（环境工程专业论文）uasbamt工艺处理垃圾渗滤液中试研究.pdf

摘要 垃圾渗滤液是城市生活垃圾在卫生填埋或堆放过程中产生的一种高 浓度难降解的有机废水，渗滤液中有机物浓度含量高、成份复杂、存在重 金属离子及大量病毒和致病菌。渗滤液处理方法众多、工艺繁杂，但其核 心部分主要为生化法或生化法+ 物化法。本文以上流式厌氧污泥床一高级分 子分解水处理技术联合工艺作为核心技术，在中试规模条件下，研究该工 艺对渗滤液的处理效果及其影响因素 通过调整有机负荷、废水温度、p h 值、高级分子分解水处理工艺反 应池水力停留时间以及药剂投加量等试验参数，研究了不同工况条件下联 r 合工艺的处理效果，确定了工艺的最佳运行工况。通过试验研究，结果表 明：采用u a s b a m t 联合工艺能够有效去除渗滤液中c o d 。，、b o d 5 和氨 氮。 为达到理想的处理效果，建议：u a s b 的进水c o d 。，负荷常温下不宜 超过4 k g m d ；温度低于1 5 时不宜大于2 5 k g m h d 。a m t 系统c o d 。 负荷不宜大于1 6 k g m d ；冬天时a m t 系统药剂溶解度降低效果会变差， 药耗相对较高，为常温时的1 - 2 倍，其中a 1 2 ( s 0 4 ) 3 约为5 倍。为了能够获 得较好的处理效果，冬季运行时高级分子分解水处理工艺采用二次分解二 次反应沉淀。 关键词：垃圾渗滤液；上流式厌氧污泥床；高级分子分解水处理工艺 a b s t r a c t l a n d f i l ll e a c h a t ei sak i n do fh i g hc o n c e n t r a t i o n ，s l o w l yb i o d e g r a d a b l e o r g a n i cw a s t e w a t e rw i t hq u a n t i t yo fo r g a n i cp o l l u t a n t s ，h e a v ym e t a l s ，v i r u s a n dn o s o g e n e t i cb a c t e r i a t h e r ea r em a n ym i s c e l l a n e o u sm e t h o d st o t r e a t l e a c h a t e ，a n da l lo ft h i s ，i t sc o r ep a r ti sb i o c h e m i c a lp r o c e s so rc o m b i n a t i o no f b i o c h e m i c a lp r o c e s sa n dp h y s i c o c h e m i c a lp r o c e s s i n t h i s p a p e r , a c o m b i n a t i o n p r o c e s s o fu a s b ( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) a n d a m t ( a d v a n c e dm o l e c u l ed e c o m p o s i t i o nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ) w a sa d o p t e d f o rl e a c h a t et r e a t m e n t i nt h i sp l i o ts c a l ee x p e r i m e p t ，w es t u d i e dm a i nf a c t o r s a f f e c t e do nt h ee f f i c i e n c yo ft h ew h o l ep r o c e s s t h r o u g hc h a n g i n ge x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s ，s u c ha so r g a n i cl o a d i n g ，p h ， w a t e rt e m p e r a t u r e ，a m th y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea n dd o s a g e ，w es t u d i e dt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ec o m b i n a t i o np r o c e s si nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h e e x p e r i m e n t r e s u l t ss h o w e dt h a tu a s b - a m tc o m b i n a t i o np r o c e s