（环境工程专业论文）afmbbr及专性耐盐菌对高盐量垃圾渗滤液的处理研究.pdf

中文摘要 试验采用混凝和氨氮吹脱工艺对垃圾渗滤液进行预处理，得出混凝工艺的最 佳试验参数为：混凝剂为蓝清净水剂( 液体药剂) ，混凝剂饱和溶液的投加量为 o 5m l l ，混凝最佳p h 值范围为5 5 6 5 。该条件下混凝工艺对c o d 的去除率 为3 0 左右；氨氮吹脱试验结果表明，在水温为2 0 6 、p h 值为1 0 8 、曝气时 间为4h 的条件下，氨氮去除率为8 0 8 。 针对大港垃圾渗滤液高c 0 1 ) 、高含盐量、高毒性的特点，采用厌氧生物滤池 一好氧移动床生物膜处理工艺。试验结果表明，对高盐量的垃圾渗滤液采用生物 膜法处理，可以保持系统中较稳定的生物量，避免了活性污泥法中污泥流失的问 题，具有较高的处理效率。试验确定a f 反应器的最佳容积负荷范围为4 5 k g c o d ( 岔d ) ，最佳h r t 为1 0h ，m b b r 反应器的最佳有机负荷范围为3 3 8 5 7 5 k g c o d ( m 3 d ) ，最佳h r t 为1 0h ，在该运行条件下，经过适当的启动与驯化阶段， 整套厌氧生物滤池一好氧移动床生物膜反应器对渗滤液c o d 的平均去除率为2 2 ， 最高可达5 0 。 为进一步提高处理效率，试验运用微生物方法分离并筛选出一株能够有效降 解高含盐垃圾渗滤液的专性耐盐菌。经初步的菌种鉴别，该耐盐菌为革兰氏阴性 菌，双链杆菌，菌体大小约为 ( o 6 1 ) ( 2 3 ) u m 。在温度为3 7 ，与渗 滤液接触时间为9h ，细菌的有机负荷为1 0 3 9k g c o d ( k g m l s s d ) 的条件下， 该种菌对垃圾渗滤液中c o d 的去除率可达6 5 ；同时，将筛选出的耐盐菌投入m b b r 反应器中，能使系统对c o o 的处理效率由原来的2 0 提高至4 7 5 ，说明该种耐 盐菌具有较高的专性降解能力，是处理该种高含盐、高毒性、难降解有机废水的 有效途径。 关键词：垃圾渗滤液厌氧生物滤池移动床生物膜反应器含盐废水 耐盐菌 a bs t r a c t t h ec o a g u l a t i o na n da h a m o m an i t r o g e nb l o w - o f fw e r ec a r r i e do u tf i r s tb ys t a t i c e x p e r i m e n ti nl a b o r a t o r yf o rt h ep r e t r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e t h et r e a t m e n t c o n d i t i o n so fc o a g u l a t i o nw e r ea sf o l l o w s ：l a n q i n gc o a g u l a n tw i l l su s e dh e r e ，a n d 谢t ht h ea d o p t i o no f0 5 m ls a t u r a t e ds o l u t i o ni n1 ll e a c h a t e 。p hv a l u er a n g e sf r o m 5 5t 06 5 a l le f f e c to f3 0 c o dr e m o v a lw a sr e a c h e d t h er e s u l to fa m m o n i a n i t r o g e nb l o w - o f fe x p e r i m e n ts h o w e dt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o no fw a t e rt e m p e r a t u r e 2 0 6 c ，p hv a l u e1 0 8 ，a n dt h eb l o w i n gp e r i o d 钒t h ea m m o n i an i 仃o g e nr e m o v a l e f f i c i e n c yw a s8 0 8 c o n s i d e r i n gt h eh i g h - s a l i n i t y , h i g h - t o x i t y , h a r d l y - b i o d e g r a b l ec h a r a c t e r i s t i c so f d a g a n gl a n d f i l ll e a c h a t e ，t h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n tw a sc a r r i e do u tb yu s i n ga c o m b i n e db i o f i l mp r o c e s so fa n a e r o b i cb i o f i l t e r ( a f ) a n dm o v i n gb e db i o r e a c t o r ( m b b r ) t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ti