（环境科学专业论文）厌氧序批式反应器处理垃圾渗滤液的试验研究.pdf

a b s t r a c t o n eo ft h e m a j o r e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m st r i g g e r e db y l a n d f i l li s c o n t a m i n a t i o no fl e a c h a t e ，a n dt h ek e yo fh a r m l e s su r b a ni se f f e c t i v et r e a t m e n to f l a n d f i l ll e a c h a t e a b r rh a sp r o v i d e dan e ww a yo fw a s t er e u s ea sw e l la s e c o n o m i c ，e f f e c t i v el e a c h a t et r e a t m e n t h o w e v e r ，a b r ri nt h eu s eh a ss o m e p r o b l e m st h a tt h eb e d sn e e dd i g g i n gu pt h et i m e l ya n dt h er e n e ；v a la n ds oo nt o i n c r e a s ep r o j e c t s t h e r e f o r et h i sp a p e rp r o p o s e dt h ea n a e r o b i cp r e t r e a t m e n t ，b y i n d o o re x p e r i m e n t a ls t u d yd i s c u s s e dt h es t a r t u pp r o c e s sa n dp r o p e r t i e so fa s b r t r e a t i n gl e a c h a t e ，c o m p a r e dt h ee f f e c to fa r b b st r e a t m e n tu n d e rt h e d i f f e r e n t t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n ，t oa c h i e v er e d u c i n gl o a do ft h em a i ng a r b a g e - p r o c e s s i n g a n de x t e n d i n gs e r v i c el i f eo fa r b b a c c l i m a t i o ne x p e r i m e n t a ls t u d yi n d i c a t e dt h a t ，c o m p a r e dt om e s o p h i l i c a s b r ，t h e r m o p h i l i ca s b r s h o wf e w e rp e r i o d so fa c c l i m a t i o na n db i g g e rs t e p u p e x t e n tb yt h es a m ei n o c u l a b l es l u d g e ，w h e ns t a r t u p ，l o a d i n gr a t eo ft h e r m o p h i l i c a s b rw a s 3 4 9 c o d l d ，b u tl o a d i n g r a t eo f m e s o p h i l i c a s b rw a s 1 6 9 c o d l d c o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i g h e r9 0 ，a n dv f aw a su n d e r 3 5 0 m g li nt h e r m o p h i l i ca s b r g r a d u a l l yc a l e f a c t i o n i sm o r ec r e d i b i l i t yb y d i r e c t l yc a l e f a c t i o nu n d e rm e s o p h i l i cc o n d i t i o n c o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a s h i g h e r5 0 ，a n dv f a w a sa b o u t7 0 0 m g li nm e s o p h i l i ca s b r t h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r se x p e r i m e n t a ls t u d yi n d i c a t e dt h a t ，t oe n h a n c et h e o r g a n i cl o a dc a u s e dt h er e m o v a lr a t et or e d u c e t h