垃圾渗滤液两相厌氧-臭氧活性炭联用处理.pdf

垃圾渗滤液两相厌氧 - 臭氧活性炭联用处理 ＊ 黄国鑫 1 黄继国 2 金爱芳 1 1. 中国地质大学 北京 水资源与环境工程北京市重点实验室, 北京 100083; 2. 吉林大学环境与资源学院, 吉林 长春 130026 摘要 针对垃圾渗滤液水质特性, 采用以 UBF 反应器作为酸化相、UASB 反应器作为甲烷相所组成的两相厌氧系统与 臭氧活性炭联用工艺处理垃圾渗滤液的实验研究。 结果表明 UBF 的最佳 HRT 为10. 3 h, 酸化相并未产生酸化现象, 产酸菌活性良好; UASB 的最佳 COD 污泥负荷为0. 122 g gd, 甲烷相具有良好的抗冲击性; 每100 mL废水活性炭最佳 投加量为4. 5 g, 最佳反应时间为120 min, 臭氧活性炭对有机物处理效果良好, 脱色显著和具有消泡功能。 关键词 垃圾渗滤液 两相厌氧 臭氧 活性炭 ＊吉林省环保局科技基金资助 2006-12 。 0 引言 垃圾渗滤液是垃圾在堆放填埋过程中产生的污 染性极强的高浓度复杂有机废水。它由厌氧分解 、 垃 圾自身含水、 自然降雨和径流等产生 [ 1] , 具有水质成 分复杂、 有机污染物含量高、 氨氮含量高 、 重金属含量 高、 色度高 、 恶臭和微生物营养元素比例失衡 [ 2] 等特 性。目前, 采用的处理方法有生物法 、物化法、土 地法 。 生化法中的两相厌氧系统可以通过物理法、 化学 法和动力学控制法 ,实现产酸相和产甲烷相的分离, 使产酸发酵微生物和产甲烷微生物各自形成最佳生 态条件,从而使各相分工更加明确 。产酸相的主要功 能是降低或解除废水的毒性, 提高废水的可生化性, 为产甲烷相提供适宜的基质, 而产甲烷相则完成对大 部分有机物的去除 。相的分离提高了系统的抗冲击 能力, 增强了系统的运行稳定性, 提高了废水的处理 效率 。物化法中的臭氧氧化法具有脱色 、 杀菌和有效 氧化废水中的难降解有机物的独特优势 ,而活性炭吸 附法吸附能力强 ,能有效去除水中有机污染物和有毒 致癌物质 如卤代甲烷 。 为避免渗滤液对填埋场周边环境、场地底土层及 地下水造成极大污染和解决常规的污水处理工艺对 其处理效果不理想 、 处理费用高等问题 , 实验采用以 陶粒 [ 3] 为填料的UBF upflow blanket filter [ 4] 反应器作 酸化相和 UASB upflow anaerobic sludge blanket [ 5] 反应 器作甲烷相所组成的两相厌氧系统与臭氧活性炭联 用工艺对其处理进行了研究。该工艺为中试和生产 性研究提供了依据。 1 材料与方法 1. 1 实验装置 酸化相反应器, 以 UBF 反应器为原型自行设计 的有机玻璃圆柱,直径75 mm ,总体积3. 2 L ,其中反应 区2. 0 L ,填料区1. 0 L ; 甲烷相反应器, 以 UASB 反应 器为原型自行设计的有机玻璃圆柱 ,直径200 mm, 总 体积19. 6 L ,其中反应区13. 1 L , 沉淀区4. 9 L ; 活性炭 圆柱,以有机玻璃为原料, 自行设计, 直径90 mm , 总 体积3. 5 L , 其中有效容积3. 0 L ; 臭氧发生器 , 型号 SO- 7G,产量7 g h。两相厌氧系统置于恒温箱内 35 1 ℃。流程见图 1。 图 1 两相厌氧系统与臭氧活性炭联用工艺实验装置 1. 2 废水水质 实验用水取自长春某填埋场渗滤液集水池,黑褐 色、 不透明 、 有恶臭, 具体废水水质见表 1。水质测定 均按国家水和废水分析方法进行 [ 6] 。 表 1 渗滤液废水水质 ρ COD mgL- 1 ρ BOD5 mgL- 1 ρ NH3-N mgL- 1 ρ SS mgL- 1 p H 色度 倍 3 115～ 5 539608～ 1 291688～ 8931 025 ～ 1 745 6. 10～ 9. 25512～ 616 1. 3 接种污泥 接种污泥取自长春某污水处理厂曝气池内,呈黄 36 环 境 工 程 2008年 12 月第 26卷第 6 期 色, 污泥指数 SVI 为214 mL g , 混合 液污泥浓度 MLSS 为2. 0 g L 。 2 结果与讨论 2. 1 水力停留时间 HRT 对 UBF 酸化相处理效果的 影响 两相厌氧系统成功启动驯化结束后 ,进入稳定运 行阶段。该阶段在进水 COD 为3 750～ 4 000 mg L 、 流 量为 6～ 10 L d、 HRT 为 7. 2～ 12 h、pH 为 6. 12～ 9. 10 时,UBF 的酸化率 Ra 和 COD 去除率同 HRT 的变化 关系见表 2。 表 2 酸化率及 COD去除率随 HRT变化 HRT hRa COD 去除率 7. 221. 08. 1 8. 028. 310. 5 9. 035. 114. 6 10. 342. 920. 5 12. 044. 621. 6 由表 2 知, 随着 HRT 的增加, Ra及 COD 去除率 逐渐提高 ,说明在此过程中部分大分子难降解有机物 转变为了易降解小分子有机酸 , 且并未产生酸化现 象,产酸菌活性良好。当 HRT 10. 3 h时 , Ra及 COD 去除率提高的趋势均变缓, 说明继续增加 HRT 对提 高UBF 处理效果影响不大 。以上是对文献[ 7] 就相 关数据分析的补充 。从处理效果和经济效益等角度 考虑,确定最佳 HRT 为10. 3 h 。在连续进水和 UBF 与UASB 体积比 1 6 已知的条件下经过计算后可确 定UASB 的 HRT 为61. 7 h。 2. 2 UASB 甲烷相最佳污泥负荷及抗冲击性 有机物的去除主要发生在 UASB 中, 故当 UBF 和 UASB 的 HRT 分别为10. 