（环境工程专业论文）超声fenton试剂氧化耦合处理垃圾渗滤液.pdf

摘要 超声f e n t o n 试剂氧化耦合处理垃圾渗滤液 摘要 卫生填埋是我国目前处理垃圾的主要方法，其产生的垃圾渗滤液对 环境危害很大。垃圾渗滤液是一种水质复杂，含有多种有毒有害的无机 物和有机物，c o d 浓度高，b c 低，可生化性差，色度高，有恶臭的 液体。如果垃圾渗滤液进入环境，会对土壤和地下水带来严重污染。目 前国内外的垃圾渗滤液处理工艺，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，土地法作为深度处理工艺的系统。 本论文以北京市小汤山阿苏卫垃圾卫生填埋场渗滤液作为对象，首 先采用超声法或f e n t o n 氧化法对垃圾渗滤液进行处理。实验结果表明： 垃圾渗滤液仅用超声处理，降解率和b c 几乎没有变化，仅用f e n t o n 试剂处理，降解率为6 1 左右并且b c 为o 2 8 8 ，而两者联合处理时， 降解率为6 0 左右，但是b c 可达到0 5 1 ，超声f e n t o n 试剂耦合法明 显优于二者的简单叠加，能够显著地缩短反应时间，提高降解率，尤其 是提高可生化性效果显著。 然后采用了超声f e n t o n 耦合法对垃圾渗滤液进行预处理，重点考 察了温度、p h 、反应时间、反应方式、投药比、投药量等条件对处理 效果的影响。研究结果表明：用耦合法处理垃圾渗滤液对于c o d 的去 除率明显好于超声法或f e n t o n 氧化法的单独处理，但是去除效果同其 他的物化法相比没有优势。溶液p h 值对可生化性影响显著，低p h 值 有利于可生化性的提高；垃圾渗滤液的可生化性随超声功率的升高而升 北京化t 人学硕i ：学位论文 高，但当功率一定时，增大变幅杆直径也意味着降低声强，不利于超声 空化效应，使得可生化性降低；垃圾渗滤液的可生化性随着h 2 0 2 投加 量增加而提高，当h 2 0 2 投加量大于6 0 0m g 1 时，可生化性有所下降； f e 2 + 的投加量的增加会提高垃圾渗滤液的可生化性，但在1 0m g l 后增 加趋势缓慢。 关键词：超声降解，f e n t o n 试剂，垃圾渗滤液，可生化性降解率 l l 摘要 u l t r a s o u n d f e n t o nm e t h o dt o l a n d f i l ll e a c h a t e a b s t r a c t s a n i t a r yl a n d f i l li st h em a i nm e t h o df o rp r o c e s s i n gm u n i c i p a l l a n d f i u t h e s ed a y s ，b u ti tw i l lp r o d u c ei 锄d f i l ll e a c h a t ew h i c hi sv e 巧h a 姗f u l t oo u r e n v i r o n m e n t t h el e a c h a t ei sak i n do fl i q u i dw h i c hc o n t a i n sl o t so ft o x i c a n dn o c u o u si n o 略a n i ca n do 玛a n i cm a t t e r s ，i t sc o di s v e 巧h i g hw h i l e b i o d e 伊a d a b i l i t y( b c ) i sl o w p o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o no ft h el a n d f i l l l e a c h a t eu s e dt oc h a n g el a 唱e l y i ft h el a i l d f i l ll e a c h a t ei sd i s c h a 唱e di n t ot h e e n v i r o n m e n t ，t h es o i la n dg r o u n d w a t e re n v i r o n m e n tw i l lb ep o l l u t e ds e v e r e l y c u r r e n t l y a n0 ft h ep r o c e s s i i l gc r a f i ci l ld o m e s t i ca n df o r e i g na r ed i v i d e di i l t o t h r e es e g m e n t s ；t h eb i o l o g i c a l t r e a t m e n ti st a k e na st h em a i nb o d yc r a f t ，t h e p h y s i c a l c h e m i c a l t r e a t m e n ta n dl a n dm e t h o da r et a k e na st h ep r e t r e a t n l e n t c r a f ta n dt h ep o s t - p r o c e