（环境工程专业论文）uasbmbac工艺处理城市垃圾填埋场渗滤液试验研究.pdf

天津大学硕f 饽! 位论文 j _ _ 一 一 摘要 本文采用u a s b ( u p f l o w a n a e r o b i c s l u d g eb l a n k e t ) + m b a c ( m e m b r a n e b i 0 1 0 9 i c a l a c t i v a t e dc a r b o n ) # l = = l 合工艺对城市垃圾填埋场渗滤液进行处理实验研 究。在进水c o d 。，为5 0 0 - 3 0 0 0 m g l 、b o d s3 0 0 - 1 9 0 0 m l 、氨氮 1 4 6 5 7 1 0 7 1 5 m g l ，水力停留时间为1 9 - 3 0 h 的条件下，组合工艺出水c o d 。，降 为1 4 6 - - 8 8 0 m g l 、b o d 5 为7 弘1 4 2 m g l 、氨氮为5 5 - 6 2 0 m g l 。对c o d 的平均 去除率达7 3 ，对b o d 的平均去除率达9 7 ，对氨氮的平均去除率达5 2 。实 验结果表明该厌氧好氧工艺对垃圾渗滤液中主要污染物质能够有效的去除。 本文对影响u a s b 反应器和m b a c 反应器运行效果的各种因素进行了详细 地分析和研究，其中包括温度、上升流速、水力停留时间、进水有机物浓度、进 水有机负荷及p h 值等。实验证明u a s b + m b a c 工艺对垃圾渗滤液中可生物降 解的有机物成分有很好的降解，但由于垃圾渗滤液的复杂性，生化处理工艺对难 生物降解有机物的去除有一定局限性。 针对用生物组合工艺处理垃圾渗滤液出水c o d 浓度仍较高的问题，尝试用 不同物理化学方法处理组合工艺出水，降低最终出水的c o d 浓度，以提高c o d 的去除率。采用聚合氯化铝混凝沉淀处理，处理后c o d 值最低可以降至 6 2 1 m g l ；采用粉末活性炭吸附处理，c o d 最低可降至3 5 1m g l ；采用f e n t o n 试剂氧化降解进行处理，c o d 最低可降至3 4 7m g 见；两采用粉末活性炭及f e n t o n 试剂联用处理，最低可降至3 3 1m g l 。试验发现，不同的物化处理后的残余有 机物浓度非常接近，表明简单的物化处理难于去除垃圾渗滤液中某部分有机物。 经对生物组合工艺出水色谱一质谱联机分析，表明其中含有大量难降解的有机污 染物。 关键词：垃圾渗滤液，u a s b ，生物活性碳， 膜生物反应器，后处理 唯物叮降解性 丕堡叁兰堕! 兰竺丝兰 a b s t r a c t t h et r e a t m e n to fm u n i c i p a lr e f u s el a n d f i l ll e a c h a t eb yt h ec o m b i n e ds y s t e mo f u a s b ( u p f l o wa n a e r o b i c s l u d g eb l a n k e t ) a n dm b a c ( m e m b r a n eb i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o n ) w a ss t u d i e di nt h i st h e s i s d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，t h er a n g e so f c o d ，b o da n da m m o n i a n i r t o g e ni n t h ei n f l u e n tw e r e5 0 0 3 0 0 0 r ；l l3 0 0 - 1 9 0 0 m g c l 、1 4 6 5 7 - 1 0 7 1 5 m g l ，r e s p e c t i v e l y t h e r e m o v a l so f c o d ，b o da n d a m m o n i a n i t r o g e no ft h ec o m b i n e ds y s t e ma t a no v e r a l lh r to f1 9 - 3 0 ha c h i e v e d 7 3 ，9 7 a n d5 2 ，r e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tc o d ，b o da n da m m o n i a n i t r o g e n r a n g e d1 4 6 一一8 8 0 m g 几7 8 - 1 4 2 m g la n d5 5 - 6 2 0 m g l , r e s p e c t i v e l y n ee x p e r i m e n t s h o w e dt h a tt h ec o m b i n e ds y s t e mh a dag r e a tr e m o v a lo fm o s tp o l l u t a n ti nl a n d f i l l l e a c