3 h和61. 7 h 、UASB 的进水 COD质量浓度为3 090 mg L时, 以 COD 去除率为指 标,考察UASB 的最佳污泥负荷和其对有机负荷的抗 冲击性 。COD 去除率随 UASB 中污泥负荷变化曲线 见图 2。 图 2 COD 去除率随UASB的污泥负荷变化曲线 由图 2可知, 随着污泥负荷的增加 ,UASB 对COD 去 除 率 呈 现 降 低 趋 势。 COD 污 泥 负 荷 在 0. 122 g g d 时,去除率为 81. 6,且为最大值 ,故确 定此时污泥负荷值为最佳值 。当 COD污泥负荷提高 至0. 178 g gd 时 ,污泥负荷提高了 45. 9 , 去除率 只下降了 20. 1, 其值为 65. 2,表明微生物未受到 损害 ,UASB 对有机负荷仍有较好的去除,可见甲烷相 具有良好的抗冲击性 。当 COD污泥负荷进一步提高 至0. 203 g gd 时 ,去除率急剧下降为 26. 6,同时, 系统出水 COD 浓度急骤升高 ,水质恶化 ,说明此时污 泥负荷过大 ,原因是 UBF 出水的挥发性脂肪酸增多, 造成 UASB 中水体的 pH 值迅速降低和 VFA 大量积 累,超过产甲烷菌的处理能力, 同时水体产生的毒性 也抑制了产甲烷菌的活性 。 通过上述分析 ,针对渗滤液的两相厌氧系统, 确 定UASB 最佳 COD 污泥负荷为0. 122 g gd 并核算 出此时UBF 的 COD 污泥负荷为0. 543 g gd 。 2. 3 臭氧活性炭 [ 8] 对废水的处理效果 当两相厌氧系统的进水 COD 质量浓度为3 750～ 4 000 mg L 、 UBF 和 UASB 的 HRT 分别为 10. 3 h和 61. 7 h 、UBF 和 UASB 的 COD 污 泥 负 荷 分 别 为 0. 543 g g d 和0. 122 g gd 时 , 出水 BOD5质量浓 度为 81 mg L , 可以达到生活垃圾填埋污染控制标 准 GB16889 -1997 中的二级排放限值 , 但 COD 质 量浓度为569 mg L、NH3- N 质量浓度为703 mg L和 SS 质量浓度为652 mg L都高于限值, 必须进一步处理。 同时系统出水的 ρ BOD5 ρ COD 为 0. 14 4. 5 g时 ,COD 去除 率 65,但增加趋势减缓, 故活性炭投加量为4. 5～ 5. 0 g为宜。 2. 3. 2 臭氧氧化活性炭吸附对废水的处理效果 在臭氧发生器的出口流量为 0. 80L min、 活性炭投 加量每100mL 废水为4. 5 g 、 pH 为8. 93 时,考察活性炭 柱中COD 去除率与 pH 随反应时间的变化见图 4。 图 4 COD 去除率与 pH 及反应时间的变化关系 由图 4 可知, 随着反应时间的增加 ,COD 去除率 呈波浪式上升。其原因可能是一方面臭氧将水中大 分子有机物氧化成小分子有机物, 再利用活性炭将其 吸附,废水中有机物不断被吸附去除, COD 逐渐降 低,去除率呈上升趋势; 另一方面与 COD 的测试方法 有关, 即臭氧的氧化能力强于重铬酸钾 , 当反应进行 到某一时间点时 ,废水中不能被重铬酸钾氧化的有机 物被臭氧氧化成可被重铬酸钾氧化的有机物 ,故废水 中COD升高,导致去除率略有降低, 两方面的共同作 用造成波浪式。当反应时间为120 min时 , 去除率为 84. 5, 而 当 反 应 时 间 为 300 min 时 , 去 除 率 为 85. 4, 可见臭氧活性炭对有机物处理效果良好, 且 无限延长反应时间不能大幅度增加去除率 。从运行 费用和处理效果等角度考虑 , 确定最佳反应时间为 120 min。随着反应时间的进行, pH 在 8. 90～ 9. 00 波 动,废水显碱性 ,有利于臭氧生成羟基自由基 ,提高臭 氧的氧化能力。 实验中还发现 臭氧活性炭脱色效果显著, 当反 应时间为120 min时 ,废水的颜色由黄褐色变成无色, 原因为水中致色大分子有机物被臭氧氧化成无色小 分子中间产物, 而活性炭又可吸附致色物质 ; 活性炭 具有消泡功能, 在单独利用臭氧氧化时 , 由于废水中 表面活性剂的存在 ,使水面出现大量白色泡沫, 且有 时会溢出活性炭柱 ,而采用臭氧活性炭处理时, 泡沫 锐减直至消失, 原因为活性炭与气泡接触后使其破 碎,破坏了气浮作用 , 故推测在废水中填加固相物质 可以作为消泡的控制方法 。 3 结论 1 确定 UBF 的最佳 HRT 为10. 3 h, 此时 Ra和 COD去除率分别为 42. 9和 20. 5, 酸化相并未产 生酸化现象 ,产酸菌活性良好 。 2确 定 UASB 的 最 佳 COD 污 泥 负 荷 为 0. 122 g g d ,此时 COD去除率为 81. 6,甲烷相具 有良好的抗冲击性。 3 确定最佳活性炭投加量每100 mL废水为4. 5 g 和最佳反 应时间为 120 min, 此 时 COD 去除 率为 84. 5,pH 在 8. 90～ 9. 00波动,臭氧活性炭对有机物 处理效果良好, 脱色效果显著 ,活性炭具有消泡功能。 参考文献 [ 1] 倪晋仁, 邵世云, 叶正芳. 垃圾渗滤液特点与处理技术比较. 应 用基础与工程科学学报, 2004,12 2 148 -157 [ 2] 张艮林, 徐晓军, 童雄. 城市垃圾渗滤液的水质特性及其处理现 状. 云南冶金, 2005, 34 6 60 -62 [ 3] 黄继国, 魏海娟, 王立军, 等. 三相生物流化床处理啤酒废水. 吉 林大学学报 地球科学版 , 2005,35 4 510 -514 [ 4] Guiot S R, Van den Berg L . 