sc a n e f f i c i e n t l yr e m o v eo r g a n i cp o l l u t a n t si nl e a c h a t e i no r d e rt oo b t a i ni d e a lr e m o v a le f f i c i e n c y , i ts u g g e s t e dt h ec o d c rl o a do f i n f l u e n to fu a s bs y s t e ms h o u l dn o tb eo v e r4 k g m 3di nm o d e r a t et e m p e r a t u r e ， a n di nu n d e r15 t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n ，n o to v e r2 5k g m d t h ec o d e rl o a d o fi n f l u e n to fa m ts y s t e ms h o u l dn o tb eo v e r 1 6k e g m 3d i nw i n t e qa s d o s a g e ss o l u b i l i t yo fa m ts y s t e ml o w e r , i t sr e m o v a le f f i c i e n c yw a sw o r s e ， d o s a g ew a s 1 2t i m e sa si nn o r m a lt e m p e r a t u r e ，e s p e c i a l l y q u a n t i t y o f a 1 2 ( s 0 4 ) 3w a s5t i m e s a si nn o r m a lt e m p e r a t u r e s e c o n d a r yd e c o m p o s i t i o n a n ds e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o ns h o u l db ea d o p t e di na m ts y s t e mf o ri n s u r i n g r e m o r a le f f i c i e n c yi nw i n t e r k e y w o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ；u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ； a d v a n c e dm o l e c u l ed e c o m p o s i t i o nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究结果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究结果，也不包含为获得墨洼盘茔或其他 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。 学位论文作者签名：签字日期：如肆，月茹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘茔有关保留、使用学位论文的 规定。特授权鑫洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅 和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 一虢淤燧漭 签字目期：洳f 年) 月，g 日签字日期：如。埤1 1 月刁日 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 1 1 前言 第一章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 已达到l1 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l 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i j 川。 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【3 j ：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 地马潍水源地也有部分水井报废【4 】。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 】。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 6 1 。因 此渗滤液的处理已成为垃圾填埋场面临的重大问题。 