n d i c a t e dt 1 1 a t ，b i o f i l m r e a c t o rc a nk e e pah i g h c o n c e n t r a t i o no fb i o m a s s ，w h i c ha v o i d e dt h ep r o b l e mo fs l u d g ef l o w i n ga w a yi n a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，s oa st om a i n t a i nab e t t e rt r e a t m e n te f f e c t t h eo p e r a t i o n a l c o n d i t i o no b t a i n e di sa sf o l l o w s ：f o ra f , w i t l la1 0h o u r sh r t , t h el o a dr a n g ef o rt h e b e s tt r e a t m e n te f f e c ti s4 5 k g c o d ( m 3 d ) ，a n df o rm b b 凡t h el o a dr a n g ef o r 也eb e s t b e h a v i o ri s3 _ 3 8 0 7 5 k g c o d o 血3 0 d ) w i t hah r to fl o h u n d e rt h ea b o v e m e n t i o n e d t r e a t m e n ts i t u a t i o n , a n da f t e rap e r i o do f a p p r o p r i a t em e t h o do f b i o f i l m i n ga c c l i m a t i o n , t h ew h o l ea ob i o f i l ms y s t e mc o u l da c h i e v ea ne v e r a g ec o di e m o v a le f f i c i e n c yo f 2 2 晰t h t h eb e s to f 5 0 t oi m p r o v et h et r e a t m e n te f f i c i e n c y , am i c r o b i o l o g i c a lm e t h o dw a sr e v i e w e db y i s o l a t i n ga n ds c r e e n i n gas p e c i f i cs t r a i no fh a l o t o l e r a n tb a e t e r i 扎a f t e rap r i m a r y i d e n t i f i c a t i o n , t h eh a l o t o l e r a n tb a c t e r i as c r e e n e do u ti s ag r a m - n e g a t i v eb a c t e r i a , s t r e p t o b a e i l l u s ，w i t l lt h es h a p ef e a t u r eo f 【( o 白1 ) x ( 2 - 3 ) 】p a n u n d e rac o n d i t i o no f t e n m p e r a t u r e3 7 ，c o n t a c tt i m e9 h , o r g a n i cl o a d1 0 3 9k g c o d ( k g m l s s d ) ，t h e h a l o t o l e r a n tb a c t e r i ac o u l dr e a c hah i g hc o dr e m o v a le f f i c i e n c yu pt o6 5 t h r o u g ha s t a t i ee x p e r i m e n t b e s i d e s ，w h e nt h ee n r i c h e dh a l o t o l e r a n tb a c t e r i aw a sa p p l i e di n t o m b b t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h em b b rc o u l db ei n c r e a s e df r o m2 0 t o 4 7 5 ，w h i c ha l s op r o v e dt h a tt h eh a l o t o l e r a n tb a c t e r i as c r e e n e do u th a sah i 曲 c a p a b i l i t yo fs p e c i f i cd e g r a d a t i o n , a n di sae f f e c t i v ew a yi nt r e a t i n gt h el a n d f i l l l e a c h a t