（环境工程专业论文）垃圾渗沥液离位mbr硝化填埋层原位反硝化工艺研究.pdf

大连理工大学博十学位论文 摘要 垃圾渗沥液具有污染物浓度高，其中c o d 、b o d 可达数千至几万m g l ，n 吖- n 可达数千m g l ，难生物降解，流量及水质易变等特点，是一种很难处理的废水。其环 境污染问题日趋严重，国家制定的排放标准也相应的不断严格。传统处理工艺很难达到 理想的处理效果。因此实现垃圾渗沥液的同时脱氮除碳，是渗沥液处理过程中的难题。 本课题的研究目的是寻找一种高效稳定、经济合理的垃圾渗沥液处理技术，同时为指导 改进现有垃圾渗沥液的处理工艺和提高处理效率提供理论依据和技术支持。 本研究中，选择缺氧好氧膜生物反应器( a o m b r ) 离位硝化处理工艺，实现垃 圾渗沥液污水中n 吖- n 的氧化硝化过程；用反渗透( r o ) 工艺分离净化m b r 出水， 反渗透出水回收利用或直接排放，浓水回灌至垃圾填埋层，利用垃圾填埋层中的厌氧环 境和碳源丰富的条件，进行高浓度n o x - - n 废水的反硝化，从而实现渗沥液c o d 和t n 同时脱除和渗沥液减容减污减排。本论文首先采用人工模拟废水的方法研究a o m b r 去除c o d 和n h 4 + - n 硝化的运行条件和工艺控制参数，然后研究反渗透r o 膜浓缩硝化 液在垃圾填埋层中的反硝化过程和规律，并进行了实际垃圾渗沥液离位m b r 硝化r o 浓缩原位填埋层反硝化处理工艺的研究，得出主要结论如下： 强制回流a o m b r 反应器，在进水c o d 浓度为4 0 0 0m g l ，n h 4 + - n 浓度2 0 0m g l ， 回流比为2 0 0 的条件下，系统对t n 和c o d 的脱除率分别为8 7 和9 4 。其中8 4 - 9 8 的c o d 脱除是通过微生物降解，2 1 2 是通过膜的截留作用。a o m b r 系统中， t n 的脱除是硝化反硝化与微生物同化作用的共同结果。批实验过程证实在渗沥液中缺 乏可供生物利用碳源的情况下，细胞内聚合物( 如：p h b ) 可能是反硝化过程的电子供 体；并且，硝化反硝化的氮脱除效率随着a o m b r 反应器内的微生物的驯化、适应和 种群数量及浓度的升高而升高，t n 的去除效率由2 6 8 提高到9 0 o 。 在自循环回流条件下，o m b r 系统对c o d 也表现出良好的脱除能力，c o d 平 均脱除率为9 4 6 ，进水c o d n 比值降低至5 3 ，不影响c o d 、n h 4 + - n 的脱除效果， 但影响反硝化的效果。进水c o d n 比值大于9 3 时，碳源充足，反硝化效果良好；继 续提高进水的n h 4 + - n 浓度，降低c o d n 比值，硝化速率增大：反硝化碳源不足，t n 的脱除效率下降。t n 的脱除路径为好氧硝化缺氧反硝化与好氧区s n d 共同作用的结 果，其中，好氧硝化缺氧反硝化起主要的作用。 高浓度n o x - - n 溶液回灌到垃圾填埋层的实验表明，当进水中的n 0 2 。- n 和n 0 3 。- n 浓度均为4 0 0 0 m g l 时，加入到垃圾填埋层系统中的n o x - - n 在4 8h 内绝大多数被反硝 大连理工大学博士学位论文 化，出水中的n o x - - n 最高浓度约为2 0 0m g l ，n o x - - n 的平均脱除率高于9 8 ，垃圾 填埋层具有良好的脱氮性能。n o x - - n 脱除速率与n o x - n 浓度关系符合m o n o d 方程， n o x - n 底物半饱和常数分别为1 2 5 0 5m gn 0 3 - - n l 和1 2 5 5m gn 0 2 。- n l ：比脱除速率 分别为1 6 2 5m gn 0 3 。一n ( gd r yw a s t ed ) 和1 1 2 5m gn 0 2 - n ( gd r yw a s t ed ) ，填埋层 系统中的半饱和常数高于废水处理系统中的半饱和常数，而比脱除速率低于废水处理系 统。 应用垃圾渗沥液进行实验的结果表明，a o m b r 适用于垃圾渗沥液的生物脱碳硝 化处理，渗沥液c o d 平均脱除效率为8 0 左右，n h 4 + - n 平均脱除效率为8 8 o 。初 始阶段硝化产物出现n 0 2 。_ n 累积现象，稳定阶段硝化产物以n 0 3 - - n 为主，t n 平均脱 除率为5 3 1 。而新鲜垃圾填埋层对于高浓度n o x - n 废水具有良好的反硝化效果， n o x o n 的平均脱除率高于9 7 5 ，并且新生垃圾渗沥液c o d 浓度逐渐降低。硝化浓缩 液回灌充分利用了垃圾填埋层中的有机碳源，降低了新生垃圾渗沥液c o d 浓度，有利 于提高m b r 反应器硝化效率，形成离位m b r 硝化一r o 浓缩硝化液回灌垃圾填埋层的 良性循环。 