（环境工程专业论文）三维电极—电fenton法处理垃圾渗滤液的研究.pdf

摘要 摘要 垃圾渗滤液是城市垃圾卫生填埋过程中的必然产物，具有有机污染物浓度 高、水质水量波动大、营养元素比例失调、难降解等特点。垃圾渗滤液的有效 处理已成为国内外学者研究的热点和难点问题之一。 近年来，电f e n t o n 技术作为一种“环境友好”的高级氧化技术，在难降解有机 废水处理方面的应用备受关注，它具有高度的灵活性，既可单独应用，又可与 其它处理工艺组合应用。但是，普通电f e n t o n 法采用二维平板电极，传质效果差， 电流效率低，能耗高，这就限制了该技术的发展。三维电极一电f e n t o n 法是将三 维电极法和电f e n t o n 法相耦合的电化学氧化新技术，该方法把粒子电极引入到电 f e n t o n 体系中，增大了工作电极表面积，缩短了污染物迁移距离，极大的提高了 电流效率和单位时空产率。本论文尝试性的将三维电极一电f e n t o n 法应用到垃圾 渗滤液的处理中，以期为垃圾渗滤液的有效降解提供一条新的途径。 粒子电极是三维电极一电f e n t o n 体系的重要组成部分。本文选取活性炭和 涂膜炭为粒子电极，通过涂膜炭填充率和床体填料量试验确定电解槽中混合填 充4 0 0 r a l 活性炭和l o o m l 涂膜炭。研究表明，添加粒子电极的三维电解体系对 垃圾渗滤液中c o d 、氨氮和色度的去除率要明显高于二维电解体系。 采用钛基涂层电极( d s a ) 为阳极，活性炭纤维( a c f ) 为阴极的三维电极一电 f e n t o n 体系处理垃圾渗滤液，对影响因素、处理效果、反应机理等方面进行了 研究。优化各影响因素，确定最佳反应条件为：电流密度5 7 1 m a c i l l 、初始p h 4 0 、极板间距1 0 0 c m 、f e ( i i ) 投加量1 0 r e t o o l l 、曝气量0 2 m 3 h - 1 。在此条件 下电解1 8 0 r a i n 后，c o d 、氨氮和色度去除率分别为8 0 8 、5 5 2 和9 8 6 。污 染物主要通过d s a 电极表面产生o h 的直接氧化和f e n t o n 、c 1 2 h c l 0 等间接氧 化作用去除。 采用铁板为阳极，a c f 为阴极的三维电极一电f e n t o n 体系处理垃圾渗滤液。 处理效果与极板间距、电流密度、曝气量、初始p h 值、c l 。浓度、电解时间等因 素密切相关。优化各影响因素，确定最佳反应条件为：电流密度5 7 1 m a c 1 1 1 、 初始p h6 0 、极板间距1 0 o c m 、曝气量0 2 m 3 h 。在此条件下电解1 8 0 r a i n 后， c o d 、氨氮和色度去除率分别为5 7 0 、5 7 o 和8 1 1 。污染物的去除机理主 摘要 要包括电化学氧化、电絮凝和气浮三部分，其中以电化学氧化和电絮凝为主。 对比d s a 阳极和铁阳极电解体系对垃圾渗滤液的处理效果，结果表明，d s a 阳极电解体系对垃圾渗滤液中c o d 、色度和t o c 的去除率均明显高于铁阳极电 解体系，该体系还具有污泥产生量少、阳极抗腐蚀能力强、粒子电极使用周期 长、处理后出水可生化性好等优点，因此，选取d s a 电极为阳极的三维电极一 电f e n t o n 体系处理垃圾渗滤液。 建立了d s a 为阳极的三维电极一电f e n t o n 体系降解有机物的动力学模型： c t = 卅c o 1 。1 1 9 k = 0 0 2 6 6 ( 0 0 0 0 2 x 1 2 - 0 0 2 3 9 x l + 5 8 8 2 1 ) o - 2 0 8 6 ( 4 7 8 0 8 x 2 2 - 2 4 8 7 6 x 2 + 5 4 11 9 ) 1 0 7 1 4 ( o 3 6 5 2 x 3 2 - 0 7 2 0 8 x 3 + 5 0 8 1 3 ) o 9 6 9 l ( o 0 7 2 1 x 4 2 - 0 4 9 2 7 x 4 + 5 5 6 0 6 ) 1 0 2 0 4 经验证，该模型能够比较准确的预测出电流密度4 2 8 m a c m 2 8 5 7 m a c i n 、 曝气量0 1 m 3 h - 1 , - - 0 4 m 3 h 、f e ( i i ) 投加量o 5m m o l l 1 2 o m m o l l _ 1 、初始p h 3 0 - 4 5 0 条件范围内，三维电极一电f e n t o n 法处理垃圾渗滤液的出水c o d 值。 采用混凝和三维电极一电f e n t o n 法联合处理垃圾渗滤液，分别对各工艺的 运行条件进行优化，在最佳运行条件下，组合工艺对垃圾渗滤液中c o d 、t o c 、 氨氮、b o d 5 、色度和s s 的去除率分别达9 5 6 、9 2 8 、7 0 0 、8 8 1 、9 9 6 和9 1 9 ，处理后出水的可生化性得到了很大提高，有利于进行生化处理。混凝 和三维电极一电f e n t o n 法对垃圾渗滤液中氨氮、c o d 和色度的去除率明显高于 单独采用混凝法和电解法的去除率，混凝预处理大大减轻了电解阶段的运行负 荷，在相同的电解时间内，有机物降解的更为彻底。