（环境工程专业论文）矿化垃圾在准好氧条件下处理渗滤液的室内模拟研究.pdf

西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 页 摘要 针对目前垃圾渗滤液处理难的情况，本研究将循环式准好氧技术与矿化垃 圾相结合，通过室内模拟试验，探索准好氧矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤 液的可行性与合理性。论文首先分析了准好氧矿化垃圾生物反应床不同进水方 式对渗滤液处理效果影响，然后采用正交方法进行运行参数的优选，并在此基 础上，对比研究渗滤液回流前后反应床对污染物的去除效果。 单因素试验结果表明：( 1 ) 渗滤液水力停留时间和反应床内微生物数量这 两个主要因素将共同影响渗滤液中污染物的去除，本试验中最佳进水频次为2 次d ，过高或过低的进水频次对污染物去除均不利。( 2 ) 在不同水力负荷条件下， 准好氧矿化垃圾生物反应器对垃圾渗滤液中c o d c r 、氨氮和t n 的去除率分别 介于8 1 1 2 9 7 4 3 、8 8 5 4 9 8 5 0 和8 1 7 2 - - 9 5 1 0 之间。( 3 ) 在有机负 荷为8 0 9 m 3 垃圾次，n h a - n 浓度为6 9 3 m g l ，t n 浓度为7 7 0 m g l 的进水条 件下，c o d c r 、n h 3 - n 、t n 去除率分别为9 8 7 3 、9 9 2 9 、9 4 8 4 ，均到达 较好的去除效果；( 4 ) 氨氮在8 0 0 m g l 的进水浓度条件下去除率达到9 8 8 9 ； ( 5 ) 温度对系统处理效果的影响不容忽视，研究发现随着试验温度的降低，处 理效果呈下降趋势。在温度为3 0 * ( 2 ，c o d 。，为1 2 0 0 0m g l 、n h 3 - n 为4 9 1 8 5m g l 的进水浓度下，去除率分别为9 6 4 0 、9 9 8 9 。 参数优选试验结果表明：( 1 ) 正交试验优选出的最佳运行参数为：c o d 。， 负荷1 1 2 9 m 3 垃圾次，n h 3 n 1 2 0 0 m g l ，水力负荷为0 8 um 3 垃圾次，进水周 期为2 4 h 。( 2 ) 对比试验表明采用最佳工艺参数进行渗滤液回流可以提高准好氧 矿化垃圾生物反应床对渗滤液的处理效率。 关键词：矿化垃圾；准好氧；垃圾渗滤液；室内模拟 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 i 页 a b s t r a c t n o w a d a y s ，d u et ot h ed i f f i c u l t yo fl e a c h a t ed i s p o s a l ，c i r c u l a rs e m i a e r o b i c t e c h n o l o g ya n dt h ea g e dr e f u s ea r ec o m b i n e dt o g e t h e rd u r i n gt h er e s e a r c h t h r o u g h l a b o r a t o r ys i m u l a t i o ns t u d y , t h ef e a s i b i l i t ya n dr e a s o n a b l e n e s so fl e a c h a t et r e a t m e n t w i t hs e m i - a e r o b i ca g e dr e f u s eb i o - b e da r ed e v e l o p e d f i r s t a n a l y z e dt h el e a c h a t e t r e a t i n g e f f e c t sw i t hd i f f e r e n tk i n d so fi n f l u e n ta n d o p e r a t i n gw a y s a b o u t s e m i a e r o b i ca g e dr e f u s eb i o - b e d ，t h e nt h em e t h o d o l o g yo fo r t h o g o n a lt oo p t i m i z e t h e p r o c e s sp a r a m e t e r si sa p p l i e d ，c o m p a r i n g a n d i n v e s t i g a t i n g t h e p o l l u t a n t s r e m o v a le f f e c t so fl e a c h a t ec i r c u m f l u e n c e t e s tr e s u l t so ft h es i n g l e f a c t o ri n c l u d e d ：a tf i r s t ，t h et w om a i nf a c t o r sa s l e a c h a t eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea n dt h en u