关键词：缺氧好氧膜生物反应器；原位反硝化；同步硝化反硝化；垃圾渗沥液 大连理t 大学博十学位论文 e x s i t um b rn i t r i f i c a t i o na n di n s i r ed e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s e sf o r l a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n t a b s 仃a c t l a n d f i l ll e a c h a t ew h i c hc o n t a i n sh i 曲o r g a n i cm a t t e ra n dn i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n si s d i 伍c u l tt ot r e a tw i t hc o n v e n t i o n a lt e c h n i q u e s a tt h es a m et i m e t h el a n d f i l l1 e a c h a t ei so n eo f t h es e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s ，a n di t sn a t i o n a ld i s c h a r g es t a n d a r db e c o m es t r i c t e ra n d s t r i c t e r e x i s t i n gt r a d i t i o n a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sc o u l dn o ta c h i e v es a t i s f y i n ge f f l u e n t q u a l i t y h e n c e ，i ti sn e c e s s a r yt oi m p r o v ea n dd e v e l o pt h el a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n t t e c h n o l o g ya n dt oe s t a b l i s hf e a s i b l em e t h o d so ft r e a t i n gl a n d f i l l l e a c h a t e i nt h i ss t u d y ，an e w c o m b i n e ds y s t e mo fa o m b rw i t hl a n d f i l lb i o r e a c t o rw a sd e s i g n e da n da p p l i e dt ol a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n t t h ea o m b rw a sd e s i g n e dt of u l f i l lt h en i t r i f i c a t i o ns t 印，w h i l el a n d f i l l b i o r e a e t o rp e r f o r m e dt h ed e n i t r i f i c a t i o ns t 印 r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed i f f e r e n to p e r a t i o n gc o n d i t i o n s ，s u cha si n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n ( c o da n dn h 4 + - n ) ，s i t t ，h r ta n dr e c y c l er a t i o ，d i dn o ta f f e c tc o dr e m o v a le f f i c i e n c i e s d u r i n gt h ee x p e r i m e r i t t h ea o m b rs y s t e mr e m o v e du pt o8 7 o f t na n d9 4 o fc o d ， w i t ht h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n so f2 0 0m gn i - 1 4 + - n la n d4 0 0 0m gc o d la n da n do p e r a t i n w i t hac o n s t a n tr e c y c l er a t i oo f2 0 0 t h eb i o l o g i c a ld e g r a d 【a t i o nw a sr e s p o n s i b l ef o r8 4 - 9 8 o ft h eo v e r a l lc o dr e m o v a ld u r i n gt h eo p e r a t i n gp e r i o d ；w h i l et h er e m a i n i n g12 - 2 w a s c o n t r i b u t e db yt h