混凝和三维电极一电f e n t o n 法联合处理l m 3 垃圾渗滤液的运行成本约为3 0 8 元，如果只是将其作为生化处 理前的预处理，成本还可降低。 关键词：三维电极一电f e n t o n 法；混凝；垃圾渗滤液；有机物：废水处理 a b s t r a c t a b s t r a c t l a n d f i l ll e a c h a t ei st h ei n e v i t a b l eo u t c o m ef r o ms a n i t a r yl a n d f i l lo fm u n i c i p a l w a s t e i t sc h a r a c t e r i s t i c sa l eh i 曲c o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cp o l l u t a n t s ，m u c h f l u c t u a t i o no fw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t y , n u t r i e n t si m b a l a n c e ，r e f r a c t o r ya n ds oo n h o wt oe f f e c t i v e l yt r e a tl a n d f i l ll e a c h a t eh a sb e e no n eo ft h eh o ta n dd i f f i c u l t p r o b l e m sf o r s c h o l a r sb o t ha th o m ea n da b r o a d i nr e c e n ty e a r s ，a sa l l “e n v i r o n m e n tf r i e n d l y a d v a n c e do x i d a t i o nt e c h n o l o g y , e l e c t r o f e n t o nh a sa t t r a c t e di n c r e a s i n gi n t e r e s ti nr e l u c t a n to r g a n i cw a s t e w a t e r t r e a t m e n t i th a sah i 曲d e g r e eo ff l e x i b i l i t y , w h i c hc a l lb eu s e ds e p a r a t e l yo rt o g e t h e r w i t ho t h e rt e c h n o l o g i e s h o w e v e r , t h eg e n e r a le l e c t r o f e n t o nr e a c t o ra d o p t st w o d i m e n s i o n a lp l a t ee l e c t r o d ea n dh a sp o o rm a s st r a n s f e r , l o wc u r r e n te f f i c i e n c ya n d l l i g he n e r g yc o n s u m p t i o n ，w h i c hr e s t r i c t si t sa p p l i c a t i o n t h r e e - d i m e n s i o n a l - e l e c t r o d e e l e c t r o f e n t o n i san e we l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o n t e c h n o l o g y t o c o u p l e t h r e e d i m e n s i o n a le l e c t r o d ea n de l e c t r o - f e n t o np r o c e s st o g e t h e r t h i st e c h n o l o g y i n t r o d u c e st h ep a r t i c l ee l e c t r o d ei n t oe l e c t r o f e n t o nr e a c t o r , w h i c hi n c r e a s e st h e s u r f a c ea r e ao fw o d d n ge l e c t r o d e ，s h o r t e n st h et r a n s f e rd i s t a n c eo fp o l l u t a n t s ，a n d g r e a t l ye n h a n c e sc u r r e n te f f i c i e n c ya n du n i ts p a c e - t i m ey i e l d i nt h i sp a p e r , t h r e e - d i m e n s i o n a l e l e c t r o d ee l e c t r o f e n t o np r o c e s sw a st r i e dt ot r e a tl a n d f i l ll e a c h a t ei n o r d e rt op r o v i d ean e ww a yt od e g r a d el a n d f i l ll e a c h a t ee f f e c t i v e l y p a r t i c l ee l e c t r o d ei sa ni m p o r t a n tp a r to ft h r e e d i m e n s i o n a l - e l e c t r o d ee l e c t r o - f e n t o np r o c e s s a c t i v a t e dc a r b o na n dc o a t e dc a r b o nw e r es e l e c t e da sp a r t i c l e e l e c t r o d e sa n dt h em i x t u r eo f4 0 0 m la c t i v a t e dc a r b o na n dlo o m lc o a t e dc a r b o nw a s d e t e r m i n e dt of i l li nt h eb e db yf i l lr a t et e s to fc o a t e dc a r b o na n df i l l i n gt e s t t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d 、a m m o n i an i t r o g e na n dc o l o ri n l a n d f i l ll e a c h a t eg a i n e db yt h r e e d i m e n s i o n a le l e c t r o l y s i ss y s t e ma d d e dp a r t i c l e e l e c t r o d e sw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a tb yt w o - d i m e n s i o n a le l e c t r o l y s i ss y s t e m u s i n gd i m e n s i o n a l l ys t a b l ea n o d e s ( d s a ) a s a n o d ea n da c t i v a t e dc a r b o nf i b r e ( a c f ) a sc a t h o d e t h r e e d i m e n s i o n a l - e l e c t r o d ee l e c t r o - f e n t o nr e a c t o rw a se m p l o y e dt ot r e a t l a n d f i l ll e a c h a t ea n dt h ei m p a c tf a c t o r s ，t r e a t m e n te f f i c i e n c i e sa n dd e g r a d a t i o n i i i a b s t r a c t m e c h a n i s mw e r es t u d i e d t h eo p t i m i z e di m p a c tf a c t o r sw e r ea sf o l l o w s ：c u r r e n t d e n s i t y5 7 1m a c n l ，i n i t i a lp h4 0 ，e l e c t r o d ed i s t a n c e 10 0 c m ，d o s a g eo ff e ( i i ) 1 o m m 0 1 l - i a i r f l o w0 2 m 3 - h - 1 u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h er e m o v a le f f l c i e n c i e so f c o d a m m o n i a n i t r o g e na n dc o l o rw e r eu pt o8 0 8 ，5 5 2 a n d9 8 6 i n18 0 m i n p o l l u t a n t sw e r er e m o v e dm a i n l yb yt h ed i r e c to x i d a t i o no f o hg e n e r a t i n gf r o mt h e s u r f a c eo fd s aa n dt h ei n d i r e c to x i d a t i o no ff e n t o na n dc 1 2 h