h a t e n em a i nf a c t o r so fe f f e c to np e r f o r m a n c eo fu a s ba n dm b a cr e a c t o r sa b o u t t h er e m o v a lo fo r g a n i cs u b s t a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d ，s u c ha s t e m p e r a t u r e ，h r t s ， s t r e n g t ho fi n f l u e n t ，o l r sa n dp h t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o m b i n e ds y s t e m h a de x c e l l e n tr e m o v a lo fb i o d e g r a d a b l eo r g a n i cs u b s t a n c e h o w e v e r , t h e r ew a sa l i m i t e dc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cs u b s t a n c ei nt h ee f f l u e n to fb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t b e c a u s eo fn o n b i o d e g r a d a t i o no fl a n d f i l ll e a c h a t e i th a db e e ns t u d i e da b o u tp o l i s h i n gp r o c e s s e so fp h y s i c o c h e m i c a lt r e a t m e n tt o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fc o d r e m o v a lb e c a u s ec o do fe f f l u e n tf r o mt h ec o m b i n e d s y s t e mw a ss t i l lh i 曲t h el o w e s tr e m a i n i n gc o d c o n c e n t r a t i o nw a s6 2 1 m g lw i t h t h ep o l y m e r i z a t i o na l u m i n u mc h l o r i d ec o a g u l a t i o np r e c i p i t a t i o np r o c e s s ；3 5 1 m g l w i t ht h ep a c a d s o r p t i o np r o c e s s ；3 4 7 m g l w i t ht h er e a g e n tf e n t o no x i d a t i o np r o c e s s ； 3 3 1 m g l w i t ht h ec o m b i n a t i o no fp a ca n d r e a g e n t f e n t o n ，r e s p e c t i v e l y s i g n i f i c a n t l y , t h er e m a i n i n g c o dc o n c e n t r a t i o n so ft h es e v e r a lk i n d s o f p h y s i c o c h e m i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s e sw e r ev e r yc l o s e a sar e s u l t ，t h e r ew a sa l s oa l i m i t e dc o n c e n t r a t i o no f o r g a n i cs u b s t a n c ei nt h ee f f l u e n to fs i m p l ep h y s i c o c h e m i c a l t r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e m o r e o v e r ，j ta l s op r o v e dt h a tt h e r ew e r el o t so f o r g a n i cs u b s t a n c eh a r dt ob ed e g r a d e di nt h el a n d f i l ll e a c h a t e ，w h i c hw e r em o n i t o r e d b ym e a n s o fg c m s k e y w o r d ：l a n d f i l l l e a c h a