em e m b r a n es e p a r a t i o n b i o l o g i c a la s s i m i l a t i o na n da e r o b i c - n i t r i f i c a t i o n a n o x i c d e n i t r i f i c a t i o nw e r ec o n s i d e r e d 嬲m a i np r o c e s so fn i t r o g e nr e m o v a l b a t c h e x p e r i m e n t ss h o w e dt h a ti n t r a c e l l u l a rs t o r a g ep o l y m e r s ( e g ，p h b ) i i l i 曲tb eu t i l i z e d a s e l e c t r o nd o n o rf o rd e n i t r i f i c a t i o n , w h e nt h eo r g a n i cc h e n m i c a l sw e r ea b s e n c e m o r e o v e r , t h e a e r o b i c n i t r i f i c a t i o n a n o x i c d e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi n c r e a s e dg r a d u a l l yf r o m2 6 8t o9 0 o a o m b rs y s t e mw i t h o u ts l u d g er e c y c l i n gh a sb e e nd e v e l o p e dt oe v a l u a t et h e e f f i c i e n c yo fn u t r i e n tr e m o v a li nt r e a t i n gs y n t h e t i ch i g hs t r e n g t hw a s t e w a t e r 1 1 1 ea v e r a g e c o dr e m o v a le 伍c i e n c yw a s9 4 6 a n dc o dr e m o v a lw a si n d e p e n d e n to fc o d nr a t i o t h ec a r b o ns o u r c ef o rd e n i t r i f i c a t i o nw a sa b u n d a n tr e s u l t i n gi nah i g h e rd e n i t r i f i c a t i o n e f j f i c i e n c yw h e nt h ei n f l u e n tc o d nr a t i ow a sh i g h e rt h a n9 3 d e c r e a s e di n f l u e n tc o d n r a t i o st o5 3 ，n h 4 + - na n dc o dr e m o v a le 缅c i e n c yw e r en o ta f f e c t e d t h ei n f l u e n tc o d n r a t i od e c r e a s ec a u s e dn i t r i f i c a t i o nr a t e si n c r e a s ea n dd e n i t r i f i c a t i o ne 伍c i e n c yd e c r e a s ed u et o t h e s h o r t a g e o fc o d b o t ha e r o b i cs n da n dc o n v e n t i o n a lb i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o nc o n t r i b u t e dt on i t r o g e nr e m o v a la n dt h el a t t e rp l a y e dd o m i n a n te f f e c t i i i 垃圾渗沥液离位m b r 硝化填埋层原位反硝化处理_ 艺研究 a d d e d2 0 0m l4 ，0 0 0m gn 0 2 。n lo r4 ，0 0 0m gn 0 3 - n lc o n c e n t r a t e dl i q u i dt o l a n d f i l lb i o r e a c t o r r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d d e dn 0 2 。