（模式识别与智能系统专业论文）常温下垃圾渗滤液处理工艺的技术分析.pdf

武汉理l ：人学硕+ 学位论文 摘要 垃圾渗滤液在中、高温条件下已经取得了较好的处理效果，而在常、低温 地区的处理效果并不理想，通过对垃圾渗滤液性质和处理工艺的系统分析与研 究，本课题采用氨吹脱+ u b f + s b r + 过滤工艺处理垃圾渗滤液。在以往的试验研 究基础上对整套工艺运用动力学、传质理论、物料平衡和数学拟合等方法进行 深入的理论分析，进一步完善常温下垃圾渗滤液处理系统的试验和理论研究。 n i - - 1 3 的吹脱基于n h 3 在水中的溶解平衡和气液传质理论的双膜模型。水中 n h 3 的百分数随温度的升高而升高，随盐度的升高而降低，随p h 值的升高而升 高。根据气液传质的双膜模型分析，n h 3 去除率随吹脱时间的增加而增加，其一 级反应动力学模式的试验分析具有较好的相关性，动力学参数为0 0 9 4 7 。从气 泡的相对微观体系，运用气液传质平衡建立数学等量模式考察n h 3 吹脱效率与 供气量的关系，得出气泡去除的氨氮随供气量的增加而增加。根据试验研究和 理论分析，在实际操作运行中，常温下建议将吹脱氨氮废水的p h 值控制在1 0 1 1 ，温度控制在2 0 - 2 5 ，吹脱时间为8 h ，供气量为2 0 m 3 m i n m 3 ，采用微孔 曝气。 通过u b f 反应器工作状态模型的动力学分析得基质降解去除率为 1 ，7 一砉f 吼x 。k + 口：x ：+ 4 ( 址) ，1 ，系统稳定运行时，有机物去除率随反应器 蟛) o 。 内的污泥浓度的提高而提高，随生物膜厚度的增加而提高。产甲烷气体动力学 分析得甲烷产率系数为0 3 6 m l m g ，试验中甲烷的产气量为0 0 9 m 3 d 。污水与颗 粒污泥和污水与滤床区生物膜的传质分析验证了颗粒污泥由外到内基质浓度由 大变小，滤床区生物膜由外到内基质浓度由大变小的降解趋势。 通过对s b r 反应器进水期、反应期的基质降解和污泥增长的动力学分析得 出充水比越大，混合后混合液的基质浓度越大；对一定的充水比和一定浓度的 水质，混合液污泥质量浓度越大，充水期时间越长，基质质量浓度越小。量化 了污泥浓度、基质浓度和反应时间的关系。脱氮动力学的分析得出反应器厌氧、 好氧交替的运行特点能够实现很好的脱氮效果，与试验中o a o 进水分批投 武汉理工大学硕士学位论文 加的运行方式去除效果更好的结论一致。 对过滤的微观迁移、附着、脱落机理中各种作用力的动力学模式的试验验 证性分析，体现了过滤系统中不同阶段影响因素的不同和作用效果的不同。通 过对过滤效果的影响因素的分析，得出过滤工艺在垃圾渗滤液生化尾水处理中 并不能充分发挥过滤的优势，可以考虑其它深度处理途径。 整体工艺对水质、水量、地域等因素具有较好的适用性，有较高的实际运 用价值。 关键词：常温，垃圾渗滤液，动力学，传质，数学拟合 武汉埋i 人。坝- 1 7 。亍：何论又 a b s t r a c t t r e a t m e n tu n d e ri n t e r m e d i a t ea n dh i g ht e m p e r a t u r eh a sg o tv e r ye f f e c t i v e r e s u l t s ，b u tn o ti nn o r m a la n dl o wt e m p e r a t u r ef i e l d s a f t e ra n a l y z i n gt h ec h a r a c t e ro f l a n d f i l ll e a c h a t ea n dt r e a t m e n tp r o c e s s ，i ti sd e c i d e dt ou s ep r o c e s so fa m m o n i a s t r i p p i n g4 - u b f + s b r + f i l t r a t i o n o n b a s eo fp r e v i o u se x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n ， e m p l o yd y n a m i cm o d e l ，m e c h a n i s mo fm a s st r a n s f e r , m a t e r i a lb a l a n c i n gc a l c u l a t i o n ， m a t h e m a t i c sf i t ，a n ds oo n ，t oa n a l y s et h ew h o l ep r o c e s s t h e ni tf u r t h e rp e r f e c t st h e a s s a ya n dt h e o r ya p p r o a c h a m m o n i as t r i p p i n gi sb a s e do ns o l u t i o nb a l a n c eo fn h 3i nw a t e ra n dt w o - f i l m t h e o r yo fg a s - l i q u i dm a s st r a n s f e r