s s i n gc r 世，r e s p e c t i v e l y t h el e a c h a t eu s e di nt h i sd i s s e r t a t i o nc o m e s 矗o ma s l 】w e im u n i c i p a l w r a s t e ss a n i t a 巧l a n d f i l lw h i c hi sl o c a t e da tx i a ot a n g s h 锄，b e i j i n g f i r s t l y t h el e a c h a t ei sp r o c e s s e db yu l t r a s o n i ct e c h n o l o g yo r ( a n d ) f e n t o nr e a g e n t o x i d a t i o n i ti sf o u n dt h a te f f e c to ft h ed e g r a d a t i o na n db cb yu l t r a s o n i c t e c h n o l o g yo rf e n t o nr e a g e n to x i d a t i o na l o n ei si n s i g n i f i c a n t ，w h i l et h e g r e a ti m p r o v e m e n tc a nb ea c h i e v e dw h e nt h et w op r o c e s s e sc o m b i n e d ，w i t h s h o n e rp r o c e s s i n gt i m ea n db e t t e r r e s u l t ( w i t hb cr a t eu pt oo 51 ) ，w h i c h s h o w e dt h a tt h ec o m b i n a t i o no ft h e s et w op r o c e s s e sp r e s e n t e db e t t e re 矗e c t t h a ne a c hm e t h o da l o n e 7 r h e n ，t h ec o m b i n a t i o np r o c e s s i n go fu l t r a s o u n da n df e n t o ni su s e d t h ei n f l u e n c eo fm a i nf a c t o r st op r o c e s s i n gr e s u l ti ss t u d i e d ，t h e s ef a c t o r s i n c l u d i n gu l t r a s o n i cp o w e r ，i n i t i a lp h ，p r o b ed i a m e t e r ，q u a n t i t yo ff e z + a n d h 2 0 2 n er e s u l ts h o w st h a t ，t h ec o m b i n a t i o np r o c e s s i n gc a ng e tm u c h b e t t e r d e g r a d a t i o n t h a ne a c hm e t h o d a l o n e ， b u tn o t p r i o r t oo t h e r h i p h y s i c - c h e m i c a l m e t h o d e x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e b i o d e g r a d a b 订i t yd e c r e a s e dd r a m a t i c a l l yw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ei n i t i a lp h ； b i o d e 蓼a d a b i l i t yw i l lb ei n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h eu l t r a s o n i c p o w e r ，b u ta ts o m el e v e lo fp o w e r ，t h ei n c r e a s i n go ft h ep r o b ed i a m e t e r m e a n st h el o s i n go fu l t r a s o u n i c e n e 玛y ，w h i c hw i l ld e s t r o yu l t r a s o u n i c c a v i t a t i o na n dr e d u c ei t s b i o d e g r a d a b i l i t y ；w i t ht h ei n c r e a s i n go fh 2 0 2 ， b i o d e g r a d a b i l i t yw i