em o s ts u i t a b l es y s t e m v o l u m e l o a d i n gi nt h e r m o p h i l i ca s b rw a ss m a l l e rt h a n5 9 1k g c o d ( m 3 d ) ，a n dt h e m o s ts u i t a b l es y s t e mv o l u m el o a d i n gi nm e s o p h i l i ca s b rw a ss m a l l e rt h a n4 5 k g c o d ( m 3 d ) r e m o v a le f f e c to fc h a n ga nl a n d f i l l l e a c h a t ew a sv e r yw e l l w h e nc o do f c o m e i n t ol i q u i dw a s7 5 5 2 m g la n dn h 3 - n1 2 7 6m e r l e ，c o dr e m o v a le f f i c i e n c y c o u l d r e a c ht o7 2 u n d e rt h e r m o p h i l i cc o n d i t i o n ，a n do n l y5 4 u n d e r m e s o p h i l i cc o n d i t i o n i ti n d i c a t e dt h a t ，a st h ep r e t r e a t m e n to fl e a c h a t e t h e r e a c t o ru n d e rt h e r m o p h i l i cc o n d i t i o n a p p l y i n gt o l a n d f i l ll e a c h a t ei sm o r e s u p e r i o rt om e s o p h i l i cc o n d i t i o n ，a n de n h a n c ew a t e rl o a do fa b r ro b v i o u s l y 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l ll 页 t h er e s e a r c hp l a y sr o l ei nc o n t r o lo fo p e r a t i o n a lc o n d i t i o n so fa s b r t r e a t i n gl e a c h a t e ，a n dp r o v i d e sab a s i sf o rap r o p e re v a l u a t i o no fr o l ea n ds t a t u s o f a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ri nt r e a t i n gl e a c h a t e k e yw o r d s ：a s b r ；l e a c h a t e ；a c c l i m a t i o n - s t a r t - u p ；o r g a n i cl o a d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 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 不保密衫使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位论文作者签名：钥鹕 指导老师签名： 日期：冲占f 冶 日期： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 西南交通大学学位论文创新性声明 本入郑重声明：新呈交的学位论文，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，本论文不包食任何其他个人或 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， 均已在文中作了暖确的说明。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薪点如下： ( 1 ) 垃圾填埋引发的主要环境问题之一是渗滤液造成的污染。采用矿化 垃圾床处理垃圾渗滤液为垃圾的再利用以及渗滤液的经济、有效处理提供了 一条新途径。但是矿化垃圾床在使用过程中存在床层的及时翻挖、更新等增 大工程量问题。因此，本文提出对垃圾渗滤液进行厌氧预处理，通过室内试 验，探讨a s b r 处理垃圾渗滤液的启动过程及其工艺特性，比较在不同温度 条件下的厌氧序批式反应器处理垃圾渗滤液的效果，以达到降低矿化垃圾床 主王艺的处理负荷，延长矿化垃圾床的使用寿命的譬的。 ( 2 ) 本论文研究结果表明：同一种接种污泥，厌氧序批式反应器在中温 条件下的接种驯化期较高温的短，负荷提升幅度较高温的大；作为垃圾渗滤 液的预处理工艺，a s b r 中溢反应器较高温反应器效果更优，同时a s b r 反 应器还可明显提高矿化垃圾床的水力负荷。