生物法是目前垃圾渗滤液处理中的核心工艺，被广泛应用具有成本低和易于 操作等优点。生物法对易生物降解的有机废水可达到较好的处理效果，但对难生 物降解及具生物毒性的有机废水的处理效果却不理想。 将电化学与生物法联合起来对垃圾渗滤液进行处理，其主要思路是用电化学 方法选择性地使难降解的有毒有害有机物降解到某一特定阶段，提高其可生化 性，再与生物法相结合，从而可以彻底地去除污染物。 1 3 论文主要研究内容 本论文通过对近期国内外垃圾渗滤液处理技术的发展状况进行比较，结合我 国的实际，提出应用电解一生物联合工艺对城市生活垃圾渗滤液进行处理，具体 的研究内容如下： ( 1 ) 电解法处理垃圾渗滤液的试验研究 对影响电解法处理效果的因素，如电流密度、电极间距、p h 值、反应时间 等进行分析，确定工艺所需的最佳条件。 ( 2 ) 生化接触氧化池生物膜培养试验研究 对生物接触氧化法进行了挂膜试验研究，确定生物膜培养所需的时间，对生 物接触氧化法处理垃圾渗滤液的效果进行了研究。 ( 3 ) 电解法一生物接触氧化法工艺处理垃圾渗滤液的研究 对最佳工艺条件下“电解法一生物接触氧化法”联合工艺对垃圾渗滤液的处 理效果进行了分析，提出在试验条件下，要想达到国家规定的垃圾渗滤液排放标 准或者北京市水污染物二级排放标准，必须在生物接触氧化法之后再添一道工序 对垃圾渗滤液进行处理，本文提出应用电解法一生物接触氧化法一反渗透工艺处 理垃圾渗滤液。 ( 4 ) 工艺处理费用分析 - 8 - 第2 章垃圾渗滤液特性及处理技术研究进展 曼舅鼍曼! 曼曼曼曼曼, -i 曼曼曼曼曼皇量曼曼曼! 曼舅曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼! ! ! ! 曼曼曼曼曼! 曼蔓曼曼曼舅皇曼曼曼皇曼曼曼曼 第2 章垃圾渗滤液特性及处理技术研究进展 2 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液的产生受诸多因素的影响，不仅水量变化大，而且变化无规律性。 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，降雨的淋溶作用是渗滤液产生的 主要来源。 ( 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场外地下水水位，并没有 设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内。 ( 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 中的吸附量。当垃圾含水为4 7 时，每吨( t ) 垃圾可产生0 0 7 2 2 t 渗滤液。 ( 5 ) 垃圾填埋后，微生物的厌氧分解产生的水。垃圾中有机组分在填埋场 内分解时会产生水分。 2 2 垃圾渗滤液的特性 通常，垃圾渗滤液中的有机物可以分为3 种：低分子量脂肪酸；中等分 子量的灰黄霉酸类物质；高分子量的碳水化合物类物质、腐殖质类。渗滤液中 的有机成分随填埋时间而变化。填埋初期，渗滤液中的有机物的可溶性有机碳约 9 0 是短链的可挥发性脂肪酸，其中以乙酸、丙酸、和丁酸浓度最大。其次的成 分是带有相对高密度的羟基和芳香族羟基的灰黄霉酸。随着填埋时间的增加，填 埋场逐步趋于相对稳定，此时，渗滤液中挥发性脂肪酸含量量减少，而灰黄霉酸 和腐殖质类成分则增加。垃圾渗滤液的特性如下。 ( 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂 垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的雀烃类及其衍生物、酸酯类、 醇酚类、酮醛类和酰胺类等。郑曼英等【l5 j 对广州大田山垃圾渗滤液有机污染物 的分析研究表明，渗滤液中含有主要有机物7 7 种，其中有芳烃类2 9 种，烷烃、 烯烃类1 8 种，酸类8 种，酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其他5 种。这7 7 种有机物中，有可疑致癌物1 种、辅致癌物5 种，被列入 我国环境优先污染物“黑名单”的有机物5 种以上。上述7 7 种有机化合物仅占 该渗滤液中c o d 的1 0 左右。张兰英等1 1 6 】采用g c - m s d s 联用技术测定出垃 圾渗滤液中含有9 3 种有机化合物，其牛2 2 种被列为我国和美国e p a 环境优先 控制污染物的黑名单。 北京丁业大学_ t 学硕十学位论文 ( 2 ) 污染物浓度高和变化范围大 垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无法比拟的，其中的b o d 5 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 5 与c o d 比值为0 5 - 0 ，6 。一般而言，c o d 、b o d 5 、b o d 5 c o d 随 填埋场的“年龄 增长而降低，碱度则上升。表2 1 所示为渗滤液中的污染物及 其浓度变化范围【1 。刀。 表2 1 渗滤液中的污染物及其浓度变化范围 t a b 2 - 1 t h ep o l l u t a n to fl a n d f i l ll e a c h a t ea n di t sc o n c e n t r a t i o nc h a n g er a n g e 注：除p h 和大肠菌群值外，其他项目单位均为m g l ：t s 一总硫；t c r 一总铬； v f a 一挥发性脂肪酸。 ( 3 ) 水质水量变化大 产生量随季节变化大，雨季明显大于旱季； 污染物组成及其浓度也随季节变化，例如，平原地区填埋场在干冷季节渗 滤液中的污染物组成和浓度较低； 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。 台湾某市填埋场，填埋第一年，排出渗滤液的b o d 5 、c o d 和b o d j c o d 值分别为：2 5 0 0 0 m g l 、3 5 0 0 0 m g l 和o 。7 1 ；而3 年后就变化为：2 9 0 0 m g l 、 1 8 5 0 0 m g l 和0 1 7 ；1 0 年后又变为：1 0 0 m g l 、1 0 5 0 m g l 和o 0 8 。国内深圳某 填埋场，前5 年的渗滤液c o d 、b o d 5 、n h 3 n 典型值为3 5 0 0 0 m g l 、1 5 0 0 0 m g l 、 1 0 0 0 m g l ；5 年后相应值为：1 0 0 0 0m g l 、4 0 0 0m g l 、8 0 0m g & 。由此可见， 渗滤液性质在较大的范围内变化，年老的垃圾渗滤液的可生化性较差，这些变化 对渗滤液处理工艺的选择