c l o u s i n gi r o na sa n o d ea n da c fa sc a t h o d e ，t h r e e d i m e n s i o n a l - e l e c t r o d ee l e c t r o - f e n t o nr e a c t o rw a se m p l o y e dt ot r e a tl a n d f i l ll e a c h a t e t h et r e a t m e n te f f i c i e n c i e s w e r ec l o s e l yr e l a t e dt oe l e c t r o d ed i s t a n c e ，c u r r e n td e n s i t y , a i r f l o w , i n i t i a lp h ， c o n c e n t r a t i o no fc 1 。a n de l e c t r o l y t i ct i m e t h eo p t i m i z e di m p a c tf a c t o r sw e r ea s f o l l o w s ：c u r r e n td e n s i t y5 7 1m a c n l ，i n i t i a lp h6 0 ，e l e c t r o d ed i s t a n c e 10 0 c m ， a i r n o w0 2 m 3 h u n d e rt 1 1 i sc o n d i t i o n ，t h er e m o v a le f f l c i e n c i e so fc o d ，a m m o n i a - n i t r o g e na n dc o l o rw e r eu pt o5 7 o 5 7 0 a n d8 1 1 i n18 0 m i n t h er e m o v a l m e c h a n i s mo fp o l l u t a n t si n c l u d e dt h r e ep a a s ，a m o n gw h i c h ，e l e c t r o c h e m i c a l o x i d a t i o na n de l e c t r o c o a g u l a t i o nw e r et h em a i n ，a n da i rf l o t a t i o nw a ss u b o r d i n a t e t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yo fd s ae l e c t r o l y s i ss y s t e mw a sc o m p a r e dw i t ht h a to f i r o na n o d e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a t ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d ， c o l o ra n dt o ci nd s ae l e c t r o l y s i ss y s t e mw e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h o s ei ni r o n e l e c t r o l y s i ss y s t e m t h ed s ae l e c t r o l y s i ss y s t e ma l s oh a dt h ea d v a n t a g e so fl e s s s l u d g ep r o d u c t i o n , s t r o n g l yc o r r o s i o n - r e s i s t a n ta n o d e ，l o n g l i f ec i r c l eo fp a r t i c l e e l e c t r o d ea n dg o o db i o d e g r a d a b i l i t yo fe f f l u e n t t h e r e f o r e ，d s aw a ss e l e c t e da s a n o d ei nt h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r o d ee l e c t r o - f e n t o nr e a c t o rt ot r e a tl a n d f i l l1 e a c h a t e t h ed y n a m i cm o d e lo fo r g a n i cc o n t a m i n a n t sd e g r a d a t e di nd s aa n o d i c t h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r o d ee l e c t r o f e n t o np r o c e s sw a se s t a b l i s h e d c t = 时c o 。