t e ，u a s b ，b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n ，m e m b r a n e b i o l o g i c a lr e a c t o r ，p o l i s h i n gp r o c e s s ，b i o d e g r a d a t i o n 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 研究成果，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 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生盘鲎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 作了明确的晚明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字同期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤壅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) 学位论文作者签名： 签字日期 导师签名 签字f 1 期 灭津人学硕l 学位论文 第一章绪论 1 1 垃圾填埋场渗滤液的产生及特点 随着经济的发展、城市规模的扩大和人民生活水平的提高，固体废物产量 与日俱增。固体废物造成的环境污染同益严重，控制固体废物污染已成为我国亟 待解决的重大环境问题之一。垃圾卫生填埋技术工艺简单，成本较低，能处理多 种类型的废物，是一项适合我国国情的固体废物的处理技术。近年来，我国陆续 兴建了一批固体废物填埋场，改变了长期以来的无控制处置状况，这对解决固体 废物污染控制问题是十分重要的。但是采用填埋场处理城市垃圾，人们比较担心 的问题是二次污染，处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重 要的措施【m j 。 垃圾卫生填埋的机理是利用厌氧发酵的方法，将垃圾中大量有机物通过厌 氧及兼氧微生物的降解作用，转化为二氧化碳、甲烷等气态物质。由于城市固体 废物本身含有大量的水分，在进行生物转化过程中就会以渗滤液的形式渗滤出 来，同时垃圾填埋场在夏季受降雨及径流因素的影响，也会造成垃圾填埋场渗滤 液渗滤出来【3 】o 经天津市垃圾填埋场调查了解，降雨是垃圾填埋场渗滤液的主要 来源，降雨量的大小直接影响垃圾渗滤液的多少。垃圾渗滤液是一种成分复杂的 高浓度废水，含有大量有机物、无机离子以及离子一有机化合物，而且同一垃圾 填埋场的渗滤液的性质随着填埋场的气候条件、水文条件、季节、垃圾的性质及 所含水分的变化而发生明显变化【4 j 。渗滤液的性质也随着垃圾场的使用时间而变 化，这种性质的变化反映了固体垃圾的稳定过程，并可以用五个阶段来概括： 最初的调节，在固体垃圾中积累了足够的水分，以供微生物生存、活动需 要；转化，垃圾中所含的水分超过其存储能力，开始形成渗滤液，在渗滤液中可 测到挥发性有机脂肪酸，同时系统从有氧态转化为无氧态；酸的形成，在渗滤液 中，挥发性有机脂肪酸占统治地位，其p h 值下降，甲烷发酵，酸性发酵阶段的 产物转化为甲烷和二氧化碳，系统氧化还原电位处于最低点，渗滤液中的有机物 含量急剧减少：最后成熟，垃圾及垃圾渗滤液中的有机物得到稳定，系统处于相 兀津大学硕i 。学位论义 对非活动状态，氧化还原电位上升，系统由无氧态缓慢地转化为有氧态，自然环 境得以恢复n 因此，在这稳定过程中存在两个主要作用，一是固体垃圾中有机 物分解，形成叮溶件或可挥发性的产物，进入渗滤液或大气，而最终离开了垃圾 填埋场。另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质有可能留在垃圾中，也可 能进入渗滤液。这两个作用的综合结果，使渗滤液中离子有机物增高| 5 j 。 渗滤液通常可据填埋场的“年龄”分为两大类1 6 j ，一类是“年轻”填埋场( 五 年以下) 的渗滤液，其特点是c o d 。，和b o d 5 浓度高，c o d c ，最高可达8 0 0 0 0 m l ， b o d 5 最高可达3 5 0 0 0 m g l ，b o d 5 c o d 。，比值一般为o 5 o 7 ，可生化性良好。 金属含量较高，例如铁的浓度高达2 0 5 0 m g l ，锚的浓度可高达1 2 3 m g l ，锌的 浓度可高达1 3 0 m g l ，钙的浓度可高达4 3 0 0 m g l ，并且营养元素比例失调，p h 值也较低【7 1 。另一类是“老”的垃圾填埋场( 五年以上) 的渗滤液【8 】，其特点是 b o d 5 、c o d 。，较低，b o d 5 c o d 。也明显降低，氨氮浓度较高，p h 值升高，金 属离子浓度有所降低。同时渗滤液的量与垃圾的密度也十分有关，垃圾密度大则 渗滤液的水量也大，通常是年降水量的1 5 5 0 ，并且当其流量达到高峰时，其 浓度往往也是最大的1 9 l 。 