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 第1 章绪论 随着城市生活水平的不断提高，我国城市生活垃圾产生量也急剧增大， 每年以1 0 左右的速度迅速增长。卫生填埋法由于其具有成本低、技术成熟、 管理方便等优点，在垃圾处理中得到了广泛的应用，据中国环境监测总站对 国内3 2 9 个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 i 。垃圾填埋过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋等产生多 种代谢物质，形成高浓度的有机废液，即垃圾渗滤液l 姒。其中含有大量的病 原微生物和其它复杂的有毒有害物质，其含量及产生量随季节、填埋年限的 推移变化很大，这给渗滤液的处理带来了相当大的困难，则填埋阶段以及填 埋场封场后监管期间产生的渗滤液就是一个比较棘手的问题。1 9 7 7 年，美国 1 8 5 0 0 个填埋场中几乎有一半对周围水体造成了污染p 1 ，1 9 7 7 年英国4 0 0 0 个 填埋场中对水体环境造成污染的比例也达到3 3 【4 l 。城建院对全国2 9 2 座大 中型填埋场的调查结果：1 2 的填埋场渗滤液进行了达标处理( 进入市政管 网) ；4 9 的填埋场进行了处理，但未达标；而剩下3 9 的填埋场根本就没 有进行任何处理而直接排放到周围环境中，严重污染了土壤、地表水和地下 水【5 1 。因此，对填埋场渗滤液有效地污染控制是实现城市垃圾无害化的关键。 纵观国内外垃圾渗滤液处理现状，处理垃圾渗滤液既有与常规的废水处 理的共性，也有其显著的特殊性。目前渗滤液的处理方案有场内和场外之分： 直接排入或经必要的初级处理后汇入城市污水处理厂进行合并处理，但渗 滤液量不宜超过城市污水处理量的5 ；在垃圾处理场建设污水处理站进 行独立处理。由于垃圾处理场往往远离城市污水处理厂或市政管道，渗滤液 的输送将造成较大的经济负担，另外，渗滤液特有的水质及其变化特点，易 对城市污水处理厂造成冲击负荷，甚至破坏城市污水处理厂的正常运行1 6 j 。 生活垃圾填埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 2 0 0 8 ) 中规定2 0 1 1 年7 月1 日 起，现有的全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行规定的水 污染排放浓度限值。因而，采用在垃圾填埋场单独处理方案是必要的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 垃圾渗滤液处理虽然在各国研究的时间已较长，但目前高效、经济的处 理方法寥寥无几。国内研究的渗滤液处理方法多套用高浓度有机废水的处理 工艺，而忽略了其特殊性，致使大多渗滤液处理设施无法达到排放标准，少 数能实现达标排放的，也因处理流程长，运行费用高而难以长期稳定运行f 刀。 采用矿化垃圾床处理垃圾渗滤液为垃圾的综合利用以及渗滤液的处理推进了 一个新的里程。国内同济大学在1 9 9 3 年率先开始了以矿化垃圾作为生物填料 构建生物反应床进行垃圾渗滤 茛处理的试验研究，并取得了可喜的成就【8 1 。 但黄仁华等1 9 j 人就针对上海老港垃圾填埋场三级矿化垃圾生物反应床处理渗 滤液示范下程两年来的运行情况，指出矿化垃圾阳离子交换容量在运行六个 月后降低幅度较大，此时若不采取降低配水负荷或延长落干时间等措施，很 容易形成表面堵塞。一旦形成堵塞就需对床层及时进行翻挖、更新等。西南 交通大学刘丹教授在2 0 0 6 年开始研究利用准好氧矿化垃圾处理渗滤液，总体 运行效果较好，c o d 、氨氮、总氮去除率高且稳定。但是随着负荷的增大和 运行时间的延长，水质变差，各项指标均向上走，同样存在翻挖、更新等增 大工程量问题。 针对上述问题，本文提出对垃圾渗滤液进行厌氧预处理，降低矿化垃圾 的处理负荷，提高矿化垃圾床处理渗滤液的单位体积处理量。厌氧微生物具 有某些脱毒和利用难降解有机物的性能。而且还具有某些在好氧条件下较难 发生的生物化学反应，如多氯芳烃的还原脱氯，芳香烃及杂环化合物的开环 裂解等。废水中的有机物经厌氧生物处理后部分得以降解和去除，特别是使 部分有机物在分子结构上有很大的变化，使一些好氧微生物难以降解的有机 物经厌氧消化后，变成好氧微生物易于降解的有机物【1 0 】。现行的较成功的渗 滤液处理工艺一厌氧+ m b r + n f 中，厌氧段的c o d 去除率在5 0 左右，去除 了一部分污染物，延缓膜的通量下降速度，延长了膜的使用寿命。 2 0 世界7 0 年代以来，开发出许多新型厌氧工艺，普遍具有高效、耐冲 击负荷、能处理多种废水等特点，但也存在各自的一些缺点，例如：厌氧滤 池( a f ) 易引起反应器的堵塞，且需要大量的填料，使成本大量增加；上流 式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 内易出现短流，进水悬浮物浓度高时会引起 堵塞，初次启动耗时长，对水质和负荷的变化变敏感，需要合理的三相分离 器等：厌氧流化床反应器( a f b ) 内部的流态化难以保证，需大量的回流水 来保证其高的上升速度，能耗加大、成本增加；厌氧颗粒污泥膨胀床反应器 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 ( e g s b ) 需要培养颗粒污泥、启动时间较长，采用出水循环使污泥膨胀、 动力消耗高；厌氧内循环反应器( i c ) 反应器启动时间较长，反应器内平均 剪切速率较高，颗粒污泥的强度相对较低；厌氧升流式流化床反应器( u f b ) 填料价格昂贵等等【1 1 】。