1 】- 1 1 9 k ：0 0 2 6 6 ( 0 0 0 0 2 x 1 2 0 0 2 3 9 x l + 5 8 8 2 1 1 1 0 2 0 8 6 ( 4 7 8 0 8 x 2 2 - 2 4 8 7 6 x 2 + 5 4 11 9 ) 1 _ 0 7 1 4 ( o 3 6 5 2 x 3 2 - 0 7 2 0 8 x 3 + 5 0 8 1 3 ) o 9 6 9 1 ( o 0 7 2 1 x 4 2 - 0 4 9 2 7 x 4 + 5 5 6 0 6 ) 1 0 2 0 4 i tw a sp r o v e dt h a tt h ed y n a m i cm o d e lc a nb e a e rf o r e c a s tt h e e f f l u e n tc o do f l a n d f i l ll e a c h a t et r e a t e db yt h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r o d ee l e c t r o f e n t o np r o c e s su n d e r t l l ec o n d i t i o no fc u 【仃e n td e n s i t y4 2 8 m a - c n l 8 5 7 m a c m ，a i r f l o w 0 1m 3 h 一 0 4 m 3 h ，d o s a g eo f f e ( i i ) 0 5m m o l l - 1 - 2 0 m m o l l 1a n d i n i t i a lp h3 0 - - 6 0 i v a b s t r a c t l a n d f i l ll e a c h a t ew a sd e a l e dw i t hb yc o a g u l a t i o na n dt h r e e - d i m e n s i o n a l e l e c t r o d e e l e c t r o f e n t o np r o c e s sa n dt h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r so fe a c hs t e pw e r eo p t i m i z e d ， r e s p e c t i v e l y u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n , t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o d ，t o c ， a m m o n i a n i t r o g e n ，b o d 5 ，c o l o ra n ds sw e r eu pt o9 5 6 、9 2 8 、7 0 o 、8 8 1 、 9 9 6 a n d91 9 t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo fe f f l u e n tw a sg r e a t l yi m p r o v e da f t e r t r e a t m e n t ，w h i c hb e n e f i t t e dt h eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t t h ec o a g u l a t i o na n dt h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r o d ee l e c t r o - f e n t o np r o c e s s c a l l g e tm u c hh i g h e r r e m o v a l e f f i c i e n c i e so fa m m o n i a - n i t r o g e n , c o da n dc o l o rt h a nt h o s eo f i n d i v i d u a l c o a g u l a t i o na n de l e c t r o l y s i s t h ep r e t r e a t m e n to fc o a g u l a t i o ns i g n i f i c a n t l yr e d u c e d o p e r a t i n gl o a do fe l e c t r o l y s i s t h ed e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e l w a sm o r ec o m p l e t e d u r i n gt h es a m ee l e c t r o l y t i ct i m e t h ec