m b e ro fr e a c t o rm i c r o o r g a n i s m sc o u l d a f f e c tt h er e m o v a lo fp o l l u t a n t s ，t h eb e s ti n f l u e n tf r e q u e n c yo ft h ee x p e r i m e n ti s2 t i m e sp e rd a y , t h u st h ei n f l u e n tf r e q u e n c ys h o u l db e e nc o n t r o l l e da tar e a s o n a b l e r a n g e s e c o n d ，u n d e rd i f f e r e n th y d r a u l i cl o a d sc o n d i t i o n s ，r e m o v a lr a t e so fc o d c r 、 n h 3 - na n dt nw i t hs e m i a e r o b i ca g e dr e f u s e b i o - b e dw e r eb e t w e e n 8 1 1 2 0 0 9 7 4 3 ，8 8 5 4 9 8 5 0 a n d8 1 7 2 9 5 1 0 r e s p e c t i v e l y t h i r d ，w h e n t h eo r g a n i cl o a dw a s8 0 9 m g a r b a g ep e rt i m e a l s ow i t ht h ei n f l u e n tc o n d i t i o nw h i c h n h 3 - nc o n c e n t r a t i o nw a s6 9 3m g l ，7 7 0 m g li nt nc o n c e n t r a t i o n ，t h er e m o v a l r a t e sw e r e9 8 7 3 ，9 9 2 9 ，9 4 8 4 r e s p e c t i v e l yi nc o d c r , n h 3 - na n dt n ，t h e r e m o v a li m p a c t sc o u l db eb e t t e r w i t h i nt h i sc o n d i t i o n f o u r t h ，w h e nt h ei n f l u e n t c o n c e n t r a t i o no fn h 3 一nw a s8 0 0m g l ，t h ei m p a c t sc o u l da r r i v ea t9 8 8 9 ，t h e r e b y , t h et e m p e r a t u r ei n f l u e n c et ot h es y s t e mt r e a t i n ge f f i c i e n c ys h o u l d n tb en e g l e c t e d f i f t h ，w h e nt h et e m p e r a t u r ew a s3 0 ，t h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fn h 3 一nw a s 4 91 8 5 m g l ，a l s ot h ec o d e ri n f l u e n tc o n c e n t r a t i o nw a s12 0 0 0 m g l ，t h er e m o v a l r a t e sc o u l db er e a c h e d9 6 4 0 ，9 9 8 9 s e p a r a t e l y t h er e s u l t so ft h ep a r a m e t e ro p t i m i z a t i o ns h o w e dt h a tt h eb e s tc i r c u l a t i n g p a r a m e t e r sa c c o r d i n gt ot h eo p t i m i z a t i o no fo r t h o g o n a le x p e r i m e n tc o u l db e11 2g 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 i i 页 m 3 9 a r b a g ep e rt i m e ，12 0 0 m g li nn h 3 - nc o n c e n t r a t i o n ，w a t e rl o a d sb e i n g0 8 l ( m 3 g a r b a g ep e rt i m e ) ，i n f l u e n tc y c l eb e i n g2 4 h t h ee f f i c i e n c yo ft h el e a c h a t et r e a t m e n t w i t hs e m i - a e r o b i ca g e dr e f u s eb i o - b e dc