厌氧序批式反应器( a s b r ) 是上世纪9 0 年代由美国 d a g u e 教授在“厌氧活性污泥法”研究的基础上提出的一种新型高效厌氧反应 器，能够使污泥在反应器内停留时f 司( s r t ) 大大延长，增加反应的污泥浓度， 并能够进行充分的泥水混合，从而提高了厌氧污泥的处理能力，使处理效果 明显提高，水力停留时间( h i m 也大大缩短【1 2 】；另重要特点是工艺简单， 易于维护，成本较低。本研究将a s b r 的厌氧处理技术应用于高有机物高氨 氮的垃圾渗滤液处理中以提高总体处理效率，同时也为处理其他有机废水提 供借鉴。 1 2 渗滤液的特性分析 1 2 1 垃圾渗滤液的水量特性 垃圾填埋场是一个敞开的作业系统，渗沥液的产生量受众多因素的影 响，如降雨量、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情况等，尤其受气候和季节影响最大，产生 量最大值和最小值之比可达1 0 ：1 以上，而且其变化呈明显的无周期性 1 3 , 1 4 l 。但对于同一地区填埋场，其单位面积的年平均产生量是在一定范围 内变化的。以填埋场为主体，根据进出物料平衡，渗滤液产量可以下式估 算： q 一( ，+ g + 矽一s e ) x a( 1 ) 式中：q 一渗滤液水量；a 一填埋场汇水面积；j 一降雨量；g 一单位 面积地下水渗入量；形一单位面积垃圾及覆土的含水量：s 一单位面积地表 径流量；e 一单位面积自然蒸发量。 1 2 2 垃圾渗滤液的水质特性 垃圾渗沥液水质特性取决于填埋场的构造方式、垃圾的种类、质量、数 量、填埋作业方式、填埋时间以及当地水文地质和气象条件等，其中填埋 场构造方式是最主要的影响因素【1 5 】。虽然各填埋场的渗沥液不尽相同，但 是总的来说有以下特点。 渗滤液污染物种类繁多，成分复杂。我国渗滤液的典型组成如表1 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 所示【1 6 1 。垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量较多的有有机烃类及其衍 生物、梭酸类、醇酚类、酮醛类和酚胺类等，张兰英等人i r 7 】采用g c m s d s 联用技术鉴定出垃圾渗沥液中有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。无机污染物尤其是重金属含量 高，虽然对于某一特定污染物的浓度较低，但由于污染物种类繁多，因此 其总量巨大。 表1 1 我国填埋场渗滤液中的典型组成【1 7 l m g l 水质波动大。渗滤液水质在不同填埋时段差异很大，n a n c yr a g l e 等人曾对美国西雅图的一座城市垃圾填埋场作过调查，结果显示，渗滤液 水质的时变化系数、日变化系数竟高达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。渗滤液中的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，且两者间存在一定的相关性，但对于老龄填埋单 元该相关性很差【1 8 j 。 氨氮含量高。高浓度的氨氮是渗沥液的水质特征之一，根据填埋场 的填埋时间和垃圾成分的不同，渗沥液氨氮浓度一般从数1 0 至几千m g l 不等。渗沥液中的氨氮浓度随着填埋年数的增加，氨氮浓度会不断上升， 在达到高峰值后延续很长时间并直至最后封场，甚至当垃圾填埋场稳定后 仍可达到相当高的浓度，可高达2 0 0 0 m g l 以上【1 6 】 微生物营养元素比例失调。在不同年龄的垃圾渗滤液中，碳、氮两 种元素的比例( c r , r 比) 有较大的差异，常常出现比例失调的情况。随着堆放 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 年限的增加，垃圾渗滤液中氨氮浓度会逐渐升高。一般来说，对于生物处 理，垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的，例如在北美的几个垃圾填埋场的 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 ) 相去甚 远。同时，b o d 5 c o d c r 比值变化大，给生化处理带来一定的难度【1 9 l 。 其他特点。色度高，有臭味；渗滤液在进行生物处理时会产生大量 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， 一般在生化处理后，c o d 浓度仍在5 0 0 2 0 0 0 m g l 范围内 t 3 】。 1 3 渗滤液处理技术研究现状 由于渗滤液水质、水量的复杂多变性，目前尚无十分完善的适合处理 各种垃圾渗滤液的工艺，大多根据不同填埋场情况及其他经济技术要求， 并参照普通城市污水的处理方法，提出有针对性的处理方案和工艺。具体 的处理方法有生物法、物化法、土地法，目前国内外渗滤液的处理工艺， 总体上采用以生物处理为主体工艺，物化法作为预处理工艺，土地法作为 后处理工艺的系统。