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 1 2 城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液水质特征 1 2 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液是经过一系列复杂的生物、化学及物理过程产生的，产生 的主要来源有： ( 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。 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。 2 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 1 2 2 垃圾渗滤液的水质特征 渗滤液中含有大量的有机物、大量的病菌、病毒、寄生虫等以及一些 有毒有害的物质等。我国目前共建成有大大小小的卫生填埋场约”7 0 0 ”座。 若渗滤液不加以妥善处理、肆意排放。必将对地下水、地表水构成严重威 胁，而对渗滤液水质特征的分析是垃圾填埋场环境污染控制的重要内容， 更是合理选择渗滤液处理方案的先决条件。 由于渗滤液的来源使得渗滤液的水质具有与城市污水所不同的下列 特点1 7 1 4 ： ( 1 ) 有机物浓度高 垃圾渗滤液q b c o d c ，最高可达80 0 0 0m g l ，b o d s 最高达3 50 0 0m g l ， 和城市污水相比，浓度相当高，在填埋初期b o d 5 与c o d c ，比值约为o 4 0 6 。随着埋龄的增加，b o d 5 与c o d c r 之比将达到0 2 以下。根据对多家填 埋场的长期检测，渗滤液中的主要有机物为萘、蒽、芘、荧葸、苊、茚、 l - 甲基萘、l ，5 二甲基萘、3 甲基一氮茚、二甲基苯、十五烷、十六烷、乙 醇、3 一戊烯- 乙醇、对甲酚、氯苯、二氯苯、p c b s 、己烷、甲胺、乙胺、 环己酰胺、脲、苯乙酸等。可见，渗滤液中的有机物多为芳烃、烷烃、烯 烃类、酸类、酯类、醇、酚类、胺及酰胺类等，且有些己被确认为可疑致癌 物、促癌物和辅助致癌物。 ( 2 ) 重金属离子含塞高 多数填埋场因为只接受生活垃圾，渗滤液中重金属离子含量很少，但某 些填埋场由于有工业垃圾的进入，使渗滤液中含有多种重金属离子，如c u 、 p b 、c d 、c r 、z n 、f e 、h g 、m n 、a s 等。其中铁和锌在填埋初期较高， 铁的浓度可达2 0 0 m g l 左右，锌的浓度可达1 3 0 m g l 左右。这些重金属离 子会对生物处理过程产生严重的抑制作用，因此在生物处理前需经预处理 去除这部分重金属。沈耀良等研究了混凝沉淀焦炭吸附法对重金属离 子的去除。对c u 、p b 、c d 、c r 和z n 的去除率为5 0 - - 1 0 0 。 3 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 ( 3 ) 氨氮含量高 氨氮、硝态氮、c d 、m g 、f e 、n a 、n h 3 、c 0 3 二、s 0 4 。、c i 垃圾填 埋场渗滤液的含磷量通常较低，尤其是溶解性的磷酸盐浓度更低。渗滤液 中溶解性磷酸盐主要以c a 5 0 h ( p 0 4 ) 3 形式存在。渗滤液中的c a 2 + 浓度和 总碱度水平均很高，可分别达到7 0 0 0 和2 0 0 0 m g l ，而总磷( t p ) 的浓度 仅为o - 1 2 5 m g l 。在北美几个垃圾填埋场，渗滤液中的b o d 5 t p 都大于 3 0 0 ，此值与微生物生长所需要的碳磷比( 1 0 0 ：1 ) 相比甚远。渗滤液中 的溶解性磷酸盐含量受到c a 2 + 浓度和碱度水平的影响较大，会导致渗滤液 生物处理中的缺磷问题。“中老年”填埋场渗滤液中很高的n h 3 - n 浓度是其 重要水质特征之一，也是导致其处理难度增大的一个重要原因。由于目前 多采用厌氧填埋技术，因而渗滤液中的n h 3 n 浓度在填埋场进入产甲烷阶 段后不断上升，并在达到高峰值后延续很长的时间，直至最后封场，甚至 当垃圾填埋场稳定后仍可达到相当高的浓度( 1 0 0 0 0 m g l ) 。s h i s k o w s k i 等 人对加拿大b o r n sb o g 垃圾填埋场渗滤液为期1 6 0 d 的研究表明：渗滤液 n h 3 一n 浓度可由最初的2 0 0 m g l j 迅速增加至1 2 0 0 m g l ，最高达1 5 0 0 m g l 。 此外，渗滤液中n h 3 一n 的含量常占t n 的8 5 9 0 。渗滤液中高浓度的 n h 3 - n 及其随时间的变化，不仅加重了其对受纳水体的污染程度，也给其 处理工艺的选择带来了困难，增加了复杂性。由于n h 3 - n 浓度过高，使得 渗滤液的c n 过低( 如广州市老虎窿填埋场渗滤液的c n 比仅为4 0 ，而大 田山填埋场渗滤液的c n 更低，仅为2 o ) 。过高的n h 3 一n 常要求进行脱氮 处理，而过低的c n 比则对常规的生物处理有抑制作用：而且因有机碳缺 乏，也难以进行有效的反硝化脱氮。 ( 4 ) 微生物 垃圾中含有大量的微生物，它们对垃圾的降解起着重要作用。这些微 生物部分是垃圾本身含有的，由于填埋场条件比较适宜于微生物的生长 繁殖，因此不同种类的微生物在填埋垃圾的降解过程中得以大量繁殖生 长；此外如果采取污泥回灌等措施，也将引入大量的微生物。渗滤液中微 生物的种类与填埋场垃圾中所含的微生物种类基本相同主要含有亚硝化 细菌和硝化细菌、反硝化细菌、脱硫杆菌、脱氮硫杆菌、铁细菌、硫酸盐 4 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 还原菌以及产甲烷菌7 类细菌。此外，渗滤液中还含有大量的病原菌及致 病微生物，例如沙门氏菌属等。在非法填埋的医院垃圾中，还可以检出克 萨奇病毒等可能引起传染性疾病的病毒。 ( 5 ) 固体物 垃圾渗滤液中含有较高浓度的总溶解性固体。这些溶解性固体在渗滤 液中的浓度通常随填埋时间的延长而变化，一般在填埋6 个月至2 5 a 达到 高峰值( 总溶解性盐可高达1 0 0 0 0 r a g l ) ，同时含有高浓度的n a + 、k + 、c 1 、 s 0 4 2 等无机类溶解性盐。此后，随着填埋时间的增加，这些无机盐类的 浓度将逐渐下降，直至达到最终稳定。 ( 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 = l o o ：5 ： 1 ，而一般的垃圾渗滤液中的b o d s 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 。，值在o 5 0 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 。 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间 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 。，浓 5 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 度仍在5 0 0 2 0 0 0 m 【g l 范围内。 1 2 3 垃圾渗滤液水质的影响因素 渗滤液的产生受众多因素的影响，垃圾填埋场相当于一个生物反应器。 加之它是一个敞开的作业系统，因此，渗滤液的量主要取决于气候与季节变 化、填埋场垃圾的种类、性质及填埋方式、最终覆土层的性质及填埋场的 地理状态、随垃圾带入的液体废弃物含水量及垃圾的饱和含水量等。不仅 水量变化大，而且其变化呈明显的无周期性，水量的变化则导致水质的大 幅度变化【1 圳j 。 ( 1 ) 垃圾填埋场渗滤液水质受填埋垃圾成份影响很大，垃圾中厨余物 含量的高低直接影响渗滤液c o d 。，、b o d 5 浓度高低；另外炉灰、脏土等对 有机物有吸附、过滤作用，因此垃圾中炉灰、脏土的含量也会影响渗滤液 的有机物浓度。此外由于生活水平、生活习惯以及环保意识的不同，城市 的垃圾组成相差较大，致使不同填埋场渗滤液的c o d 。，、b o d 5 在数千m g l 至数万m g l 之间变化。 ( 2 ) 填埋工艺不同对渗滤液水质也有影响。如果填埋场外设有排洪沟 排除场外地表径流，场底铺设h t p e 衬垫或粘土( 渗透率 1 0 7 c m s ) 或采用帷幕注 浆工艺防止渗滤液污染下游地下水，地表径流未截流或截流效果不佳，则 渗滤液浓度降低，但渗滤液水量将大大增加。 ( 3 ) 填埋场的环境温度既影响微生物的生长，又影响化学反应。在垃 圾堆体中，温度的升高有助于微生物的生长繁殖，加快垃圾的降解，使渗 滤液水量增加。零下温度将使一部分废物结冻，使可渗滤的废液减少，并 且可能使一些化学反应受到抑制。 ( 4 ) 填埋垃圾中的化学物质能从废物中渗滤出来，水起着不容忽视的 作用。在潮湿气候下处置的废物和在干燥气候下处置的同种废物，其渗滤 液的性质是不同的。在一定的湿度范围内( 即垃圾含水量在6 0 以下) ， 湿度的增加，有利于堆体中营养物质的迁移，加速微生物的生长繁殖，使 6 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 有机物加速降解。 ( 5 ) 对于可腐烂的废物，有效氧的影响是显著的。好氧分解和厌氧分 解所形成的产物有很大差异。由于有机物好氧降解形成c 0 2 和h 2 0 ，有机 物降解比较彻底，渗滤液c o d 。，较低。而厌氧降解是有机物的自身氧化还 原过程，降解不彻底，以还原性更高的产物为主，因此渗滤液c o d 。r 浓度 较高。由于好氧微生物耗氧及频繁地用土壤( 每日或每周覆盖) 在一定程度 上影响了大气氧的渗入，因此一般的填埋场中以厌氧环境为主。 ( 6 ) 降雨量对渗滤液的影响也很大。在旱季或枯雨期时，垃圾填埋场渗 滤液水量少，其垃圾自身的水分基本上被覆土吸收或被蒸发掉。只有经过 降雨后，垃圾填埋场才会有大量的渗滤液渗出来，并且渗滤液的量与雨量的 大小成正l l l 2 0 l 。 