a l lb ea d v a n c e db ya p p l y i n gt h eb e s t t e c h n i c a lp a r a m e t e rf o rl e a c h a t ec i r c u m f l u e n c ei nt h ec o n t r a s t i n ge x p e r i m e n t k e yw o r d s ：a g e dr e f u s e ；s e m i a e r o b i c ；l e a c h a t e ；l a b o r a t o r ys i m u l m i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密一使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：募繁茸 日期：2 内寥易f 二 指导老师签名： 日期 ：? 垆场、么、7 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 研究了准好氧运行环境下矿化垃圾处理渗滤液的处理效果，在试验模拟条 件下开展了单因素与多因素试验研究。 ( 1 ) 单因素试验研究结果表明：进水频次、进水水力负荷、进水浓度以及 试验环境温度都将影响准好氧型矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的效果。通过 试验结果分析得出本论文单因素试验研究中最佳进水频次为2 次d 、水力负荷 为1 1 i l m 3 垃圾次、进水有机负荷8 0 9 m 3 垃圾次、进水氨氮浓度8 0 0 m g l 、 试验环境温度3 0 。 ( 2 ) 多因素试验主要是通过正交试验对准好氧矿化垃圾反应床处理渗滤液 的运行参数进行优选。试验结果表明：c o d 盯1 1 2 9 m 3 垃圾次，n h 3 - n 1 2 0 0 m g l ， 进水水力负荷为0 8 l ( m 3 垃圾- 次) ，进水周期为2 4 的参数条件下，反应床对 渗滤液中污染物的去除效果最好，c o d 。，、n h 3 - n 、t n 去除率分别为9 9 0 7 、 9 9 9 、7 9 5 6 。 学位论文作者： 2 0 08 年6 月6 日 莓艳耳 i 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 我国城市生活垃圾概况及卫生填埋技术 城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市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生活垃圾的固体废物( 不包 括工厂所排出的工业固体废物) 。城市生活垃圾的产生量主要与地理条件、城市 人口、经济发展水平、居民收入、居民消费水平和城市居民燃气化率有关，其 中城市规模、数量和人口的增加是影响城市生活垃圾增长的主要因素。 近2 0 年来，随着我国经济的高速发展和城市化水平的不断提高，我国城市 生活垃圾的产量也同步保持着长期的快速增长。据报道，2 0 0 0 年我国3 0 个省、 自治区、直辖市( 西藏和台、港、澳地区未统计) 的城市生活垃圾清运量达1 1 8 亿吨【1 j ，城市周围历年堆存的未能处理生活垃圾量达6 0 多亿吨，占地多达5 亿 平方米，同时有资料表明，2 0 0 3 年，我国城市生活垃圾清运量己达1 4 8 6 亿吨【2 】， 较2 0 0 2 年增长0 1 2 6 亿吨【3 j 。全国有2 0 0 多座城市( 占全国城市总数3 0 ) 仍处 于垃圾的包围中，严重威胁着城市及城郊居民的生活环境和健康【4 】。 城市生活垃圾处置方法较多，常用的为填埋、堆肥和焚烧三种方法。由于 填埋法具有一次投资省，运行费用低，适用范围广的特点，被认为是目前最适 合我国国情的处置方法。由建设部、国家环保总局和科学技术部联合发布的城 市生活垃圾处理及污染防治技术政策中明确指出，卫生填埋是垃圾处理必不 可少的最终处理手段，也是我国现阶段城市垃圾的主要处理手段。根据填埋场 垃圾层中氧气的存在状况可将卫生填埋方式分为以下3 类： ( 1 ) 厌氧填埋 厌氧填埋法是将垃圾堆体与周边环境相隔绝，垃圾经过漫长的厌氧发酵， 最终实现稳定化和无害化。该工艺结构简单，投资和运营费较低，管理简单， 不受气候条件、垃圾成分和填埋高度限制，适应性广。该法是目前世界上应用 最广泛的类型，我国上海老港、杭州天子岭、北京阿苏卫、深圳下坪等填埋场 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 页 属于该类型【5 1 。 尽管厌氧填埋法存在垃圾降解时间慢，渗滤液处理难度大以及排出c 出为 温室气体等缺点，但以目前我国社会、经济发展现状来看，厌氧填埋法在今后 很长一段时间仍将是国内卫生填埋采取的主要技术手段。 ( 2 ) 好氧填埋 好氧填埋法通过在垃圾体中布设通风管，用鼓风机向垃圾中送入空气，使 得垃圾堆体处于富氧状态，从而加快垃圾中有机物的好氧分解，垃圾性质较快 稳定，堆体迅速沉降。该工艺的优点是通过通风加快了垃圾堆体的蒸发量，可 大大减少渗滤液排出量，缺点是结构较复杂，施工要求较高，单位造价及运行 成本高。