物化法中的反渗透法和高级氧化法近年来研究的也比 较多，反渗透处理技术能有效地截留垃圾渗滤液中的溶解态有机物和无机 物，在国外已广泛应用于渗滤液的处理中，它对垃圾渗滤液中成分浓度的 变化发挥了高度灵活的抗变能力【2 0 】；高级氧化工艺，如臭氧、紫外线、c 1 2 等对于那些难以生物降解或对生物有毒害作用的物质的处理，显示出了它 独特的优势【1 3 j 。 1 3 1 渗滤液的生物处理 好氧生物处理 填埋场初期渗滤液的b o d 5 c o d 值较高，其可生化性好，此时各种好 氧处理工艺，如活性污泥法、氧化沟、生物膜、氧化塘及其改进工艺用于 处理渗滤液在国内外均有成功的经验。序批式活性污泥法已经在牡丹江市 郭家沟、汕头市油麻埠以及杭州市天子岭垃圾填埋场成功运行；福州市红 庙岭垃圾填埋场使用了氧化沟工艺，运行处理状况良好；以及英国各种规 模的生产性复合好氧生物处理渗滤液工程实例，处理系统包括相对简单的 好氧塘( 出水排入污水管进行终端处理前，用好氧塘进行预处理) ，到复杂 先进的处理系统( 在这一系统中，出水能达到地表水排放标准，且幼小的 虹鳟鱼能在其中生存) 2 1 - 2 3 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 厌氧生物处理 厌氧生物处理方法有厌氧生物滤池，厌氧接触池，上流式厌氧污泥床反 应器、厌氧序批式反应器及分段厌氧硝化等。与好氧法相比，厌氧生物处 理有许多优点，如能耗少、操作简单，投资和运行费用低，产泥量少。对 许多在好氧条件下难于处理的高分子有机物在厌氧时可以被生物降解。但 是，厌氧处理受温度和季节影响大，对p h 值要求比较严格，且单独靠厌氧 处理出水中的c o d 浓度和氨氮浓度仍比较高，不能达到国家排放标准。加 拿大h a l i f l a xh i g h w a y l 0 1 填埋场采用a f 处理平均c o d l 2 8 5 0 m g l 、b c 为 0 7 、p h 为5 6 的渗滤液，当负荷为4k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率可达 9 0 以上；英国水研究中心报道，用上向流式厌氧污泥床( u a s b ) 处理c o d 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当c o d 负荷为3 6 - - 1 9 7k g ( m 3 d ) ，平均泥龄为 1 0 - - - , 4 3 d ，温度为3 0 时，c o d 和b o d 5 的去除率各为8 2 和8 5 ，该负 荷比厌氧滤池要大得多：沈耀良等采用a b r 工艺处理苏州七子山生活垃圾 填埋场渗滤液和城市污水的混和液，发现混合废水的可生化性大大改善， b c 可由0 2 , - - 0 3 提高至0 4 - - - 0 6 ；当容积负荷为4 7 1k g c o d ( m 3 d ) 时，可 形成沉降性能良好、粒径为1 - - s m m 的棒状颗粒污泥1 2 4 - 2 6 1 。 1 3 2 渗滤液的物化处理 物化处理不受水质水量变化的影响，出水水质比较稳定，对b o d 5 c o d 介于0 0 7 - 0 2 0 之间及含有毒、有害的难以生化处理的渗滤液处理效果较 好，但由于物化法运行成本高，多采用于对垃圾渗滤液进行预处理和深度 处理。 物化处理的方法比较多，常用的物化处理法有吸附法、混凝沉淀法、氨 吹脱技术、反渗透法、氧化还原法等。 吸附法在渗滤液处理中，吸附法主要用于去处水中难降解的有机 物( 酚、苯、胺类化合物等) 、金属离子( 汞、铅、铬) 和色度，一般情况 下，对c o d 和n h 3 n 的去除率为5 0 7 0 。隋智慧等1 27 j 用混凝与吸附联 合的方法对北京安定垃圾填埋场渗滤液进行了预处理，研究结果表明，该 方法对废水c o d 的去除率稳定在7 0 左右，且受水质变化的影响不大。 混凝沉淀法 常用的混凝剂多为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f e s 0 4 、f e c l 3 以及聚铁、 聚铝等，对年轻的填埋场产生的渗滤液c o d 和总碳的去除率一般为1 0 一2 5 ，而对老的填埋场渗滤液由于b o d 5 c o d 值很小，c o d 和总碳的去 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 除率一般为5 0 一6 5 。蒋建国等人1 2 8 j 用复合混凝剂( 9 0 p a c + 1 0 p a m ) 及试剂a ( 一种壳聚糖) 在不同p h 及不同投加量的情况下，对垃圾渗滤液 c o d 的去除效果进行了比较分析，在p h 值5 5 和8 ，复合混凝剂投加量为 4 0 0 m g f l 时，对c o d 的去除率分别为3 8 6 3 和3 7 8 4 ；试剂a 在p h 为 8 ，投加量为1 0 0 m g l 时，对c o d 的去除率达到3 9 8 5 。 氨吹脱技术现今去除高氨氮有机废水中的氨氮多采用吹脱法，先 调节污水至碱性，然后以曝气的方式使游离氨从水中逸出。张乐【2 9 】采用静 态烧杯吹脱试验中，控制反应条件为：气水比为4 0 0 ，初始p h 值为1 1 ，温 度保持在3 5 ，吹脱4 h 之后，氨氮去除率可达到6 8 ，出水氨氮浓度为 2 0 0 - - 2 3 6m g l 。