1 3 渗滤液处理技术 城市生活垃圾填埋场的首要问题是防止垃圾渗滤液污染填埋场附近 地下水及地表水，为此应对填埋场底部根据场址的工程地质和水文地质情 况进行防渗处理。防渗是防止地下水污染的关键一步，因为渗滤液污染浓 度高，流动缓慢，渗漏持续时间长，成为地下水的集中污染源，对包气带 和饱水带均造成污染【2 ”，地下水一旦受其污染就很难恢复。防渗系统不仅 要求防渗材料、防渗方式等满足其机理，而且还应该通过排水网管、集水 池等将渗滤液进行有效的收集，经过净化处理后排放到周围环境中去。 为了防止渗滤液对地表水、地下水以及土壤的污染，通常首先采取工 程手段，在填埋场底部及场侧敷设不透水的衬垫层、集水管、集水井等设 施来收集渗滤液，然后将收集的渗滤液在后续调节池及污水处理设施中进 行处理。国内外对渗滤液处理已研究多年，发展了很多处理方法。 垃圾渗滤液的净化处理是填埋场正常、有效管理与运行必不可少的重 要环节之一。其处理方案主要有【2 2 1 ： ( 1 ) 填埋场建设污水处理站进行单独处理后排入附近水体； ( 2 ) 直接排入城市污水厂进行合并处理： ( 3 ) 渗滤液向填埋场的循环喷洒处理： 7 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 ( 4 ) 经过必要的预处理后汇入城市污水厂合并处理。 由于现行使用的垃圾填埋场一般距城市污水处理场较远，且受城市污 水处理总量等的限制，我国一般采用对垃圾渗滤液的单独处理【2 ”。 受诸多因素的制约，填埋场渗滤液的形成、数量及其成份具有高度的 不稳定性，存在许多难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、苯胺 类化合物等有机物及大量氨氮，从而使得现有技术对该废水的处理有相当 大的难度。试验证明，渗滤液的可处理性主要取决其本身的组成及其所含 有机物的性质，因此，合理的渗滤液处理策略将取决于所收集的渗滤液的特 性。目前，垃圾渗滤液的处理一般包括生化法、物理化学法以及土地法等 1 2 4 】。当垃圾渗滤液的b o d 5 c o d 。，大于0 3 时，渗滤液的可生化性较好，可以 使用生物处理法；y 时b o d s c o d 。比值较小( o 0 7 o 2 ) 、难以生物处理的垃 圾渗滤液。以及生物法很难去除的相对分子量较小的有机成分，物化法处理 效果更好，但其处理成本较高，在投资费用和运行费用上分别比生物处理过 程要多出5 2 0 倍和3 1 0 倍【2 们。 1 3 1 生化处理法 垃圾渗滤液生化处理法包括厌氧处理、好氧处理以及两者相结合的处 理法。 ( 1 ) 垃圾渗滤液厌氧处理工艺 厌氧法在处理高浓度的有机废水( b o d 5 20 0 0r a g l ) 方面有良好的处 理效果。厌氧法优点表现在：能耗少，操作简单，处理设备负荷高，占地少， 对营养物的需求量小，产泥量小。好氧方法碳、氮和磷的需求量为b o d 5 ： n ：p = 1 0 0 ：5 ：l ，而厌氧法为( 3 5 0 5 0 0 ) ：5 ：1 ，因此厌氧法可以不添加或 少添加营养盐。 但厌氧法也有不足之处，表现在：出水浓度相对还较高， 厌氧微生物对有毒物质较为敏感，厌氧反应器初次启动比较缓慢。厌氧处 理法包括上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d 简称u a s b ) 、 厌氧生物滤池、厌氧接触池等。我国在利用厌氧法处理垃圾渗滤液的试验 和工程中，一般采用厌氧滤池和上流式厌氧污泥床工艺作为渗滤液的预处 理单元f 2 7 l 。u a s b 在填埋场渗滤液处理中应用较为普遍，处理效果较好， g 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 并已得到公认。 上流式厌氧污泥床( u a s b ) 在高速厌氧反应器中有较高的负荷能力， 得到了较广泛的应用。有资料显示1 2 8 】：上流式厌氧污泥床( u a s b ) 处理 c o d c r 1 00 0 0m g l 的渗滤液，当负荷为1 7 3 6k g c o d 。r m ”d ，t = 3 0 c 时 c o d c r , i 啊b o d 5 的去除率各为8 2 和8 5 。 ( 2 ) 好氧处理工艺 好氧处理法包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和 滴滤池等。好氧活性污泥法可有效地降低b o d 5 、c o d 。，和氨氮，还可吸附 去除一些重金属物质。因其处理费用低，效率高而得到广泛应用。美国和 德国几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来 降低污泥有机负荷，活性污泥法可获得满意的垃圾渗滤液处理效果。例如： 美国宾州的f a l lt o w n s h i p 污水处理厂，其垃圾渗滤液进水的c o d c ，为 6 0 0 0 2 1 0 0 0m g l ，曝气池的污泥浓度( m l v s s ) 为6 0 0 0 1 2 0 0 0m g l ，是一般 污泥浓度的3 - 6 倍。