- no rn 0 3 - - nw a st y p i c a l l yc o n s u m e d w i t h i n4 8h t h eh i g h e s tn o x - ne m u e n tc o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t2 0 0m e r l e a n db o t ho f n 0 2 - - na n dn 0 3 - - na v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e sw e r ea b o v e9 8 ，s u g g e s t i n gt h a tt h e l a n d f i l lb i o r e a c t o rp r o v i d e dw i t he x c e l l e n ti n s i t ud e n i t r i f i c a t i o nc a p a c i t y n o x - - nr e d u c t i o n r a t ed a t ao b t a i n e df r o mm i c r o c o s me x p e r i m e n t sw e r ef i tt om o n o dk i n e t i c s w i t hs p e c i f i c r e m o v a lr a t e so f1 6 2 5m gn 0 3 - n ( gd r yw a s t ed ) a n d1 12 5m gn 0 2 - - n ( gd r yw a s t ed ) ， w h i c hw e r er e l a t i v e l yh i g h e rt h a nt h o s ev a l u e sr e p o r t e di nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e s ， a n dn i t r o g e nr e m o v a lh a l f - s a t u r a t i o nc o n s t a n t so f1 2 5 0 5m gn 0 3 - - n la n d1 2 5 5m g n 0 2 - - n l ，w h i c hw e r er e l a t i v e l yl o w e ra sc o m p a r e dt ot h o s ef o u n di nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p r o c e s s e s f i n a l l y ac o m b i n e ds y s t e r nc o n s i s t i n go fa na o m b ra n dal a n d f i l lb i o r e a c t o rw a s d e v e l o p e dt ot r e a tl a n d f i l ll e a c h a t e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o dr e m o v a le 街c i e n c yw a s a b o u t8 0 ，n h 4 + 一na v e r a g er e m o v a le f j f i c i e n c yw a s8 8 a n dt na v e r a g er e m o v a l e f j f i c i e n c yw a s5 3 1 i nt h ei n i t i a ls t a g e n 0 2 - - nw a sa c c u m u l a t e di nt h e o m b r w h l e i nt h es t a b l es t a g e ，t h em a i nn i t r i f i c a t i o np r o d u c tw a sn 0 3 n t h ec o n c e n t r a t e de 用u e n tw a s a d d e dt oal a n d f i l lb i o r e a c t o rr e g u l a r l y r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d d e dn o x - - nw a st y p i c a l l y c o n s u m e dw i t h i n4 8ha n dt h en o x - - na v e r a g er e m o v a le f j f i c i e n c i e sw e r ea b o v e9 7 5 c o m p a r e dw i t ht h el a n d f i l ll e a c h a t ec y c l i n gb i o r e a c t o r t h ec o dc o n c e n t r a t i o no ft h en e w l y p r o d u c e dl a n d f i l ll e a c h a t ed e c r e a s e dg r a d u a l l