高氨氮難降解老齡垃圾滲濾液的處理研究.pdf

1、眾所周知，垃圾滲濾液污染物質(zhì)濃度含量高，是一種成分復(fù)雜且難以生物降解的廢水，對(duì)環(huán)境有較大的危害。由于垃圾滲濾液的成分有賴(lài)于垃圾填埋場(chǎng)固體廢棄物的堆積年限和堆積方式，其中有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和重金屬成分的變化較大且不穩(wěn)定，因此，高濃度的垃圾滲濾液是很難處理的。本課題研究的垃圾滲濾液取自中國(guó)重慶市長(zhǎng)生橋垃圾填埋場(chǎng)，滲濾液中 COD，BOD5，NH3-N平均含量分別為1650 mg/l,5mg/l，1100mg/l。本文在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上

2、，結(jié)合長(zhǎng)生橋垃圾滲濾液高氨氮、低碳的特點(diǎn)，考慮到氨氮和碳難以同時(shí)去除，試驗(yàn)采用生物處理法和物化處理法去除氨氮和COD，即分別采用序批式生物膜反應(yīng)器SBBR和MAP沉淀法去除滲濾液中的氨氮，考察了這兩種方法的處理效果以及各自的影響因素，并對(duì)這兩種方法的處理效果進(jìn)行了比較；試驗(yàn)還采用混凝沉淀、Fenton氧化法、混凝沉淀-Fenton氧化組合法，以及 Fenton氧化-混凝沉淀組合法對(duì)COD進(jìn)行去除，考察了這四種方法的去除效果，并對(duì)其處理效

3、能進(jìn)行了比較；此外，試驗(yàn)通過(guò)用序批式間歇生物膜反應(yīng)器（SBBR）處理超聲波作用出水，進(jìn)一步對(duì)超聲波改善高氨氮、低碳垃圾滲濾液的可生化性能進(jìn)行了研究。筆者希望，垃圾滲濾液通過(guò)以上處理能夠達(dá)標(biāo)排放。研究結(jié)果如下：
　　SBBR的每個(gè)運(yùn)行周期都包括三階段：進(jìn)水，反應(yīng)和排水。反應(yīng)器的啟動(dòng)溫度為30-33℃，每個(gè)運(yùn)行周期投加兩次 Na2CO3以保持反應(yīng)器內(nèi) pH值大于7，溶解氧則維持在4.0mg/L以上；由于氨氮濃度很高，大約為1100mg

4、/L，為了使反應(yīng)器內(nèi)氨氮濃度不大于200mg/L，需要用自來(lái)水或處理后污水對(duì)原滲濾液水進(jìn)行稀釋。在掛膜密度為30％，運(yùn)行周期為24h的條件下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月的馴化后，SBBR反應(yīng)器達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。
　　馴化期間，首先考察了影響反應(yīng)器內(nèi)氨氮去除的因素，主要包括 pH、溫度、掛膜密度和氮負(fù)荷。試驗(yàn)結(jié)果表明，在氮負(fù)荷為0.035kgN/（m3·d），水力停留時(shí)間為6d時(shí)，每個(gè)反應(yīng)周期結(jié)束的pH值下降到3.7以下，為了保持反應(yīng)器內(nèi)的細(xì)菌活性

5、，pH值應(yīng)大于7，因此，每個(gè)周期需要投加兩次堿性溶液（試驗(yàn)中采用Na2CO3）；另外在氮負(fù)荷為0.048kgN/（m3·d），水力停留時(shí)間為3.33d時(shí)，試驗(yàn)選取了2個(gè)溫度：20℃和31℃，考察其對(duì)SBBR反應(yīng)器去除氨氮效能的影響，含氮化合物隨時(shí)間的變化情況表明，大于30℃（一般在30-33℃）的高溫有利于硝化反應(yīng)的發(fā)生；隨后，試驗(yàn)考察了掛膜密度對(duì)SBBR反應(yīng)器去除氨氮效能的影響，并得出，在相同的溫度、體積條件下，當(dāng)反應(yīng)器掛膜密度為30

6、%，SBBR進(jìn)水氨氮濃度小于125mg/L，水力停留時(shí)間為2.75d，氮負(fù)荷為0.076 kgN/（m3·d）時(shí)，出水氨氮濃度為14 mg/L；而當(dāng)反應(yīng)器掛膜密度為42%，SBBR進(jìn)水氨氮濃度為121mg/L，水力停留時(shí)間為2d，氮負(fù)荷為0.105 kgN/（m3·d）時(shí)，出水氨氮濃度為14.7mg/L，因此，增加掛膜密度，生物降解作用也得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)；最后研究了氮負(fù)荷對(duì)SBBR反應(yīng)器去除氨氮效能的影響，結(jié)果表明，氮負(fù)荷處于0.01