t h ep e r c e n t a g eo fn h 3 i nw a t e rr a i s e sw i t ht h e t e m p e r a t u r ea n dp hi n c r e a s e ，a n dr e d u c ew i t ht h es a l i n i t yi n c r e a s e s t h eg a s l i q u i d m a s st r a n s f e rs h o wu st h a tr e m o v er a t er a i s e sw i t hs t r i p p i n gt i m ei n c r e a s e s t h et e s t a n a l y s i so ff i r s t - o r d e rr e a c t i o nd y n a m i c sh a sg o o dc o r r e l a t i o n ，a n dw eg e tt h e d y n a m i c sp a r a m e t e ri s0 0 9 4 7 a l s o ，w eg e tt h ec o n c l u s i o nt h a tr e m o v er a t eo f a m m o n i an i t r o g e n b y b u b b l er a i s e sw i t ht h ea i r d e m a n d a c c o r d i n gt o t h e e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，i ti ss u g g e s t e dt oc o n t r o lt h ep hd u r i n g 1 0t 01 1 ，t h et e m p e r a t u r ed u r i n g2 0 - 2 5 c ，t h et i m ea s8 h ，t h eq u a n t i t yo fa i ra s 2 0 m 3 r a i n m 3 ，a n dt a k em i c r o p o r ea e r a t i o n w eg e tt h er e m o v er a t ef r o mt h ed y n a m i ca n a l y s i so fu b f ss t a t em o d e li s ，7 一去【吼x - k + q 2 x 2 屹+ 4 ( 址) r , w h i c h i n d i c a t e st h a tw h e nt h es y s t e m 。p e r a t e s s t a b l y ，t h er e m o v er a t er a i s e sw i t h t h es l u d g ec o n c e n t r a t i o na n db i o m e m b r a n e t h i c k n e s si n c r e a s e s m e t h a n o g e nd y n a m i ca n a l y s i sg e t st h em e t h a n ep r o d u c t i v i t y c o e f f i c i e n ti s0 3 6m u m g , a n dm e t h a n eo u t p u ti s0 0 9 裔| a 。a n a l y s i so fm a s st r a n s f e r b e t w e e ns e w a g e ，g r a n u l es l u d g ec e r t i f i c a t e st h a th o s tc o n c e n t r a t i o nr e l e a s e sf r o m o u t s i d et oi n n e ro f g r a n u l es l u d g ea n db i o m e m b r a n e t h r o u g ht h ed y n a m i ca n a l y s i so fh o s td e g r a d a t i o na n ds l u d g er i s ed u r i n gi n l e ta n d r e a c t i o ns t a g ei ns b r ，w eg e tt h a th o s tc o n c e n t r a t i o no fm i x t u r er a i s e sw i t hf i l l i n g r a t i o nr a i s e s w h e nt h ef i l l i n gr a t i o na n dq u a l i t ya r ef i x e d ，h o s tm a s sc o n c e n t r a t i o n r e l e a s e sw i t hs l u d g em a s sc o n c e n t r a t i o no fm i x t u r ea n df i l l i n gt i m er a