yd u r i n gt h ee x p e r i m e n to p e r a t i o n r e s u l t s s u g g e s t e dt h a tt h ei n s i r ed e n i t r i f i c a t i o np r o c e s sc o n s u m e do r g a n i cm a t e r i a lr e s u l t i n gi na l o w e rc o dc o n c e n t r a t i o ni nt h en e w l yp r o d u c e dl a n d f i l ll e a c h a t e , w h i c hf a c i l i t a t e d a c c e l e r a t i n gn i t r i f i c a t i o np r o c e s si na o m b ra n df o r m i n ge x s i t um b r1 1 i t r i f i c a t i o n r o c o n c e n t r a t i o n i n s i t ul a n d f i l ld e n i t r i f i c a t i o nr e c y c l e k e yw o r d s ：a n o x i c o x i e - m e m b r a n eb i o r e a e t o r ( a o - m b r ) ；i n - s u i td e n i t r i f i c a t i o n ； s i m u t a n o u s en i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i e a t i o n ( s n d ) ；l a n d f i l ll e a e h a t e i v 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 盎盎筮 日期：塑：兰：望 人连理工大学博士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：煎童筮 导师签名：生墨垣1 盎 兰竺旦年生月三金日 大连理工大学博士学位论文 引言 目前，我国城市垃圾的年产量已达2 5 亿吨，而且每年以近l o 的速度递增，并且， 历年垃圾堆存量已高达7 0 亿吨，占用耕地5 5 亿平方米以上。城市垃圾的处理方式主要 有：堆肥、卫生填埋及焚烧。由于我国大多数城市未实行垃圾分类投放制度，城市生活 垃圾成分混杂，而卫生填埋法具有处理量大、适应性强、一次性处理、管理方便、运行 费用合理等优点，因此垃圾卫生填埋是我国现阶段城市生活垃圾处理的主要手段，约占 全部处理量的7 0 以上。它的主要缺点是，填埋过程中产生的诸如填埋气体和渗沥液 等二次污染物，如不妥善处理，会对填埋场周围的水、大气和土壤造成严重污染，并对 附近地区的公众健康构成威胁。 垃圾填埋场随着填埋年龄不同，垃圾渗沥液中化学需氧量 ( c h e m i c a lo x y g e n d e m a n d ，c o d ) 浓度为2 0 0 0 5 0 0 0 0m g l ，氨氮( n h 4 + - n ) 浓度可达1 0 0 0 3 0 0 0m g l ， 并含有多种有机污染物和重金属等，其中多种被我国和美国e p a 列入优先控制的污染 物黑名单。随着公众对水环境污染的关注及公共环境意识的增强，各国都制定了越来越 严格的渗沥液排放标准。传统渗沥液处理工艺( 无论是生物法还是物理化学法) 都很难 达到理想的处理效果。因此，发展一种经济有效、环境友好的处理工艺十分必要。 在总结前人研究工作的基础上，本论文提出一种优化集成工艺，即采用生物法和膜 分离组合技术膜生物反应器( m b r ) 硝化、反渗透( r o ) 分离浓缩，反渗透浓水回灌 至垃圾填埋层反硝化的垃圾渗沥液综合处理工艺。具体工艺技术方案为：垃圾渗沥液收 集后进入到膜生物反应器中进行硝化过程，脱除有机物的同时，将n 吖n 氧化为硝态氮 或者亚硝态氮，m b r 膜出水由高压泵输入到反渗透装置浓缩，反渗透出水可排放或回用 浓缩液回灌到垃圾填埋场中，利用填埋层中丰富的有机物为碳源及厌氧条件进行反硝 化，将高浓度的硝态氮或者亚硝态氮转化为氮气。由于反硝化利用了垃圾填埋层中的有 机碳源，可以降低新生渗沥液中有机物的浓度。本论文研究的重点为膜生物反应器中的 有机物降解和n m + - n 的硝化规律，生物填埋层中的反硝化过程及对于垃圾降解过程的影 响。 本研究的目标是：拟将膜生物反应器的硝化作用，反渗透装置的分离浓缩作用和垃 圾填埋层( 厌氧生物反应器) 生物反硝化作用有机结合，实现垃圾渗滤液硝化浓缩一反 硝化耦合工艺，充分发挥各反应器的特点和功能，达到同时脱除垃圾渗沥液中有机物和 氮的功效，为垃圾渗沥液的处理提供一种新工艺、新技术。 