7、~0.02kgN/（m3·d）之間時(shí)，氨氮去除率沒(méi)有明顯下降，當(dāng)?shù)?fù)荷為0.01kgN/（m3·d）時(shí)，氨氮去除率為99.3%，出水氨氮濃度為5mg/L；而當(dāng)?shù)?fù)荷為0.02kgN/（m3·d）時(shí)，氨氮去除率達(dá)到98.2%，出水氨氮濃度為14mg/L，均滿(mǎn)足中國(guó)垃圾滲濾液的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，然而，當(dāng)?shù)?fù)荷升高至0.035kgN/（m3·d）時(shí)，出水氨氮濃度高達(dá)45mg/L，不能滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)?fù)荷繼續(xù)增加到0.08kgN/（m3·d）時(shí)，

8、氨氮的去除率出現(xiàn)大幅度下降，降到72.4%，出水氨氮濃度為295mg/L。
　　根據(jù)以上試驗(yàn)得出，SBBR反應(yīng)器的較優(yōu)運(yùn)行條件為：水力停留時(shí)間2d，掛膜密度42%，溫度30-33℃。試驗(yàn)研究了此條件下 SBBR反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效能，結(jié)果表明，氨氮濃度在反應(yīng)期內(nèi)逐漸下降，直到濃度為11mg/L，此時(shí)，SBBR反應(yīng)器的氨氮去除率可達(dá)99%，出水達(dá)到中國(guó)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；在SBR反應(yīng)器的整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，亞硝酸鹽含量在前3h有明顯的積累，

9、隨著時(shí)間逐漸增加，直到最大濃度值，然后隨反應(yīng)的轉(zhuǎn)化逐漸降低，分析認(rèn)為，亞硝酸鹽濃度增加可能是因?yàn)镾BBR反應(yīng)器內(nèi)存在的大量游離氨抑制了硝酸鹽細(xì)菌的活性。
　　試驗(yàn)采用不同 pH值和摩爾比來(lái)確定磷酸銨（MAP）沉淀法去除氨氮的最佳處理?xiàng)l件。試驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié) MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O的投加量，設(shè)計(jì)出13組不同的Mg2+:NH4+:PO43-摩爾濃度比，試驗(yàn)可知，當(dāng) Mg2+:NH4:PO4-3摩爾濃度比從1:1:

10、0變化到1:1:1時(shí)，氨氮的去除率從4.2%增加到97.5%，隨后，當(dāng)Mg2+:NH4:PO4-3摩爾濃度比繼續(xù)增加至1:1:1.5時(shí)，氨氮去除率沒(méi)有增長(zhǎng)趨勢(shì)，而當(dāng) Mg2+:NH4+:PO43-摩爾濃度比為0:1:1時(shí)，氨氮去除率呈急劇的下降趨勢(shì)，降到14.6%，因此，確定試驗(yàn)最佳的Mg2+:NH4+:PO43-摩爾濃度比為1:1:1。在此摩爾濃度比的條件下，試驗(yàn)進(jìn)一步考察了pH值對(duì)氨氮去除率的影響，試驗(yàn)中選取的pH值范圍為5-11，

11、當(dāng) pH值由5升高至8.5時(shí)，氨氮去除率呈大幅度增加，由9.1%增加到97%左右，隨著pH值的繼續(xù)升高，氨氮去除率變化緩慢，甚至當(dāng)pH值由10增加到11時(shí)，氨氮去除率有明顯下降趨勢(shì)，因此，確定試驗(yàn)的最佳pH值范圍為8.5-9。
　　試驗(yàn)在 pH值為8.5-9，Mg2+:NH4:PO4-3摩爾濃度比為1:1:1時(shí)，考察了MAP沉淀法去除原滲濾液氨氮的效能。結(jié)果表明，當(dāng)原滲濾液中氨氮濃度為1100mg/L時(shí)，最適pH為9，MAP法可在

12、15min內(nèi)將氨氮濃度降低至28mg/L，此時(shí)，氨氮去除率達(dá)到97.5%。
　　SBBR反應(yīng)器和MAP沉淀法對(duì)氨氮去除率的對(duì)比表明，SBBR反應(yīng)器處理氨氮時(shí)需要對(duì)進(jìn)水進(jìn)行稀釋?zhuān)鳰AP沉淀法則不需要稀釋?zhuān)籗BBR反應(yīng)器污泥含量少，MAP沉淀法污泥含量高，但易于去除；SBBR去除氨氮的過(guò)程較長(zhǎng)，MAP沉淀法則較短，只需要15min；由于MAP沉淀法需要投加化學(xué)藥劑，因此，其費(fèi)用要遠(yuǎn)高于 SBBR反應(yīng)器；SBBR反應(yīng)器和MAP沉淀法對(duì)