1 2 垃圾渗滤液处理技术综述 1 2 1 垃圾渗滤液与城市污水合并处理 将垃圾填埋场渗滤液直接排入污水处理厂与城市污水合并处理，是一种简 单的处理方法。垃圾渗滤液中的c o d 。、b o d 5 都很高，并且含有很多难降解有 机物。与城市污水共同处理时，可将其稀释而并不会造成对城市污水处理系统的 j f 常运转的影响。据加拿大科研机构分析f 1 0 l ，当渗滤液c o d c r = 2 4 0 0 0 m g l ，流 量占城市污水处理厂总流量约2 左右时，污水厂的运行管理和处理效果不受影 响。当渗滤液c o d 。，为3 5 0 0 m g l 左右而流量不超过城市污水厂流量的4 0 时， 城市污水厂的处理效果也不受影响。城市污水厂的剩余污泥可回填至垃圾填埋 场，因为其中微生物含量较高从而有助于缩短垃圾填埋厂的稳定过程。但垃圾填 埋场往往远离城市，和城市污水处理管路有相当的距离，渗滤液与城市污水的合 并困难较大，基建费用较高，并且运行管理操作复杂，所以垃圾填埋渗滤液与城 天津大学硕l 学位论义 市污水综合处理往往难以实现。 1 2 2十地处理方式 十地处理法即渗滤液回灌法1 1 1 l 。就是将渗滤液收集起来，通过喷灌使之回 流到填埋场。北英格兰的s e a m e rc a r r 垃圾填埋场【1 2 】，有一部分采用渗滤液再循 环，2 0 个月后再循环区渗滤液的c o d 值降低较多，金属浓度有较大幅度下降， 而氨氮浓度变化较小。唐山市垃圾填埋场运用渗滤液回流再渗滤处理法1 1 3 】，将雨 后垃圾渗滤液收集后，经沉淀调节池处理后，喷灌回流至填埋场。同时沉淀调节 池中的污泥排放时也可与渗滤液一并回流至填埋场，不但可以消除污泥二次污 染，还可以加速垃圾有机物的分解稳定。但采用土地处理方法，对渗滤液中的污 染物质去除效果不稳定，缺乏各种必要的参数和规范。而且还要考虑清淤、收割 和更新植物以及防治病虫害的问题。 采用土地处理方式，会造成对周围水源的污染，而且循环后的低浓度渗滤 也不能直接排放，因为其中氨氮、氯离子浓度都较高。同时温度较低的季节时， 蒸发量较少，填埋场中生物活性弱，循环渗滤液的处理效果较型1 4 l 。 1 2 3物理化学方法处理 由于垃圾渗滤液常含有较高浓度的c o d 。、b o d 、氨氮及各种重金属离子 等，可生化性较差，在进行渗滤液处理，尤其是用生物方法处理时，很有必要用 物化的方法对其进行预处理，降低c o d c ，、b o d 的浓度，除去大部分氨氮、重 金属和s s 等污染物，改善渗滤液的可生化性和尽量减少重金属离子和氨氮等对 微生物的抑制作用。常用的物化方法有吸附法、絮凝沉淀法、氧化还原法等。武 汉大学张辉等人利用强氧化药剂f e n t o n 试剂对垃圾渗滤进行处理，对于老化的 垃圾填埋厂的渗滤液，当药剂投加量大约为o 1 m o l l 时，其c o d 的去除可达 6 7 5 以上【1 5 j 。湖南大学的谭小萍等人对利用光催化氧化渗滤液的方法进行了研 究1 1 6 j 。哈尔滨建筑大学的王宝珍等人采用p a c 作为混凝剂、焦炭作为吸附剂， 研究混凝吸附处理垃圾渗滤液，可达到对c o d 5 8 9 的去除，同时对重金属也可 达到6 0 的去除1 1 7 】。a i m a i 等用生物活性炭流化床工艺处理老填埋场渗滤液时， 先用臭氧进行氧化预处理，可以大大提高渗滤液的可生化性【1 8 1 。针对垃圾渗滤液 的难去除性，世界上许多国家开始采用高效的物化方法直接对其进行处理，从而 直接达到出水标准。哈尔滨建筑大学的王林等人利用深度氧化处理技术( a o t 。) 天津人学颀 j 学位论文 处理垃圾渗滤液【”】，通过分别利用光催化氧化、臭氧固定床催化氧化及复合式紫 外催化氧化等都可以达到对垃圾渗滤液良好的去除效果。英国采用r o c h e m s 反 渗透工艺处理垃圾渗滤液 2 0 ，通过专利产品r o c h e m s 离析膜系统，能够充分去 除渗滤液中的重金属、固体悬浮物、氨氮和有害难降解的有机物，其出水严格满 足水质排放的标准。湖南大学的袁维芳等人采用反渗透膜方法深度处理城市垃圾 填埋场渗滤液，将经过投药混凝沉淀的渗滤液进行反渗透处理，出水c o d 的 去除达到近1 0 0 ，经处理后得出水各项水质指标完全在国家排放标准一级以下， 从而达到了非常好的净化。 利用高效的物化方法虽然可以对垃圾渗滤液也有较好的处理，但由于物化方 法投资大，工艺复杂，运行费用高，管理难度大，在我国现有的条件下并不经济 可行，只能作为生物处理的一神补充，从而达到最佳的处理效果。 1 2 4垃圾渗滤液的生物处理 1 2 4 1 好氧生物处理 活性污泥法作为传统对废水处理的生物工艺得到最广泛的应用。美国和德 国的几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，活性污泥法可以获得一定的垃 圾渗滤液处理效果。如美国宾州f a l lt o w n s h i p 污水处理厂1 22 1 ，其垃圾渗滤液的 c o d o 为6 0 0 0 - 1 2 0 0 0 m g l ，b o d 5 为3 0 0 0 - 8 0 0 0 m g l ，氨氮为2 0 0 - 2 0 0 0 m g l 。 曝气池污泥浓度( m l v s s ) 为6 0 0 0 - - 1 2 0 0 0 m g l ，是一般污泥浓度的3 - 6 倍。