垃圾渗沥液离位m b r 硝化胜圾层原位反硝化处理工艺研究 1 国内外垃圾渗滤液处理技术研究进展和文献综述 1 1 垃圾渗沥液的来源、性质、危害及处理技术 1 1 1 垃圾渗沥液的来源、性质、危害 ( 1 ) 垃圾渗沥液的来源 垃圾填埋场渗沥液的主要来源为：填埋场地的大气降水( 包括降雨和降雪) 淋入和 淋溶；场外地表水的侵入和地下水的侵入；填埋的垃圾自身所含有的水分；填埋层中的 垃圾由于微生物的代谢作用，在生物降解过程中产生的水分。 渗沥液量的大小受多种因素的影响，如降雨量、蒸发量、渗沥液回灌方式、地面径 流系数、地下渗入途径、垃圾含水率及组成特性、垃圾层底部防渗结构、表面覆盖土和 下层排水设施的设置情况等，其中最主要的影响因素是填埋场区降雨入渗量。 ( 2 ) 垃圾渗沥液的性质 垃圾渗沥液的性质即成分与垃圾堆体内部的物理和生化演变过程密切相关。填埋场 内垃圾的降解是一个复杂的生物化学反应过程。生物降解在垃圾降解中起主要作用， 垃圾填埋之后，随着填埋时间的延长，依次经历以下五个阶段： 调节阶段，即好氧分解阶段。在该阶段，新鲜垃圾空隙中的氧很快被消耗，导致二 氧化碳( c 0 2 ) 产生和垃圾层温度上升，逐渐为有活性的微生物群落创造适宜的生长条 件，垃圾堆体中发生从好氧到缺氧环境的转化。在这个阶段渗沥液来自由于压实和垃圾 中的短路流动而释放的自由水，在这一阶段的后期，渗沥液中的化学需氧量( c h e m i c a l o x y g e nd e m a n d ，c o d ) 和挥发性脂肪酸( v o l a t i l ef a t t ya c i d ，v f a ) 浓度相对较低，这 是一个非常短暂的过程，在填埋场垃圾降解中起次要作用 2 】。 水解阶段，在此阶段水解菌将不能穿透细胞膜的大分子有机物变成能够被微生物利 用的小分子有机物。垃圾堆体内氧气消耗殆尽后，填埋单元内部环境经由缺氧环境最终 转变成厌氧环境，垃圾由好氧降解过渡到缺氧降解，同时在填埋单元内形成以兼性厌氧 茵和真菌为主导的优势微生物群落，填埋垃圾中的复杂有机物质也被兼性厌氧微生物转 化为有机酸和其他中间产物，由于有机酸的形成及填埋气体中c 0 2 浓度的逐渐升高，填 埋垃圾和渗沥液p h 值缓慢下降，生活垃圾的稳定化进程也开始进入酸化阶段。 酸化阶段，产酸菌将水解阶段产生的小分子化合物转化为简单的以挥发性脂肪酸 ( a ) 为主的末端产物，而产氢产乙酸菌将产生的v f a 、醇类、乳酸等转化为乙酸、 氢气和c 0 2 。在这个阶段，有机酸的积累，导致p h 值的进一步降低。同时生化需氧量 大连理工大学博士学位论文 ( b i o l o g i c a lo x y g e nd e m a n d ，b o d ) 和c o d 也出现最高值，b o d c o d 可以达到0 4 0 7 ， 酸性也提高了渗沥液溶解化合物的能力。通过垃圾连续水解以及微生物降解有机污染 物，导致产生高浓度的中间产物挥发性有机酸，所以可检测到p h 值的下降和金属成分 的溶出。 产甲烷阶段，当有一定量的甲烷产生时，就进入了产甲烷阶段。这时p h 值能保证 有限的甲烷菌的生长。酸化阶段积累的有机酸被甲烷菌转化为甲烷和c 0 2 ，甲烷产率提 高，硫酸盐和硝酸盐被还原为硫化物和氨氮( n h 4 + - n ) 。纤维素和半纤维素开始分解。 c o d 和b o d 开始降低，p h 值升高。由于有机酸的消耗导致b o d c o d 比值降低。填 埋单元的p h 值将会升高到6 0 8 0 的中性值范围内，渗沥液p h 值也将上升，一些重金 属通过络合反应生成沉淀而脱除，导致电导率下降。 成熟阶段，可供微生物利用的营养物和底物数量都大量减少，限制了微生物的活性， 但难降解有机污染物的缓慢降解可能持续很长时间并产生腐殖质类物质。 总结垃圾渗沥液性质随着填埋年限的变化，如表1 1 所示，垃圾中的易降解有机物 的转化非常复杂，在填埋场运行初期( 3 5 年以内) ，渗沥液的特点为含有高浓度的有机 酸，c o d 和b o d 值最高可达几万m g l ，n h a + - n 浓度不高，p h 值较低，所以重金属 很容易溶解在渗沥液里，但可生化性较好。随着时间的推移( 3 5 年以上) ，填埋场中产 甲烷菌开始占优势。这些细菌将大部分的有机酸转化成了甲烷和c 0 2 ，此时c o d 和b o d 值下降，n h 4 + - n 浓度升高可达几千，p h 值回升，重金属浓度降低，b o d c o d 比值较 低，可生化性变差【3 j 。 表1 1 垃圾渗沥液水质随填埋时间变化表 t a b 1 1l e a c h a t ec h a r a c t e r so fd i f f e r e n tl a n d f i l la g e s 垃圾渗沥液离位m b r 硝化胜圾层原位反硝化处理- t 艺研究 并且，渗沥液的产生随季节变化较大【4 】，在不同季节各污染物浓度不同。我国大多 数城市垃圾是混和收集的，其成分受生活条件、生活习惯、收集方式以及不同地区的影 响很大，因此不同城市的垃圾所产生的渗沥液的水质会有明显的差别【5 】，如表1 2 所示。 除此之外，垃圾渗沥液中还含有很多以耐热细菌形式存在的病原体，如：s t r e p t o c o c c u s ， s a l m o n e l a ，d i p l o c o c c u sp n e u m o n i a e t 6 1 。 