i s e d e n i t r i d i n g d y n a m i ca n a l y s i sg e t s t h a ta n a e r o b i ca n da e r o b i ca l t e r n a t eo p e r a t i o nc a nr e a l i z e p e r f e c td e n i t r i f i c a t i o ne f f e c t ，w i t c hc o n s i s t e n c et ot h ee x p e r i m e n tc o n c l u s i o nt h a tt h e o p e r a t i o nm e t h o do fa i o i a i oa n di n l e t b a t c hi n p u th a sb e t t e rr e m o v ee f f e c t p r o v i n ga n a l y s i st od y n a m i cm o d e lo fv a r i o u sa c t i o n i nm i c r o s c o p i cm i g r a t i o n a d h e r e n c ca n do b s c i s s i o nm e c h a n i c se x t e r n a l i z e st h ed i f f e r e n ti n f l u e n c i n gf a c t o ra n d d i f f e r e n ta c t i v ee f f e c ti nd i f f e r e n ts t a g eo ff i l t e rs y s t e m t h e s er e s e a r c hi n d i c a t et h a t f l i t e rc r 世c 龃tm a k ef u l lu s eo fi t sa d v a n t a g e s ，a n do t h e rc r a f t e rc a l lb ec o n s i d e r e d t h ew h o l ec r a f th a sg o o dc o m p a t i b i l i t yt ow a t e rq u a l i t y ，w a t e rq u a n t i t y ，t e r r a i n t r a c ta n ds oo n i th a sh i g ho p e r a t i o n a lv a l u ei np r a c t i c e k e yw o r d s ：n o r m a lt e m p e r a t u r e ，l a n d f i l ll e a c h a t e ，d y n a m i c ，m a s s t r a n s f e r ， m a t h e m a t i c a lf i t 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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，也不包含为获得武汉理工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已 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 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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。 签名：聋乒虹导师签名：二蒸牡日期： 沙。乐j 武汉理t 大学硕十学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 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，我国 城市生活垃圾的产量在急剧增加。近1 0 年来，我国工业化和城市化进程加快， 城市垃圾总量以每年1 0 以上的速度增长，有一些城市增长率更是高达 1 5 2 0 。按这样的增长速度测算，到2 0 1 0 年我国城市生活垃圾将达到2 6 亿 吨，2 0 3 0 年将超过4 亿吨【1 1 。卫生填埋技术因其工艺简单、成本较低、管理方 便和能处理多种类型废物等优点，成为我国常用的固废处理方法。国家环境监 测总站对我国城市垃圾处理厂的调查表明，卫生填埋场占垃圾处理设施的 8 7 5 1 2 1 。 垃圾渗滤液是垃圾处理过程中的副产品，作为一种高浓度、多组分、易变 化的污水，垃圾渗滤液问题已经严重影响我国垃圾处理事业的健康发展。现有 的垃圾处理设施中，包括填埋场、焚烧场、垃圾中转站、堆场以及堆肥场都将 产生大量的渗滤液。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液年产量约2 9 0 0 万吨， 可控点源排放的渗滤液约1 5 1 5 万吨，再加上填埋场、堆场历年垃圾产生的渗滤 液，年产量估计为新鲜渗滤液的数倍，而1 吨渗滤液约相当于1 0 0 吨城市污水 所含污染物的浓度【3 1 。