ew i t hah i g hs a l i n i t y , h i g ht o x i c i t ya n dh a r d l yb i o d e g r a d a b l eq u a l i t y k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e a n a e r o b i cf i l t e r , m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r , w a s t e w a t e rw i t l lh i g hs a l i n i t y , h a l o t o l e r a n tb a c t e r i a 天津大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液的产生及水质特征 1 1 1 垃圾渗滤液的产生途径 垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响，不仅水量变化大，而且变化无规律性。 垃圾渗滤液的产生来自以下五个方面o ： 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。 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉。 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。 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。当垃圾含水为4 7 时，每吨( t ) 垃圾可产生o 0 7 22t 渗滤 液。 垃圾填埋后，微生物的厌氧分解产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场 内分解时会产生水分。 垃圾渗滤液不仅是垃圾填埋过程中产生二次污染的主要原因之一，而且能够 造成水体、土壤、大气、生物等多方面的污染。其中，高浓度的c o d 和b o d 使地 面水体缺氧，水质恶化：氮、磷等营养物质则是水体富营养化的诱因，还可能严 重威胁饮用水和工农业用水水源；如果缺乏必要的防渗措施而使渗滤液进入地下 水富集区，则使地下水丧失利用价值，造成严重的水瓷源浪费；众多有机污染物， 尤其是列入优先控制污染物范围的，进入食物链后将直接威胁人体健康，严重的 还会引起流行性疾病的爆发。 1 1 2 垃圾渗滤液的水质特征 城市垃圾渗滤液的水质由垃圾成分、填埋时间、气候条件和填埋场设计等多 种因素决定。另外，城市的消费水平及消费结构不同，生活垃圾渗滤液的水质也 有差异。表i - i 为我国不同城市垃圾渗滤液的水质特征。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 表1 - 1 我国城市垃圾渗滤液水质特征 项目 上海 杭州广州 深圳台湾某市 c o d ( m g * l - 1 ) 15 0 0 10 0 0 14 0 05 00 0 04o o o 80 0 050 0 050 0 080 0 0 3 70 0 0 b o d 。( r a g l - 1 ) 2 0 0 40 0 04 0 0 25 0 04 0 0 20 0 02 0o o o 6 0 0 3 50 0 02 80 0 0 t n ( m g l 。) l o o 7 0 0 8 0 8 0 01 5 0 9 0 0 4 0 0 26 0 02 0 0 20 0 0 s s ( m g l 1 ) 3 0 5 0 06 0 6 5 02 0 0 6 0 020 0 0 5 0 0 20 0 0 70 0 0 n 凡一n ( m g l - 1 ) 6 0 4 5 05 0 5 0 01 6 0 5 0 05 0 0 24 0 01 0 0 10 0 0 p h 5 6 56 6 56 5 7 86 2 6 65 6 7 5 由表卜1 可知，垃圾渗滤液c o d 和b o d 。浓度是生活污水的1 0 1 0 0 倍，其他 污染物是国家地表水环境质量标准( g b3 8 3 8 2 0 0 2 ) 规定的v 类水体的数十 倍，甚至数百倍，其污染物浓度极高且成分复杂。 总的来说，城市垃圾渗滤液的主要特点有。1 ：污染物浓度高且变化幅度大， 处理十分困难。垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无法比拟的，其中c o d 值约 为12 0 0 4 50 0 0m g l ，b o d 5 值约为2 0 0 3 00 0 0m g l ，一般而言，c o d 、b o d 5 和b o o 。c o d 随填埋场的“年龄”的增长而降低，碱度则上升。渗滤液中有机 污染物种类繁多，水质复杂。垃圾渗滤液中含有大量的有机物，主要有机物多为 芳烃、烷烃、烯烃、酸类、酯类、醇类、酚类、胺及酰胺等，且有些已经被确认 为可疑致癌物、促癌物和辅助致癌物。周少奇等4 1 运用g c m s 对垃圾渗滤液中的 有机物进行分析，测得有机污染物8 7 种，其中1 6 种有机污染物被列入美国e p a 环境优先控制污染物。