表1 2 国内部分城市垃圾填埋渗沥液水质表 t a b 1 2l e a c h a t ec h a r a c t e r so fd i f f e r e n tc i t i e si nc h i n a 综上所述，垃圾渗沥液具有污染物浓度高( c o d 、b o d 可达数千至几万m g l ， n h 4 十- n 可达数千m g l ) ；持续时间长，流量及水质易变等特点，是一种很难处理的废 水。 ( 3 ) 垃圾渗沥液的危害 垃圾渗沥液的危害体现在填埋场周边土壤、地下水以及地表水三个方面。垃圾渗沥 液对土壤的污染，主要是通过渗沥液渗入土层所致。渗沥液污染物在土壤中产生一系列 物理、化学和生物化学作用，如过滤、吸附、沉淀，或者为植物根系吸收或被微生物降 解和合成吸收，从而使污染物截留，或通过土壤孔隙水携带迁移。垃圾填埋场尤其是堆 放场的渗沥液能够直接渗入周边土壤，渗沥液中的有害成分会破坏微生物正常的生存环 境，对土壤结构产生有害影响【7 1 。受到渗沥液浸蚀的土壤酸性降低，有机质和其它营养 元素明显增加。渗沥液中的重金属离子有在土壤中富集的现象，从而造成土壤的重金属 污染m 。另外，研究表明【i l 】，固体废弃物中迁移性最大的污染物是复杂的含碳有机物 和以氨为主要形式的含氮化合物，还有部分重金属物质。在垃圾渗沥液几十种检测到的 有机物中【1 2 】，有2 2 种被我国和美国环保局( e n v i r o n m e n t a lp r o t e c ta g e n c y ，e p a ) 列入 优先控制污染物黑名单。 垃圾堆放场对地下水的影响则主要是垃圾污染组分随渗沥液渗入含水层，其次为受 垃圾污染的河湖坑塘再渗入补给含水层。根据美国环保局的统计，美国已有的7 5 0 0 个 大连理工大学博士学位论文 垃圾填埋场，7 5 对周边土壤和水体造成了污梨1 3 】。c a l v e r t 1 4 】曾对距渗沥液蓄水池5 1 2 m 的一口水井进行长期观察分析，发现其硬度、钙镁浓度、总固体量和c 0 2 含量都有增 加。n e v e n k a 等【l5 】报导，渗沥液对含水层的污染不仅仅在于表层，而且贯穿于6 0m 深 的垂直截面。在约旦，a b u r u k a h 和a 1 k o f a h i t m 】也观测到了渗沥液对于周边水体的污 染。国内填埋场渗沥液污染地下水或地表水的情况更为严重。在上海浦东，如江镇、三 林塘、珊璜等，垃圾堆放场附近地表水池、鱼池以及黄浦江水受到污染，一些化学组分 浓度超出生活饮用水卫生标准1 0 0 0 倍以上【l 们。广州市老虎窿填埋场虽于1 9 9 2 年封场， 但直至1 9 9 5 年其排放的浸出液b o d 5 、c o d 、氮和磷仍然超标，其中以氮为甚【1 7 】。 1 1 2 垃圾渗沥液处理工艺及存在问题 由于渗沥液水质水量的复杂多变性，目前尚无十分完善的处理工艺，现在渗沥液的 处理方案主要有场外综合处理和场内单独处理两大类。具体有四种方案，( 1 ) 收集后直 接排入城市污水处理厂合并处理；( 2 ) 预处理后汇入城市污水处理厂合并处理；( 3 ) 向 填埋场的循环喷洒处理；( 4 ) 建设污水处理系统进行独立处理。如果将渗沥液和城市污 水直接合并处理，可能会造成生化池过大的冲击负荷、出现活性污泥膨胀、铁的沉淀及 重金属毒性等一系列问题，这将严重影响污水厂的稳定运行。因此，目前一般都将渗沥 液进行现场独立处理，主要处理工艺有生物处理法、物化法、土地法以及上述方法的综 厶【1 8 】 口 o ( 1 ) 生物法 生物法是渗沥液处理中最常用的一种方法，分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及 二者结合的处理【1 9 】。好氧处理工艺包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转 盘和滴滤池等。厌氧生物处理是指在没有分子氧存在的情况下，通过厌氧微生物( 包括 兼氧微生物) 的作用，将废水中的各种复杂的有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过 程，它与好氧过程的本质区别在于不以分子态氧作为受氢体，而是以化合态的氧、碳、 硫、氮等作为受氢体。其处理过程是一个复杂的微生物化学过程，主要依靠三大类菌群 ( 水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌) 的联合作用，通过三个阶段的反应( 水 解、酸化和甲烷化) 来完成【2 0 1 。厌氧处理包括上流式厌氧污泥床( 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 ，u a s b ) 、厌氧滤池、混合反应器及厌氧稳定塘等。 