在体积负荷1 8 7k g b o d s ( m 3 d ) 时，f m 为o 1 5 0 3 1 k g b o d s ( k g m l s s d ) ，b o d 5 的去除率为9 7 ：在体积负荷为0 3 k g a o d s ( m 3 d ) 时，f m 为o 0 3 - 0 0 5k g b o d s ( k g m l s s d ) ，b o d s 的去除率 为9 2 ( ”1 。该厂数据表明，适当提高活性污泥浓度，使f m 在0 0 3 0 3 1 k g b o d s ( k g m l s s d ) ，采用活性污泥法能有效地处理垃圾渗滤液。国外 在好氧活性污泥法过程中添加不同添加剂去除重金属方面已有过很多研 究，w a s a ys a 等人在生物处理过程中加入g a c ( g r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o n ) ， 在p h = 5 4 6 9 时，7 8 9 6 的c u 、c d 、m n 、p b 、z n 得到去除【3 0 l 。另外，针 对垃圾渗滤液水质复杂、变化大等特点，p o u l i s t 等人在处理过程中加入不 同添加剂，如磷酸、粉末活性炭等来平衡水质，取得了不错的效果【3 l 】。 曝气氧化塘体积大，有机负荷低，尽管降解速度慢，但由于其工程简单。 在土地允许条件下，是最省钱的好氧生物处理法。美国、加拿大、英国、 澳大利亚和德国的小试和中试生产规模的研究均表明，采用曝气氧化塘能 获得较好的垃圾渗滤液处理效果。生物膜法具有耐水量冲击的优点，可用 于复杂的水质，而且生物膜上能够生长世代较多的微生物，如硝化菌之类。 d o l l e r e r 等【3 2 1 用两种序批式生物膜反应器( s s b r ) 分别对不同地区的渗滤液 进行了处理，在1 2 h 的周期中，能达到6 8 的去除率，且在盐度和有机物浓度 9 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 波动较大时，处理效果均比较稳定。c ，p e d d i e 等用直径0 9 m 的生物转盘处 理c o d 。， 5 0 m g l ，n h 3 - n 0 1 m g l 的“弱性”渗滤液，其出水 b o d s 2 5 m g l ，n h 3 一n 2 0 0 0 m g l ) 方面有良好的处理效果：又具有能耗 少，操作简单，处理设备负荷高，占地少，对营养物的需求量小，产泥量 小，可以不添加或少添加营养盐、成本较好氧处理低等优点。所以在渗滤 液处理工程中有广泛的应用。 另外，在填埋初期，垃圾渗滤液水质具有较好的生化性；随着填埋 年限的增加，c o d 。，和b o d 5 的浓度下降，其比值减少，n h 3 - n 的浓度升 高，可生化性差。厌氧生化法处理工艺由于受环境和水质水量变化的影响 l 窖 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 难于有效去除渗滤液中的有机污染物。物化法具有良好的适应水质水量变 化的特点，尤其是适用于填埋年限较长的填埋场渗滤液i 划( 可生化性差) 。 因此，为了满足渗滤液处理效果在垃圾填埋场的使用期间和封场后一直能 够满足环境的要求，建议采用厌氧法和物化处理组合的处理工艺。 综合考虑，本次中试试验厌氧处理法采用u a s b 工艺，物化处理法采 用a m t 工艺。u a s b a m t 组合处理工艺的特点是技术先进，适应环境和 水质变化的能力强，比纯生化处理工艺稳定，而较纯物化处理工艺经济。 1 4 1u a s b 工艺 1 4 1 1u a s b - r 艺概述 上流式厌氧污泥床反应器( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ，简称 u a s b ) 是荷兰学者莱廷格( l e t t i n g a ) 等人在2 0 世纪7 0 年代初开发的厌 氧工艺。u a s b 在高速厌氧反应器中有较高的负荷能力，而且其具有高效、 低能耗、工艺简单、效果稳定等优点，所以在工程上得到了较广泛的应用。 目前，在处理城市生活垃圾填埋场的渗滤液方面，世界上一些国家如新西 兰、美国、澳大利亚等采用y u a s b i 艺，运行效果良好【5 7 1 。我国也有实 例，如福州、武汉、昆山等地在处理垃圾渗滤液时也有采用u a s b 工艺。 1 4 1 。2u a s b t _ 艺原理【5 8 】 处理水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污 泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程。