13、氨氮的去除率分別為99%和97.5%。實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況從這兩種工藝中任選其一。
　　COD的去除主要是采用混凝沉淀、Fenton氧化以及它們的組合法等物化方法。試驗(yàn)分為四個(gè)部分：
　　①考察了混凝沉淀法對(duì)COD的去除效能。結(jié)果表明，最佳的pH值為6.0，此時(shí)，COD去除率最高達(dá)到19%；COD去除率隨著混凝劑PAM投加量的增加而增加，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)則呈下降趨勢(shì)，在最佳投加劑量4mg/L時(shí)，COD的去除率為16%

14、；在上述最佳條件下，投加混凝劑 PAC，COD去除率隨著 PAC投加量的增加而增加，達(dá)到3000mg/L時(shí)，COD去除率開(kāi)始下降，隨著投加量的繼續(xù)增加，COD去除率下降緩慢?；炷恋矸ǖ脑囼?yàn)結(jié)果表明，COD的去除率受pH值和混凝劑劑量的影響較大，在最優(yōu)運(yùn)行條件下，COD的最佳去除為41%，處理出水不能達(dá)標(biāo)排放。
　?、诳疾?Fenton氧化法去除 COD的效能。試驗(yàn)主要研究了pH值、反應(yīng)時(shí)間、Fe2+和H2O2投加量，以及溫度對(duì)F

15、enton氧化法去除 COD的影響。在反應(yīng)時(shí)間為1h，H2O2/FeSO4=1:1時(shí)，試驗(yàn)選取了不同的pH值，由于Fenton氧化法過(guò)程中的氧化和混凝都受pH值的影響，較低的pH值，如2-3，有利于Fenton試劑作用的發(fā)揮，此時(shí)，[Fe（H2O）]2+與 H2O2反應(yīng)緩慢，產(chǎn)生的OH--較少；而且，低pH值有利于溶液中 H+與OH-中和；此外，較低的pH值能抑制 Fe3+與 H2O2發(fā)生反應(yīng)，因此，確定最佳的pH值為3。反應(yīng)時(shí)間的試驗(yàn)

16、結(jié)果表明，隨著反應(yīng)時(shí)間從10min增加到90min，出水COD濃度下降趨勢(shì)明顯；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間由90min繼續(xù)增加到180min，出水 COD濃度不再下降，反而逐漸增加，因此，最佳的反應(yīng)時(shí)間為90min。H2O2的投加量與初始 COD濃度有關(guān)，為了得到最佳的H2O2/Fe2+，試驗(yàn)對(duì)Fe2+和H2O2分別進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng) Fe2+投加量達(dá)到800 mg/L時(shí)，隨著投加量的增加出水 COD濃度開(kāi)始回升，因此，確定最佳 Fe2+投加量為

17、800 mg/L，此條件下，通過(guò)H2O2的影響試驗(yàn)，得出，最佳的H2O2/Fe2+為2.5:1。溫度的影響試驗(yàn)表明，當(dāng)反應(yīng)溫度從10℃升高到23℃時(shí)，出水 COD濃度呈下降趨勢(shì)，而后隨著溫度的繼續(xù)升高，出水 COD濃度持續(xù)增加，因此，確定最佳反應(yīng)溫度為23℃。在以上的最佳條件下，COD的去除率達(dá)到78.2%，出水不能滿(mǎn)足中國(guó)垃圾滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　③考察混凝沉淀-Fenton氧化組合工藝去除COD的效能。在此工藝中，混凝沉淀是預(yù)

18、處理，根據(jù)①的試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)節(jié) pH值為6，同時(shí)，通過(guò) PAC和PAM的投加量試驗(yàn)，確定PAC投加量為2400 mg/L，PAM投加量為6 mg/L時(shí)，COD和色度的出去達(dá)到最佳，此時(shí)，原水 COD濃度和色度分別為1650 mg/L和1000，出水的對(duì)應(yīng)值分別為390 mg/L和200；隨后，預(yù)處理出水進(jìn)入Fenton氧化工藝，COD和色度的去除率都隨著 H2O2和Fe2+投加量（H2O2/Fe2+為2.5：1）的增加而增加，直到H2O2