o s to ft r e a t i n gl a n d f i l ll e a c h a t eb yc o a g u l a t i o n a n dt h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r o d ee l e c t r o f e n t o np r o c e s sw a sa b o u t3 0 8r m b m 3 ， w h i c hc a nb ed e c r e a s e di ft h ep r o c e s sw a sj u s tu s e da sp r e t r e a t m e n to fb i o c h e m i c a l t r e a t m e n t k e y w o r d s ：t h r e e d i m e n s i o n a l e l e c t r o d e e l e c t r o f e n t o n p r o c e s s ；c o a g u l a t i o n ； 1 a n d f i l ll e a c h a t e ；o r g a n i cc o m p o u n d ；w a s t e w a t e rt r e a t m e n t v 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液的产生、水质特征及处理现状 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 随着我国经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，城市化进程不断加 快，城市生活垃圾产量急剧增加。据统计，我国城市垃圾的年平均增长率高达8 1 0 ，一些城市的增长率甚至高达1 5 2 0 。按此增长速度预测，到2 0 1 0 年，我国城市垃圾的产量将达到2 6 4 亿吨，到2 0 5 0 年，垃圾产量将比粮食产量 大得多，城市将陷于垃圾的包围之中。可见，垃圾的妥善处置已成为一项十分 迫切的任务。从2 0 世纪8 0 年代开始，卫生填埋法被国内外广泛采用，它具有 构造简单、建设和运行费用低、管理方便、技术成熟等优点，成为目前我国垃 圾处理的主要方式。据中国环境监测总站对我国3 2 9 个城市垃圾处理场的调查 表明，卫生填埋场占垃圾处理设施的8 7 5 t 1 1 。垃圾进入填埋场后，由于自身的 好氧或厌氧发酵、降水的淋溶、冲刷以及地表水、地下水的浸泡，产生大量的 污水，即为垃圾渗滤液。总的来说，垃圾渗滤液的产生主要来自于以下五个方 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。所以，填埋场渗滤液产生量的多少与区域气候变化、水文条件及季节 变化有关。 ( 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。如果在设计施工中采取防渗措 施，就可以避免或减少地下水的渗入量。 ( 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。 ( 5 ) 微生物分解有机物产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解 会产生水分，出水量主要取决于垃圾的成分、温度、覆盖层性质等。 第一章绪论 垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，由于其流动缓慢，渗漏持 续时间长，如不妥善处理，将严重污染地表水和地下水，使地表水体缺氧、水 质恶化、富营养化，地下水丧失利用价值，地下水一旦被污染很难净化，造成 的影响短则几年，长则几百年。渗滤液中的有毒致癌物质和重金属通过食物链 还将直接威胁人类健康。因此，迫切需要采取有效的措施对垃圾渗滤液进行处 理。 1 1 2 垃圾渗滤液的水质特征 垃圾渗滤液的水质受垃圾成分、填埋时间、气候条件和填埋场设计等诸多因 素的影响，水质变化幅度大，我国典型城市的垃圾渗滤液水质如表1 1 所示。 表1 1 我国城市垃圾渗滤液水质2 1 ( r a g l - 1 ，p h 除外) 垃圾渗滤液的水质特征可概括为以下几点： ( 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂。通常，垃圾渗滤液中的有机物可分为 低分子量的脂肪酸、中等分子量的灰黄霉酸类物质和高分子量的碳水化合物类 物质、腐殖质类三种。张兰英等人【3 】采用g c m s d s 联用技术鉴定出渗滤液中 有9 3 种有机化合物，其中2 2 种被列入我国和美国e p a 环境优先控制污染物的 黑名单。郑曼英等人【4 j 测定了广州大田山垃圾渗滤液中的有机物，共检出主要有 机污染物7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烃烯烃类l8 种，酸类8 种，脂类5 种， 醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其它5 种，在7 7 种有机污染物中， 已被确认的可疑致癌物1 种，促癌物、辅致癌物5 种，被列入我国和美国e p a 环境优先控制污染物的黑名单的5 种。 