此外，渗滤液中还有1 0 多种金属”，工业部门使用的垃 圾填埋场，其渗滤液中还会含有有毒有机物和无机物，水质更为复杂。氨氮含 量高，c n 值常严重失调，增加了生物处理难度。渗滤液中氨氮的主要来源是填 埋垃圾中蛋白质等含氮类物质的生物降解。整个填埋期内氨氮浓度可以从低于 1 0 0m g l 增加到几千m g l ，这不仅增加了渗滤液处理系统的负荷，而且随着填 2 天津大学硕士学位论文第一章绪论 埋时间的延长，渗滤液中c o o 呈下降趋势，导致c n 随之降低，一定填埋时间后 会出现c n 3 的情况，造成营养比例严重失调，影响生化处理系统的稳定运行。1 。 水质水量变化大，垃圾渗滤液的水质通常可根据填埋场的。年龄”分为两类： 一类是填埋时间在3 5 年以下的“年轻”渗滤液，其特点是p h 值低，c o o 和b o d 浓度高，可生化性高；另一类是填埋时间在5 年以上的“老年”渗滤液，其特点 是p h 接近中性，c o d 和b o o 浓度降低，氨氮浓度高，可生化性差。此外，垃圾 渗滤液水质还受到季节降雨的影响，雨季大于旱季，变化规律难以确定。金属 含量高。垃圾渗滤液中含有l o 多种金属离子，由于国内垃圾不像国外某些城市 那样经过严格的分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子与国外某些城 市垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异。其中铁浓度可高达20 5 0m g l ，铅的浓 度可达1 2 3m g l ，锌的浓度可达1 3 0m g l ，钙的浓度可达43 0 0m g 几。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 o 。：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 ，而一般的垃圾渗滤液中的b o d 。p 大都大于3 0 0 ，与微生物生长所需 的磷元素相差较大。此外，渗滤液在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 20 0 0m g l 范围内。 1 2 垃圾渗滤液处理技术研究和发展 垃圾渗滤液处理作为一个卫生填埋场必不可少的环节，近几年来越来越受到 人们的重视，我国渗滤液排放标准( g b1 6 8 8 9 - 1 9 9 7 ) “”见表i - 2 。 表1 - 2 垃圾渗滤液排放标准皿g l 1 项目 排放森 c o db o dn | l + - ns s 三级 10 0 06 0 04 0 0 二级 3 0 01 5 02 52 0 0 一级 i 0 03 0 1 57 0 注：三级标准是处理后排入市政管网的标准，二级和一级标准分别是排入地表水的标准。 针对垃圾渗滤液的水质特征，产生了物理化学法、生化处理法等不同的处理 方法，常用的垃圾渗滤液处理工艺及其处理效果见表卜3 。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 表卜3 垃圾渗滤液处理工艺 参考参考 处理工艺 处理效果 处理工艺处理效果 文献文献 能减量8 7 0 5 的渗 经过芦苇湿地的c o d滤液并显著降低渗 人工湿地去除率约6 6 ，氨氮 1 1 回灌滤液的s s 、c o d 、 1 2 去除率约4 6 n w - n 浓度，提高p h 值，改善渗滤液水质 初步处理后c o d 去除c o d 和色度去除率 人工湿地 率6 8 ，b o d 。去除率 1 3 化学混凝分别达5 8 和9 5 以 1 4 1 4 6 ，氨氮去除率8 1 上 c o b 去除率为7 9 ， u v h ：o j 反应3 0m i n 后。c o d 混凝一吸氨氮去除率为4 6 ， 去除率约8 0 ，脱色 1 5 1 6 草酸铁附法重金属去除率为 率达9 0 以上。 5 3 9 8 最优工艺参数下 、w n i 0 2 fc o d 去除率达8 8 6 ， 1 7 催化电解c o d 去除率为 1 8 也 u 、，。褪色率达9 7 9 法 8 2 6 ，氨氮去除率 将近1 0 0 活性炭 对c o d 和色度去除率 除氨氮外，各项污染 - h ：0 ：催 分别为8 2 8 和 1 9 a m t 系统物指标的去除率均 2 0 8 5 5 ，同时还可消 化氧化法达到9 0 以上。 除臭味 进水c o d 为50 0 0 1 20 0 0m g l ，h r t 为 u a s b 2 1 船r 工艺国家一级标准 2 2 1 9 2 7h ，c o d 去除 率达9 0 两级串联c o d 最大去除率为 2 3 a b r 一接触好氧出水去除率 1 2 4 u a s b c s t 8 0 ，好氧出水中氨 氧化一化8 0 8 5 ； f e n t o n 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 r 氮去除率达9 9 6 学氧化氧化处理，出水c o d 小于1 0 0m g l 。 出水c o d 2 0 0m g l ， u a s b f s b 出水水质达到垃圾 混凝一s b rb o d 1 0 0m g l ，氨氮 2 5 渗滤液二级排放标 2 6 r 1 5m g l 准。 系统出水c o d 、b o d 。