厌氧折流板反应器处理垃圾渗滤混合废水.doc

厌氧折流板反应器处理垃圾渗滤混合废水垃圾填埋场渗滤液中难生物降解有机物多，可生化性差，其BOD5/COD低达0.10.21，我国目前多将渗滤液与城市污水进行混合处理。为获得稳定而有效的处理效果，试验采用水解酸化好氧工艺，而水解酸化段采用具有优良性能特点的ABR反应器。ABR是一个由多隔室组成的高效新型反应器2(见图1)，具有水力条件好、生物固体截留能力强、微生物种群分布好、结构简单、启动较快及运行稳定等优良性能。运行中的ABR是一个整体为推流、各隔室为全混的反应器，因而可获得稳定的处理效果3、4。 1 试验方法1.1 废水水质渗滤液水样取自苏州七子山垃圾填埋场。渗滤液(pH为7.48.5)和城市污水(pH为7.18.5)的水质见表1。表 渗透液和城市污水水质水质指标浓度变化范围渗滤液城市污水CODcr37008885165305BOD519003180106248NH4+-N63018002535NH3+-N1.253.34-NH2+-N0.061.52-TP7.17.76.412.3SS328400255348BOD5/COD0.250.3580.640.811.2 试验用ABRABR由4个隔室组成，总有效容积为13.2L，第一隔室的容积为3.0L，其余隔室容积均为3.4L。反应上流室和下流室的水平宽度比为41，折流挡板底部转角为45。由蠕动泵在ABR的进水端均匀进水。在各隔室顶部设集气管并接水封以保证厌氧条件。1.3 研究方法及主要工艺参数采用动态方法进行研究。首先进行启动运行，待运行稳定后，进行不同混合比的渗滤液和生活污水的混合处理研究。研究期间的气温为18.027.5，ABR的HRT为13.226.4h，反应器各上流室所装污泥浓度为1015g/L。2 结果及分析2.1 ABR的水解酸化作用混合废水经ABR处理后，其BOD5/COD比值明显提高，当进水BOD5/COD较低时，效果更为显著。如进水为0.665时，出水达0.68，进水为0.20.3时，出水可提高至0.40.6。ABR对出水BOD5/COD的改善，无疑可促进混合废水好氧处理的效果和运行稳定性。BOD5/COD的提高反映了ABR反应器良好的水解酸化作用。研究表明，对不同的混合比、原渗滤液浓度、HRT，ABR反应器可获得不同程度的水解酸化作用。原渗滤液浓度和混合比较低时，产甲烷作用较弱，表观水解程度与实际水解程度接近；当原渗滤液浓度和混合比较高时，甲烷发酵加强，表观水解酸化度与实际情况差别较大。研究还发现，当原渗滤液浓度及混合比均较低时，水解酸化作用与HRT呈正相关(见图2，其中BOD5表示进出水浓度之差)。2.2 进水NH4+-N/COD和COD/TP与COD的去除率关系由图3可见，ABR反应器中COD的去除率对NH4+-N/COD的变化较敏感，NH4+-N/COD过高或过低均影响COD的去除。当NH4+-N/COD0.2时，COD去除率将受到明显的影响。实际工程中应注意对进水中NH4+-N浓度的控制，并宜将NH4+-N/COD控制在0.050.2。从图4可见，当渗滤液与城市污水混合比达11时，曾出现缺磷问题(COD/TP5001000)，导致系统运行效率降低，为此在进水中补充了磷。运行过程中，在磷基本满足比例要求的条件下，COD的去除率较为稳定，当COD/TP高达437.4时，仍具有较稳定的处理效果。2.3 进水负荷与ABR的运行图5所示为ABR的COD去除率随进水容积负荷的变化。由图可见，一方面ABR对COD的去除率随负荷的提高而逐渐提高，但提高速率逐渐下降(如图中虚线所示)；另一方面，COD的去除率随混合比呈现出由高到低继而又升高的趋势(如图中实线所示)。