实践表明，氨氮吹脱效果不是很理想，如不收集溢出的氨 气，还对环境造成污染。 反渗透法一些运行了数十年的老填埋场，其原有的渗滤液生物处 理设施大都弃置不用，而改用魔分离法为主( 尤其是反渗透膜法) 的处理 系统。反渗透膜能从水溶液中分离除去0 3 1 2 n m 大小的溶质分子，也可 从水溶液中去除氢离子、氢氧根离子外的其他无机离子，去除率高达9 8 ， 去除低分子量有机物 5 0 0 d a ( 道尔顿) r a y 可达1 0 0 。北京天地人环保 科技有限公司利用d t - r o 设备在北京阿苏卫垃圾填埋场、六里屯垃圾填埋 场、重庆龙头寺垃圾填埋场、上海黎明垃圾填埋场和老港垃圾填埋场进行 了渗滤液的处理试验。结果证明，d t - r o 系统对进水水质有较强的适应能 力，完全可以处理中国的垃圾渗滤液，排放水质均可以达到生活垃圾填 埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 中的一级排放标准的限定值【3 0 1 。 氧化法通过向渗滤液中投加氧化剂或采用光催化氧化剂和辐射等 方法去除渗滤液中有机物的方法。德国奥古斯丁垃圾填埋场渗滤液【3 1 l 采用 撞击式臭氧反应器工艺处理c o d 为1 0 7 0 m g l ，a o x ( 可吸附的有机卤化物) 为7 2 0 肛g l ，总氮6 7 m g l 的渗滤液，在经过4 2 h 的反应后，c o d 的去除率 为6 7 ，a o x 的去除率为6 2 。张跃升等【3 2 】以活性炭作催化剂、h 2 0 2 作 氧化剂，处理垃圾渗滤液的试验结果表明：在h 2 0 2 c o d 为1 5 ，活性炭h 2 0 2 为0 6 ，p h 为2 的条件下反应1 8 0 r a i n ，c o d 及色度的去除率分别为8 2 8 和8 5 5 。王敏等p 3 j 对渗滤液进行电解氧化实验结果表明：在p h 为8 0 ， 电极材料为r u 0 2 i r 0 2 t i o 到q i ，电流密度1 0 a d m 2 ，电极间距为0 5 c m ，c 1 浓度为1 0 0 0 0 m g l 条件下电解4 8 r a i n ，c o d 去除率达8 2 6 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 1 3 3 渗滤液的土地处理 土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤、离子交换吸附和沉淀等作用去除 渗滤液水中悬浮固体和溶解成分。通过土壤中的微生物作用使渗滤液水中 的有机物和氮发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液水量。目前用于渗滤水 处理的土地法主要是回灌法和人工湿地法。 回灌法渗滤液在填埋场内部的回灌处理在理论和实践上均已证实 是有效的，一方面，垃圾层的含水率和湿度均得到提高，从而可增强微生物 的活性，加速产甲烷的速率及垃圾中污染物的溶出和促进有机物的降解；另 一方面，渗滤液中的污染浓度可降低，回灌过程中的蒸发、挥发作用可减少 渗滤液的产生量，对水量和水质起到稳定作用，从而使其对环境潜在的、长 期的负面影响大大降低。c a r s o n 3 4 】报道了目前在美国生物反应器填埋场的技 术体系已初具规模，已有2 0 0 多座垃圾填埋场采用了此技术。 上世纪9 0 年代，国内开始了以矿化垃圾作为填料构建矿化垃圾生物反 应床来处理渗滤液的研究，并用于现场示范工程，取得了较好的处理效果。 上海老港垃圾填埋场三级矿化垃圾生物反应床处理渗滤液示范工程【3 引，采用 短周期、多次喷灌配水的间歇运行方式，在5 0 t d 的配水量下，运行2 年三 级出水的n h 3 n 、t s s 、b o d 5 、t p 、色度、嗅味、重金属含量等污染指标均 低于渗滤液二级排放标准，c o d 值在1 年的2 0 的时间里满足二级排放标 准，7 5 的时间里排放浓度低于6 5 0 m g l ，全年可满足三级纳管排放标准。 山东省即墨市灵山固体废弃物综合处理场采用以三个矿化垃圾反应床为主 体的处理工艺【3 6 】，处理规模7 0 m 3 d 。自2 0 0 4 年9 月建成运行以来，其出水 c o d 浓度可达到国家二级排放标准，b o d 5 、n h 3 n 、t p 、s s 和大肠杆菌等 指标均达到国家一级排放标准。 人工湿地处理近几年才出现的一种新的渗滤液土地处理技术，是人 为创造的一个适宜水生植物或湿地植物生长的“环境”。人工湿地技术，凭借 其缓冲容量大，处理效果好，投资省，能耗和运行费用低，设备简单，维护 和操作以及管理方便，即使在填埋场封闭后仍能发挥作用等优点。b u l c 等l 了7 j 建造一个4 5 0 m 2 的人工湿地对渗滤液处理进行了研究，结果发现c o d 、b o d 5 和f e 的去除率分别为6 8 、4 5 和8 0 。k o z u b 等【3 8 j 研究发现人工湿地在 处理渗滤液过程中有2 6 8 - 6 0 3 9 n ( m 3 d ) 的反硝化脱氮能力。陈玉成等【3 9 】 采用土壤渗滤和芦苇湿地对渗滤液处理进行了小试研究，在进水c o d 为 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 0 0 0 m g l 左右时，其去除率可以稳定在6 0 以上。 