在 厌氧状态下产生的沼气( 主要是甲烷和二氧化碳) 引起了内部的循环，这 对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗 粒上，附着和没附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥碰击三 相分离器气体发射板的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后 污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器 项部的三相分离器的集气室。置于集气室单元缝隙之下的挡板的作用为气 体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的紊动，会阻碍 颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀 区。 】9 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 u a s b 反应器还具有一个很大的特点就是能在反应器内实现污泥颗粒 化，颗粒污泥的粒径一般为0 1 0 2 c m ，比重为i 0 4 1 0 8 t m 3 ，具有良好的 沉降性能和很高的产甲烷活性。污泥颗粒化后，反应器内污泥的浓度可达 3 0 5 0 9 v s s l 左右，污泥龄一般在3 0 天以上，而反应器的水力停留时间比 较短，所以u a s b 反应器具有很高的容积负荷。u a s b 反应器不仅适用于 处理高、中等浓度的有机废水，也适用于处理如城市污水这样的低浓度有 机废水。 1 4 2 a m t 工艺 1 4 2 1a m t 工艺概述 a m t 工艺( a d v a n c e dm o l e c u l ed e c o m p o s i t i o nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ) 是 韩国h a n a 公司开发的技术，是综合的物化处理技术。其工艺原理是利用 超声波、磁场、电子放电以及负氧离子的交互作用，在废水中产生氧化性 极强的羟基自由基( 稷h ) ，并将废水中的有机污染物分解为c 0 2 和h 2 0 ； 通过投加药剂( 絮凝剂、助凝剂和磁性石粉) 进行混凝沉淀。再经过具有 活性的滤床处理，使水经处理后达标。经a m t 处理后的出水因富含溶解 氧可提高纳污水体的自净能力。目前，韩国国内有很多的垃圾填埋场均采 用a m t 技术处理垃圾渗滤液，工艺已经日趋稳定。 a m t 工艺方法处理垃圾渗滤液非常富有成效，是理想的垃圾渗滤液 处理方法。原污水c o d c r 值从5 0 0 m g l 变化到8 0 0 0 m g l 以上，温度从 - 5 3 9 5 范围波动的条件下，全系统始终保持稳定、高效的污染物去除率。 同时不受污水中水质成分变化及c n 、b o d 5 c o d c r e t 值大小的影响，可有 效的去除水中的s s 、c o d c r 、t n 、t p 、重金属离子等的物质，去除率均 在8 0 以上，尤其是对c o d c r 的去除效果更为突出，高达9 0 以上。并且 对去除色度和臭味亦有很好的效果，表现出很好的环境变化适应能力。 a m t 技术能处理难分解性高浓度污、废水。同时它还具有很强的抗 冲击负荷能力、流程简单、出水水质稳定、高效节能、投资相对少、运行 费用低、对现有设备的改造上灵活性大、占地面积小等优点。a m t 技术 处理工艺流程短，污染量少，结构紧凑，占地小，无需增加消毒装置，操 2 0 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 作管理方便，受水质、水量负荷的冲击轻，经济上合理，技术上成熟，污 泥稳定性强，粘度低，沉降性能好，易处理，基本具备多种废水处理工业 规模推广应用的条件。 1 4 2 2a m t 工艺原理 该技术从物质微观分子结构出发，通过系列物理化学作用，破坏污染 物分子间的化学键，生成大量具有高度反应活性的自由基，并被氧化性极 强的羟基氧化为无机物；而残余的污染物通过再次氧化、吸附、离子交换 等作用使污染物分子完全矿化成为c 0 2 、h 2 0 、n 2 等，从而彻底降解污染 物的物理化学方法。在污染物分子进行分解过程中，a m t 水处理技术集 约了以下物理化学作用：电子碰撞、紫外线照射、超声波和光化学催化氧 化等。具体各反应单元的作用如下： ( 1 ) 电子碰撞和紫外线照射 当污染物分子受到具有高能的高速运动电子轰击时，或吸收光子后， 分子间化学键断裂，从而进入激发态，形成相应的自由基，这些自由基极 易与溶解氧或其它氧化剂反应。 ( 2 ) 超声波 存在于液体中的微气核，在超声波作用下会产生振动、生长、崩溃闭 合的动力学过程，该过程是一集中声场能量并迅速释放的绝热过程；以上 过程就称为超声空化效应。水溶液发生超声空化时，物系可划分为空化气 泡、空化气泡表面层和液相主体区域。由于空化气泡内具有约1 9 0 0 5 2 0 0 k 的高温和超过5 0 0 a t m 的高压，所以对于如卤代脂肪、短链脂肪烃等非极 性，易挥发物质，将在空化气泡内直接燃烧或热分解。