对此可解释如下：当混合比较低且负荷亦较低时，混合废水中难生物降解的有机物含量也较低，其水质与城市污水接近，废水所含污染物大多易生物降解，导致ABR反应器中所发生的水解酸化作用程度较低。此时COD的去除主要通过对进水中悬浮物的截留、产酸菌对进水中基质的利用及较弱的产甲烷作用而实现。随混合比的提高，进水中难降解有机物量增加，水解酸化作用加强，导致COD去除率为负值。随混合比进一步提高，不仅水解酸化作用明显，而且产甲烷菌也起到了一定的降解效果。由于水解酸化作用受HRT、进水中难降解物质含量等因素的影响，而产甲烷作用则取决于酸化程度、HRT等，因而随混合比和负荷的提高，在酸化作用加强的同时，产甲烷作用亦相应加强。2.4 污泥特性分析当反应器运行至容积负荷 为4.71kgCOD/(m3d)时，各隔室中形成沉降性能良好、外观由灰白色至灰黑色、粒径大小不等(0.55mm)的棒状及球状颗粒污泥，各隔室中颗粒污泥的大致粒径分布如图6。分析表明，颗粒污泥具有良好的沉降性能，其SVI为7.514.2mL/g。第一隔室的颗粒污泥较轻，呈灰色；第三隔室的颗粒污泥则沉降性能良好，呈深灰色。运行过程中观察到第一隔室中的污泥大部分处于悬浮态，泥水混合液较为粘稠，而以后各隔室中的污泥则在底部形成稠密的污泥层。颗粒污泥的形成与渗滤液的水质、运行条件及ABR反应器的构造等因素有关。渗滤液中含有较高的碱度及其它碱金属离子，有利于污泥的颗粒化。镜检表明，ABR反应器的第二、三隔室污泥中含有较多甲烷八叠球菌及甲烷丝状菌，第四隔室中甲烷丝状菌占优势。ABR不同隔室中颗粒污泥浓度有较大的差异，第一至第三隔室中颗粒污泥浓度呈增加趋势(20g/L、28.03g/L、37.96g/L)，第四隔室浓度下降(24.0g/L)，说明在第一隔室中水解作用较强，随隔室的推移，产酸作用占优势，到第三隔室产酸和一定程度的产甲烷作用同时存在，第四隔室产甲烷作用较占优势。由于产酸菌的生长速率较快，导致第二和第三隔室污泥浓度较高，同时第二和第三隔室中颗粒污泥的平均粒径均较大，其中颗粒为12 mm和24 mm的颗粒污泥在此两隔室中各占30%、40%及45%、30%左右。3 结论ABR应用于处理垃圾渗滤液与城市污水的混合废水并控制在水解酸化阶段时，具有优良的运行性能和效果。 可获得明显的水解酸化作用，提高废水的可生化性，促进好氧段运行的稳定性。混合废水的BOD5/COD为0.20.665时，经ABR反应器处理后出水的BOD5/COD值可提高到0.370.68，且进水的BOD5/COD越低，其提高幅度越大。 可形成性能良好的颗粒污泥。混合废水进水负荷达 4.71kgCOD/(m3d)时，反应器内形成粒径为0.55mm、浓度为2038 g/L的球状及棒状颗粒污泥。颗粒污泥的形成，大大提高了ABR反应器对冲击负荷的抵抗能力。 宜将进水COD/NH4+-N控制在520，并需注意在高混合比下的缺磷问题。阳离子聚丙烯酰胺微胶乳与污泥脱水1聚丙烯酰胺概述 聚丙烯酰胺主要用于造纸工业、三次采油、水处理、固液分离、 污泥脱水和体系增稠，随着聚合技术的发展，聚丙烯酰胺已由最初干粉（胶体）发展成为现在的干粉、胶乳和微胶乳三种形式。八十年代获得工业化生产的聚丙烯酰胺胶乳产品，其发展速度相当快，在欧美发达国家，其生产规模占已聚丙烯酰胺总量的7080%。九十年代发展的聚丙烯酰胺微胶乳仍处于试验阶段，许多技术问题仍有待解决，近几年的研究极为活跃，可以预计在不久的将来聚丙烯酰胺微胶乳产品将实现工业化生产。