但目前为止，适合我国国情、符合“高效、低耗 处理标 准的渗滤液处理工艺仍处于研发阶段。因此，探讨垃圾渗滤液处理工艺的合理 性对现代化、标准化的垃圾卫生填埋场和经济、高效垃圾渗滤液处理工程的建 设、实施具有重要意义。 1 2 垃圾渗滤液的产生和性质 1 2 1 垃圾渗滤液的产生 渗滤液主要来源于垃圾本身含有的水分以及进入填埋场的雨雪水和其它水 分，这些水分扣除垃圾、覆土层的饱和持水量以及填埋场的表面蒸发量，并历 经垃圾层和覆土层形成一种高浓度有机废水。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 降水的渗入。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。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。包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中 的吸附量。 ( 5 ) 垃圾填埋后，微生物的厌氧分解产生的水。源于垃圾中的有机组分的 分解。 渗滤液的产生量受降水量、蒸发量、地面流失、地下水渗入、垃圾的特性、 地下层结构、表层覆土和下层排水设施等诸多因素的影响。垃圾渗滤液产生量 的计算方法比较著名的有h e l p 模型、f l l l 模型等，常用的渗滤液产量计算方 法有水量平衡法和经验公式法等【3 4 l 。 1 2 2 垃圾渗滤液的性质 由于垃圾成分复杂，有机物含量高，填埋后发生分解、溶出、发酵等反应， 渗滤液中含有大量的有机物、氮磷类营养物质和种类繁多的金属类物质。因此， 垃圾渗滤液不仅是一种高浓度的有机废水，且水质和水量的变化很大，水质成 分也相当复杂。 ( 1 ) 营养元素比例失衡 有机物组分众多，垃圾渗滤液的有机物按分子量的大小可分为低分子量的 脂肪酸类、腐殖质类高分子的碳水化合物、中等分子量的灰黄霉酸类物质等； 氨氮含量高，渗滤液中的氨氮浓度可以高达1 7 0 0 m g l 左右，氮多以氨氮形式存 在，约占t n 的7 0 一8 0 ：磷含量偏低，一般渗滤液中b o d 5 ：t p 大都大于3 0 0 ， 与微生物生长所需的磷元素相差过大，尤其是生物可作用的溶解性磷酸盐浓度 更低；营养元素严重失衡，相对于生物处理所需的比例，渗滤液c ：n ：p 比例严 重失调p 1 。 ( 2 ) 溶解性固体含量高 渗滤液中溶解性固体含量通常随填埋时间的延长呈类似正态分布，一般在 o 5 2 5 年达到高峰值，此时含有大量的n a + 、k + 、c 1 。、s 0 4 2 - 等无机类溶解性盐 和铁、镁等微量营养元素。此后，随填埋时间的增加浓度逐渐下降至最终稳定。 2 武汉理t 大学硕十学位论文 ( 3 ) 金属离子含量低 重金属离子易与大分子有机物、无机离子等以离子交换、络合( 鳌合) 、沉 淀、吸附等作用结合成为有机络合物态、无机络合物态和游离态，主要以有机 络合物态和无机络合物态为主，以游离态存在的金属一般不超过总含量的3 0 ， 通常小于1 0 。渗滤液中的重金属主要有c d 、n i 、z n 、c u 、c r 、p b 等。多数 重金属元素因在垃圾堆体内的吸附、沉淀等衰减过程而浓度相当低。生活垃圾 中金属的溶出率低，在水溶液中为0 0 5 1 8 0 ，在微酸性溶液中为o 5 一5 0 。 因此，一般渗滤液中重金属含量较其它污染物低得多h 。 ( 4 ) 水质变化大 渗滤液水质随水量变化而变化，暴雨时期，由于淋溶作用，渗滤液中有机 污染物和金属离子浓度一般随渗滤液量的增加而升高；渗滤液水质在日、时尺 度内变化较大。n a n c yr a g l e 等研究显剥3 1 ，渗滤液的时变化系数、日变化系数 高达2 0 0 和3 0 0 ，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，可生化性较好，随 着填埋时间的延长，渗滤液逐渐呈褐色，可生化性变差。 ( 5 ) 毒性大 垃圾渗滤液浓度高，流动缓慢，渗滤持续时间长，某些污染物被表层土壤 有效阻留，而另一些污染物则渗透到深层土壤中，甚至进入含水层的饱和区， 造成对周围地下水和地表水的严重污染，污染延续时间可以长达数十年，甚至 上百年；垃圾渗滤液污染物在土壤中产生一系列物理、化学和生物作用，如过 滤、吸附、沉淀，或为植物根系吸收或被微生物降解和合成吸收，从而使污染 质截留在包气带土体内，或通过土壤孔隙水携带迁移，大量的垃圾渗滤液在大 气降雨的淋溶冲刷作用下会直接渗入周围土壤，渗滤液中的有害成分会破坏土 壤微生物的正常生存环境并对土壤结构和土质产生有害影响，渗滤液中的重金 属元素也会在土壤层内富集，造成土壤严重的重金属污染州。 1 3 国内外垃圾渗滤液处理现状 随着垃圾卫生填埋处理技术的广泛使用，国内外学者对垃圾填埋产生的垃 圾渗滤液的处理技术也进行了大量的研究工作，取得了相应研究成果。国内外 对垃圾渗滤液处理技术主要有物化处理法、生物处理法、土地处理法、回灌法 3 武汉理! j ：人学硕十学位论文 和深度处理法等f 3 j 。受到经济发展水平的限制，我国卫生填埋起步较晚，真正意义 上的卫生填埋场从2 0 世纪8 0 年代末才开始建设。