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Ascending of PHB concentration in the strainswas negatively correlated with descending of acetic acid concentration.While TP16 grew under anaerobic conditions, descending of acetic acid concentration in the supernatant was negatively correlatedwith ascending of PHB and P concentration. Keywords biologic phosphate accumulation biological phosphate release absorbing acetic acid accumulating PHB PROCESS OF FILTRATION AND DESALINATION FORCIRCULATED COOLING WATER FROM THERMAL POWER PLANTSYang Fengmin Zou Anhua Xing Yi et al 26 Abstract The circulated cooling water from a thermal power plant was treated by means of filtration and desalination, which could increase the concentration multiples of the circulated cooling water, also could reduce sewage water and fresh water supplement dosage, increasing water use rate in the power plants.The treatment process was comprised of the two filters, reverse osmosis desalination, and addition of chemical agents. After the processing, the reclaimed water could be used as supply water to the circulating cooling water. Keywords circulated cooling water desalination continuous dynamic filters reverse osmosis TREATMENT OF RAW BAMBOO FIBERWASTEWATER BY AIR -FLOATATIONA O PROCESS Li Song Shan Shengdao Chen Bin et al 29 Abstract The wastewater of raw bamboo fiber with high concentration and low bio -degradability was treated by air -floatationA O process. The results showed that the removal rates of COD, SS, NH 4-N and colority reached 92, 95. 4, 64. 7 and 90 respectively, so the efflu - ent met the wastewater discharge standard of industrial district.This process featured stable treatment effect, simple operation, as well as easy maintenance. Keywords air -floatation A O process raw bamboo fiber PRACTICAL STUDIES ON THE TECHNOLOGY OF THE TOTAL WASTEWATER REGENERA - TION AND REUSE INBAOTOU IRON AND STEEL CAMPARY Meng Yanxiao Hui Kegang Song Hua 31 Abstract It was studied on the choice of processflow and main parameters of totalwastewater regeneration and reuse project in Baotou Iron and Steel Group; itwas also summarized the operating practice of the main facilities for this project. Which provided experience in the planning, design and construction of other similar projects. Keywords iron and steel enterprise totalwastewater regeneration and reuse TREATMENT OF MUNICIPAL LANDFILL LEACHATE BY ANAEROBIC DIGESTION -SBR PRO- CESSGao Feng Li Chen 33 Abstract Biological nitrogen and organic matter removal of municipal landfill leachate by ASBR -SBR system was investigated. The cycle length of both reactors was 12 h.Raw wastewater was fed to ASBR for anaerobic digestion. Four sorts HRT of ASBR from 28. 