1 3 4 渗滤液的处理方案 渗滤液有多种不同的处理方法，由于垃圾渗滤液具有成分复杂，水质、 水量变化巨大，有机物和氨氮浓度高，微生物营养元素比例失调等特点， 其处理技术一直是国内外研究的难点和热点，通常需要多种工艺的组合运 行才能达到要求的处理目标。渗滤液的处理方案应因地制宜地通过技术经 济比较后加以合理选择，在经济发达且实际条件许可的情况下，可建设场 内独立的完全处理系统；在经济尚不发达的地区则可采用预处理一场外合并 处理的方案：在无力建设处理设施的情况下则可采用回灌与场外合并处理 相结合或直接将渗滤液排入就近城市污水厂合并处理的方案。具体的常用 组合工艺有以下几种【4 0 1 ： 与城市生活污水合并处理渗滤液。与城市污水合并处理是国内外最常 用的一种处理方法。渗滤液中c o d c r 、b o d 5 及n f h + - n 含量高，而磷含量较 低，合并处理既使污染物得到稀释，又能补充某些元素的不足，使后续处理 效果和经验性明显提高。沈耀良等【4 l j 采用0 法对渗滤液与城市污水混合液 进行了处理，当c o d c r 5 5 0 0 m g l 的渗滤液与城市污水按4 ：6 的比例混合 时，c o d e r 去除率可达8 8 9 。b o y l e 等【4 2 】报导，体积比为2 的渗滤液( c o d 2 4 0 0 0 m g l ) 与城市污水混合时，污水厂处理效果不受影响；当渗滤液体积 比增至4 - 一5 时，将出现污泥膨胀。 生物组合处理技术。厌氧一好氧( 两段式) 生物处理工艺是中、高浓 渗滤液的适宜工艺。同济大学徐迪民【4 3 j 采用低氧一好氧两段活性污泥法处理 试验室模拟配制的渗滤液，其中c o d6 4 6 6 m g l 、b o d 53 5 0 2 m g l 、s s 2 4 0 m g l 、p h 为6 - 6 5 ，获得了出水c o d2 2 6 7 m g l 、b o d 51 3 3 m g l 、s s 2 7 8 m g l 和p h6 5 7 5 的良好效果。开创了国内首次采用厌氧一好氧生物法 处理中等浓度废水的先例。张国政等【4 4 1 采用两级厌氧一过滤一生物氧化塘工 艺对重庆市江北区龙头寺垃圾填埋场渗滤液( c o d 、b o d 5 和氨氮浓度分别 为1 6 1 7 7 4 7 0 m g l 、2 1 4 4 0 6 m g l 和4 7 5 m g l ) 处理，其c o d 、b o d 5 和氨 氮的总去除率分别达到8 9 一9 5 、6 2 9 8 和9 7 。 物化一生化组合处理工艺。许多工艺都采用吹脱或混凝过程以降低渗 滤液中高浓度的氨氮、重金属离子和生物难降解有机物。“混凝 _ f e n t o n s b r ”、“吹脱s b r 一吸附混凝法”、“水解酸化一s b r 法一混凝沉 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 淀”、“厌氧一吹脱一缺氧一好氧一混凝沉淀”【4 5 l 等物化一生化组合工艺都有一 定的应用。 回灌一常规处理( 一膜分离) 处理技术。该组和工艺将常规处理技术、 回灌技术和高新膜分离技术有机地组合，既优势互补又加速垃圾填埋的稳定 化。吴志超等【4 6 】通过比较确定了投资省、效果好的组合工艺流程：回灌一格 栅一调节池体式膜生物反应器一反渗透一生物硝化池一二沉池，设计进 水c o d c r 为1 5 0 0 1 5 0 0 0 m g l ，n h 4 + - n 为7 0 0 1 8 0 0 m g l ，处理后最终出 c o d c r 1 0 0 m g l ，n i 4 + n 1 5 m g l 。本文研究的也属于此组合工艺厌氧一 回灌矿化垃圾处理技术，详细内容在以下章节作介绍。 1 4 课题研究的目的、内容及技术路线 1 4 1 研究目的 本文以构建厌氧序批式反应器( 以下称a s b r ) 为主要研究对象，以降 低矿化垃圾床有机负荷，延长其使用寿命为主要目的，通过室内模拟试验及 理论方法研究，在试验数据的基础上，比较不同条件下a s b r 的启动方式， 考察a s b r 对垃圾渗滤液预处理的效果，以及不同工艺参数对处理效果的影 响，分析在a s b r 一矿化垃圾床组合工艺处理现场垃圾渗滤液中预处理的贡 献，最终为a s b i k 矿化垃圾床组合工艺应用于实践提供理论依据和技术支 持。 1 4 2 研究内容 本课题着重于降低后处理工艺的有机负荷，选取中、高温度的a s b r ， 以其处理效果佳者为准，主要研究内容如下： a s b r 的启动方式研究分析比较不同的驯化方式对a s b r 启动驯化 的效果( 主要是针对高温) ，确定最优的驯化方式：比较中、高温驯化周期， 确定其主要影响因素。 a s b r 的运行工艺参数研究。分析c o d 容积负荷、氨氮浓度的变化 对a s b r ( 中、高温) 处理效果的影响，确定其处理渗滤液的主要运行参数。 a s b r 处理现场渗滤液的研究比较a s b r 对室内模拟填埋柱渗滤液 与成都市长安填埋场现场渗滤液的处理效果，考察其应用于现场的可能性。 a s b r 一准好氧矿化垃圾处理组合工艺的研究应用组合工艺处理成 都市长安填埋场现场渗滤液，分析a s b r 对组合工艺作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 1 4 3 技术路线 根据研究目的和研究内容的需要，本研究采用“国内外资料调研一试验方 案制定一室内模拟试验一理论分析”的整体研究思路，即在对国内外相关资料 调研分析的基础上，首先进行试验内容与试验进程的初步设计；进而制作试 验装置，同时为开展各项试验作准备工作；试验运行，并通过对所获试验数 据的整理分析，不断完善和调整试验内容和试验方案，逐步完善试验。