、 s s 、氨氮去除率均达 在由有效微生物组 船r r o 5 0 以上，满足朝鲜 成的模拟含水层的 工艺 环保局1 9 9 7 年规定 2 7 e m s作用下，c o d 去除率 2 8 j 的排放标准 达9 5 ，无机氮化合 物去除率将近1 0 0 两级工艺对c o d 去除对色度，c o d 、总磷 率分别为4 2 5 和曝气一管去除率达8 0 以上， s b r 一混凝 2 9 3 0 j 6 3 o ，达到国家渗道絮凝对氨氮去除率达 滤液排放二级标准6 0 以上 水解酸化c 0 1 ) 总去除率为 对毒性较大的高浓 - s b r - 混 9 1 2 ，氨氮去除率 3 1 1e m 技术 度垃圾渗滤液主要 3 6 指标的去除率达 凝沉淀为9 0 4 4 6 5 1 1 2 1 垃圾渗滤液与城市污水合并处理 合并处理就是将渗滤液引入附近的城市污水处理厂与城市污水进行合并处 理，利用城市污水对渗滤液的缓冲稀释作用和城市污水中的营养物质实现城市污 水和渗滤液的同时处理。这是最为简单的处理方案，可以节省单独建设渗滤液处 理系统的高额费用，从而降低处理成本，但这并非普遍适用的方法。一方面，填 埋场必须靠近城市污水厂，否则渗滤液的输送会造成较大的经济负担；另一方面， 由于渗滤液所特有的水质及变化特点，在采用此种方案时必须辅以相应有效的控 制措施，否则将造成对城市污水处理厂的冲击负荷，影响甚至破坏城市污水处理 厂的正常运行。国外研究表明，这个合并水量的比例一般不超过0 5 ，并且渗 滤液带来的负荷增加控制在1 0 以下，这种合并处理是可行、价格低廉的。b o y l e 天津大学硕士学位论文第一章绪论 和h 锄报道，c o d 为2 40 0 0m g l 的渗滤液与城市污水混合，其中渗滤液占总 体积2 时，污水处理厂的处理效果不受影响，当渗滤液体积增至4 5 时，污 水处理厂的正常运行受到妨碍。 1 2 2 土地处理方式 土地处理法，即在人工控制的条件下，通过土地一植物系统的物理一生物一化 学综合反应，使渗滤液得到净化。土壤颗粒能起到截留、吸附和过滤的作用；土 壤中的微生物将渗滤液中有机物进行转化和稳定，并将有机氮转化为氨氮；土壤 中的植被利用渗滤液中的各种营养物生长，并通过蒸腾作用减少渗滤液量。这种 方法简便经济，缓冲容量大，适合于土地广阔的地区。 土地处理包括渗滤系统、表面漫流、湿地系统等多种处理系统，目前用于渗 滤液处理的主要是人工湿地系统。人工湿地是一种优化的土地处理方法，它利用 了土壤及基质的快滤、吸附等功能净化废水，并通过植物对废水的吸收而增强净 化效果。该方法具有经济、易维护、美化环境并且即使填埋场关闭仍能继续发挥 功效的优点m 。 1 2 3 循环回灌法 循环回灌法，实质上就是将填埋场作为一个巨大的生物滤床，将产生的渗滤 液回流至填埋区域，利用填埋场自身形成的稳定系统，使渗滤液流经覆土层和垃 圾层，发生一系列的生物、化学和物理作用而被处理，同时通过蒸发减少渗滤液 的水量。根据回灌过程中布水系统的不同，可分为表面灌溉、竖式并、水平井、 喷灌和针注5 种回灌方法。通过回灌可以提高垃圾层中的水分含量，使垃圾渗滤 液的营养成分回到填埋场中，增强微生物活性，降低垃圾渗滤液有害物质的浓度， 加速产甲烷速率，缩短垃圾渗滤液水量及水质的稳定化进程。在做好水平衡的情 况下，利用回灌技术可以使c o d 稳定低于10 0 0r a g 几达到g b1 6 8 8 9 1 9 9 7 中的 三级标准。 回灌法主要存在以下几个问题”：回灌会加速恶臭气体的挥发，导致周围 大气环境质量下降；填埋场的产气速率下降，可能引发安全问题；不能完全 消除垃圾渗滤液，回灌的渗滤液量受填埋场特性的限制，有大量的渗滤液仍需外 排；在降雨量大的地区或季节慎用。不过，作为一种经济简单的方法，循环回 灌仍具有开发的潜力。哈尔滨工业大学的赵庆良1 等通过在室外建立模拟垃圾填 埋场进行了渗滤液回灌试验，结果表明，回灌操作能减量8 7 0 5 的渗滤液，节 省部分处理设施，同时能显著降低渗滤液的s s 、c o d 、n h 。州浓度，提高p h 值， 6 天津大学硕士学位论文第一章绪论 改善渗滤液水质，有利于渗滤液处理。 1 2 4 物理化学方法处理 物理化学法受水质水量变动的影响小，出水水质比较稳定，对于b o d s c o d 值较低，难以进行生物处理的渗滤液有较好的处理效果。物化法主要包括混凝沉 淀、化学氧化、化学还原、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、反渗透、气提法、 吹脱法以及超滤法等等。在渗滤液的预处理或后处理措施中，吸附、混凝沉淀和 膜技术较为常见，而光催化氧化和电化学技术的应用是渗滤液污染化学控制的新 发展。各种工艺中，混凝法需要稳定的水质条件，渗滤液的水质变化大，可能 导致混凝效果不稳定。反渗透、超滤、臭氧氧化和活性炭吸附等技术处理效果很 好，但运行成本太高，目前在国内还没有得到广泛的应用。吹脱法比较经济，但 会吹脱出大量挥发性的氨、苯酚、硫化氢等气体，对大气造成二次污染。以上各 种方法均有各自的优缺点，选择时应根据实际情况，选择适用的处理工艺。此外， 物化法适于处理晚期的渗滤液，这是因为晚期渗滤液中大分子有机物( 如腐殖酸) 含量较高，易于化学氧化而难以生物降解。 1 2 5 垃圾渗滤液的生物处理 生物处理是垃圾渗滤液的主体处理方法。