h u d g i n s 掣6 】通过对美国国内采取好氧填埋工艺的2 个垃圾填埋场的研 究发现，好氧填埋法可加速垃圾降解和沉降速率，减少甲烷气体排放量，改善 渗滤液水质及减少需处理水量。好氧填埋法在国内目前还处于室内实验研究阶 段，尚未发现该工艺应用于工程实践的报道。王蕾等【7 】通过好氧填埋法与厌氧 填埋法处理生活垃圾的对比实验发现，采用好氧填埋的生活垃圾中有机物降解 率明显高于厌氧填埋。李兵等【8 】将强制好氧通风与渗滤液回灌2 种方式有机结 合在一起，构建了城市固体废物( m s w ) 好氧生物反应器。研究表明，该反应 器对渗滤液中c o d 、b o d 5 、n o ；一n 的去除率分别达到9 6 3 4 、9 4 5 8 和 9 9 9 。 ( 3 ) 准好氧填埋 准好氧填埋法是指将填埋场渗滤液收集管网末端和大气连通，利用渗滤液 收集系统和竖直排气井的自然通风，使得填埋场表层，集水管附近、立渠或排 气设施左右部分成为好氧状态，而空气接近不了的填埋层中央部分则处于厌氧 状态。由于准好氧填埋场内好氧、厌氧状态并存，因而也兼有好氧与厌氧性微 生物种群，垃圾在进入填埋场以后，在好氧区域内，有机物在好氧微生物的作 用下氧化分解，最终产物为c 0 2 、h 2 0 、硝酸盐、硫酸盐等简单无机物，而厌氧 区域的有机物在厌氧微生物的参与下，最终产物为c h 4 、c 0 2 和少量细胞物质【9 】。 该工艺无需强制通风，节约能耗，垃圾稳定速度较快。自1 9 7 5 年日本福冈市建 造了第一个准好氧填埋场s l 血1 k a r n a t a 填埋场以后，该技术在日本、马来西 亚、印度尼西亚等国家得到了广泛应用【l 们。1 9 7 9 年，准好氧填埋法更是被日本 西南交通大学硕士研究生毕业论文第3 页 健康福利省颁布的垃圾最终处置方法指导方针推荐为本国垃圾最终处置方 法【1 l 】。在我国，山东潍坊、湖南长沙、衡阳等城市也已开始该技术的实验性应 用工程。 表1 1 对以上3 种填埋法进行了比较。 表1 - 1 好氧、准好氧与厌氧3 种填埋方式比较【1 2 】 1 1 2 渗滤液的产生及水质特点 垃圾渗滤液的来源垃圾填埋场中渗滤液的污染控制是填埋场设计、运行 和封场的关键性问题。垃圾渗滤液的主要来源及影响因素如图1 - 1 所示： 一降雨：降雨量、强度、频率、持续时间 降水一 l 降雪：温度、风速、积雪特征、场址条件、地表土壤状况 图1 1 渗滤液的来源及影响因素 垃圾渗滤液的主要组成及水质特性渗滤液的组成受垃圾成分、当地气候、 场地水文地质、垃圾填埋时间和填埋方式等因素的影响而显著变化。我国渗滤 液的典型组成如表1 2 所示。垃圾渗滤液水质具有以下主要污染特性： ( 1 ) 污染物组成复杂、水质波动大由于填埋垃圾的组成复杂，填埋场内 西南交通大学硕士研究生毕业论文第4 页 微生物活动情况不同，所进行的物理化学和生物反应也不一致，因而渗滤液中 污染物呈现出非常复杂的组成。郑曼英【1 3 】等采用g c m s d s 联用技术测定国内 三地填埋场渗滤液的组成，分别得到7 7 种、6 3 种和9 3 种有机污染物，其中2 0 余种为优先控制污染物。 ( 2 ) c o d 和b o d 5 浓度高垃圾渗滤液中c o d 。，、b o d 5 浓度最高值可达数 千至几万，和城市污水相比，浓度高的多。一般而言，c o d 。，、b o d 5 、b o d 5 c o d 盯 随填埋场的“年龄 增长而降低，c h i n a 等研究发现填埋初期渗滤液中b c 高， 中后期渗滤液b c 降至o 1 以下【1 4 1 。d i n g 等【1 5 】也发现填埋场渗滤液的b c 可由 初期的0 5 - 0 7 下降到后期的0 0 5 0 1 5 ，对后续生化处理增大难度。 ( 4 ) 氨氮含量高城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机 废水，其中高n h 3 - n 浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一。渗滤液中 的氮多以氨氮的形式存在，约占t n 的7 0 - 一8 0 。当氨氮( 尤其是游离氨) 浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。 ( 5 ) 金属含量高渗滤液中有1 0 多种金属离子，这些金属离子会对生物处 理产生抑制作用； ( 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。 表1 - 2 填埋场渗滤液的典型组成【1 6 】单位：m g l 西南交通大学硕士研究生毕业论文 第5 页 电导率( 1 1 5 c v c m ) 5 0 0 0 - - - , 3 0 0 0 0 n io 0 1 - - - 6 1c do 0 13 1 1 3 垃圾渗滤液的处理方案及方法简述 垃圾渗滤液可通过两种方式进行处理，一是排入市政污水管网，与所在城 市生活污水合并处理，二是在填埋场就地处理。合并处理可充分利用城市污水 对渗滤液的缓冲、稀释和营养均衡作用，只要控制好渗滤液与生活污水的合适 比例，同时对渗滤液作适当预处理，该方法可取得良好的处理效剽2 6 1 。尽管合 并处理在技术上可行，但是由于垃圾填埋场通常远离城区，渗滤液接入城市污 水处理厂有一定困难，所以往往不得不在填埋场就地处理。