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，是一種成分復雜且難以生物降解的廢水，對環(huán)境有較大的危害。由于垃圾滲濾液的成分有賴于垃圾填埋場固體廢棄物的堆積年限和堆積方式，其中有機物、無機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重慶市長生橋垃圾填埋場，滲濾液中 COD，BOD5，NH3-N平均含量分別為1650 mg/l,5mg/l，1100mg/l。本文在查閱國內(nèi)外相關文獻的基礎上

2、，結合長生橋垃圾滲濾液高氨氮、低碳的特點，考慮到氨氮和碳難以同時去除，試驗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，并對這兩種方法的處理效果進行了比較；試驗還采用混凝沉淀、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COD進行去除，考察了這四種方法的去除效果，并對其處理效

3、能進行了比較；此外，試驗通過用序批式間歇生物膜反應器（SBBR）處理超聲波作用出水，進一步對超聲波改善高氨氮、低碳垃圾滲濾液的可生化性能進行了研究。筆者希望，垃圾滲濾液通過以上處理能夠達標排放。研究結果如下：
　　SBBR的每個運行周期都包括三階段：進水，反應和排水。反應器的啟動溫度為30-33℃，每個運行周期投加兩次 Na2CO3以保持反應器內(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，為了使反應器內(nèi)氨氮濃度不大于200mg/L，需要用自來水或處理后污水對原滲濾液水進行稀釋。在掛膜密度為30％，運行周期為24h的條件下，經(jīng)過長達2個月的馴化后，SBBR反應器達到穩(wěn)定運行。
　　馴化期間，首先考察了影響反應器內(nèi)氨氮去除的因素，主要包括 pH、溫度、掛膜密度和氮負荷。試驗結果表明，在氮負荷為0.035kgN/（m3·d），水力停留時間為6d時，每個反應周期結束的pH值下降到3.7以下，為了保持反應器內(nèi)的細菌活性

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

6、%，SBBR進水氨氮濃度小于125mg/L，水力停留時間為2.75d，氮負荷為0.076 kgN/（m3·d）時，出水氨氮濃度為14 mg/L；而當反應器掛膜密度為42%，SBBR進水氨氮濃度為121mg/L，水力停留時間為2d，氮負荷為0.105 kgN/（m3·d）時，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一步的加強；最后研究了氮負荷對SBBR反應器去除氨氮效能的影響，結果表明，氮負荷處于0.01

7、~0.02kgN/（m3·d）之間時，氨氮去除率沒有明顯下降，當?shù)摵蔀?.01kgN/（m3·d）時，氨氮去除率為99.3%，出水氨氮濃度為5mg/L；而當?shù)摵蔀?.02kgN/（m3·d）時，氨氮去除率達到98.2%，出水氨氮濃度為14mg/L，均滿足中國垃圾滲濾液的一級排放標準，然而，當?shù)摵缮咧?.035kgN/（m3·d）時，出水氨氮濃度高達45mg/L，不能滿足排放標準，當?shù)摵衫^續(xù)增加到0.08kgN/（m3·d）時，

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)以上試驗得出，SBBR反應器的較優(yōu)運行條件為：水力停留時間2d，掛膜密度42%，溫度30-33℃。試驗研究了此條件下 SBBR反應器對氨氮的去除效能，結果表明，氨氮濃度在反應期內(nèi)逐漸下降，直到濃度為11mg/L，此時，SBBR反應器的氨氮去除率可達99%，出水達到中國的一級排放標準；在SBR反應器的整個運行周期內(nèi)，亞硝酸鹽含量在前3h有明顯的積累，

9、隨著時間逐漸增加，直到最大濃度值，然后隨反應的轉化逐漸降低，分析認為，亞硝酸鹽濃度增加可能是因為SBBR反應器內(nèi)存在的大量游離氨抑制了硝酸鹽細菌的活性。
　　試驗采用不同 pH值和摩爾比來確定磷酸銨（MAP）沉淀法去除氨氮的最佳處理條件。試驗中通過調(diào)節(jié) MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O的投加量，設計出13組不同的Mg2+:NH4+:PO43-摩爾濃度比，試驗可知，當 Mg2+:NH4:PO4-3摩爾濃度比從1:1:

10、0變化到1:1:1時，氨氮的去除率從4.2%增加到97.5%，隨后，當Mg2+:NH4:PO4-3摩爾濃度比繼續(xù)增加至1:1:1.5時，氨氮去除率沒有增長趨勢，而當 Mg2+:NH4+:PO43-摩爾濃度比為0:1:1時，氨氮去除率呈急劇的下降趨勢，降到14.6%，因此，確定試驗最佳的Mg2+:NH4+:PO43-摩爾濃度比為1:1:1。在此摩爾濃度比的條件下，試驗進一步考察了pH值對氨氮去除率的影響，試驗中選取的pH值范圍為5-11，