我国为数众多的企业生产聚丙烯酰胺干粉，有些科研单位曾经试制过胶乳产品，但产品主要性能指标如固含量和稳定性方面与国外先进水平差距较大，难以与干粉产品竞争，而微胶乳产品则处于实验研究阶段。随着三次采油、废水处理和功能性造纸添加剂等行业的技术进步，对聚丙烯酰胺的需求量大幅度增加。聚丙烯酰胺干粉产品具有生产技术简单且产品分子量高的特点，在使用过程中存在着溶解时间长和易受搅拌剪切降解，需配备专门的干粉溶解装置等弊端，且在生产和使用过程中易产生粉尘飞扬，危害操作者身体健康和对环境造成污染。胶乳产品具有溶解速度快和使用方便的特点，受到了用户的欢迎，但由于胶乳产品系聚丙烯酰胺微小胶粒悬浮在油相中的热力学不稳定物系，长期放置易发生分层现象。而近十年来发展起来的聚丙烯酰胺微胶乳是透明或半透明的油水双连续相体系，具有高度稳定性，但丙烯酰胺反相微乳液的形成条件严格，微胶乳产品存在分子量较低和乳化剂含量过高的缺点。2阳离子聚丙烯酰胺阳离子聚丙烯酰胺是近几年发展最快的品种，在西方发达国家其年增长率为510%，已占聚丙烯酰胺总产量的60%以上。我国的情况比较特殊，阴离子聚丙烯酰胺占总产量的90%以上，主要用于石油开采，阳离子聚丙烯酰胺产量很小而且生产企业规模也很小，几乎没有形成一定规模的生产装置。随着水处理行业的飞速发展，对阳离子聚丙烯酰胺需求高速增长，相信国内阳离子聚丙烯酰胺将会在近几年有一个较大的发展。阳离子聚丙烯酰胺主要包括以下三种：低分子量聚胺类、丙烯酰胺与阳离子单体共聚类和非离子聚丙烯酰胺改性类。聚胺类包括聚乙烯亚胺、聚乙烯咪唑啉、胺表氯醇缩合物及其改进产品，这类产品电荷密度高但分子量低，主要用于功能性造纸添加剂、石油开采和化妆品等行业，很少用于污泥脱水。丙烯酰胺与阳离子单体共聚类阳离子聚合物产量最大，阳离子单体主要指（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和二甲基二烯丙基氯化胺（DMDAC），其中P（AMDMC）产品分子量较高，阳离子度0100%之间可调，粉状阳离子聚丙烯酰胺几乎全部属于此类结构，我国用于污泥脱水的粉状阳离子聚丙烯酰胺亦属于此类，产品分子量400600万，阳离子度3050%，其主要问题在于DMC需要进口，价格昂贵，导致生产成本较高。对于P（AMDMDAC）而言，由于DMDAC单体空间位阻较大，聚合活性差，很难制备分子量和阳离子度都令人满意的产品，所以用于污泥脱水的不多，而且DMDAC吸水性极强，该类产品通常为液状。非离子聚丙烯酰胺的酰胺基可与多种试剂反应，其中与甲醛二甲胺反应可生成叔胺结构聚合物，进一步季胺化生成季胺盐。由于聚丙烯酰胺水溶液的粘度非常大，通常600800万分子量时2%浓度已很粘稠，这就给水溶液反应带来困难，由于PAM浓度很低，导致阳离子度通常不会超过10%且残余甲醛浓度较高。对于污泥中有机质含量不高的县级污水处理厂而言，低成本的非离子聚丙烯酰胺Mannich变性产品是适用的。3丙烯酰胺微乳液聚合技术进展水溶性单体的聚合分为水溶液聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合，水溶性单体包括（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、AMPS、二甲基二烯丙基氯化铵等。我国主要采用水溶液聚合技术，产品以干粉形式供应。反相乳液聚合是六十年代发展起来的一种新型乳液聚合技术，八十年代取得了较大进展，其中聚丙烯酰胺胶乳系列产品已获得大规模工业化生产。