目前较常用的渗滤 液场内处理技术，包括物理化学法、生物法、物化方法一生物结合的方法土地 法、和回灌法。 ( 1 ) 物理化学方法常见的物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密 度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜分析、气提、湿式氧化等多种方 法，和生物处理相比，物化处理不受水质水量变化的影响，出水水质比较稳定， 尤其对可生化性能较差( b o d 5 c o d 比值比较低0 0 7 - - 0 2 0 ) 难以生物处理的垃 圾渗滤液又较好的处理效果。物化方法投资大、处理成本、运行费用较高。通 常只用于色度、s s 、氨氮、重金属离子等的去除，有时也用于渗滤液中难生物 降解的c o d 的去除。填埋场初期产生的渗滤液中有机污染物浓度很高，此时单 纯使用物化法处理就难以达到理想的效果。因此，物化法一般用于渗滤液的深 度处理。 ( 2 ) 生物处理法生物法处理渗滤液是利用微生物将渗滤液中的有机污染 物降解从而达到净化的目的。目前采用的处理渗滤液的生物法包括好氧生物法 和厌氧生物法两大类。生物处理可一般分为好氧生物处理、厌氧生物处理和厌 氧一好氧相结合处理。许多学者认为对c o d 浓度在5 0 0 0 0 m g l 以上的高浓度 垃圾渗滤液建议采用厌氧方法进行前段处理，然后采用好氧或其他后续处理方 法：对c o d 浓度在5 0 0 0 m g l 以下的垃圾渗滤液建议采用好氧生物处理方法； c o d 在5 0 0 0 - 5 0 0 0 0 m g l 之间的垃圾渗滤液可以根据实际情况选择好氧或是厌 氧处理【1 7 1 。 ( 3 ) 物化一生物组合工艺 西南交通大学硕士研究生毕业论文第6 页 混凝- - s b r 系统李亚峰等人对混凝- - s b r 工艺处理生活渗滤液进行了研 究，确定了混凝剂的种类，用量以及p h 值，生化时间等技术参数。处理工艺流 程如下： 垃圾渗滤液一化学混凝一沉淀一s b r 一生化处理一出水 研究结果表明：采用聚合氯化铁混凝- - s b r 生化处理工艺能够使垃圾渗滤液的 c o d 值从5 0 0 0 1 4 0 0 0 m g l 降低到2 0 0 m g l ，b o d 5 值从1 8 0 0 - - 5 6 0 0 m g l 降 低到1 0 0 m g l 以下，n h 3 n 值从4 7 - - 3 7 4 m g l 降低到5 m g l 以下【1 8 】。 电催化一电生物炭接触氧化床系统陈卫国等人采用电解催化( e c s ) 组合 电生物炭接触氧化床( e b a c o r ) 来处理垃圾渗滤液，处理工艺流程如下： 一+ 一十 废水e c s 化学沉淀池耻蚺c o r 卜二沉淀惆：水管网 t 上 压缩空气排泥 捧泥 g c m s 分析结果表明，垃圾渗滤液中的6 4 种有毒有机物经e c s 处理 后大部分已被矿化为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 场运行结果表明：当垃圾渗滤液中的c o d 和n h 3 n 浓度分别在3 0 0 0 - 5 0 0 0 m g l 以及1 1 0 0 - - 一1 7 8 0 m g l 范围时，c o d 和n h 3 - n 去除率均可超过 9 0 【19 1 。 ( 4 ) 土地法土地法处理垃圾渗滤液是利用土壤微生物植物 这一陆地系统的吸附、离子交换、化学沉淀和生物降解性能对渗滤液中的污 染组分予以去除的一种渗滤液处理方法【2 0 1 。目前研究和应用较广的是人工湿 地技术。美国c h u n c h u l a 填埋场采用表面流人工湿地处理渗滤液，c o d 去 除效率达9 0 2 1 】。该技术在国内应用较少，仅上海老港垃圾填埋场采用芦 苇湿地作为渗滤液的后处理单元。周益洪对采用潜流湿地和垂直流湿地作 为处理老龄渗滤液的后处理单元和新鲜渗滤液的前处理单元，考察了其可行 性、两种人工湿地的差异以及对污染物的去除效果。研究结果表明：两种湿 地去除效果没有明显区别，作为处理渗滤液的前处理单元和后处理单元，如 果运行条件合适，是可行的。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第7 页 尽管土地法在处理城市垃圾填埋场渗滤液具有良好的运行效果和经济优 势，但此法占地面积大，受气候变化影响较为明显，一般都只用于渗滤液产量 低，填埋场周围有较大面积的可用空地的小型城镇垃圾填埋场中。 ( 5 ) 回灌法渗滤液回灌实质上是把填埋场作为个以垃圾为填料的巨形 生物滤床，垃圾渗滤液在流经覆土层和垃圾层时，由于物理过滤、吸附截留、 化学沉积、生物降解等作用得到处理，同时因为蒸发作用而大大减量。p o h l a n d 2 3 】 研究发现在垃圾层的作用下，渗滤液中的v f a 、c o d 、b o d 、t o c 浓度下降较 快。该工艺在国外应用很广，美国国内仅上世纪8 0 年代就有2 0 0 多个填埋场采用 渗滤液回灌工艺，但目前在国内应用较少，缺乏成熟的工艺设计和运行经验。 赵庆良等【2 4 】在哈尔滨某地建立了室外模拟垃圾填埋场，进行了渗滤液回灌与不 回灌的跟踪监测研究。结果表明：回灌能减量8 7 0 5 的渗滤液，明显改善渗滤 液水质，降低渗滤液处理难度。 