11、當 pH值由5升高至8.5時，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pH值由10增加到11時，氨氮去除率有明顯下降趨勢，因此，確定試驗的最佳pH值范圍為8.5-9。
　　試驗在 pH值為8.5-9，Mg2+:NH4:PO4-3摩爾濃度比為1:1:1時，考察了MAP沉淀法去除原滲濾液氨氮的效能。結果表明，當原滲濾液中氨氮濃度為1100mg/L時，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，氨氮去除率達到97.5%。
　　SBBR反應器和MAP沉淀法對氨氮去除率的對比表明，SBBR反應器處理氨氮時需要對進水進行稀釋，而MAP沉淀法則不需要稀釋；SBBR反應器污泥含量少，MAP沉淀法污泥含量高，但易于去除；SBBR去除氨氮的過程較長，MAP沉淀法則較短，只需要15min；由于MAP沉淀法需要投加化學藥劑，因此，其費用要遠高于 SBBR反應器；SBBR反應器和MAP沉淀法對

13、氨氮的去除率分別為99%和97.5%。實際工程應用時，可根據(jù)實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。試驗分為四個部分：
　　①考察了混凝沉淀法對COD的去除效能。結果表明，最佳的pH值為6.0，此時，COD去除率最高達到19%；COD去除率隨著混凝劑PAM投加量的增加而增加，當達到一定量時則呈下降趨勢，在最佳投加劑量4mg/L時，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，達到3000mg/L時，COD去除率開始下降，隨著投加量的繼續(xù)增加，COD去除率下降緩慢?；炷恋矸ǖ脑囼灲Y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)運行條件下，COD的最佳去除為41%，處理出水不能達標排放。
　　②考察 Fenton氧化法去除 COD的效能。試驗主要研究了pH值、反應時間、Fe2+和H2O2投加量，以及溫度對F

15、enton氧化法去除 COD的影響。在反應時間為1h，H2O2/FeSO4=1:1時，試驗選取了不同的pH值，由于Fenton氧化法過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，[Fe（H2O）]2+與 H2O2反應緩慢，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，因此，確定最佳的pH值為3。反應時間的試驗

16、結果表明，隨著反應時間從10min增加到90min，出水COD濃度下降趨勢明顯；當反應時間由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，最佳的反應時間為90min。H2O2的投加量與初始 COD濃度有關，為了得到最佳的H2O2/Fe2+，試驗對Fe2+和H2O2分別進行了研究，結果表明，當 Fe2+投加量達到800 mg/L時，隨著投加量的增加出水 COD濃度開始回升，因此，確定最佳 Fe2+投加量為

17、800 mg/L，此條件下，通過H2O2的影響試驗，得出，最佳的H2O2/Fe2+為2.5:1。溫度的影響試驗表明，當反應溫度從10℃升高到23℃時，出水 COD濃度呈下降趨勢，而后隨著溫度的繼續(xù)升高，出水 COD濃度持續(xù)增加，因此，確定最佳反應溫度為23℃。在以上的最佳條件下，COD的去除率達到78.2%，出水不能滿足中國垃圾滲濾液排放標準。
　　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

18、處理，根據(jù)①的試驗結果，調(diào)節(jié) pH值為6，同時，通過 PAC和PAM的投加量試驗，確定PAC投加量為2400 mg/L，PAM投加量為6 mg/L時，COD和色度的出去達到最佳，此時，原水 COD濃度和色度分別為1650 mg/L和1000，出水的對應值分別為390 mg/L和200；隨后，預處理出水進入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COD和色度的去除率分別達到93.5%和99.5%，出水 COD和色度分別為108 mg/L和5，出水接近中國的一級排放標準要求。
　?、芸疾?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處理，試驗中在原水 COD和色度分別為1650mg/L和800的條件下，通過 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工藝出水進入混凝沉淀工藝，經(jīng)處理后，COD和色度去除率分別達到84%和97.5%，對應濃度分別為265mg/L和25，出水滿足中國的二級排放標準要求。
　　因此，在對以上四種工藝進行分析比較之后，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藥劑較多，價格昂貴。因此，本試驗還進一步考察采用超聲波來改善高氮、低碳垃圾滲濾液的可生化性，超聲

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

22、BOD5影響不大，因此，確定最佳反應時間為180min。超聲波功率的試驗說明，在反應時間為3h，超聲波作用功率分別為220，330，440，550和660W時，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，但是由于試驗設備的最大功率為660W，試驗確定最佳超聲波功率為660W;在超聲頻率為660W，作用時間為3h條件下，試驗選取了9組不同的溫度，考察其對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℃，試驗結果表明，當溫度從30℃升高到40℃時，出水BOD5從230mg/L增加到245mg/L，而當溫度繼續(xù)升高時，出水BOD5濃度下降，因此，選擇最佳的反應溫度為40℃。
　　最終確定其最佳運行工況是:超聲功率為660W，反應時間為180min，反應溫度為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反應器的進水，考察滲濾液生化性改善后的情況。結果表明，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)。
　　由以上的試驗結果可知，采用MAP沉淀法去除氨氮，不需要對滲濾液進行稀釋，而SBBR

25、反應器則需要稀釋;此外，MAP沉淀法對氨氮的去除比SBBR反應器要快得多。因此，盡管MAP沉淀法比較昂貴，卻比SBBR反應器更適合垃圾滲濾液中氨氮的去除。
　　同時，從試驗結果可知，對于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，可以滿足中國垃圾滲濾液的排放標準，并且該工藝易于實施。因此，筆者推薦采用MAP法和Fenton氧化-混凝