2 第一章绪论 ( 2 ) c o d 和b o d 5 浓度高，且水质变化大。和城市污水相比，垃圾渗滤液c o d 和b o d 5 浓度是生活污水的1 0 1 0 0 倍，最高可达每升几万毫克。随着垃圾填埋 场“年龄”的增加，渗滤液的水质特征也发生相应的变化。通常可根据填埋场的“年 龄”将垃圾渗滤液分为两类：一类是填埋时间在3 5 年以下的早期渗滤液，其特 点是p h 低，c o d 和b o d 5 浓度高，b o d s c o d 值高，可生化性好；另一类是 填埋时间在5 年以上的中晚期渗滤液，其特点是p h 升高，c o d 和b o d 5 浓度降 低，b o d 5 c o d 值减小，可生化性差，氨氮浓度高。此外，渗滤液的水质还随 着季节变化，例如，平原地区填埋场在干冷季节渗滤液中的污染物浓度较低。 ( 3 ) 氨氮含量高。氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高，主要是因 为有机氮转化为氨氮造成的。在中晚期填埋场中，氨氮浓度高是垃圾渗滤液的 重要特征之一，也是导致处理难度增大的一个重要原因。 ( 4 ) 金属含量高。渗滤液中含有多种金属离子，其中铁和锌在酸性发酵阶段 较高，铁的浓度可达2 0 0 0 m g l d 左右，锌的浓度可达1 3 0 m g l 1 左右。 ( 5 ) 微生物营养元素比例失调。垃圾渗滤液中的磷元素缺乏，一般 b o d 5 t p 3 0 0 ，并且由于氨氮含量高，c n 的值常出现失调情况，不能满足微生 物生长的需要，降低生物处理效果。 ( 6 ) 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 的正常运行；由于渗滤液中含有较多难降解有机物，一般在生化处理后，c o d 浓度仍在5 0 0 2 0 0 0 r a g l 0 1 范围内。 1 1 3 我国垃圾渗滤液的处理现状 受经济发展水平的限制，我国垃圾渗滤液处理厂的建设较晚，从时间上看， 渗滤液的处理经历了三个阶段【弘驯： ( 1 ) 第一阶段 此阶段在9 0 年代初期，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、北京阿苏卫和六里屯卫生填埋场等。在此阶段，由于 渗滤液处理主要参照城市污水处理厂进行建设，没有考虑到渗滤液的水质特性， 因此都存在不能稳定运行的状况，出水也不能稳定达标。 ( 2 ) 第二阶段 此阶段在9 0 年代中后期，研究人员考虑到渗滤液水质的独特性，如高浓度 3 第一章绪论 的氨氮、高浓度的有机物等，采取了脱氨措施，采用的处理工艺一般为氨吹脱 一厌氧处理一好氧处理，代表性的工程实例有深圳下坪、香港新界西卫生填埋 场等。 ( 3 ) 第三阶段 2 0 0 0 年以后，由于经济的飞速发展，新建的卫生填埋场一般远离城区，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，一般需要处理到 二级甚至一级排放标准。此时的渗滤液一般采取生物处理一深度处理的方法， 代表性的工程实例有广州新丰、重庆长胜桥、贵阳高雁等垃圾填埋场。 目前，我国渗滤液处理技术大致有以下三种：一是沿用传统生活污水治理 技术，以简单生化为主，基本不达标，这种工程占渗滤液工程总量的6 0 以上； 二是近年来许多科研院所考虑到垃圾渗滤液的特点，不断探索一些新技术，改 良了一些老办法，整合了一些新工艺，并应用于实际工程，但效果并不理想， 这类工程占1 0 左右；三是一些填埋场苦于没有良好的处理技术，干脆自暴自 弃，简单对付，这类工程占2 0 以上。据中国城市建设研究院对全国2 9 2 家大 中型填埋场的调查显示：现有填埋场中，具有渗滤液处理系统的占6 1 ，其中 4 9 的填埋场进行了渗滤液处理，但没有达到“生活垃圾填埋污染控制标准 g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ”( 表1 2 ) 的要求，剩余1 2 的填埋场进行了处理，出水也只是 达到三级标准。到目前为止，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，渗滤液问题已成为垃圾产业化进程的“瓶颈”，严重 威胁了垃圾处理设施周围环境的安全及居民的健康生活。 表1 2 生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 注：三级标准是排市政管嗍的标准，二级和一级标准足排地表水的标准。 4 第一章绪论 1 2 垃圾渗滤液处理技术的研究现状 1 2 1 垃圾渗滤液处理技术 目前，国内外采用的垃圾渗滤液处理技术主要可分为物化法、生化法和土 地处理法三大类。 物化法包括混凝、吹脱、活性碳吸附、蒸发法、化学沉淀、离子交换、膜 分离等多种方法。物化法受垃圾渗滤液水质、水量变化的影响小，出水水质稳 定，尤其对b o d 5 c o d 较低而难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果， 但物化法处理费用高，一般用于渗滤液的预处理或深度处理。 