19、投加量為2000 mg/L，F(xiàn)e2+投加量為800 mg/L，此時(shí)COD和色度的去除率分別達(dá)到93.5%和99.5%，出水 COD和色度分別為108 mg/L和5，出水接近中國(guó)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　④考察 Fenton氧化-混凝沉淀組合工藝去除 COD的效能。在此工藝中，F(xiàn)enton氧化法作為垃圾滲濾液的預(yù)處理，試驗(yàn)中在原水 COD和色度分別為1650mg/L和800的條件下，通過(guò) Fenton氧化法處理出水的COD和色度分別

20、為345mg/L和50；然后，F(xiàn)enton工藝出水進(jìn)入混凝沉淀工藝，經(jīng)處理后，COD和色度去除率分別達(dá)到84%和97.5%，對(duì)應(yīng)濃度分別為265mg/L和25，出水滿(mǎn)足中國(guó)的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　因此，在對(duì)以上四種工藝進(jìn)行分析比較之后，確定出 COD去除的最佳工藝為混凝沉淀-Fenton氧化組合工藝。
　　由于物化法工藝所需化學(xué)藥劑較多，價(jià)格昂貴。因此，本試驗(yàn)還進(jìn)一步考察采用超聲波來(lái)改善高氮、低碳垃圾滲濾液的可生化性，超聲

21、波作用出水再經(jīng)SBBR反應(yīng)器處理，探討了該方法的可行性。試驗(yàn)首先研究了超聲作用時(shí)間、超聲波功率和溫度對(duì)滲濾液可生化性的影響。結(jié)果表明，在超聲波功率為400W，反應(yīng)溫度為35℃，超聲作用時(shí)間從10min到360min的過(guò)程中，取樣結(jié)果表明，隨著超聲作用時(shí)間的增加，BOD5也逐漸升高，到180min時(shí)，BOD5從64 mg/L升高到138mg/L，之后，超聲作用時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，一直到360min，BOD5增加了20 mg/L，說(shuō)明時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)

22、BOD5影響不大，因此，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為180min。超聲波功率的試驗(yàn)說(shuō)明，在反應(yīng)時(shí)間為3h，超聲波作用功率分別為220，330，440，550和660W時(shí)，發(fā)現(xiàn)，隨著超聲波功率的增加，BOD5持續(xù)增加，從65mg/L增加到261mg/L，但是由于試驗(yàn)設(shè)備的最大功率為660W，試驗(yàn)確定最佳超聲波功率為660W;在超聲頻率為660W，作用時(shí)間為3h條件下，試驗(yàn)選取了9組不同的溫度，考察其對(duì)滲濾液可生化性的影響，這9組溫度分別為:30，3

23、5，40，45，50，60，70，80和90℃，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度從30℃升高到40℃時(shí)，出水BOD5從230mg/L增加到245mg/L，而當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，出水BOD5濃度下降，因此，選擇最佳的反應(yīng)溫度為40℃。
　　最終確定其最佳運(yùn)行工況是:超聲功率為660W，反應(yīng)時(shí)間為180min，反應(yīng)溫度為40℃，在此條件下，經(jīng)超聲波作用出水的BOD5從65mg/L升到245mg/L， BOD5/COD的比值則從0.038升到0.14

24、0。
　　經(jīng)超聲波作用后的滲濾液，其平均COD濃度為1755mg/L，氨氮濃度為735mg/L，將該出水作為SBBR反應(yīng)器的進(jìn)水，考察滲濾液生化性改善后的情況。結(jié)果表明，經(jīng)SBBR處理后滲濾液出水的COD和氨氮分別為1000mg/L和125mg/L，去除率分別為43%和81.6%。這表明超聲波可以有效提高高氨氮、低碳垃圾滲濾液的生化性質(zhì)。
　　由以上的試驗(yàn)結(jié)果可知，采用MAP沉淀法去除氨氮，不需要對(duì)滲濾液進(jìn)行稀釋?zhuān)鳶BBR

25、反應(yīng)器則需要稀釋;此外，MAP沉淀法對(duì)氨氮的去除比SBBR反應(yīng)器要快得多。因此，盡管MAP沉淀法比較昂貴，卻比SBBR反應(yīng)器更適合垃圾滲濾液中氨氮的去除。
　　同時(shí)，從試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于COD和色度的去除，最好的方法是Fenton氧化-混凝沉淀組合工藝。
　　采用MAP法和Fenton氧化-混凝沉淀組合工藝處理垃圾滲濾液，可以滿(mǎn)足中國(guó)垃圾滲濾液的排放標(biāo)準(zhǔn)，并且該工藝易于實(shí)施。因此，筆者推薦采用MAP法和Fenton氧化-混凝