l la l s ob ei n c r e a s e d ，b u tw h e nt h em a g n i t u d eo fh 2 0 2i s h i g h e rt h a n6 0 0i i 培l ，t h eb i o d e g r a d a b i l i t yw i l lr e d u c eal i t t l e ；t h es a m ea s h 2 0 2 f e 计w i l la l s ob e n e f i tt 0b i o d e 鲈a d a b i l i t y ，b u tt h ei n c r e m e n tw i l lb e r e d u c e dw h e nf e 2 + i sh i g h e rt h a n1 0m g l k e y w o r d s ：u l t r a s o u n dd e g r a d a t i o n ，f e n t o nr e a g e n t ， l a n d f i l ll e a c h a t e b i o c h e m i c a l ，d e g r a d a t i o n i v 北京化工人学学位论文版权和学位数据集 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化 工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分 内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本 授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 卜“ 作者签名：垒跹垫 一 日期：盈翌芝! 翌盘：旦! 导师签名：2 翌：隆 日期： 曲8 。6 第一章绪论 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液处理技术发展综述 随着我国城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高，城市生活 垃圾的产量在急剧增加。到1 9 9 9 年，我国的城市生活垃圾年产量己达到1 1 4 亿吨， 并且以每年8 1 0 的速度递增，人均日产垃圾已超过1 k g ，接近工业发达国家水 平。以北京为例，建国初期，年产垃圾4 0 万吨；8 0 年代中期，达到3 0 0 万吨；在 1 9 9 0 年全市的垃圾量是3 8 3 万吨，目前年产垃圾4 3 3 万吨，一年的垃圾可以堆成 两个半景山；据估计到2 0 1 0 年可能会达到5 2 0 万吨。全国生活垃圾的存量约为6 0 亿吨，因此垃圾的处置已成为一项迫在眉睫的任务。 垃圾卫生填埋是一种不妨害公共健康与安全的废物处理方式，因其技术成熟、 处理费用低、造价省、管理和运输方便，目前我国有9 0 左右的垃圾是用填埋法处 理的【l 刁。然而，垃圾在填埋场的填埋过程中，会产生具有危害性大、对公众健康 和周围水源构成污染威胁的渗滤液，即使填埋场封场关闭后的数年内，这种现象仍 会持续。有资料显示1 3 1 ：至1 9 9 7 年美国共有1 8 5 0 0 座垃圾填埋场，几乎有一半对水 体产生了污染，很多填埋场渗滤液对地下水造成了不同程度的污染。我国垃圾渗滤 液污染水体的事件也屡有发生。例如，我国兰州东盆地雁滩水源地因垃圾渗滤液的 污染而无法再利用，十分可惜，兰州西盆地马滩水源地也有部分水井报废1 4 j 。本应 是水质很好的上海黄浦江上游港口段，近年检测水质时发现水中氨氮和硝酸盐的含 量明显增高，现场考察后发现上海最大的垃圾填埋场之一的三林塘垃圾填埋场就位 于该江段距江堤不足2 0 0 m 的地方，渗滤液时刻在流入江中【5 l 。澳门与珠江交界处 因澳门垃圾渗滤液污染，导致当地河流鱼虾绝迹、农田失收等严重后果1 6 l 。因此渗 滤液的处理已成为垃圾填埋场面临的重大问题。 1 1 1 垃圾渗滤液的性质及污染特性 1 1 1 1 垃圾渗滤液的定义 垃圾在堆放和填埋过程中由于压实、发酵等生物化学降解作用，同时在降水和 地下水的渗流作用下产生了一种高浓度的有机或无机成份的液体，即称之为垃圾渗 滤液，也叫渗沥液。 北京化t 人学顶 ：学位论文 1 1 1 2 垃圾渗滤液的来源 来源主要有以下五个方面： ( 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 ) 外部地表水的流入：这包括地表径流和地表灌溉； ( 3 ) 地下水的流入：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，地下水就有可能渗人填埋场内； ( 4 ) 垃圾本身含有的水分：这包括垃圾本身携带的水份以及从大气和雨水中的 吸附量； ( 5 ) 垃圾地降解过程中产生的水分：垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产 生水份。 1 1 1 3 垃圾渗滤液的成份 垃圾渗滤液的产生量和性质受诸多因素影响，其中包括：填埋场的气候条件、 水文地质条件、垃圾的特性及其含水量、填埋工艺等。对于同一填埋场，其渗滤液 的性质随着填埋场的场龄而变化。