经 过处理后的垃圾渗滤液最终出水b o d 5 为1 0 0 - 3 0 0m g t , ，去除率达9 7 。但在 高污泥浓度条件下，其泥水分离采用一般的二沉池也是难以实现的。 也有采用低氧一好氧活性污泥法或s b r 法等改进的活性污泥流程，其具有 能维持较高运转负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效。同济大学采用 低氧好氧活性污泥法处理模拟渗滤液1 2 3 。进水c o d c ，、b o d 、s s 分别为 6 4 6 6 m g l 、3 5 0 2 m g l 、2 3 9 6 m g l 时，经过处理后c o d c r 小于3 0 0 r n g 几，b o d 小于5 0 m g l ，s s 小于l o o m g l 。两段法处理渗滤液中的氮、磷也较一般生物法 好。磷的平均去除率达到9 0 5 ，氮的平均去除率也为6 7 5 。 与活性污泥法相比，生物膜上能生长世代较长的微生物，促进对垃圾渗滤 液的处理效果。u w e l a n d e r l 2 4 1 等用悬浮载体生物膜反应器在1 0 2 6 下处理垃圾 渗滤液，t n 可去除9 0 左右，同时去除2 0 左右的c o d c 。j p h e n d e t s o n | 2 5 j 等 4 凡汴人学坷! i 学位论文 用l 物转盘( r b c ) 和间歇式反应器( s b r ) 处理垃圾渗滤液，在负荷为 4 5 9 ( m 3 d 1 ，h r t = 0 3 d ，t = 1 8 。c i j _ , jt 渗滤液经r b c 处理n h 3 - n 去除率9 8 以 卜：当负荷为4 0 0 9 ( m 3 d ) ，h r t = 0 3 d ，t = 2 0 9 c 时，渗滤液经s b r 处理后n h 3 一n 去除也达到9 8 以上。 曝气稳定塘由于工程简单，在土地有富余的地区，是晟经济的垃圾渗滤液 生物处理方法。英国在b r y np o s t e gl a n d f i l l 投资建立了一座1 0 0 0 m 3 的曝气氧化 塘，最小水力停留时间1 0 d ，氧化塘出水沉淀后进入城市下水道。此系统运行后， 最大c o d c ，为2 4 0 0 0 m g l ，最大b o d 5 为l o o o o m g m ，f m 为 0 0 5 - 4 3 3 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) ，水量变化范围0 - 1 5 0 m 3 d ，出水b o d 5 平均为 2 4 m g l ，出水c o d 平均达7 2 0m g l ，但运行过程中需投加p i 矧。 p i r b a z a r i 2 7 1 等人曾经尝试采用膜生物活性炭工艺对垃圾渗滤液进行处理研 究，向生物反应器中投加粉末活性炭，并最终形成了生物活性炭颗粒，再对生物 反应器的出水进行膜分离，实际就是分置式膜- 生物活性炭方式处理垃圾渗滤液， 通过吸附、生物降解和膜过滤的基同作用，达到了较好的处理效果，该工艺对 t o c 的去除率可以达到9 5 9 8 ，对特殊有机物的去除也超过9 7 。 1 2 4 2 厌氧生物处理 加拿大h a l i f a x h i g h w a y l 0 1 2 吲填埋场采用厌氧生物滤池处理垃圾渗滤液，进 水c o d c ，为1 2 8 5 0 m g l ，b o d c o d 为o 7 ，p h 为5 娟，将此渗滤液经石灰水调 节p h 达到7 8 ，沉淀1 h 后进厌氧滤池，当负荷为4 k g c o d l ( m 3 d ) 时，c o d 出 水达1 0 0 0 m e c l 以上，而当负荷再增加时，其去除率急剧下降。加拿大的t o r o t o 大学等也在室温条件下成功的采用厌氧滤池分别处理年龄为1 5 年和8 年的渗滤 液【2 9 】，他们的c o d 各为1 4 0 0 0 m g l 和4 0 0 0 m g l ，b o d c o d 各为0 7 和o 5 ， 当负荷为1 2 6 - 1 4 5 k g c o d ( m 3 d ) ，h r t 为2 4 9 6 h ，c o d 出水在1 4 0 0 以下。 由此可见，厌氧生物滤池可以处理垃圾渗滤液并达到一定的去除效果，但须保持 较低负荷才能得到理想的处理效果。 英国的水研究中心报导用上向流厌氧污泥床( u a s b ) 处理c o d 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液i 捌，当负荷为3 6 1 9 7k g c o d ( m 3 d ) ，温度为3 0 c ，c o d 和b o d ； 的去除率各为8 2 羊18 5 ，它们的负荷比厌氧滤池要大的多。 同好氧方法相比，厌氧生物处理有几个优点：好氧方法需消耗能量( 空te 天津人学坝i 学位论文 压缩机、转刷等) ，丽厌氧处理却可产生能量( 甲烷气体) 。