生物法分为好氧生物处理、厌氧生 物处理以及厌氧一好氧生物处理，适于处理小分子有机物含量较高、易于生物降 解而难于化学氧化的早期渗滤液。 1 2 5 1好氧生物处理 填埋场初期渗滤液的b o o j c 0 0 值较高，可生化性好，此时运用好氧生物处 理可达到良好的处理效果。好氧生物处理包括活性污泥法、接触氧化法、好氧稳 定塘、生物转盘和滴滤池等。 活性污泥法是利用悬浮生长微生物的生物处理系统，该方法对易降解有机物 有较高的去除率，因此对新鲜渗滤液有较好的处理效果。但由于负荷小，渗滤液 有机物含量高，水力停留时间较长，而且由于增加曝气量，提高了处理能耗。生 物膜法是利用附着生长微生物的生物处理系统，与活性污泥法相比，该工艺微生 物相比较丰富，具有较强的抗冲击负荷能力，不会因生物相分离性能差而丧失活 性，而且生物膜内含有世代周期长、具有硝化作用的微生物，对氨氮有较高的去 除效率。稳定塘处理系统设备简单、投资省、运行管理方便、产泥量少，但是 污水停留时间长，占地面积大，适于土地资源较丰富的地区使用。 7 天津大学硕士学位论文第一章绪论 在好氧处理过程中，水力停留时间一般都较长，常会出现起泡沫现象，且渗 滤液中缺乏营养物质并含有生物活性抑制物质，此外渗滤液氨氮浓度随填埋时间 而增加，从而迸一步增加曝气量，提高了处理能耗，使好氧处理法在实际运行中 受到了限制。 1 2 5 2厌氧生物处理 高生物固体截留能力和良好的水力混合条件是厌氧反应器有效运行的基本 前提，这使得厌氧处理法在垃圾渗滤液的处理中得到广泛而有效的运用。厌氧生 物处理包括上流式厌氧污泥床、厌氧生物滤池、厌氧固定化生物反应器、混合反 应器及稳定塘等。 与好氧方法相比，厌氧生物处理具有以下优点： 好氧方法需消耗能量( 空气压缩机、转刷等) ，而厌氧处理却可产生能量 ( 产生甲烷气) 。c o d 浓度越高，好氧方法耗能越多：厌氧方法产能越多， 两者的差异就越明显。 厌氧处理时有机物转化成污泥的比例( 0 。1k g m l s s k g c o d ) 远小于好氧 处理的比例( o 5k g b l l s s k g c o d ) ，因此污泥处理和处霞的费用大为降 低。 厌氧处理时污泥的生长量小，对无机营养元素的要求远低于好氧处理， 。 因此适于处理磷含量比较低的垃圾渗滤液。 根据报道，许多在好氧条件下难于处理的卤素有机物在厌氧时可以被生 物降解。 厌氧处理的有机负荷高，占地面积比较小。 总的来说，厌氧处理的污泥生长量小，有机负荷高、占地面积小、对无机营 养元素的要求远低于好氧处理，适于含磷量比较低的渗滤液，但厌氧处理出水 c 0 0 和氨氮浓度仍然较高，d o 含量低，不宜直接排放到河流或湖泊中，一般需要 进行后续的好氧处理或物化处理。在p h 低于7 时产甲烷菌受到抑制甚至死亡， 不利于厌氧处理，而且厌氧处理的最适温度为3 5 ，低于这个温度，处理效率 迅速下降。 1 2 5 3 厌氧一好氧联合处理 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。 厌氧一好氧生物处理工艺是处理中、高浓度有机废水的适宜工艺，这是因为： 天津大学硕士学位论文第一章绪论 厌氧法多适用于高浓度有机废水的处理，能有效地降解好氧法不能去除 的有机物，具有抗冲击负荷能力强的优点，其出水的综合指标往往不能 达到处理要求和排放标准； 厌氧法能耗低、运行费用低，尤其在处理高浓度有机废水时，厌氧法要 比好氧法经济得多： 好氧法则多适用于中低浓度有机废水的处理，对于高浓度且水质水量不 稳定的废水的耐冲击负荷能力不如厌氧法，尤其当进水中含有复杂的高 分子有机化合物时，其处理效果往往受到严重的影响。 厌氧一好氧处理工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以下特点： 由于在厌氧阶段可大幅度去除水中的悬浮物和有机物，其后续好氧处理 的污泥量可得到有效的减少，从而设备容积也可缩小，有报道，在实践 中，厌氧一好氧处理工艺的总容积不到单独好氧工艺的一半； 厌氧工艺的产泥量远低于好氧工艺，并已高度矿化，易于处理。同时其 后续的好氧处理所产生的剩余污泥必要时可回流至厌氧段，以增加厌氧 段的污泥浓度，并通过水解、酸化和产甲烷而减少污泥量，使需要处理 的污泥量大为减少； 厌氧工艺可对进水负荷的变化起到缓冲的作用，从而为好氧处理创造较 为稳定的进水条件： 厌氧处理能耗低和运行费用低，且其对废水中有机物的去除亦可节省好 氧段的需氧量和相应的能耗，从而节省整体工艺的运行费用。 1 2 5 4有效微生物( e m ) 技术 有效微生物( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m ，e m ) 最早由日本琉球大学比嘉昭夫 教授研究开发而成，在农业和畜牧业，e m 已得到广泛的应用。近几年，e m 的应用开始涉及环保领域，尤其在水污染的治理方面发展迅速，陈永祥等”1 将 e m 技术用于s b r 反应器处理生活污水，结果表明，一定量地投加蹦能够显著提 高s b r 反应器对c o d 、t p 、n 也+ _ n 和t n 的去除率和降解速度。用微生物对环境进 行治理尤其是对污水进行处理在国内已经得到广泛应用。生物直投法是一种治污 新模式，通过微生态制剂的直接投放，可以达到快速处理各种污水的目的，这些 微生物可以在短时间内在污水水体迅速繁殖，对污染物进行高效分解。 