这种性质的变化反映了垃圾在填埋场内的5 个阶 段：调整期、过渡期、酸形成期、甲烷形成期、最后成熟期。在这些过程中存在两 种主要作用，一是固体垃圾中有机物分解，形成可溶或挥发性产物，进入渗滤液或 大气：另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质一部分留在垃圾中，一部分进 入渗滤液。这两个作用的综合结果是使渗滤液中浓度有机物增高，主要含有以下3 类：低分子量的脂肪酸：腐殖质类和高分子量的碳水化合物；中等分子量的灰黄酸类 物质，约9 0 的可溶性有机酸是短链的。可挥发性脂肪酸中的主要成分是醋酸、丙 酸和丁酸；其次是带有羟基的芳黄霉酸。水量的确定一般采用基于水量平衡的多因 素经验公式进行计算；水质一般采用相似估算法、实验法、机理模型法等。 1 1 1 4 垃圾渗滤液的特点 渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，其性质取决于垃圾成分、垃圾的粒 径、压实程度、现场的气候、水文条件和填埋时间等因素，一般来说有以下特点： ( 1 ) 水质复杂，危害性大。有研究表明1 7 l ，采用g c m s d s 联合技术鉴定出 垃圾渗滤液中有9 3 种有机化合物，包括芳烃类2 9 种，烷烃烯烃类1 8 种，酸类8 种，酉旨类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酞胺类2 种，其它2 1 种。其中 2 2 种被列入我国和美国b 心环境优先控制污染物的黑名单中。 ( 2 ) c o d c r 和b o d 5 浓度高。渗滤液中c o d c r 和b o d 5 最高分别可达9 0 0 l o o 2 第一章绪论 m g l 、3 8 0 0 0 m g l 甚至更高。 ( 3 ) 氨氮含量高，并且随填埋时间的延长而升高，最高可达1 7 0 a l i i l 朗。渗滤 液中的氮多以氨氮形式存在，约占t n k 4 0 5 0 。 ( 4 ) 水质变化大。根据填埋场的年龄，垃圾渗滤液分为两类：一类是填埋时 间在5 年以下的年轻渗滤液，其特点是c o d c r 、b o d 5 浓度高，可生化性强；另一类 是填埋时间在5 年以上的年老渗滤液，由于新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾，其p h 值 接近中性，c o d c r 和b o d 5 浓度有所降低，b o d 5 ( ：o d c r 比值减小，氨氮浓度增加。 ( 5 ) 金属含量较高。垃圾渗滤液中含有十多种金属离子，其中铁和锌在酸性 发酵阶段较高，铁的浓度可达2 0 0 0 i i i l g l 左右；锌的浓度可达1 3 0 m g l 左右，铅的 浓度可达1 2 3 m 酊，钙的浓度甚至达到4 3 c 1 0 | i i l g l ，渗滤液中的微生物营养元素比例 失调，主要是c 、n 、p 的比例失调。一般的垃圾渗滤液中的b o d 5 ：p 大都大于 3 0 0 。 ( 6 ) 营养元素比例失调 对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ；5 ：1 ，而 一般的垃圾渗滤液中的b o d 5 _ p 大都大于3 0 0 ，与微生物生长所需的磷元素相差较 大。 ( 7 ) 水质随时间变化大 随垃圾填埋场“年龄”的增加，渗滤液的水质也将发生相应的变化。垃圾在填埋 场内分解主要有五个阶段，即调整期、过渡期、酸形成期、甲烷形成期、最后成熟 期。对于填埋时间少于5 年的渗滤液，其中的有机物浓度高，p h 值低，低分子脂 肪酸多，b o d 5 c o d c r 值在0 。5 o 6 ，采用生化处理方法是有效的；而随着垃圾填埋 年数的增加，有机物浓度降低，但腐殖质类物质增加，n h 3 n 浓度较高，p h 为中 性左右，b o d 5 c o d c r 值下降，可生化性降低，生化处理难以达到较好的效果。在 实际中，因填埋时间存在先后的差别，使得“新鲜”( 3 5 a 以下) 和“老”( 3 5 a 以上) 的渗滤液并存。因此，为了满足渗滤液处理效果在垃圾填埋场的使用期问和封场后 一直能够满足环境的要求，有必要采用生化和物化处理组合的处理工艺。 ( 8 ) 其他特点 渗滤液在进行生化处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正常运行。由于渗 滤液中含有较多难降解有机物，一般经生化处理后，c o d c r 浓度仍在5 0 0 2 0 0 0 m g l 范围内。 1 1 1 5 垃圾渗滤液对环境的影响 通过对某填埋场的渗滤液处理情况进行调查发现，填埋场运行至今，大约处理 了约8 0 万吨的渗滤液，同时约有3 2 万吨的渗滤液从污水库中溢出直接进入纳污水 北京化t 人学顾f ：学位论文 域，并且目前还有9 6 万吨渗滤液存储于污水库内。经过化学分析，在污水库出口 处的渗滤液c o d c r 平均值为2 8 0 0 m g l ，b o d s 平均值为1 7 5 0 m 酿，氨氮7 0 8 m g l ， 总氮平均浓度达7 0 0 m g l ，平均色度达2 5 1 度，金属含量不高，以色质联机对有机 物定性分析，发现渗滤液中有机物最高含碳数可达1 2 ，主要为环烷烃、酯类、羧 酸类、苯酚和硫磺等。