而在空化气泡表面 层，该层是围绕气相的一层超热液相层，由于水呈超临界状态，使得许多 有机物，如苯、硝基苯、酚类等可与空气和水完全互溶，这样可便氧化反 应均相进行，提高反应效率。由于空化效应，水蒸汽可热解产生大量的 o h o h 具有极高的氧化还原电位，其值为3 0 8 v ，o h 可以氧化包 括难以生物降解的各种有机物并使之矿化。 另外，超声波在电磁场的协同作用下，会使在场内运动的电子得以加 速，当电子的能量大于分子间结合力时，分子问化学键就会断裂并生成性 质活跃的自由基。 2 1 第章垃圾渗滤液处理技术发展综述 ( 3 ) 光催化氧化 当n 型半导体吸收了能量大于或等于带隙宽度的光子后，进入激发 态，此时价带上的受激电子越过禁带，进入导带，同时在价带上形成光致 空穴。光致空穴具有很强的捕获电子能力，而导带上的光致电子有具有很 高的活性，在半导体表面形成氧化还原体系；氧化还原反应产生大量的具 有高度活性的o h 对有机物进行分解氧化。 ( 4 ) 电磁场 永久磁场和交变磁场的协同作用，不仅会使在场内运动的自由电子运 动方向不断发生变化，并且在超声波的作用下，能提高在磁场中运动的电 予的动能：另外，磁场的作用有助于改善反应条件，加快反应速度。 ( 5 ) 负氧离子发生器 负氧离子是0 3 分解时产生的中间产物，其氧化还原电位为2 0 7 v ，羟 基为3 0 8 v 。a m t 技术利用低能耗产生的负氧离子与水分子反应生成氧化 性极强的羟基自由基，使污染物分子完全矿化。 在以上各单元综合作用下，水和水中污染物分子主要发生如下反应： h 2 0 一e + h 十o h 十h 2 + h 2 0 2 + h + r + e 一r + + 2 e + r + 一r 】+ + r 2 r + ，r 2 + + r 】 r + 0 h 一r o x l d 说明：r 一有机物分子；r + 一自由基；r o x i d 一最终氧化产物 目前，韩国国内有很多的垃圾填埋场均采用a m t 技术处理垃圾渗沥 液，工艺已经日趋稳定。2 0 0 0 年年底至2 0 0 1 年年底，杭州天子岭第一填埋 场污水处理站应用a m t i 艺进行了为期一年的小试，小试规模为1 3 m 3 d ， 工艺流程为垃圾渗沥液一一次分解池一一次反应池一一次沉淀池一二次 分解池一二次反应池一二次沉淀池一置换池一出水。小试期间的渗沥液进 水c o d c ，浓度约7 6 5 4 8 9 9 4 m g l ，经a m t 处理后的出水c o d c ，浓度约 1 0 0 m g l ，总去除率达到了9 9 ，其余各项指标总去除率均达9 0 以上， 除n h 3 n 基本能达二级标准外，其它出水水质指标均可达到生活垃圾渗沥 液排放一级标准，脱色效果较好，但投资稍大，运行费较高。为了降低处 2 2 第一章垃圾渗滤液处理技术发展综述 理费用，韩国在华合资公司一北京韩纳公司针对我国垃圾渗沥液特点和排 放标准，对a m t i 艺装置进行了改进，可将a m t 处理成本降至6 - 8 元， 为了验证改进后的a m t 的实际效果，为设计提供可靠的参数，有必要进 行相关的中试。 原 第二章u a s b a m t 试验的装置和方法 第二章u a s b a m t 试验装置和方法 2 1 试验目的 本试验的主要目的是：通过测定的有关数据分析u a s b 合理负荷及效 果；分析a m t 合理大负荷及效果；分析u a s b a m t 低温条件下的运行 参数；分析u a s b a m t 最佳控制参数。 2 2 试验流程与方法 2 2 1 中试处理规模 中试的规模为1 2 5 m 3 d ，日变化系数1 3 3 。 2 2 2 工艺流程 中试的工艺流程由u a s b 单元和a m t 单元组成，主要工艺流程详见 图2 1 ： 图2 1 2 4 第二章u a s b ，a m t 试验的装置和方法 2 2 3 主要试验装置及参数 ( 1 ) u a s b 反应器：池规格3 0 r e x 2 2 m 7 8 m ，钢结构，有防腐内衬， 附带o o 4 m l m 水封罐一个，水力停留时间4 8 h 。 ( 2 ) a m t 分解池：池规格2 0 m 7 5 m3 3 m ，钢结构，水力停留时 间4 8 h 。 置换反应池：池规格0 。8 mo 8 m ? m ，钢结构，水力停留时间2 h ，a l u m ( 明矾) 用量o 8 k g m 3 。 反应絮凝池：池规格o 4 m 7 4 m 7 2 m ，钢结构，水力停留时间o 3 3 h ， 硫酸铝用量i k g m 3 ，p a m ( 聚丙烯酰氨) 用量0 0 1 k g m 3 。 表2 1 中试主要装置及设备表 工程名称设备名称设备规格及型号单位数量 u a s b u a s b3 r e x 2 2 m 6 8 m 台 l 转子流量计1 0 0 一1 0 0 0 l ，h只i 转子流量计1 6 0 1 6 0 0 l ，1 1只l 负氧好f 发生器a ”h a l 3 0 0 w - 2 4 v ，9 0 万个负氧离子e m 3 l 负餐离子发生器b ” h a i b - 2 0 9 h ，0 3 7 0 ，o 。3