必须指出，采取回灌法处理厌氧填埋场的渗滤液时，尽管有机污染物去除 效果良好，但渗滤液出水中往往出现氨氮积累的问题【2 5 1 。这是因为在厌氧型填 埋场中，垃圾堆体内部为严格厌氧条件，氨氮无法通过生物硝化反硝化反应去 除。 1 1 4 国内渗滤液处理研究新技术 国内垃圾渗滤液的处理一直是个难以解决的问题，传统的生物处理和物化 方法，不是难以达标就是运行费用高，所以许多学者采用了一些新技术，新工 艺对渗滤液的处理进行试验研究。 木屑一微生物系统王里奥等人引进日本新技术：木屑一微生物系统对渗 滤液处理进行了现场试验研究。处理工艺流程如下： 压缩空气i r tvv 原水集水槽消化槽l 消化槽2 消化槽3 沉淀糟反应槽排放 t 污泥回流 i 试验通过改变进水速率和不同曝气方式，观测生物系统的变化和处理的变 化，以寻求达到最佳处理效果参数。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第8 页 试验表明：该处理系统对垃圾渗溶液处理效果较好，特别是对氨氮的去除 较高，b o d 的去除率达到9 0 以上1 2 6 。 有效微生物( e m ) 技术叶晓玖等人应用有效微生物( e m ) 技术，对垃圾 渗溶液进行了静态小试和稳定塘中试研究，结果表明：e m 菌液对毒性大的高浓 度垃圾渗滤液处理效果明显，主要指标的去除率达6 7 8 9 ，是垃圾渗滤液处 理的一种新技术。 但e m 菌群在渗滤液中如何协同发挥作用及对垃圾渗滤液的处理机理如何 仍需进一步探讨【2 7 1 。 其他研究信息黄立南等人研究了藻类对垃圾渗滤液的净化，证实了利 用绿色藻类能有效的去除垃圾渗滤液中的n h 3 - n ，p 0 4 3 一p 和c o d 等污染 物，但由于迄今为止有关利用藻类净化垃圾渗滤液的研究极少，因而它在实 际应用上的可行性仍有待做进一步的研究及评估 2 8 1 。 黄立南等人通过对垃圾渗滤液16 s r r n a 基因的p c r 扩增、克隆及其 a r d r a 分析，初步了解了垃圾填埋场内部处于高有机负荷及严格厌氧环境 中的古细菌群落及其多样性，并推测在此基础上，可以通过有目的地设计类 群特异性寡核昔酸探针，经荧光标记及原位杂交分析，从而直接获得有关类 群在该生态系统内地分布信息【2 9 】。 1 1 5 垃圾渗滤液处理方法研究的新动向 ( 1 ) 将水处理工艺中一些高效，新颖的处理方法应用于垃圾渗滤液处理中， 以提高处理效果，例如用臭氧氧化，活性炭吸附，膜分离及蒸干法对渗滤液进 行深度处理提高出水水质。 ( 2 ) 对渗滤液的预处理进行进一步地深入研究，因为其关系到整个处理的成 败，是渗滤液处理的关键。 ( 3 ) 研究一些突破传统物化、生物处理的新方法，对渗滤液进行尝试性地小 试和中试研究。 ( 4 ) 另外对渗滤液的有效控制，减少渗滤液产量并控制其水质也属处理渗滤 液的一个发展方向。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第9 页 1 1 6 问题的提出 综上所述，就目前国内处理垃圾渗滤液的现状而言，普遍存的问题是处理 工艺复杂、处理成本高，处理效果不稳定。因此渗滤液的处理已经成为垃圾填 埋场建设和发展的难题，因此，研究适合我国国情、投资省、效果好的渗滤液 处理技术，对于保证城市垃圾卫生填埋、避免环境污染具有重要意义。 循环式准好氧填埋技术研究始于上世纪7 0 年代，其原理是利用填埋场内外 温差，通过渗滤液收集管的不满流设计，使空气进入填埋场中，场内形成好氧、 兼氧和厌氧区，同时将渗滤液回灌，保证填埋层内含水率，在该环境下，大大 强化了生物硝化和反硝化作用，从而加速垃圾中有机物和氮化物的降解。大量 研究表明，采用循环式准好氧填埋工艺可使渗滤液中氮化物的浓度大大降低 3 0 , 3 l 】 o 矿化垃圾又称陈垃圾，这一名词是由同济大学赵由才课题组首次提出的，用 来泛指在填埋场中填埋多年，基本达到稳定化，己可进行开采利用的垃圾。郭亚丽 等p 2 】将其定义为“在填埋过程中，由成分复杂的原始生活垃圾在特定的填埋条 件下，不断发生着的各种生物化学反应( 尤以生物反应过程为主) 的长期作用 逐渐演变形成，使其逐渐成为一种在自然条件下难以形成的、具有特殊微生物 特性的多相多孔生物活体，其中细菌总数达到8 6 3 1 0 6 个儋干垃圾，与较肥 沃壤土相近，这表明矿化垃圾作为污水处理基质具有良好的微生物学特性。 本课题通过室内模拟试验及理论方法研究，以矿化垃圾为填料，采用循环 式准好氧方法，形成准好氧矿化垃圾床，研究准好氧环境下的矿化垃圾去除渗 滤液中污染物的可行性和合理性，分析在不同运行条件下准好氧矿化垃圾生物 反应床对厌氧填埋渗滤液去除效果的影响，并结合数理统计方法优选出本试验 条件下准好氧矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的最佳运行参数。本课题的研究 一方面提出可处理垃圾渗滤液方法的新途径，为城市垃圾卫生填埋场垃圾渗滤 液的就地处理设计和运营管理提供理论依据和技术支持；另一方面对于封场后 矿化垃圾的循环利用提供了新的思路。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 0 页 1 2 国内外研究现状 1 2 1 循环式准好氧填埋技术的研究现状 1 9 8 0 年，日本福冈大学的花明正孝教授，在“准好氧填埋”理论的基础上 研制出了“循环式准好氧填埋场9 99 其对垃圾的降解效果比准好氧填埋更佳【3 们。 