渗滤液处理厂的建设就更晚， 从时间上看，渗滤液的处理经历了三个阶段： 第一阶段：9 0 年代初期，垃圾渗滤液处理工艺主要参照城市污水的处理方 法，代表性的工程实例有杭州天子岭、北京阿苏卫等。 第二阶段：9 0 年代中后期，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，采取了脱氨措施，采取的处理工艺一般为氨吹脱+ 厌氧处理 + 好氧处理，代表性的工程实例有深圳下坪、香港新界西等。 第三阶段：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，般需要 处理n - - 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，一般采取生物处理+ 深度处理的方法。代表性的工程实例有广州新丰、重庆 长胜桥等l 。 1 4 垃圾渗滤液处理方法 1 4 1 垃圾渗滤液的就地循环处理技术 2 0 世纪8 0 年代以来，欧洲和美国就已经利用可控制的渗滤液循环系统来治 理垃圾填埋场的渗滤液，即采取适当措施将从填埋场底部收集到的渗滤液，经 一定方式预处理或直接利用动力设施重新打到填埋场覆盖层表面或覆盖层下 部，利用填埋场覆土层及各年龄段垃圾的物化以及生物降解作用对渗滤液进行 处理。其实质是把填埋场作为一个以各年龄段垃圾为填料的生物滤床，当渗滤 液流过覆土层和垃圾层时，发生一系列生物、化学和物理作用，使渗滤液中的 有机物、重金属、无机胶体等物质，通过机械拦截、吸附络合、菌合和离子交 换等作用被截留，并通过覆土层及各年龄段垃圾表面所富集的各种菌胶团和土 著细菌等微生物的作用，降解成为稳定和半稳定物质，同时由于蒸发作用，回 灌过程间接达到了渗滤液减量的效果。 渗滤液的就地循环处理并不能完全解决填埋场的渗滤液问题，持续的回灌 容易发生酸和氨氮的积累，使后期的渗滤液更难用常规处理方法处理，因此， 常采用其它处理工艺与渗滤液回灌相结合的处理工艺，如填埋单元+ u a s b 出水 4 武汉理t 大学硕七学位论文 回灌、垃圾分层填埋与分层回灌、冲洗渗滤r g + 好氧厌氧滤池工艺等h , - s 。 1 4 2 垃圾渗滤液的生物处理技术 根据污水中氧气需求量的多少，生物处理技术分为好氧技术、厌氧技术和 两者的耦合技术。好氧生物处理技术适合处理可降解性有机物，对于填埋龄较 短、易生物降解的渗滤液，经预处理后宜采用好氧生物处理技术。厌氧工艺对 于高浓度的有机废水有良好的处理效果，对于具有较高毒性和缺乏营养物质的 渗滤液，厌氧处理可提高渗滤液的可生化性，减少重金属浓度和毒性。 ( 1 ) 垃圾渗滤液的好氧生物处理技术 好氧生物处理技术利用微生物在好氧条件下旺盛的代谢作用，以废水中的 有机物作为原料进行新陈代谢，合成生命物质，降解污染物。好氧生物处理操 作简单，微生物驯化适应时间短，有良好的抗冲击能力，可有效地降低废水中 的b o d 5 、c o d 口和氨氮，可去除铁、锰等金属。但有毒金属将抑制微生物的正 常工作状态；一般渗滤液磷含量偏低，需外加磷酸盐；外界温度变动较大时难 以保证较高的去除率；曝气过程中由于表面活性剂等影响，易出现泡沫，需除 泡装置；如氨氮浓度过高可能抑制硝化作用；同时，能耗过大，污泥产量较纠引。 活性污泥法 主要利用悬浮的微生物絮体来降解溶解性及颗粒态有机物，浓缩污泥由沉 淀池重新回流，利用静置沉淀去除工艺流程中的m l s s ，产生含悬浮固体物低的 出水，利用剩余污泥控制污泥停留时间。活性污泥法对渗滤液中易降解有机物 具有较高的去除率，但出水效果受温度影响较大，且对中老期渗滤液的去除效 果不理想。主要的处理工艺有传统活性污泥法、膜生物法( m b r ) 、s b r 法等。 生物膜法 生物膜主要由细菌菌胶团和大量真菌菌丝组成，生物膜生长在载体上，微 生物停留时间长，可以生长一些微型动物、藻类及昆虫等，生物类型极为丰富， 种类繁多，食物链长而复杂。因此生物膜法抗水量、水质等冲击负荷，有利于 氨氮的去除。主要的反应器类型有淹没式附着生长生物反应器( s a g e ) 、生物 转盘反应器( r d r ) 、生物接触氧化池等【6 】。 稳定塘法 稳定塘利用天然或人工池塘作为处理设施，在自然或半自然条件下充分利 用塘中悬浮生长式微生物的新陈代谢活动降解有机物，无需污泥回流，动力设 5 武汉理工大学硕士学位论文 施少，能耗低，工程简单，投资省，因较长的水力停留时间而具有较强的适应 性，但体积较大，有机负荷低，降解速度慢，处理周期长。 好氧生物处理优化技术 a 生物强化技术 生物强化技术是在生物处理体系中投加具有特定功能的微生物来改善处理 效果，对一些难降解有机物更为有效。投加的微生物可来源于原体系，经驯化、 富集、筛选、培养后投加，或是投加外源微生物。生物强化技术可充分发挥微 生物的潜力，提高废水处理系统能力。主要有投菌活性污泥法和投加基质法。 b 投加活性炭技术 投加活性炭可作为微生物和有机物的载体，增加对有机物的降解，可显著改 善污泥的沉降性能，促进微生物对有机物的降解。 ( 2 ) 垃圾渗滤液的厌氧生物处理技术 厌氧生物处理工艺指各种没有氧气和硝态氮参与的废水生物处理系统，主要 利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物分解为低级、结构较为简单 的有机物，在毋需提高外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，再由 甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等终产物。垃圾渗滤液有机物含量 高，且多为生物可利用物质，厌氧生物处理可有效降解有机物，又可承受较大 的冲击负荷，因此厌氧工艺适合垃圾渗滤液，特别是新鲜渗滤液的处理【j j 。 厌氧法能耗低，不需供氧，运行费用低，能产生大量沼气，可回收利用。 厌氧微生物不易进入内源呼吸阶段，可适应流量和浓度变化较大的垃圾渗滤液。 厌氧法在适宜的温度下可杀灭病原体，污泥产率低，易沉降，有机负荷高，对 无机营养元素含量要求较低，可提高污水可生化性。但厌氧法工作温度需大于 3 0 ，需要动力较高，启动过程较复杂，去除重金属能力较差。因此，厌氧生 物法非常适合作为垃圾渗滤液的预处理单元。常用的厌氧反应器类型主要有升 流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌氧s b r 、厌氧生物滤池( a f ) 、折流板厌 氧反应器( a b r ) 等同。 ( 3 ) 垃圾渗滤液的土地处理法 土地处理系统主要是利用土壤的物理、化学与生物化学作用，借助于土壤 一微生物一植物等陆地生态系统的自我调控机制对污染物的综合净化功能处理 污水。土壤由无机物、有机质与微生物系统组成的团粒结构通过过滤、吸附、 离子交换、化学沉淀等作用净化污水，土壤中的微生物可使渗滤液中的有机物 6 武汉理工人学硕士学位论文 和氨氮发生转化。土地处理系统往往伴随植物系统，通过植物根系吸取一定量 污水，吸收大量氮、磷化合物与有机营养物，同时可增加土壤的透气性能，并 起到土壤微生物介质的作用。土地处理系统包括慢速渗透系统( s r ) 、快速渗透 系统( r i ) 、表面漫流( o f ) 、湿地系统( 、l ) 、地下渗滤土地处理系统( u g ) 及人工快滤处理系统( a r l ) 等。用于渗滤液处理的土地处理系统主要包括人工 湿地和回灌处理。 人工湿地是人为创造的一个适宜水生植物或湿地植物生长的“环境，是浮 水或潜水植物及处于水饱和状态的基质层和微生物组成的复合体。它有较高的 植物产率，水生植物浸水部分的茎、叶和根系上有较大的吸附表面积，并逐渐 形成生物膜，从表层到内部存在着d o 梯度，相应形成好氧、缺氧和厌氧层，还 有大量的活性微生物，可通过生化作用将水中可溶性有机物、固体和胶体不溶 性有机质转变成植物所需要的营养物质，并使微生物生长繁殖，从而降解污染 物。人工湿地处理垃圾渗滤液有巨大的缓冲能力，处理效果良好，投资省，能 耗和运行费用低，设备简单，维护、操作及管理方便，即使在填埋场封闭状态 下仍能发挥巨大作用。但随季节变化较大，处理有机物的浓度较低，适应植物 生长期长、生长旺盛的南方地区，不适应北方寒冷地斟引。 1 4 3 垃圾渗滤液的物化处理方法 渗滤液经一系列生化处理后的出水b c 比更低，难降解成分含量更高，对 一般微生物的耐性也更强，一些老龄填埋场的出水或经多次回灌后的渗滤液生 物毒性很高，营养元素缺乏，一般有必要采用物化处理技术，作为一种预处理 或者后处理的手段来处理渗滤液。渗滤液的物化处理包括混凝吸附、蒸发、高 级氧化、浮选和膜处理技术等。 ( 1 ) 混凝处理技术 由于悬浮物和胶体物质粒径不同，它们在水中的沉降速度相差很大，大颗 粒的悬浮物在重力作用下容易沉降，微小粒径悬浮物以及胶体杂质能在水中长 期保持分散悬浮状态，通过外加混凝剂使水体中不能直接通过重力去除的微小 杂质聚结成较大的颗粒，迅速得到沉降，从而使水澄清。混凝处理一般对于大 分子有机物具有良好的效应，而渗滤液除了大分子物质外，还有很大一部分物 质是由小分子物质组成。因此，混凝处理一般可用作渗滤液的预处理或者是深 度处理。 7 武汉理：1 ：人学硕士学位论文 采用混凝剂对渗滤液先进行预处理，可有效削减渗滤液中的c o d 、氨氮、 重金属离子、色度等，提高b c 比值，改善渗滤液的可生化性，尽量减小重金 属和氨氮等对微生物的抑制作用，降低负荷，为后续生物处理工艺创造良好的 条件。经过生物处理后的低浓度难降解垃圾渗滤液中的主要成分是较大分子的 腐殖质，腐殖质为带负电荷的物质，因此后处理工艺可选择带正电荷或者阳离 子型高分子絮凝剂，充分发挥其电荷中和与架桥吸附双重作用【3 1 。 ( 2 ) 高级氧化技术一j 渗滤液由于毒性大，营养比例严重失衡，生物处理的出水往往达不到排放 要求，对于一些老龄渗滤液，富含大量的腐殖质类物质，本身的生化降解性就 差，而高级氧化技术( a o p s ) 能够利用具有强氧化能力的羟基自由基o h 将难降 解有机物分解成无害的无机化合物，氧化能力高、二次污染小、外界环境影响 因素小、具有一定的非选择性，对于垃圾渗滤液处理颇具优势。 化学氧化法 化学氧化法主要有f e n t o n 试剂法、类f c n t o n 法、臭氧氧化法等。 f e n t o n 试剂是由氧化剂h 2 0 2 和催化剂f c 2 + 组成，特别适用于生物难降解或 一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理。