a g d a g t g s p o n z a 2 1 】利用两段u a s b + 好氧全混活性污泥反应器( a e r o b i cc o m p l e t e l y s t i r r e dt a n kr e a c t o r ，c s t r ) 处理垃圾渗沥液，厌氧好氧段的水力停留时间( h y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e ，h r t ) 分别是1 2 5d 和4 5d ，有机负荷( o r g a n i cl o a d i n gr a t e ，0 l r ) 为1 6k gc o d m 3 d 时，c o d 的最大脱除率为8 0 ，n i - h + - n 的脱除效率接近9 9 6 。 垃圾渗沥液离位m b r 硝化越圾层原位反硝化处理工艺研究 哈尔滨工业大学的陈升掣2 2 】利用好氧厌氧移动床生物膜反应器( a e r o b i c - a n a e r o b i c m o v i n gb i o f i l mb e dr e a c t o r ，a om b b r ) 处理填埋期4 年的垃圾渗沥液，实验结果表 明，有机负荷4 0 8 1 5 7 0k gc o d m 3 - d ，总的c o d 脱除效率是9 2 9 5 ；其中厌氧的m b b r 起主要作用( 8 0 9 2 ) ，好氧的m b b r 仅脱除了3 1 2 的有机物。当好氧m b b r 中 h r t 时间大于1 2 5d ，9 7 的n h 4 + n 被硝化，h r t 小于1 2 5d ，硝化效率迅速下降。 彭永臻等f 2 3 】利用两段u a s b + a o 处理垃圾渗沥液，当进水的c o d 浓度波动范围是 8 8 5 0 1 2 5 0 0m g l 时，u a s b l ，u a s b 2 和o 反应器有机负荷分别为6 6 1 6 2 ，2 3 6 1 和0 4 2 7k gc o d m 3 d ，两段u a s b 处理后c o d 浓度低于3 5 0 0m g l ，最终出水c o d 浓度为8 0 0 1 4 0 0m g l ，系统总c o d 脱除率为8 3 9 3 。a o 反应器中n 出+ n 负荷o 2 0 7 k gn i - h + - n m 3 - d ，出水n h 4 + - n 浓度小于1 5m g l ，n h 4 + - n 的脱除率高于9 9 5 ，其中， 9 0 一9 9 的n h 4 + - n 被氧化为n 0 2 - - n 。n 0 2 - n 在u a s b l 及缺氧段被反硝化生成氮气， 反硝化效率接近1 0 0 。进水总氮( t o t a ln i t r o g e n ，t n ) 浓度为1 4 5 0 2 4 5 0m e g l ，出水 浓度为17 0 2 5 0m g l ，系统t n 脱除率8 0 9 3 。 好氧生物处理和厌氧生物处理都是比较成熟的处理技术，好氧生物处理可以降低 b o d 、c o d 和n h 4 + - n ，还可以脱除另一些污染物如铁、锰等金属。厌氧生物处理方法 的突出特点是能耗低，操作简单，而且产生的剩余污泥量少，污染物脱除率高。生物法 由于其运行费用相对较低、处理效率高，不会出现化学污泥等造成二次污染，因而被世 界各国广泛采用。但是生物处理的缺点也比较明显：一是要求进水水质相对稳定，以减 少因冲击负荷过大而对生化过程中必需的微生物造成损害。二是生化过程中产生的污泥 需要进一步的处理。三是处理效果受季节和温度的影响而不稳定。四是系统的生化处理 都需要建造比较多的构筑物，占地面积大、建设投资高。 ( 2 ) 物化法 物化法过去只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗沥液，而今随着渗沥液控制 排放标准的日益严格，物化法也用来处理新鲜的渗沥液，且是渗沥液后处理工艺中最常 用的方法之一。物化法包括絮凝沉淀、活性炭吸附、膜分离和化学氧化法等 2 4 - 2 6 1 。由于 物化法处理成本较高，不适于大量的渗沥液的处理。 在物化法中，膜分离工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点，应用得越来 越广泛。由于反渗透膜分离过程可在常温下进行，且无相变，低能耗，可有效地脱除无 机盐和有机小分子杂质，具有较高的水回用率，c h i a n 2 7 】于1 9 7 7 年提出将反渗透技术应 用到垃圾渗沥液处理中，以降低其净化出水的c o d 。 k r i s t i n al m d e 【2 8 】运行反渗透( r o ) 工艺处理三种不同性质的垃圾渗沥液：传统的、 可生化降解垃圾产生的以及不可生化降解垃圾所产生的。实验结果表明，对于前两种垃 大连理t 大学博+ 学位论文 圾渗沥液，c o d 及n h 4 + n 的脱除效率均高于9 0 ，膜通量与电导率具有线性关系， 而第三种渗沥液含有高的盐浓度，需要较高的渗透压力，因而膜通量低，考虑应用纳滤 ( n f ) 或超滤( u f ) 前处理后，再经过反渗透处理。 c h i a n e s e 掣2 9 】学者发现应用反渗透工艺处理垃圾渗沥液时，c o d 的脱除效率与进 水浓度无关，但是随操作压力升高而变大。运行压力为5 3a t m 时，c o d 的脱除效率高 于9 8 。c o d 出水浓度与大部分金属离子的截留效果无关，但是进水c o d 浓度升高， z n 离子的脱除效率明显下降。 h u l d 等【3 0 】选用3