经过处理后排入纳污水域的水质c o d c r 值为2 8 3 m g 1 ，仍超 标1 8 3 倍，b o d 5 值为1 0 8 m g l ，超标2 6 倍，n h 3 n 值为1 9 0 i i l g l ，超标1 1 6 7 倍， 总氮6 7 9 m g l ，色度1 3 3 度，并且含有大量有机物，说明了该场污水处理过程还未 能满足污水达标排放，受此影响，该填埋场的l 级纳污水体的水质已经明显恶化。 这一情况已经引起当地部门的高度重视。 1 1 2 国内外垃圾渗滤液的控制现状 l ，1 。2 1 国外渗滤液污染控制现状 国外在渗滤液污染控制方面起步较早，尤其是经济发达国家，在此方面经验与 投入也比发展中国家多。据报道，在8 0 年代就有渗滤液处理厂成功处理渗滤液的 例子( h a n ) i ，a r d r o b i n s o n ，1 9 9 2 ) 。英国在1 9 5 3 年建成的b r y n p o s t b y 填埋场，投资6 0 0 | 0 0 英镑建立一座l o o o m 3 的曝气氧化塘处理渗滤液，氧化塘出水经沉淀后流经3 k m 长 的管道进入城市污水管道与城市污水合并处理。1 9 8 8 年德国b a y e m 的s e h w a b a e h 垃圾填埋场首次将反渗透技术运用到垃圾渗滤液的处理中，取得很好的处理效果。 1 9 8 9 年在德国h l l e n b e r g 建立了1 1 5 0 t d 的反渗透渗滤液处理系统，2 0 0 2 年该 厂扩增为1 5 0 0 t d 。据统计资料，1 9 9 5 年在德国渗滤液的处理体系中，与城市污水 合并处理的填埋场占总填埋场的7 2 ，在填埋场内处理的占2 4 ，回喷处理占4 。 在欧洲，在填埋场内处理垃圾渗滤液主要采用反渗透处理技术，在亚洲，韩国渗滤 液处理多以反渗透处理技术为主。 1 1 2 2 国内渗滤液污染控制现状 我国大部分垃圾填埋场建设按城市生活垃圾卫生填埋场工程项目建设标准 建标( 2 0 0 1 ) 执行，填埋作业按城市生活垃圾卫生填埋技术规范a j l 7 2 0 0 1 进行， 因此，生活垃圾卫生填埋场己最大限度地减少了渗滤液的产生量，因此，污染控制 的关键是渗滤液处理问题。 国内渗滤液处理起步较晚，对渗滤液产生的臭味只有少数填埋场投药加以处 理，多数未加处理。在9 0 年代初期，渗滤液处理工艺主要参照城市污水的处理方 法，即以生物法处理为主。由于渗滤液处理厂主要参照城市污水处理厂进行建设， 4 第一章绪论 没有考虑到渗滤液水质特性，因此都存在不能稳定运行的状况。9 0 年代中后期， 研究人员考虑到渗滤液的水质独特性，如高浓度的氨氮，高浓度的有机物等，采取 了脱氮措施，处理工艺一般为氨吹脱十厌氧处理+ 好氧处理，但存在处理后得出水 不稳定现象。 2 0 0 0 年以后，由于经济的飞速发展，新建的渗滤液处理厂一般远离城区，渗 滤液没有条件排入城市污水管网，因此处理要求也相应提高，一般需要达到二级甚 至一级排放标准，此时的渗滤液若仅靠生物处理无法达到处理要求，一般采用物化 法+ 生物处理的方法，不少城市也在考虑引进国外较为先进的工艺。对于垃圾渗滤 液的处理，我国目前真正能够达标二级的不是很多，达到一级排放标准的更是屈指 可数。 1 1 3 国内外对垃圾渗滤液的处理方法 1 1 3 1 生物法 1 1 3 1 1 好氧法 ( 1 ) 活性污泥法 活性污泥法因费用低、效率高而得到广泛的应用【叭。i 己a r v ( 1 9 8 3 ) 报道，活性 污泥法能去除渗滤液中9 9 的b o d s ；v e n k a t a r 锄锄i 等人发现，渗滤液中8 7 以上 的有机炭能被活性污泥去除，即使进水中有机炭高达1 0 0 0 1 1 i l 朗，污泥生物相能很快 适应并起降解作用。m e r s i ( 1 9 8 5 ) 报道，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 m 1 1 0 0 0 m 鲫，n h 3 n 为8 7 5 9 0 m g l 的渗滤水，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。p i b r a z a r i 等人对众多实际运行的垃圾渗滤液处理系统调查后 指出，活性污泥法比化学氧化法等其它方法的处理效果更佳【8 l 。徐迪民等【9 】采用低 氧好氧两段活性污泥法对浸出液进行处理试验，进水浓度c o d 为6 4 4 6 m g l ，b o d 5 为3 5 0 2 m 胡，p h 为5 6 4 ，出水达c o d 为2 2 6 7 m g l ，b o d 5 为5 1 3 - 3 m g l ，p h6 5 7 5 ， 效果良好。美国和德国几个垃圾填埋场采用活性污泥法处理渗滤液，其实际运行结 果表明，通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷，可以获得令人满意的处理效果。 