生化法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类，好氧处理工艺包括活 性污泥法、曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘、滴滤池等，厌氧处理工艺包括厌 氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床、厌氧混合床等。生化法是垃圾 渗滤液处理中最常用的一类方法，因其运行费用低、处理效率高、不会出现化 学污泥等特点而被世界各国广泛采用。但单独采用生化法难以适应渗滤液水质 和水量的变化，尤其是氨氮和重金属浓度高时，对处理系统中的微生物有强烈 的抑制作用，影响处理效果，使出水难以达标。 土地处理法包括慢速渗滤法、快速渗滤法、表面漫流、人工湿地和回灌等， 其中人工湿地和回灌应用的较多。土地处理法的投资及运行费用较低，抗冲击 负荷能力强，同时还能加速填埋场稳定化进程，减少维护费用。但该法受土地 资源的限制，且容易使重金属和盐类在土壤中累积，对土壤和地下水造成污染。 近年来，国内外学者对垃圾渗滤液的处理进行了大量的研究，涌现出许多 新的处理技术，如电解法 9 1 、膜生物反应器( m b r ) 【1 0 1 、反渗透( r o ) 【1 1 】、f e n t o n 1 2 】、 光催化氧化【13 1 、超声波【1 4 1 、有效微生物( e m ) 技术【1 5 1 等，均取得了不错的处理效 果。 可见，垃圾渗滤液的处理工艺多种多样，各具优缺点。采用单一工艺处理， 往往在某些指标上能取得好的处理效果，而对其它指标的处理效果较差，很难 使出水达到排放标准。因此，必须将处理工艺由单一化向多元化发展，通过工 艺组合，取长补短，以达到满意的处理效果。工艺组合方式主要有以下几种： ( 1 ) 回灌一常规处理技术组合工艺 将渗滤液回灌到垃圾填埋场是一种经济、有效的手段。通过回灌可以减少 5 第一章绪论 渗滤液水量，降低渗滤液中有机物浓度，减轻后续处理设施的冲击负荷。同时， 它能加速填埋场内垃圾的降解，提高甲烷的产量，缩短填埋场的维护期。在降 雨量少、气候干燥、垃圾含水率低的情况下，通过回灌即可消除渗滤液，但在 大多数地区，回灌不能从根本上消除渗滤液，回灌后多余的水量还要接常规处 理工艺进行处理。可通过物化或厌氧水解工艺，降低有毒物质的浓度和提高渗 滤液的可生化性，再通过生物处理工艺大幅度降低渗滤液的c o d 、氨氮等指标， 使出水达标排放。 ( 2 ) 厌氧一好氧组合工艺 对于可生化性好的早期垃圾渗滤液，可直接采用生化法处理。虽然实践证 明厌氧生物法适合处理高浓度有机废水，但单独采用厌氧法对有机物氧化不彻 底，而且很难去除氨氮。因此，一般采取厌氧一好氧组合工艺，通过厌氧处理 提高渗滤液的可生化性，将大分子、难降解的有机物氧化成易于生物处理的小 分子有机物，好氧处理则最大程度的去除有机物和氨氮，提高处理效率。 ( 3 ) 物化一生化组合工艺 物化和生化法各具优缺点，将两者组合在一起可以取长补短，既能适应渗 滤液水质和水量的变化，又尽可能的降低运行成本。对于可生化性好的渗滤液， 可将生化法作为预处理技术，后接物化法以降低污染物浓度，使出水水质达标； 对于可生化性差、氨氮含量高的渗滤液，不宜直接采用生化法处理，可先采用 混凝、吹脱、电解氧化等物化处理工艺来提高渗滤液的可生化性，降低氨氮和 重金属浓度，然后接生化处理，以降低整条工艺的处理成本，如出水不能达标， 可用物化法进行深度处理或在土地条件允许的地区采用人工湿地等土地处理措 施处理。物化法和生化法组成的预处理一生物处理一后处理的工艺流程是目前 垃圾填埋场常采用的处理工艺。 1 2 2 垃圾渗滤液处理技术的国外研究现状 近年来，物化法特别是高级氧化技术处理垃圾渗滤液成为国外学者的研究 热点。x n t 锄p o u 等人【1 6 】用0 3 一混凝和混凝一0 3 法处理经生物预处理的垃圾渗 滤液，结果表明，混凝- - 0 3 处理效果好于0 3 一混凝，处理后渗滤液的c o d 值由 1 0 0 0 m g l 1 降到低于1 8 0 r a g l - 1 ；f j a v i e rr i v a s 等a t 17 】比较了混凝- - f e n t o n 和 f e n t o n - - 混凝对中期渗滤液的处理效果，并对反应条件进行摸索，结果显示， 6 第一章绪论 f e n t o n - - 混凝处理效果非常好，c o d 去除率高于9 0 。还有很多学者对光催化氧 化【1 8 】、电解法【19 1 、光电化学氧化【2 0 1 、超声波【1 4 】等高级氧化技术作为渗滤液预处 理或深度处理的可行性和处理效果等方面进行了深入的研究。 物化一生化组合工艺处理垃圾渗滤液也是国外学者研究的一个热点。 c l a u d i od ii a c o n i 等人【2 l 】研究了以新型生物反应器一序批式颗粒污泥滤床 ( s b b g r ) 为主体的磷酸氨镁沉淀法( m a p ) 一s b b g r 0 3 和m a p s b b g r f e n t o n 组合工艺对晚期城