9 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 6 厌氧生物滤池 厌氧滤池( a n a e r o b i cf i l t e r ，a f ) 是1 9 6 9 年y o u n g 和 l c c a r t y 开发研究 的，它的出现开创了常温下对中等浓度有机废水的厌氧处理新思路。a f 采用生 物固定化技术延长s r t ，把s r t 和h r t 分别考虑的思想是厌氧反应器发展史上的 一个里程碑嘲。 a f 是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充 材料上附着生长，形成生物膜。生物膜与填充材料一起形成固定的滤床，能够通 过滤池的过滤作用和厌氧微生物的消化作用来去除污水中悬浮物和有机物，滤池 中可维持较高的微生物浓度，一般可达5 1 5k g v s s m 3 ，因此其结构与原理类似 于好氧生物滤床。按水流的方向a f 可分为两种主要的形式：上流式a f 和下流式 a f 。不管何种形式，系统中的填料都是固定的。废水进入反应器内，逐渐被细菌 水解酸化，转化为乙酸，最终被产甲烷菌转化为c 儿，废水组成随反应器不同高 度而变化。因此微生物的种群分布也相应地发生规律性的交化，在废水入口处， 产酸菌和发酵性细菌占较大比例；随水流方向，产乙酸菌和产甲烷菌逐渐增多并 占主导地位。 a f 的优点如下： 生物固体浓度高，因此可以承受较高的有机负荷。c h u a 等通过研究不 同水力负荷下a f 反应器的运行情况发现，当水力负荷在一定范围内成倍 增长时，系统对c o d 的去除效率仅有轻微变化，且经过8 天左右即可恢复 至原来水平；当水力负荷增加至系统无法承受时，便会因v f a 在反应器内 的大量积累而导致系统崩溃，但是，当运行条件恢复到正常水平时，系统 仅需3 天即可恢复，这主要是因为系统中生物膜不仅没有随水流失，而且 会重新附着于载体表面继续发挥作用。 生物固体停留时间长，因此可以缩短h r t ，具有良好的运行稳定性，能够 承受水质或水量的冲击负荷，在较低温度下仍能维持较高的有机物去除 率； 反应器内污泥产率低，运行启动快。有资料报道，生产性a f 在6 0 0d 的 运行中没有废弃污泥，停止运行后再启动比较容易； 不需污泥回流，运行管理方便。 该工艺也存在一些问题，主要是：用a f 处理含悬浮物浓度高的有机废水易 发生堵塞；对布水装置要求较高，否则易发生短流，影响处理效果。 1 0 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 7 好氧移动床生物膜反应器 移动床生物膜反应器( m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ，船b r ) 是一种革新型生 物膜反应器，它能使微生物附着在载体上，在反应器内混合液的回旋翻转作用下 自由移动，从而达到处理污水的目的。m b b r 不仅克服了活性污泥法占地大、会 发生污泥膨胀以及污泥流失等缺点，还解决了固定床生物膜法需定期反冲洗、清 洗滤料和更换曝气器等复杂操作问题，克服了流化床使载体流化的动力消耗过大 的缺点，此外，m b b r 的脱氮除磷功能也十分突出。总之，它具有处理能力高， 能耗低、出水水质稳定，耐冲击负荷能力强、结构紧凑，占地少及无需污泥回流， 维护管理简单的工艺特点 4 1 3 0 移动床生物膜反应器的主要原理是污水连续经过装有移动填料的反应器时， 在填料上形成生物膜，生物膜上微生物大量繁殖，起到净化污水的作用。移动床 生物膜反应器是在生物滤池和流化床的工艺基础上发展起来的。它既具有传统生 物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点，又具有活性污泥法的高效性 和运转灵活性。移动床生物膜反应器模拟了大自然生态系统中水体的自净功能。 在自然系统中，水体中起自净作用的微生物大致可分成两类：一是附着生长在各 种物体表面的微生物；二是水中悬浮微生物，如菌类絮状物、甲壳类动物以及各 种鱼类。移动床生物膜反应器中的悬浮微生物和填料上的微生物分别类似于自然 水体中的悬浮微生物和附着生长的微生物。与传统的活性污泥法相比，m b b r 具 有以下几个特点“”： 由于生物膜上的微生物没有受到强烈的曝气搅拌冲击，生物膜为微生物 的繁衍、增殖创造了良好的条件，使微生物多样化，而且量多，一般污 泥浓度可达普通活性污泥法污泥浓度的5 1 0 倍，曝气池污泥质量浓度 可高达3 0 4 0 9 l ，在填料上可以形成从细菌一原生动物一后生动物的 食物链，生物的食物链长，能存活世代时间较长的微生物，处理能力大， 净化功效显著； 生物膜上脱落下来的生物污泥含动物成分多，密度大，污泥颗粒大，沉 降性能好，易于固液分离，并且剩余污泥产量少，减少了污泥处理费用。 对水质和水量变动的适应性强，易运行管理； m b b r 能充分利用反应池容积，水头损失小，不易阻塞，无需反复冲洗， 不需要回流，载体分布均匀，运行可靠，操作简单。流化过程中增大了 生物膜与污水及气泡间的传质面积，增加了传质速率，不仅强化了相间 的传质过程，也提高了氧的利用率： 在这个生物生态系统中同时具有好氧和厌氧代谢活性。而且对毒性以及 天津大学硕士学位论文第一章绪论 其他不利于生物处理的环境因素的敏感度低，适应性强。 