如美国宾州的f a l l s h i p 污水处理厂，其垃圾渗滤液进水的c o d 浓度为 6 0 0 0 2 1 0 0 0 i i l g l ，b o d 为3 0 0 0 1 3 0 0 0 i i l 鲈，氨氮为2 0 0 2 0 0 0 m g l ，曝气池的污泥浓 度为6 0 0 0 1 2 0 0 0 m 朗，是一般污泥的质量浓度的3 6 倍。在体积有机负荷为 1 8 7 k g 【b o d 5 1 ( m 3 d ) ，f m 为o 1 5 一o 3 l k g 【b o d 5 1 ( k g 【m l s s 】d ) 时，b o d 的去除率为 9 r 7 ；在体积有机负荷为 0 3 k g 【b o d 5 1 ( m 3 d ) ， f m 为 0 0 3 一o 0 5 k g 【b o d 5 】( 蚝【m l s s 】d ) 时，b o d 的去除率为9 2 。该厂的数据说明，只 5 北京化t 人学顾i ：学位论文 要适当提高活性污泥的质量浓度，使f m 为o 0 0 3 - 0 0 3 1 k g 【b o d 】( 蚝【m l s s 】d ) 之 间，采用活性污泥法能够有效地处理垃圾渗滤液。 ( 2 ) 稳定塘 国外早在8 0 年代就有成功运用稳定塘技术处理渗滤液的生产性处理厂 ( h a 刑a r d r o b i n s o n ，1 9 9 2 ) ，英国在1 9 8 3 年建成的b r y n p o s t e y 填埋场渗滤液处理场， 运用曝气氧化塘技术处理渗滤液。该氧化塘有效库容1 0 0 0 耐，由高密度聚乙烯材 料( h d p e 膜) 作防渗衬底，采用两台高效表面曝气机进行曝气，渗滤液最小水力停 留时间1 0 d ，渗滤液处理量0 1 5 0 m 3 d ，此系统自1 9 5 3 年开始运行，渗滤液c o d ， b o d 的最大浓度分别为2 4 0 0 0 m g l 和1 0 0 0 a i i i l g ，l ，f 7 m 为o 0 5 0 3 k g 【b o d 5 】“k g 【m l s s 】d ) 时，c o d 的去除率为9 7 1 1 1 j 。 ( 3 ) 生物转盘 生物转盘是所谓固定生长系统生物膜法中的一种，运用于常规的污水处理中可 有效地解决活性污泥法的污泥膨胀问题，并且由于膜上生物量大，生物相当丰富， 既有表层的好氧微生物，又有内层的厌氧微生物，因而具有抗水量、水质冲击负荷 的优点，同时生物膜上还能生长世代时间较长的硝化菌等。 p i e t a 渗滤液处理厂即采用生物转盘处理垃圾渗滤液，该厂利用填埋场气体加 热使进入生物转盘的渗滤液温度保持在2 0 左右，取得了良好的处理效果。尽管用 活性污泥法、氧化塘，生物转盘等好氧方法处理垃圾渗滤液在国内外都有过成功试 验报道，但有报道说【9 1 ，未见在生产实践中的成功实例。对于2 5 年的填埋场，在 保持污泥龄为一般城市污水处理厂的两倍以减小负荷时，活性污泥法处理渗滤液可 使出水b o d 5 2 5 m g l ，但是偏向于选用粗泡扩散充氧系统以防堵塞，导致充氧效 率不高，动力消耗巨大，从而很少采用。 1 1 3 1 2 厌氧法 厌氧处理方法包括上流厌氧污泥床、混合反应器及厌氧塘、厌氧强酸式生物滤 池等。厌氧处理有许多优点，最主要的是能耗少，操作简单。因此，投资及运行费 用低廉，而且，由于产生的污泥量小，故所需的营养物质也少。 1 1 3 1 3 厌氧+ 好氧法 虽然实践己经证明厌氧生物法对高浓度有机废水处理的有效性，但单独采用厌 氧生物法处理渗滤液也很少见。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。 王宝贞等1 1 1 l 采用a ( 缺氧活性污泥) b ( o ) 淹没式生物膜复合系统对苏州七子 第一章绪论 山城市垃圾填埋场渗滤液进行了处理试验，有一定的效果。 国内福州市1 9 9 5 建成了全国最现代化的垃圾渗滤液处理厂，其工艺流程为上 流式厌氧污泥床( 超声a b ) + 化沟活性污泥法+ 生物稳定塘。 1 9 9 8 年建成的广东中山市垃圾渗滤液处理厂与其流程相似，试运行效果良好。 三峡工程生活垃圾填埋场渗滤液模拟处理试验中，采用上流式厌氧污泥床( 超声 a b ) + 好氧塘工艺，c o d 去除率9 0 ，b o d 5 达5 0 。生物法中，好氧工艺的活性 污泥法和生物转盘的处理效果最好，停留时间较短( 6 2 4 h ) ，运行经验丰富，但工程 投资大、运行管理费用高，且只能处理有机物含量相对较低的渗滤液：相对来说稳 定塘工艺比较简单、投资省、管理方便，但停留时间长( 1 0 - 3 0 d ) ，占地面积大，且 净化能力随季节变化较大。厌氧处理工艺近年来发展很快，特别适合于高浓度的有 机废水，它的缺点是停留时间长，污染物的去除率相对较低，对温度的变化比较敏 感。但通过研究表明厌氧系统产生的气体可以满足系统的能量需要，若将这部分能 量加以合理利用，将能够保证厌氧工艺有稳定的处理效果，还能降低处理费用。因 而对于高浓度有机物的垃圾渗滤液，采用厌氧和好氧工艺的组合处理，无论是对于 提高处理效率，还是降低运行费用都是有意义的。 1 1 3 2 物理化学处理法 处理垃圾渗滤液的物化法主要有活性炭吸附、化学沉淀、光催化氧化、f e n t o n 法、化学氧化、化学还原、膜过滤、离子交换、气提及湿式氧化等多种方法。与生 物法相比，物化法有不受水质水量变动的影响，出水水质稳定。