c o d 越高，好氧方 法耗能越多，厌氧方法产能越多，：者的差异就越明显；厌氧处理时有机物转化 成污泥的比例( o 1 k g m l s s k g c o d c ，) 远小于好氧处理的比例 ( o 5 k g m l s s k g c o d o ) 1 3 1 j ，因此污泥处理和处置的费用大为降低：厌氧处理时 污泥的生长量小，对无机营养元素的要求远小于好氧处理，因此适合于处理磷含 量比较低的垃圾渗滤液。据报导许多在好氧条件下难于处理的氯素有机物在厌 氧时可以被生物降解。厌氧处理的有机物负荷高，占地面积小。 1 2 4 3 厌氧一好氧联合处理 在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用厌氧一好氧组合处理系统。实践表 明，采用该工艺既经济合理，处理效率又较高，不仅可以较有效的去除c o d c r 和b o d ，还可较好的去除氮和磷等。 西南师大生物系对p h 为8 o 一8 6 ，c o d 为1 6 1 2 4 r i = i g l ，b o d 5 为2 1 4 4 0 6 m g l ，n h 3 n 为4 7 5m g l 的试验室配水模拟的渗滤液采用厌氧一好氧生物化学 处理，取得出水p h 为7 1 - 7 。9 ，c o d 为1 7 0 。3 3 3 1 4 。8 m g l ，b o d 5 为9 1 4 m e m ， n h 3 n 为2 9 1m g l 的良好效果【3 4 1 。广州市环境卫生研究所对广州市大田山垃圾 填埋厂渗滤液进行厌氧一气浮一好氧试验，进水水质c o d o 为8 0 0 0 m g l ，b o d 5 为5 0 0 0m g l ，s s 为7 0 0m g l ，p h 为7 5 ，处理后水质c o d c r 为1 0 0 0 m g l ，b o d 5 为6 0m g l ，s s 为5 0 0m g l p h 为6 5 - 7 5 。考虑到渗滤液水质变幅较大的特点， 在厌氧段后加入气浮工艺，提高处理能力以应付进水水质偏高的情况1 3 5 】。目前深 圳下坪垃圾填埋厂设计采用厌氧一气浮一好氧工艺处理渗滤液。 b o r z a c c o n i t 3 1 1 等用u a s b + r b c 组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液 ( c o d c ，1 8 5 0 0 m g l ，b o d s l 0 5 0 0 m 叽，n h 3 一n 1 5 0 0 m g l 等) ，经过厌氧阶段 ( u a s b ) 处理，c o d o4 0 0 0m g ，l 以下。再经过好氧阶段( r b c ) 处理，出水 c o d c ，降到1 2 0 0 m g l 左右。整个系统的污泥产量仅是用好氧处理时的一半。王 宝贞等人采用a ( 缺氧活性污泥) b ( a o 淹没式生物膜) 复合工艺处理苏州七子 山填埋场的渗滤液，c o d c 。，n h 3 _ n 和t n 去除率分别为9 4 2 、9 5 1 和7 3 9 ， 使得其出水c o d 浓度可在1 0 0 0m l 以下1 3 2 1 。福州市1 9 9 5 年建成了国内最现 代化的垃圾渗滤液处理场【3 3 】，处理垃圾渗滤液水量为1 0 0 0 m 3 d ，垃圾渗滤液进 水水质为c o d e 。为8 0 0 0m g l ，b o d s 为5 5 0 0 m g l ，采用工艺流程为u a s b 一奥 天津大学硕i 。学位论文 贝尔氧化沟活性污泥法一生物稳定塘。 虽然各种生物工艺处理垃圾渗滤液的c o d 和b o d 去除率较高，但由于垃 圾渗滤液中难生物降解的物质较多，一个共同的特点就是h 水c o d 浓度仍较高， 很少有出水浓度低于1 0 0 0 1 1 3 t g l ，不能达到国家污水排放标准要求。因此需要进 一步研究新型组合工艺，易于管理运行同时达到处理要求。 山于渗滤液水质水量的时间和地域变化性大，其中难去除的物质多，不仅 采用单一处理方法不能满足其处理需要，需要通过不同的方法优化组合与灵活运 用才能达到有效的处理，而且适用于某一填埋场或某一地区的处理t 艺往往也不 是普遍适用的，需要因地制宜的研究采用不同的工艺。 鉴于目前国内垃圾填埋场建设的垃圾渗滤液直接处理工艺很少有能真正满 足卫生填埋场渗滤液排放标准。许多填埋场都因为投资所限无法按设计要求建造 达到环境保护要求的渗滤液处理系统。因此需要发展投资省、效果好的渗滤液处 理技术和工艺。 1 3 研究目的及主要内容 本课题是天津市市政局科技立项的研究项目，为天津市双口垃圾填埋场垃 圾渗滤液处理工艺改造进行前期试验。天津市双口垃圾填埋场于2 0 0 1 年投入运 行运转，填埋场建有日处理量最高可达1 2 0 0 m 3 的垃圾渗滤液处理设备工艺，其 工艺组成为常温u a s b 反应器组合s b r 好氧生物反应器。在垃圾渗滤液进液 c o d 为2 0 0 0 - 1 2 0 0 0 m g l ，进液b o d 为1 0 0 0 - 7 0 0 0 m 叽，氨氮为5 0 0 - 7 0 0 m g l 的条件下，该套工艺出水c o d 为1 0 0 0 - 1 5 0 0 m g l 、b o d 低于5 0 m g l 、氨氮浓 度低于1 0 0 m g l 。虽然c o d 平均去除率达9 1 3 ，但其出水c o d 浓度仍较高， 远远不能达到国家污水排放标准要求。