循环式准好氧填埋技术的核心是使空气进入垃圾层，加速填埋垃圾中有机物的 好氧分解，并且回灌渗滤液，保证了填埋层中有充足的水分，加强硝化、反硝 化作用，从而使得含氮有机物得以快速去除。自从“循环式准好氧填埋”这一 概念提出以来，国内外学者对于该类型填埋场渗滤液中污染物的迁移转化过程 进行了一系列的研究工作。h a n a s 衄m 【3 0 】通过循环式准好氧填埋与厌氧填埋的对 比试验发现，3 年里采用准好氧填埋法的垃圾中有机污染物约9 0 转入气相，成 为c 0 2 、n 2 等气体；而用厌氧填埋的垃圾中有机污染物约9 0 转入渗滤液中。 o n a y 等【3 3 j 在解决晚期渗滤液氮含量高的问题时，引入将填埋场分为缺氧带、厌 氧带、好氧带运行的新思路，并通过室内模拟试验予以验证，发现该运行条件 下回灌渗滤液中氨氮的转化率达9 5 。我国王琪等人的实验室研究表吲3 4 】：采 用循环式准好氧填埋技术可以将渗滤液中有机物浓度大大降低，c o d e r 去除率 最高可达到9 5 以上，氨氮浓度可以降到1 0 m g l 以下。李启彬【3 5 】将厌氧型生 物反应器填埋场稳定后期按准好氧方式运行后，发现渗滤液氨氮浓度在较短 时间内降到不能检出水平，较高的渗滤液回灌频率更有利于渗滤液水质的快 速改善。 从以上研究可以看出，采用准好氧填埋工艺可以较快的将渗滤液中污染物 浓度降至个较低水平，处理效果与回灌频率、回灌水力负荷以及回灌氨氮浓 度，回灌有机物浓度等因素有关。但是，回灌频率、回灌水力负荷以及回灌氨 氮浓度，回灌有机物浓度等进水方式对处理效果的影响缺乏系统性研究。 1 2 2 矿化垃圾处理渗滤液的研究现状 同济大学从上世纪9 0 年代开始，对基于厌氧环境下的矿化垃圾处理渗滤液 进行了一些研究工作。赵由才课题组针对利用矿化垃圾处理垃圾渗滤液分别进 行了小试、中试试验，并在上海老港填埋场进行了日处理5 0 m 3 渗滤液的示范工 程研究。小试试验中，渗滤液原水n h 3 - n 浓度为5 0 0 - - 8 0 0m g l ，在进水负荷为 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 1 页 8 0 2 0 0 l m 3 矿化垃圾d 条件下，去除效率可达9 9 以上【3 6 1 。在中试试验中n h 3 - n 的去除率高于4 2 e 3 7 1 ，t n 去除效率未在以上文献中反映。在示范工程的日常运 行过程中，经过三级矿化垃圾生物反应床处理后出水中n h 3 - n 总去除效率在 9 6 5 9 9 8 之间，出水浓度始终低于2 5 m g l ，而t n 去除效率在5 8 5 7 2 9 之间变化，其主要成分为硝酸盐氮3 8 1 。褚衍洋掣3 9 1 进行了矿化垃圾反应床+ s b r 工艺处理垃圾渗滤液的实验室研究，在试验水质c o d c r 分别为2 2 6 4 8 m g l 和 1 3 2 3 6m g l ，n h 3 - n 分别为8 5 0 m g l 和6 4 2 m g l 时，采用矿化垃圾床+ s b r 工艺 处理垃圾渗滤液，在水力负荷0 1 1 4 l g 矿化垃圾d ，s b r 反应时间为1 0 h 条件下， 出水d p c o d c f j 、于3 0 0 1 1 1 9 l ，n h 3 - n d 、于2 0 m g l ，达到了垃圾渗滤液的二级排放 标准水平。山东即墨垃圾填埋场采用该工艺处理渗滤液，设计处理规模为 7 0 m 3 d ，监测结果表明，渗滤液中氨氮平均去除率达9 9 4 【4 0 1 。王罗春等【3 刀对以 上试验研究归纳总结后认为，水力负荷低、占地面积大和t n 去除效率低是厌氧 矿化垃圾生物反应床的主要缺点。 综上所述，对于矿化垃圾处理垃圾渗滤液的研究还只是限于厌氧环境，而 对于准好氧环境下矿化垃圾处理渗滤液的相关研究较少。由于厌氧条件下矿化 垃圾处理渗滤液存在上述缺陷，而循环式准好氧填埋工艺本身对渗滤液中污染 物质具有很好的去除效果，因此，将循环式准好氧填埋技术与矿化垃圾结合起 来处理垃圾渗滤液理论是可行的，同时也为垃圾渗滤液的处理方法提供了新的 研究方向。 1 3 研究目的、内容及技术路线 1 3 1 研究目的 论文将循环式准好氧填埋技术与矿化垃圾相结合，通过室内模拟试验，研 究准好氧矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的可行性与合理性。采用数理统 计与分析相结合的方法，研究影响处理效果的各个因素，为矿化垃圾处理垃圾 渗滤液的实际应用提供可靠技术支持，同时为实现卫生填埋场垃圾渗滤液经济、 高效的处理和封场后矿化垃圾的再利用，从源头上解决垃圾和渗滤液对区域环 境的污染。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 2 页 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 准好氧矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的单因素影响分析准好 氧环境下不同进水方式( 进水浓度、进水频次和水力负荷) 对矿化垃圾反应床处 理垃圾渗滤液中污染物去除效果的影响。 ( 2 ) 准好氧矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的综合因素影响首先采 用正交试验方法优选出本试验的最佳运行参数；在此基础上对比研究渗滤液回 流前后反应床对污染物的去除效果。 1 3 3 研究思路以及技术路线 本论文的研究过程遵循“资料收集_ 理论分析_ 室内模拟_ 数据分析_ 结 论验证的研究思路，在实施过程采用试验模拟和理论分析相结合的研究方法。 首先进行相关文献的收集和分析工作，其次进行室内模拟实验研究。在各项试 验不断进行的过程中，根据已获试验数据所显示的具体结论，不断完善和调整 试验内容和试验计划，逐步完成各项试验研究任务，获取大量试验数据，通过 对试验数据的科学分析获得合理结论，实现课题研究目标。 具体技术路线见图1 2 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 3 页 图卜2 论文的研究技术路线图 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 4 页 第2 章渗滤液处理方法的理论基础 本论文主要是将准好氧填埋技术与矿化垃圾生物反应床结合起来处理城市 垃圾渗滤液。本章节主要是对渗滤液的生物处理工序原理，准好氧填埋技术原 理以及矿化垃圾处理渗滤液的机理进行说明和介绍，为实验数据的分析提供更 科学、更合理的理论依据。 2 1 垃圾渗滤液生物处理原理 2 1 1 好氧生物处理原理 好氧生物处理过程是利用生物处理系统中的好氧微生物分解水中有机物， 将其矿化为二氧化碳、水，无机盐等无机物。好氧过程的出水水质要远好于厌 氧过程，但充氧过程中要消耗大量的动能。进入好氧生物处理系统的有机物通 常处于以下集中状态： a 氧化为二氧化碳和不同的营养物( 即以氮、磷、硫的化合物形式存在) ； b 同化再生物量( 即污泥) 中； c 保持不变的部分，即不可生物降解的惰性物质( 至少在所处的生物系统内 不可生物降解) ； d 转化为其他有机物质。 1 渗滤液中有机物好氧生物降解过程 渗滤液为高浓度有机废水，其中存在的有机物质主要有蛋白质、碳水化合 物、脂肪、有机酸、醇类、醛类、酮类、酚类等，这些物质主要由碳、氢、氧、 氮、磷、硫等几种元素组成，它们好氧分解的最终产物是稳定的二氧化碳、水、 硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐等。 ( 1 ) 碳水化合物的降解碳水化合物首先经过水解反应变成单糖才能被微 生物吸收。在内酶的作用下，一部分单糖用于合成细胞物质，另一部分则被最 终分解为二氧化碳和水。 ( 2 ) 脂肪的降解脂肪是比较稳定的有机物，但也能被某些微生物分解，无 论通过何种形式的分解，脂肪分解的第一步都是先水解为甘油和脂肪酸，其部 分合成微生物的细胞物质，部分在有氧条件下转化为丙酮酸通过三羧酸循环最 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 5 页 终被氧化为二氧化碳和水。 ( 3 ) 芳香族化合物的降解芳香族化合物都是苯的衍生物，大都有一定的毒 性，但是在适当的条件下也可以被生物降解，例如苯酚在微生物作用下可以经 过一系列中间产物转化为丁二酸和乙酸，最终转化为二氧化碳和水。 ( 4 ) 蛋白质的降解在蛋白酶的作用下蛋白质首先水解为氨基酸才能进入细 菌细胞，在细胞内氨基酸可以作为合成菌体蛋白的原料，也可以转化为其他氨 基酸，或者通过脱氨基作用分解为氨和有机酸，有机酸通过脱羧作用最终转化 为二氧化碳和水。 2 渗滤液好氧生物净化途径 渗滤液好氧生物净化，即废水中污染物从水中的分离，通过两个途径来完 成，一是通过微生物的分解代谢，有机物被转化为稳定的无机物如c 0 2 、水、 n h 3 等，另一条途径是通过微生物的合成代谢，有机物转化为微生物体，通过 排放剩余活性污泥的形式从废水中分离出来，一般通过合成代谢去除的污染物 占主导地位，有机物好氧降解过程如图2 1 所示。 有机物+ 氧 细胞物质( 通过剩余活性污泥分理出系统) c 0 2 、h 2 0 、n h 3 、s 0 4 2 、p 0 4 3 。( 转化为稳定的无机物) 3 渗滤液好氧生物处理净化反应过程的影响因素 只有在适宜的环境条件下，微生物的生理活性才能正常的运行，因此调节 好影响微生物生理活性的众多因素对好氧处理技术而言非常重要。 溶解氧( d o ) ，在实际运行过程中，一般将反应器出口处溶解氧浓度控制 在2 m g l 左右；营养物质，主要包括碳源、氮源、无机盐及生长素等，通常碳 源、氮源、磷的需求比为1 0 0 ：5 ：1 ；p h 值，活性污泥的最优p h 范围通常为6 ，5 8 5 之间；温度，一般情况下微生物的最适宜温度范围介于1 0 - - 4 5 之间；有毒 物质，对微生物生理活动有毒害作用或抑制作用的无机有机物质大致有重金属、 氰化物、h 2 s 、卤族元素及其化合物，酚、醇、醛、燃料等。但是，只有在有毒 物质在环境中达到极限允许浓度时，毒害和抑制作用才会显露出来。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 6 页 2 1 2 厌氧生物处理原理 厌氧生物处理( 厌氧消化) 是指在无分子氧参与的条件下，通过多种微生 物的协同作用，把有机物最终分解为甲烷(