h 2 0 2 和f e 2 + 混合体系在足够低 的p h 值条件t ( 2 - - 一5 ) ，f c 2 + 会催化分解h 2 0 2 使其产生羟基自由基, o h ，通过 o h 氧化有机物，以达到去除污染物的目的。 类f e n t o n 法就是在f e n t o n 氧化法的基础上，将u v 、0 3 和光电效应等引入 体系，以节省h 2 0 2 的投加量和提高体系的氧化能力。s h c n g h l i n 等认为，电化 学作用产生的f c n t o n 试剂不但有助于增强电化学的间接氧化，还可以提高渗滤 液的b o d c o d 值改善其可生化性。 臭氧氧化法降解污染物的作用是通过直接反应( 臭氧与有机物直接发生反应) 和间接反应( 臭氧分解产生o h ，通过o h 同有机物进行氧化反应) 实现的。臭 氧的直接反应具有较强的选择性，一般是进攻具有双键的有机物，通常对不饱 和脂肪烃和芳香烃类化合物较有效：臭氧的间接反应不具有选择性，是臭氧在 反应过程中产生的o h 的氧化作用。 电化学氧化法 电化学氧化法主要有电解氧化法、高压等离子体氧化法、光催化氧化法、 超声波氧化法、辐照氧化法、催化湿式氧化法等。 电解氧化法去除有机物，通常都是有赖于阳极的直接氧化作用和溶液中的 8 武汉理i ：人学硕十学位论文 间接氧化作用。阳极直接氧化是由于在阳极表面上放电产生的羟基自由基o h 对被吸附在阳极上的有机物的亲电进攻而发生氧化反应。间接氧化是在电解过 程中通过电化学反应产生的强氧化剂，如c l o 和高价金属离子等，氧化废水中 的有机物。 高压脉冲放电等离子体技术已应用于垃圾渗滤液的预处理。高压脉冲放电 可产生非平衡等离子体( 包括电子、离子、激发态粒子、光子) 和臭氧，并不断辐 射紫外线，其中的电子( 2 - 2 0 e v ) 在自由行程内引起一系列分子的电离和激发， 与废水和空气作用时产生大量与有机物作用的自由基，从而破坏有机物分子。 光催化氧化法的机理是用光照射光催化氧化剂在水溶液中通过一系列的作 用产生o h 自由基，o h 自由基是光催化反应的主要活性物质，利用o h 自 由基的强氧化性将有机物氧化为c 0 2 和h 2 0 等简单的无机物。光催化氧化采用 的半导体催化剂通常有t i 0 2 、c a s 和z n o 等，其中对 r i 0 2 的研究最为广泛，当 微粒为纳米级( 1 0 - - 1 0 0 n m ) 时，具有量子尺寸效应，其表现出更强的氧化性。 超声波法是利用频率在1 5 k h z - - - 1 m h z 的声波处理液体混合物时，引起的声 空化作用瞬间产生的微小的区域内的极端高温高压去除难降解有机物的方法。 有机污染物的降解是一般通过直接热解或与在热解时产生的氧化剂( 如o h ) 发 生反应而实现的。 辐照氧化法是指废水经辐照而生成的强氧化性物质( 如o h 、h 2 0 2 、h 2 0 + 、 o 2 等) 与水中污染物、细菌相互作用，使得废水中的污染物被氧化分解、细菌被 杀死。一般来说，可以把产生电离辐射的辐射源归为两大类：y 射线法和高能电 子束法。 催化湿式氧化法是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂，使氧 化反应能在更温和的条件下和更短的间内完成。目前使用的c w a o 催化剂主要 分为两类：一种是均相催化剂，其中铜离子是十分有效的相催化剂；另一种是多 相催化剂，主要是一些过渡金属如c e 、r u 、m n 、c o 和b i 等的氧化物。 ( 3 ) 膜分离技术 膜分离技术中，反渗透( r o ) 技术在渗滤液处理中应用最多。r o 分离技 术可有效地截留填埋场渗滤液中的一些小颗粒有机物( 包括溶解态物质) 和无 机物，能从水溶液中分离出o 3 1 2 r i m 大小的溶质，甚至可以去除部分无机离 子，对于低分子量有机物基本能去除干净，对于一些病原微生物、病毒及原生 动物胞囊等去除率也很高。膜技术能够连续化操作，机械化程度高，易于管理， 9 武汉理工人学硕十学位论文 对于垃圾渗滤液水质和水量的波动性也具有较高的抗变能力，运行稳定性高。 但膜材料成本高，在处理受污染严重的水体时膜极易污染，较难清洗，难以再 次利用。 常规r o 膜结垢、污染和渗透压等因素限制了出水回收率的提高，常需结合 高成本、高能耗的蒸发和干燥等过程处理渗滤液，而高压反渗透( h p r o ) 处理 工艺提高了出水回收率，浓缩液体积大大降低，可省去后续的蒸发过程，直接 排入干燥或固化设备，也可以直接燃烧，使运行成本明显降低。纳滤( n f ) 处 理工艺能提高膜的通量和截留率等性能，有效控制膜结垢现象。在实际运行中， 往往使用各种膜组件综合运行的工艺，图1 1 为s c h o n g b e r g 填埋场处理渗滤液 的膜处理工艺。该处理厂采用二级r o 处理，其浓缩液经蒸发进一步浓缩后最终 以发电厂的飞尘固化1 1 0 j 。 渗滤液 固化 固化 图1 - 1s c h o n g b e r g 填埋场处理渗滤液的工艺流程 1 4 4 垃圾渗滤液的矿化垃圾生物反应床处理技术 透过液 透过液 ( 1 ) 矿化垃圾的性质 矿化垃圾中除了少量极其稳定的无机组分( 如石子、玻璃等) 和一些极难 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 生物降解的有机物( 如橡胶、塑料等) 性质变化较小外，其余大部分组分都随 时间被缓慢地降解转化了。