特别是在冬季，由于低温条件下u a s b 和s b r 的处理效率明显下降，平均c o d 出水高于2 0 0 0 m g l 、氨氮去除率低于 3 0 ， u a s b 反应器几乎没有去除效果。随着污水排放标准要求的逐步提高， 需要对渗滤液处理工艺进行进一步的改进和提高。 本论文旨在通过实际垃圾渗滤液处理试验，研究以下几个方面的问题： 1 ，研究中温u a s b 串联好氧膜生物炭反应器工艺对垃圾渗滤液的处理能力， 天津大学硕：i 一学位论文 开发新型、高效的渗滤液处理工艺。 2 天津市双口垃圾填埋场渗滤液特性检测及分析 3 试验研究u a s b 反应器对渗滤液的处理效果、关键工艺参数、生物降解 机理及影响因素分析。 4 试验研究膜生物炭反应器对u a s b 出水的处理效果、工艺参数、有机物 降解机理及影响因素分析。 5 探索可与生物处理工艺结合使用的物化处理方法，从而进步降低出水 c o d 浓度，力争达到排放的标准。 天津大学硕j 学位论文 第二章实验装置及实验方法 2 1 处理工艺的选择 综合比较各种渗滤液技术的优缺点，本课题选择了u a s b 反应器( u p f l o w a n e a r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) 串联m b a c 反应：器( m e m b r a n eb i o l o g i c a la c t i v a t e d c a r b o n ) j e 物处理工艺处理天津市双口垃圾填埋场渗滤液的组合工艺。 2 1 1升流式厌氧污泥床( u a s b ) 技术特点 二十世纪中后期，厌氧生物处理在微生物降解机理及反应器工艺方面进行 了大量研究，取得了重大进展，研制了一系列新型的厌氧生物反应器工艺。其主 要特点就是反应器内生物体截留量增多，生物固体停留时间( s r t ) 长，独立于 水力停留时间( h r t ) ，可以在较短时间的h r t 条件下，取得良好的运行效果， 使反应器处理有机物能力大大提高。其中升流式厌氧污泥床( u p f l o wa n e a r o b i c s l u d g eb l a n k e t ，简称u a s b ) 被公认为是最有前途的厌氧生物反应器f 3 4 j 。相对 于其它厌氧生物反应器，其主要特征是反应器内具有活性高、沉降好的高浓度颗 粒污泥，污泥床区颗粒污泥浓度达4 0 8 0 9 v s s l 3 5 1 。 u a s b 的主要优点是，不容易发生淘流，产气的搅拌作用使污泥床不断运动 从而达到与废水混合，不需要填料，从而有更大的空间容纳污泥，容积负荷能力 远远超过其它厌氧生物反应器，投资和运行成本更节省【3 4 - - 3 5 】。 由于垃圾渗滤液本身有机物浓度较高，进水有机物负荷一般较高，u a s b 作 为高效厌氧生物反应器，在国内外垃圾渗滤液处理中已经被广泛的验证并予以采 用。 2 1 2 膜生物活性炭工艺( m b a c ) 技术特点 2 1 。2 。1 膜生物反应器 2 0 世纪6 0 年代来，美国在生活污水处理中以超滤膜代替二沉池，取得了极 好的效果。到8 0 年代，随着膜技术的发展和完善，膜生物反应器( m b r ) 开始 进入城市及垃圾渗滤液的处理i 。膜生物反应器作为种新型的废水处理和水 回用技术，是由微滤膜、超滤膜或纳滤膜组件与生物反应器组成。根据膜组件在 天津人学硕j ：学位论文 牛物反应器中作用的不同，m b r 可分为分离式膜生物反应器、曝气膜生物反应 器及萃取膜生物反应器，按膜组件与生物反应器的组合位置，m b r 有可分为一 体式( 浸没式) 和分置式( 循环式) 3 7 。3 8 】。 膜生物反应器具有许多其它生物处理工艺无法比拟的明显优势，包括具有高 效的固液分离效果，出水悬浮物接近于零。高效截流作用，完全实现了h r t 和 s r t 的分离，提高了微生物浓度。同时其占地小，工艺设备集中，可以采用p l c 控制，实现全程自动化控制【3 9 4 1 】_ 。 目前膜生物反应器主要用于中水回用技术，并没有在废水处理中得到广泛的 推广。本课题尝试将膜生物反应器应用于垃圾渗滤液处理中，主要是基于以下几 点考虑：首先膜生物反应器可维持高浓度生物量，从而可以提高对渗滤液中高浓 度、难降解的有机物的取出效果，其次膜生物反应器可以解决高浓度污泥生物反 应器的固液分离问题。 2 1 2 2 生物活性炭工艺 生物活性炭处理工艺b a c t ( b i o l o g i c a l a c t i v a t e dc a r b o nt r e a t m e n t p r o c e s s ) 是 一种在活性污泥中投加粉末活性炭( p a c ) 的改良活性污泥法。p a c 可以直接投 入曝气池中，也可以和初沉池出水混合后再进入生物处理系统，p a c 和生物固体 结合在一起，在二沉池中与废水分离后返回系统椰】。 p a c 对于难降解的有机物具有较好的吸附性能。在粉末活性炭强化生物处理 工艺中，难降解的有机物首先被吸附在p a c 表面，这样，宏观环境中的难降解 物质和有毒物质的浓度减少，处于游离状态的微生物的活性提高，对污染物的分 解和去除能力增强。