最后 通过对试验数据的科学分析实现课题的研究目的。具体技术路线见图1 - 1 。 国内外资料调研 上 l 试验装置设计、运行方案初步确定 土 模拟试验准备 a s b r 处理现场 渗滤液的研究 a s b r 一准好氧矿化 垃圾床组合工艺研究 图1 - 1 论文的研究技术路线框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第2 章a s b r 基本原理及应用 2 1a s b r 的基本原理 厌氧序批式反应器( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r 简称a s b r ) 是美 国d a g u e 教授于2 0 世纪9 0 年代在“厌氧活性污泥法”的基础上开发的一种新 型高效厌氧反应器，是一种以序批、间歇运行为主要特征的废水厌氧生物处 理工艺。运行时，废水分批进入反应器，经过厌氧生化反应，然后经静止、 沉淀后排出上清夜，完成一个完整的运行周期。 2 1 1a s b r 的基本原理及操作 a s b r 的操作方式与s b r 相似，主要是由4 个阶段组成一个周期，即进 水期、反应期、沉淀期和排水期【4 7 】。也有设置空转期，这要根据具体水质及 处理要求进行取舍【4 引。必要的时候还要设置排泥期。 进水阶段：废水进入a s b r 反应器，同时进行搅拌，基质浓度迅速增加， 根据m o n o d 动力学方程，微生物代谢速率也相应增大，直到进水完毕达到最 大值。进水体积的确定基于许多因素，包括预先设定的水力停留时f 司( h r t ) 、 有机负荷率( 0 l r ) 以及污泥的沉降性能。 反应阶段：该阶段是有机物转化为生物气的关键步骤，反应所需时间取 决于几个因素，包括废水成分和浓度、要求达到的水质、活性污泥浓度、搅 拌效果以及温度，其中搅拌对于均化环境条件( 温度、p h 值、基质浓度等) 是 很重要的。但是d a g u e 教授认为，过强的搅拌会剪碎污泥絮体，从而导致较 差的沉淀效果。同时在研究中发现：间歇搅拌( 2 m i n h 与连续搅拌相比，c o d 去除率基本不变，而污泥沉降性能得到改善，产气增多。由此d a g u e 认为，1 间歇搅拌比连续搅拌更加优越。 沉淀阶段：停止搅拌，a s b r 池此时的功能和沉淀池相同，以达到充分 的固液分离。所需的沉淀时间有所不同，取决于污泥的沉降能力，典型值在 1 0 3 0 r a i n 范围内。反应器内的m l s s 浓度是影响污泥沉降速度和待排上清液 澄清程度的一个重要变量，另一个重要变量是f m ( 食料微生物) 值。 排水阶段：经过充分的固液分离后进行排水，排水体积般与本周期进 水体积相等，排水时间由排水体积和排水流量确定。一旦排水结束，即可进 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 行下一周期的操作。 2 1 2a s b r 基本特征 由于a s b r 是间歇操作，与连续流厌氧反应器相比有以下特征： 布水简单，易于设计、运行。在u a s b 、a f 等工艺中布水设计的好 坏直接影响到厌氧工艺的成功，因而设计难度大。而a s b r 工艺是批式进水， 所以无需复杂的布水系统，也就不会产生所谓的断流、短流的影响，使得反 应能够稳定进行。 适应性好，出水水质稳定。因为a s b r 反应器反应期属于完全混合 式，并且有较高m l s s ，所以反应推动力大，耐冲击负荷，能够有效地控制 出水水质。 工艺简单，操作灵活。a s b r 工艺多池集于一体，因而简化了设计， 同时由于现代自动控制技术的发展，使得控制设备的设计制造成本大大降低， 并能够根据需要灵活调整实际运行参数，操作控制方便【4 9 1 。 f m ( 基质生物量) 是影响厌氧生物絮凝的重要因素，低f m 有利 于生物絮凝且沉降迅速，出水悬浮物较低。降低f m 的途径有增大生物量或 降低基质浓度。在连续流完全混合式反应器中微生物周围的基质浓度是常量， 基质的降解处于稳态。而a s b r 反应器中，进水阶段完成后，基质浓度达到 最高，然后开始下降，沉淀时达到最小值。沉淀时的基质浓度低于连续进水 系统的任何时侯，所以，a s b r 工艺能够获得比连续进水的普通厌氧活性污 泥法更高效的生物絮凝( 甚至颗粒化) 和固液分离效果。 a s b r 中高效的生物絮凝作用有利于厌氧颗粒污泥的形成，为高效稳 定的运行奠定了基础，同时也降低了厌氧微生物对底物抑制的敏感性，提高 了对有机污染物生物降解的速率，能够承受较高的有机负荷，使反应器容积 减小【5 0 j 。 2 1 3 影响a s b r 反应器启动及运行的因素 温度 通常的厌氧消化多为中温消化，温度控制在3 0 3 8 ：高温消化温度为 5 0 一5 5 ，对温度的要求较严格。n d o n 和d a g u c 等【5 1 】分别在1 9 9 7 和1 9 9 8 年对a s b r 反应器作了类似的试验研究后证明，a s b r 反应器在5 3 5 的较 大温度范围内处理各种低浓度( c o d 2 5 m g l ) 对甲烷