反相微乳液聚合的研究始于八十年代，法国科学家Francoise Candau在该领域进行了卓有成效的研究。我国天津大学哈润华等也对微乳液聚合的动力学进行了研究，目前微乳液聚合的研究主要集中在微乳液的结构和丙烯酰胺的反相微乳液聚合机理上，业已取得的成果为：（1）微乳液的结构和特性目前对微乳液结构的认识仍然存在着许多不同的观点，如Candau F的双连续相模型、Friberg的增溶胶束模型、Scriven的三维周期性网络模型、Lindman 的界面松散态聚集体模型等，许多模型都能解释微乳液的某些性质，但都存在一定的缺陷。但对以下结论是认同的，即微乳液是一种各向同性的热力学稳定体系但它是分子异相体系，水相和油相在亚微观水平上是分离的，并显示出各自的特性。微乳液的液滴直径为880nm， 因而是透明或半透明的，有利于进行光化学聚合。正相微乳液只有在较高的表面活性剂单体比例下在很窄的表面活性剂浓度范围内才能形成并且通常需要使用助乳化剂；而反相微乳液则较易形成，因为极性单体在体系中往往充当助乳化剂，因此丙烯酰胺的反相微乳液聚合更易获得工业化生产。（2）丙烯酰胺的反相微乳液聚合Candau F首先以甲苯为油相，琥珀酸双（2-乙基己酯）磺酸钠为乳化剂制备了丙烯酰胺反相微乳液，并用AIBN和过硫酸钾两种不同的引发剂引发AAm聚合， 建立了反应动力学模型，其后又将Beerbower-Hill提出的内聚能比观点推广应用于微乳液体系的乳化剂选择上，取得了较好效果。微乳液聚合具有极快的聚合速率，通常在100min内转化率可达90以上，在反应最初的几分钟内聚合速率就达到一个最大值，随后，通常在聚合转化率为2030时，聚合速率开始下降。在第二阶段中，聚合速率下降的趋势在某一转化率处变缓，而这个转化率的值随反应温度的升高而增大。微乳液聚合的分子量与引发剂浓度的关系不大，聚合后体系含有两类粒子，一类是直径小于50nm的聚合物乳胶粒，另一种是直径在3nm左右的AOT胶束，乳胶粒中的聚合物分子数很少（117条），分子量很高（106107）。聚丙烯酰胺微胶乳的实用合成技术要想获得工业化生产，必须解决以下几个问题：一是通常认为反相微胶乳聚合物的分子量不会太高，应研究如何提高微胶乳分子量的问 题，第二是微乳液聚合的乳化剂浓度通常为很高，进一步降低乳化剂浓度有利于降低生产成本，第三是乳化剂的选择多是经验或半经验的，应研究如何有目的的选择或合成确切结构的乳化剂的问题。4絮凝与污泥调质处理絮凝是通过有机高分子絮凝剂对悬浮液（或胶体）中细小颗粒的电中和和吸附架桥使其脱稳的过程，有机高分子絮凝剂必须具有较高的相对分子量和线性结构以及适度的电荷密度，其分子结构、离子形态、强度和分布、分子量和分布及支化程度等都会对絮凝效果产生影响，针对给定悬浮液特点合成确切结构的絮凝剂，使絮凝剂产品形成系列化是科研工作者共同的任务。城市污水处理厂污泥脱水调质处理是有机高分子絮凝剂应用的重要方面，污泥分为生污泥（初沉污泥和剩余污泥）和消化污泥，应根据污泥的种类和性质选择有机高分子絮凝剂。污泥中VSS/SS（SS中有机物比例）较高时，应尽量选用阳离子度高的絮凝剂，并增加絮凝剂投加量；污泥中SS浓度高时，应选用高分子量的絮凝剂，SS浓度低时，可选用分子量较低的絮凝剂；污泥PH高时（消化污泥），应选用官能团为季铵盐结构的絮凝剂，pH低时，叔胺和季铵盐结构的絮凝剂均可使用。5我们的工作作者进十年来一直从事水溶性聚合物的研究工作，先后承担了多项国家“863” 、国家重点科技攻关和山东省重点科技攻关项目，其中超高分子量聚丙烯酰胺干粉产品分子量达到2500万，水溶时间为30分钟。近年来我们对丙烯酰胺类水溶性单体反相乳