8 h to 72 h were tested. The result indicated that the COD removal achieved 41. 2 and the effluent BOD5 COD and BOD5 NH 4-N ratio was 0. 41 and 4. 6 re - spectively when the HRT of ASBR was 36 h, it was in favor of aerobic biological treatment of organic matters and nitrogen. The effluent of ASBR whose HRT was 36 hwas added to SBR for further treatment. And the effluent NH 4-N of SBR was about 11 mg L, but the effluent COD concen - tration couldn t meet the discharging standard. The effluent COD could be lowered to less than 100mg L after coagulating sedimentation by PFS. Keywords municipal landfill leachate anaerobic digestion ASBR SBR TN THE TREATMENT OF LANDFILL LEACHATE BY COMBINATIONOF TWO-PHASE ANAEROBIC AND OZONE ACTIVATED CARBONHuang Guoxin Huang Jiguo Jin Aifang 36 Abstract According to the propertiesof landfill leachate, the combination process of two -phase anaerobic system, which is composedof UBF acidification reatorand UASB mechanization reator, and ozone activated carbon is used to treat landfill leachate. The results show that the optimum HRT of the UBF is 10. 3h, the acidification phenomenon of the acidification phase is not occurring and the activity of the acid-producing bacteria being better; the optimum sludge loadof the UASB is 0. 122 g gd, the function of resisting the changing load of the mechanization phase being better; the two -phase anaerobic system can stably and high efficiently remove organics, but the NH3-N removal is not ideal; the optimum dosage of activated carbon is 4. 510- 2g mL wastewater; the optimum reaction time is 120 min; the ozone activated carbon can handle organics better, de - colors prominently and has a defoaming function. Keywords landfill leachate two -phase anaerobic ozone activated carbon STUDY ON PARTICLE COD ADSORPTION AND CLOGGING IN CONSTRUCTED SOIL INFIL - TRATIONSun Zongjian Ding Aizhong Teng Yanguo 39 Abstract The percent of particle COD in total COD of domestic wastewater isbetween30～ 60, of whichonly 20～ 35 can be re - 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 6,December,2008