同时由于p a c 对难降解物质和微生物的吸附，延长了微生 物与这些物质的接触时间。长期运行的结果，使微生物得到写l i 忧，并提高了对难 降解有机物的去除效果【4 ”。在粉末活性炭强化工艺中，经常控制系统固体停留时 间5 0 - l o o d ，甚至更长，这就为微生物繁衍提供了良好的条件。另外有些专性附 生生物( o b l i g a t ep e r i p h y t e s ) 1 4 7 1 和絮凝能力差的微生物在活性炭生物处理系统 中，由于p a c 的作用而得以生存。因此活性炭生物处理系统中的微生物数量和 种类要比传统生物处理系统中的微生物数量和种类多，对难降解的有机物去除能 力也相应的增强【4 8 。”。微生物对有机物的分解都是在酶的参与下进行的。多聚 物或其他大分了有机物往往是通过胞外酶水解以后再进入细胞体的。p a c 对胞外 1 0 天津人学颁l 学位沧义 酶的吸附也有利于微生物对这些物质的分解去除。同时将活性炭作为7 卜物膜载 体，利用活性炭的吸附作用和生物膜的降解作用达到去除水中污染物的f 1 的i ”i 。 ，卜物活性炭法处理废水时，一方面污染物通过扩散到达活性炭- t l r h 被吸附网 定，活性炭吸附能力随之逐步降低，另一方面，在菌体的作用下，被吸附的污染 物被微生物利用降解并通过扩散进入水体，活性又逐步恢复，形成一个动态i f 衡 的作用周期，污染物在这一周期的不断反复中被氧化分解口。”t 。如果废水t _ p 污 染物均为生物可降解有机物，那么这一作用周期可以永远循环，事实上废水的成 分比较复杂，内含一些无机物和生物不可降解有机物，这些物质一旦被活性炭吸 附固定，就不容易脱落。因此，生物活性炭每历经一个作用周期后，其吸附能力 有所降低。就活性炭的使用周期丽言，要看废水的成分和性质，废水中不可生物 降解的物质多，使用周期就短；反之，使用周期长。与纯活性炭吸附相比，其使 用周期可大大延长【5 3 】。 针对垃圾渗滤液中难生物降解的物质含量较多，本实验尝试将活性炭投加到 膜生物反应器中，形成膜生物炭反应器，提高对垃圾渗滤液的处理能力。该反应 器集悬浮状微生物的生物降解作用、生物炭的高效吸附作用、活性炭上生物膜的 降解作用及微滤膜的高效固液分离作用于一体，可以最大限度的提高生物反应器 的生物量，实现了反应器中微生物的高富集性，从而使反应器的处理效率大大提 高。 2 2 实验装置 本试验采用的实验装置示意图如图2 - 1 所示： 1 u a s b 反应器采用透明有机玻璃柱加工丽成。反应区高1 4 0 m ，内径8 0 r a m ， 体积为6 1 2 8 l 。三相分离区高o 3 0 m ，内径1 2 0 m m ，体积为4 2 5 0 l ，放缩段高 o 0 5 m ，体积为0 2 6 8 l ，整个反应器的总体积为1 0 6 5 l 。在反应器上，距底部每 3 0 0 r a m 设置一个取样1 7 1 ，共设置了5 个取样口，以便耿污泥部分的泥样进行分 析，u a s b 放在一个恒温箱内，控制温度为3 3 - 3 5 。c 。u a s b 反应器采用连续进 出水的方式运行，进水流量由蠕动泵控制测定。u a s b 的产气用湿式气体流量计 来记录累i , i 产。量。 天津人学硕l 学位论文 三一 茁式气体 垃垣 渗穗瘟 出永 图2 1 实验装置流程图 2 膜生物炭反应器同样采用有机玻璃柱加工而成。内径8 0 r a m ，高2 0 m ，体积 为1 0 0 4 l ，其膜组件出水采用虹吸自流式，靠反应器与水封瓶水位差出水，用时 f l ；i j 继电器控制定时出水。 3 中空纤维膜组件，采用天津纺织大学膜天膜技术公司生产的聚偏氟乙烯 ( p v d f ) 中孔纤维微滤膜。膜组件有效面积为0 5 m 2 ，参数见表2 1 。 表2 - 1 膜组件参数 制造商天津纺织大学膜天技术工程公司 材料聚偏氟乙烯( p v d f ，单体结构c f 2 = c f 2 ) 表面性质材料本身为疏水性改性为亲水性 温度范围 5 0 - 1 5 0 膜孔径 0 2 2 u m 内径，夕 径0 ，5 r a m 0 8 m m 膜面积 0 5 m m b a c 反应器采用连续迸水间歇出水的方式运行进水同u a s b 反应器串 联在。起。因为采j ； i 的膜组件的额定流量大于反应器运行的流量，所以出水用继 电器结合电磁阀控制膜组件问歇出水，膜出水靠水位差虹吸出水。曝气采用穿孔 管曝气气水比控制在1 0 0 ：l 一2 0 0 ：1 。 天津大学硕i 。学位论文 2 3 垃圾渗滤液的水质变化 本试验采用天津市双口垃圾填埋场渗滤液调节池内的垃圾渗滤液作为试验 用水，双口垃圾填埋场于2 0 0 1 年投入正式运行，其垃圾场属于“年龄较轻”的 垃圾填埋场。在试验期间对采来的垃圾渗滤液水质分析，其基本情况见表2 2 表2 2 实验用垃圾渗滤液水质一览表 日期 c o d ( r a g l )氨氮( m g l )总氮( r a g l )p hb o d ( m g l ) b o d c o d 5 2 18 2 1 9 9 66 6 1 7 28 3 55 5 8 9 5 7o 6 9 5 3 17 2 3 0 2 46 7 5 5 28 0 44 6 9 9 7 60 6 7 6 95 7 6 8 1 45 6