此外，m b b r 也具有较高的运行稳定性。s i g r u n 等呻1 在运用t b b r 处理纸浆 废水的过程中发现，即使在较高温度( 5 5 ) 下，w b b r 仍能保持对c o d 较高的 去除效率。在进水有机负荷为2 5 3 5k g c o d ( m 3 d ) 的条件下，s c o d 的去除率 能达到6 0 6 5 ，这充分证明m b b r 反应器在较高温度下也能成功运行。 1 3 高含盐废水的处理 1 3 1 高盐废水对水处理系统的影响及危害 含盐废水主要毒物是无机毒物，即高浓度的无机盐。无机盐对废水生物处理 的影响与其类型和浓度有关，一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒 害作用三大类，如图卜l 。 菇 参 斟 耋 剽融髂珂i 挪群菁f 掰i 露青雄孵 厂 一 识旮镑最鏖 图卜1 无机盐浓度对生物反应速率的影响 高盐废水是指总含盐质量分数至少1 的废水。一般来说，无机盐类在微生 物生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。但盐浓度 过高，会对微生物的生长产生抑制作用，主要抑制原因在于蜘：废水中盐分 含量的高低影响水的活度，从而导致水的渗透压的改变，盐浓度过高时渗透压高， 使微生物细胞原生质分离；高含盐情况下酶活性受阻，生物增长缓慢，产率系 数低，例如因盐析作用而使脱氢酶活性降低：高浓度氯离子对没有经过驯化的 细菌有毒害作用；因水的密度增加使活性污泥的凝聚沉降性能受到影响。 在高盐废水的生物处理中，高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是 通过升高的环境渗透压而破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的 生理活动。微生物在等渗透压下生长良好。微生物在质量分数为5 8 5g l 1 2 天津大学硕士学位论文第一章绪论 的n a c l 溶液中形态和大小不变，并生长良好；在低渗透压，( n a c l 浓度为0 1 g l ) 下，溶液水分子大量渗入微生物体内，使微生物细胞发生膨胀，严重者破 裂，导致微生物死亡；在高渗透压( n a c l 浓度为2 0 0g l ) 下，微生物水分子 大量渗到体外，使细胞发生质壁分离。细菌在不同渗透压下的反应见下图。 l 等渗溶液 b 低渗溶液c 高渗溶液 图l _ 2 细菌在不同渗透压溶液中的反应 1 3 2 高盐废水的处理方法 d a e h e e 等“”采用f e n t o n 氧化法、活性炭吸附法与固定床生物膜反应器联合 处理高含盐量、商色度的印染废水，结果证明，该方法能有效提高废水可生化性， 进而取得较好的处理效果，是处理该种废水的有效方法。j j e db r o w n “”等在运 用咸水植物处理海产品加工废水的试验中发现，即时在较高的盐度下，所用的三 种咸水植物对废水中氦、磷的去除率均达到9 0 以上，证明采用专性植物对废水 进行降解也是处理高盐废水的有效方法。 对普通活性污泥法来说，由于高盐废水的上述危害，使得该方法在高盐废 水处理领域受到了限制，而生物膜法由于微生物固着生长于载体表面，不会随水 流失，因此在高盐废水处理中具有较高的实用价值。此外，利用培养专性微生物 对其进行处理，尽管前期工作量较大，费用较高，但仍不失为一种有效的高盐废 水处理技术。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 研究目的及内容 1 4 1 研究目的 采用混凝氨氮吹脱厌氧生物滤池一好氧移动床生物膜组合工艺对大港垃圾 填埋场的高含盐垃圾渗滤液进行前处理，研究该组合工艺对高盐量难降解垃圾渗 滤液的处理效果，旨在探索出一种高效、稳定、低投资的垃圾渗滤液处理组合工 艺。 1 4 2 研究内容 确定氨氮吹脱和混凝预处理工艺对垃圾渗滤液中污染物的去除效率及运 行操作参数； 研究厌氧生物滤池好氧移动床组合工艺对垃圾渗滤液的处理性能及运 行工况； 研究生物膜反应器接种、挂膜方法； 研究高含盐垃圾渗滤液对处理效果、反应器中生物量的影响； 筛选专性耐盐菌处理高含盐垃圾渗滤液。 1 4 天津大学硕士学位论文第二章试验装置和方法 第二章试验装置和方法 2 1 大港垃圾填埋场渗滤液水质特征 试验用垃圾渗滤液水质特征如下： 表2 - 1 大港垃圾渗滤液水质特征 c o d b o d 5氨氮 t nt p 电导率 项目 ( r a g l - 1 )( m g l 1 )( m g r )( m g l 1 )( g l 1 )( m s c m - 1 ) l5 6 73 1 31 1 7 41 7 8 3 56 6 82 4 3 6 范围 38 6 55 9 66 5 5 6 77 0 3 4 21 9 3 35 4 6 8 s s水温色度 全盐量 c l 项目p h ( m g l - 1 )r e p c u ( m g l 1 )( m g l - 1 ) l o 58 0 51 19 2 068 0 127 4 7 7 3 范围 8 9 0 48 9 53 815 9 02 08 1 694 9 8 1 1 由表2 1 可知，大港垃圾渗滤液的水质特征有：c o d 相对于普通垃圾渗滤