尤其对b o d 5 c o d c r 比值较低( o 0 7 0 2 0 ) 难以生物降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果，一般老的垃圾 填埋场多增设物化法，但其缺点是造价高。 ( 1 ) 光催化氧化是一种刚刚兴起的新型现代水处理技术，具有工艺简单、能耗低、 易操作、无二次污染等特点，尤其对一些特殊的污染物比其他氧化法更具显著的优 势，但目前国内外关于光催化降解有机物的研究尚处于理论探索阶段。罗建中等【1 2 l 以币0 2 为催化剂用光催化氧化法处理垃圾填埋场渗滤液，并对光催化降解有机废 水的影响因素做了深入探讨，其中包括催化剂用量、p h 值、光照强度、光照时间、 水中溶解氧等因素，得出该法对垃圾渗滤液的深度处理有较好的效果。谭小萍等也 作了类似的研究，与罗建中等获得的结果相近【1 3 1 。w a n g 等利用聚沉光氧化处理垃 圾渗滤液，在加入f e c l 3 6 h 2 0 凝结剂后，调节p h 值为3 8 ，结果显示p h 值越低， 处理效果越好。c h o 也利用光催化氧化法去除c o d c r 和氨氮，其试验条件同样反 应了上述处理效果。 ( 2 ) f e n t o n 法是一种深度氧化技术，即利用f e 2 + 和h 2 0 2 之间的链反应催化生 成o h 自由基，而o h 自由基具有强氧化性，能氧化各种有毒和难降解的有机化合 7 北京化丁人学硕l j 学位论文 物。熊忠等对垃圾渗滤液用混凝法预处理后再经f e n t o n 法处理，氧化后的渗滤液 可生化性仍然很低，之后又结合s b r 法，引入营养物质，可生化性提高，c o d c r 和b o d 5 去除率均达到9 5 以上，出水水质达到排放标准【1 4 1 。程洁红等利用f e n t o n 混凝法对渗滤液进行预处理，c o d c r 去除率达到6 6 9 。虽然f c n t o n 试剂价格低， 反应条件温和，无二次污染，但它只能将部分有机物氧化或偶合成可生化的化合物， 而不易氧化多环芳烃等分子量大、化学性能稳定的有机化合物【1 5 1 。 ( 3 ) 膜处理法是用各种隔膜使溶剂同溶质和微粒分离的一种水处理方法，根据溶 质或溶剂通过膜的推动力的大小，膜分离法可分为反渗透法、超滤、微孔过滤等【1 6 1 。 湖南大学的袁维芳等和广州市环境卫生研究所的汤克敏旧对广州大田垃圾填埋场 渗滤液预处理出水进行了反渗透实验研究。实验结果表明，进水压力为3 5 m p a ， p h 值为5 6 的最适宜条件下，当进水c o d c r 浓度为2 5 0 6 2 0 m g l 时，出水浓度几 乎为0 ，去除效率达1 0 0 ，平均透水量为3 0 4 2 l “m 2 h ) 。在韩国，为处理“年老” 的渗滤液中难降解的有机物和高浓度的氨氮，使用综合膜处理工艺，包括一个膜生 物反应器和反渗透装置。u n d e 等利用反渗透法处理3 种不同的渗滤液，发现来自 于普通填埋场渗滤液和含有可生物降解废物填埋场渗滤液的处理效果很好，c o d c r 和氨氮去除率超过9 8 ，并发现透水量和传导性之间有显著线性的关系。近5 年来， 西方一些发达国家还兴起了一种毫微级膜过滤技术，t r e b o u e t 等结合物化预处理过 程进行毫微级膜过滤，能够去除难降解的c o d c r ，使出水c o d c r 满足排放标准。 膜处理的最大问题是膜污垢，会堵塞膜孔，对处理效率有很大影响。此外膜过滤技 术费用昂贵，因此国内膜技术无法得到广泛应用。 ( 4 ) 化学沉淀法常常作为预处理并结合其他方法处理垃圾渗滤液，效果显著，但 易受p h 值等条件的限制。混凝法是化学沉淀法中最重要的一种方法，混凝法是向 废水中投放化学混凝剂，使废水中的某些污染物由溶解状态或胶体状态变为凝胶状 态，集结为絮体，絮体吸附、捕集悬浮物并使进一步集结沉淀下来。混凝剂类型、 混凝剂的投放量、不同的起始p h 值对处理效果有较大影响。常用的混凝剂有硫酸 铝钾、硫酸铁和氢氧化镁等。以硫酸铝钾效果最佳。随着混凝剂投放量和起始p h 值增大，c o d c r 和色度去除率也随着增加【1 8 l 。沈耀良等【1 9 l 采用聚合氯化铝作混凝 剂，焦碳作吸附剂，可以有效去除渗滤液中的c o d c r 和重金属离子，当聚合氯化 铝的用量为4 0 0 m g l ，焦碳为8 1 0 班时，c o d 臼去除率为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。在垃圾渗滤液单独处理的 技术与方法中，混凝法是最常用、最经济和最重要的方法之一。 ( 5 ) 湿式氧化法是一种在工业废水处理方面应用较广的物理化学方法， 它是利用氧与污染物在液相中的接触达到将污染物氧化的目的。反应在封闭条 件下进行，污染处理彻底，不产生二次污染，特别适用于高浓度或高毒性的废水， 而且反应体系引入催化剂还可以提高有机物的降解效率并有利于反应向温和程度 8 第一章绪论 发展，因此，目前寻找更加合适的催化剂以降低湿法氧化处理废水的经济成本以及 处理效率已经成为这一领域的热点问题。虽然湿法氧化还未应用于垃圾渗滤液的处 理，但是其处理效率高，对于高浓度、高毒性的废水处理效果很好，因而具有广泛 的应用前景。 ( 6 ) 渗滤液回灌就是将渗滤液收集后，再返回到填埋场中，通过自然蒸发减少滤 液量，并经过垃圾层和埋土层发生生物、物理、化学等作用截留污染物的过程。渗 滤液再循环对废物降解、填埋场稳定性都有较大的促进作用，对有机物具有很强的 净化能力，其中土壤结构、水力负荷、c o d c r 负荷、配水次数及配水浓度等对土壤 净化能力均有一定的影响。然而，渗滤液再循环虽然可以降低其有机成分的含量， 但氨、重金属及其他的无机物等仍保持在较高水平，因此在渗滤液再循环后有必要 更进一步的处理i 驯，而且，过剩的渗滤液还要进行处理，对回灌法处理渗滤液的工 艺流程、技术参数需要进一步优化。 ( 7 ) 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。常用的吸附剂有活性炭、沸石、焦炭、矾土、焚烧炉底灰等， 其中应用较广泛的是颗粒状和粉末状的活性炭。活性炭具有5 0 阻1 7 0 0 m 2 g 的比表 面积，有很强的吸附能力。在渗滤液的处理中，主要用于去除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 c r 和n h 3 n 的去除率为5 0 7 0 。活性炭吸附法处理程度高，对水中的绝大多数有 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，设备紧 凑，管理方便。但是活性炭吸附易受p h 值、水温及接触时间等因素的影响【2 l 】。 ( 8 ) 化学氧化工艺可以彻底消除污染物，而不会产生絮凝沉淀工艺中形成的污染 物被浓缩的化学污泥。该工艺常用于废水的消毒处理，而很少用于有机物的氧化， 主要是由于投加药剂量很高而带来的经济问题。对于渗滤液中一些难控制的有机污 染物，化学氧化工艺可以考虑使用。常用的化学氧化剂有氯气、次氯酸钙、高锰酸 钾和臭氧等。 1 1 3 3 与污水厂合并的方法 渗滤液与规模适当的城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方案，它不仅 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。但这并非是普遍适用的方法。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，在采用此种方案时，如不加控制，则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。因而，在考虑合并处理方 9 北京化t 人学硕l j 学位论文 案时，必须研究其工艺上的可行性。对采用传统活性污泥工艺的城市污水处理厂而 言，不同污染物浓度渗滤液量与城市污水处理厂的处理规模的比例是决定其可行性 的重要因素。 1 1 4 渗滤液处理中存在的问题及研究动向 1 1 4 1 存在问题 ( 1 ) 渗滤液水量变化较大，尤其是季节性变化量很大，在雨季里水量比较大。针 对这个问题，一般填埋场采用管道把多余的渗滤液排到一个预留的池子里，等晴天 渗滤液少的时候再进行处理。 ( 2 ) 渗滤液水质特性变化大。 不同填埋场，由于诸多因素不同，其水质存在很大差异，所以适用于某填埋场 渗滤液的处理方法不一定也适用于另一填埋场渗滤液的处理。 ( 3 ) 渗滤液中氨氮浓度高，尤其是在填埋后期其浓度更高。 高浓度的氨氮对微生物的活性有抑制作用，而现有的氨氮吹脱又造成空气的二 次污染和吹脱塔结垢问题。有人提出超声波吹脱法，这种方法比传统吹脱法氨氮的 去除率提高了1 7 一6 4 ，c o d 去除率为2 4 9 0 3 4 7 6 ，比传统的吹脱法提高了 2 l 。超声波的最佳工艺参数：p h 为1 1 ，时间为4 1 m i n ，气水比1 0 0 0 ：1 【3 7 】。 ( 4 ) 渗滤液处理费用高且难以达到排放标准。 填埋场在封闭前，一般渗滤液浓度高且较难处理，即使采用厌氧好氧生物处 理工艺也难以达到排放标准；而高标准的渗滤液处理厂投资大，运行管理费用高， 许多填埋场因为资金不足受限。 1 1 4 2 研究动向 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，提出了多种方案和工艺。虽然渗滤液的总体b o d 5 c o d 在0 3 0 7 ，但渗滤 液在产生后往往要在填埋场的大容积渗滤液贮存池内停留较长的时问，贮存池中也 发生着一定程度的降解作用，致使其b o d 5 c o d 有所下降。此外，渗滤液有机污 染物中大部分为较难生物降解的大分子复杂有机物。因而如何通过合理的工艺选 择，进一步改善渗滤液的可生化性，则是目前国内外研究较少的问题。另外，国内 对渗滤液的生物处理研究较多，而对必要的预处理工艺技术研究尚较欠缺，尤其对 于适合我国目前国情所采用的合并处理的可行性( 合并处理时渗滤液与城市污水的 比例、研究则更较少见报道。因而有必要对上述问题作进一步深入的研究。 l o 第一章绪论 1 2 超声波氧化技术 超声波是指频率大于1 6 k h z 的弹性波【2 2 1 ，一般为2 0 l ( i z 到1 0 m h z 。而声化 学指利用超声波加速化学反应或启动新的反应通道，以提高化学反应产率或获得新 的化学反应产物的一门新兴的边缘学科1 2 3 1 ，其应用研究在世界各国已经引起了高度 重视，覆盖领域