它们经过渗滤液的洗沥、浸泡，以及微生物和其它 生物体的生命活动等诸多因素的长期交互作用，逐渐形成一种外观性状类似腐 殖土物质、其上附着有多种类型微生物群落的颗粒状三相多孔有机细料。基本 结构与土壤类似，是由矿物质、有机物、水分和气体四大组分组成的固、液、 气三相自然体系。其中，矿物质是主要的固体成分，决定了矿化垃圾的水力学 特性；有机质能改善基质结构和水力传导率，为微生物提供营养环境；水分和 气体为微生物提供基本的生存条件。这种稳定化垃圾具有良好的多孔性结构， 巨大的表面积，并富含微生物，尤其是降解型微生物，当被用作污水处理基质 时，矿化垃圾比常规的土壤具有更为优越的水力学和微生物学特性。 ( 2 ) 矿化垃圾生物反应床的过程分析 根据通风和密闭与否，矿化垃圾生物反应床可分为好氧、厌氧和兼性等三 种类型的反应床。目前的第一代矿化垃圾生物反应床主要依靠自然通风措施， 床体内主要发生厌氧反应和缺氧反应，微生物种类以兼性微生物为主。反应床 上下部以好氧反应为主，中部以厌氧反应为主。 渗滤液在流经矿化垃圾生物反应床的过程中，其中的悬浮物、胶体颗粒和 可溶性污染物在物理过滤与吸附、化学分解与沉淀、离子交换与鳌合等非生物 作用下，经生物氧化和降解作用，首先被截留在床体浅层的生物填料表面，在 落干期良好的好氧条件下，经生物氧化和降解作用，获得微生物生理生化活动 所需的能量，将渗滤液中的营养元素吸收转化成新的细胞质和小分子物质，并 将c 0 2 、h 2 0 、n h 3 、n 0 2 n 和无机盐等代谢产物排出系统之外，或淋溶至兼氧 区和厌氧区继续降解。 在矿化垃圾填料个体表面生物膜形成的初期，微生物的代谢活动旺盛，净 化功能好，随着微生物的增殖，膜逐渐加厚，内部出现厌氧分解现象时，净化 功能减退，达到一定厚度时，生物膜层内由于得不到足够的氧，由好氧分解转 变为厌氧分解，微生物逐渐衰亡、老化，使生物膜从填料表面脱落，进而进行 更新。因而，个体填料对渗滤液的处理效能呈周期性变化。但就整个系统而言， 当运行参数固定后，矿化垃圾上的生物膜的形成、稳定和脱落可处于动态平衡 中，对有机负荷和水力负荷的缓冲性较大，反应床对渗滤液的处理工艺可长期 稳态运行。考虑到好氧作用的重要性，可通过渗滤液干湿交替喷洒配水或强制 通风等运行方式增加填料与大气交换的频率，促进好氧微生物的降解性i 引。 武汉理jr 大学硕士学位论文 由于生物膜不断更新，脱落的生物膜易随水流出，造成出水悬浮物浓度增 高，对t s s 、色度、细菌等去除率不高。因此在矿化垃圾生物反应床后需设置沉 淀池。 1 4 5 垃圾渗滤液尾水的亚滤深度处理技术 亚滤是采用动态涂膜技术，将孔径灵活调整在0 1 l u m ，介于超滤与微滤 之间，以陶瓷膜为基础的一项综合性技术。 ( 1 ) 混凝过程 垃圾渗滤液经生化出水，混凝预处理后，再通过陶粒一陶瓷管过滤组件的 深度处理，可得到较好的效果。分散在渗滤液中的胶体颗粒带有电荷，在布朗 运动及表面水化作用下，长期处于稳定分散状态，向水中投加混凝剂后，利用 混凝剂的压缩双电层作用和吸附架桥作用等使分散颗粒相互结合聚集增大，从 而得到有效分离，为陶粒一陶瓷管过滤组件截留、吸附聚集起来的胶体粒子创 造了条件。 ( 2 ) 陶粒一陶瓷管作用 陶粒柱中的陶粒滤料形状很不规则，表面多大孔，多棱角，表面粗糙，易 于吸附和挂膜，并具有一定的机械强度，其分离过滤机理主要有机械筛除、接 触吸附等。渗滤液中的悬浮颗粒杂质向陶粒表面传递并发生黏附从水中分离， 细菌病毒及有机物也会随浊度的降低而被去除。陶粒一陶瓷管过滤组件经过一 定时间的稳定运行后，陶粒表面截留的污物上自然附着生长了一层生物膜，因 此，陶粒对渗滤液的去除除了物理、化学作用外还有生物降解的作用。 陶瓷管反应柱对渗滤液中污染物的去除主要是其中的微孔陶瓷管的截留吸 附作用，利用拦截、惯性、沉降和各种流体动力作用进行深层过滤，陶瓷管壁 上自然生长的一层微生物膜对污染物的去除也起了一定的生物作用。 陶粒一陶瓷管过滤组件对垃圾填埋渗滤液的处理，实际上是一个分级处理 装置。陶粒柱置于陶瓷管柱之前，分离、去除掉颗粒较大的污染物质，为后续 陶瓷管柱减轻了处理负荷，提高了处理效率1 3 】。 1 5 垃圾渗滤液处理应用实例 为了能够充分发挥各个处理技术的优点，达到优势互补的目的，渗滤液处理 1 2 武汉理i ：人学硕十学位论文 工艺一般都是各处理工艺的有效组合，通过各处理单元的协同作用达到排放要 求。目前我国采用的主流渗滤液处理工艺主要有【3 】： ( 1 ) 上海市老港填埋场渗滤液处理工艺( 稳定塘+ 芦苇湿地+ 化学氧化) 渗滤液经调节池的调蓄、厌氧塘的厌氧处理、兼性塘的缺氧处理和曝气塘 的好氧处理后进入芦苇湿地，利用植物和土壤的吸收、消解作用，进一步净化 水质，如仍不达标再进行化学氧化处理后排放。工艺流程如图1 2 所示。 渗滤液 图1 2 上海市老港填埋场渗滤液处理工艺流程 ( 2 ) 深圳玉龙山填埋场渗滤液处理工艺( a 2 o 生化法+ 化学混凝) 该工艺除常规厌氧处理外，增加了氨氮的鼓风吹脱工序，并利用缺氧一好 氧( o ) 淹没式生物膜曝气池的反硝化和硝化作用进一步去除n i l 3 n 、c o d c r 和b o d 5 ，最后利用p a c 进行混凝处理。该工艺脱氮效果好，耐冲击负