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多功能粉煤灰治理垃圾场渗滤液 ＊ 阮湘元 文建国 刘思齐 东莞理工学院化学生物工程系, 广东 523106 摘要 以具絮凝、吸附、降解多功能粉煤灰污水处理材料, 填充成絮凝沉降降解过滤箱, 组合有鼓气、臭氧的连续式 5 级垃圾场渗滤液集成处理系统。 垃圾渗滤液流量、鼓气量、臭氧量分别为40 L h、40 L m3h、15 mg L的工艺条件下, 渗滤液的悬浮物、色度、CODCr、BOD5、氨氮、硫化物等主要污染物指标分别降低 93、90、96、92、86和 92, 达 到垃圾场渗滤液二级控制标准。 关键词 垃圾渗滤液 固定化絮凝剂 粉煤灰 臭氧 ＊广东省重点科技攻关项目 2003A3060302 ; 广东省自然科学基金 项目 5007902 城市垃圾渗滤液一般呈异臭, 含有大量的有机 物、 硫化物 、 氨氮 、 悬浮物和微生物等, 毒性和污染性 强,治理难度大 。垃圾渗滤液一般处理方法有絮凝沉 降、 生物降解、化学氧化和光催化等 [ 1- 3] , 但国内还未 有很满意的成熟处理工艺与方法。研究处理速度快、 效果好 、 占地面积小 、运行费用低的垃圾渗滤液处理 工艺 ,具有明显意义 。本研究以粉煤灰固定化絮凝吸 附材料填充成絮凝降解过滤箱 ,组合鼓气臭氧工艺的 集吸附絮凝过滤与化学降解于一体的垃圾渗滤液集 成处理方法。 本研究提出固定化絮凝剂概念 ,最初工作是将聚 合氯化铝固化在硅胶或氟石表面制成固定化絮凝剂, 用其填充成絮凝降解过滤箱, 并与电催化降解工艺结 合,用于处理染整废水 ,取得了良好效果 [ 4] 。固定化 絮凝剂不同于传统絮凝剂的作用机理, 其作用机理 为 在固体表面吸附作用的协同下, 缓慢释放的絮凝 活性物和氧化剂将固体表面的污染物絮凝沉降、降 解,颗粒间隙缝同时起到过滤协同作用 。但早期的固 定化絮凝剂机械强度尚不能满足大规模工艺的需要, 结合电化学降解使能源消耗较生物降解法高。粉煤 灰是燃煤电厂排放的主要污染物 , 为准纳米级的硅、 铝、 铁等元素的氧化物颗粒 ,其中铝铁氧化物主要分 布在颗粒表面 [ 5] , 具有良好的吸附作用, 可直接用于 废水处理 。以粉煤灰为主要原料, 经固相反应将部分 铝铁氧化物转化成硫酸盐, 补加适量聚合氯化铝、氯 化铁, 并另加适量高氯酸盐等氧化剂, 然后再经固相 反应聚合成集絮凝、吸附 、 氧化于一体的多微孔材料, 其中的絮凝 、 氧化组分夹聚在多微孔固态材料中, 较 好地解决了活性物机械脱落问题,详细制备方法见公 开专利 [ 6] 。本文报道用该材料填充成絮凝过滤降解 箱,并配以鼓空气-臭氧深度氧化的集成工艺处理垃 圾渗滤液研究结果 ,在本文所述工艺条件下 ,处理水 质主要指标达我国生活垃圾填埋场污染控制二级控 制标准 GB16899- 1998 。 1 实验部分 1. 1 实验材料 自制粉煤灰固定化污水处理材料 。垃圾渗滤液 样品由东莞市相关部门提供。 1. 2 实验装置及垃圾渗滤液处理工艺 垃圾渗滤液处理实验装置见图 1。填充箱由工 程塑料制成 80 cm 50 cm 50 cm , 箱内填满鸡蛋 般大小的粉煤灰污水处理材料。垃圾渗滤液经水泵 由储蓄池提升至垃圾渗滤液供给槽, 然后由底部流 入、 顶部溢出,依次自然流经第 1～ 5级填满固定化絮 凝剂的絮凝箱, 同时由空气压缩机从絮凝箱底部鼓入 空气 ,臭氧发生器提供的臭氧经混合泵与第五级絮凝 箱流出的处理水混合 ,并进入臭氧处理槽进一步深度 氧化, 再流入脱臭氧池以空气驱除残余臭氧 ,淤泥从 底部排入淤泥池 。调节垃圾渗滤液流量 、 空气流量和 臭氧量以控制处理水质量 。其它实验设备和仪器是 KST-15 臭氧发生器 , 7221 型分光光度计 ,HH- 5 型化 学耗氧量测定仪 ,YB-3 型 BOD测定仪 。 2 实验结果与讨论 2. 1 垃圾渗滤液流量对处理效果的影响 图2 为无鼓气条件下的垃圾渗滤液流量与第五 级填充箱流出水的悬浮物 、 色度 、 CODCr、 氨氮、硫化物 等主要污染指标降低率关系实验曲线。由图 2 可见, 65 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 1污水储蓄池; 2提升泵; 3污水供给槽; 4～ 8第 1～ 5 级固定化絮凝剂污水处理床; 9臭氧发生器; 10混合泵; 11臭氧处理池; 12脱臭氧池; 13空气压缩机; 14出水储蓄池; 15污泥池。 图 1 污水处理实验装置及工艺流程示意图 垃圾渗滤液流量为8 L h时, 悬浮物 、色度 、 CODCr、氨 氮和硫化物等主要污染指标分别降低约 94、92、 91、 80 和 85; 而渗滤液流量为30 L h时, 悬浮 物、 色度、CODCr和硫化物等降低率分别约为 84、 78、 86和 78, 但对氨氮影响不明显。实验结果 还表明, 垃圾渗滤液流量为30 L h时 垃圾渗滤液与 固定化絮凝剂接触约12 h , 连续式处理效果与间歇 式静置处理40 h的效果相当 。而 5 只处理箱间歇式 静置处理 40 h所处理的垃圾渗滤液约 95 L , 约为 2. 4 L h,仅是连续式工艺处理量的 8。连续式工艺 大幅度提高处理效率的主要原因是粉煤灰污水处理 材料填充箱的过滤效应。 图 2 渗滤液流量对处理效果的影响曲线 2. 2 鼓气量对垃圾渗滤液处理效果的影响 图3 是垃圾渗滤液流量为25 L h条件下鼓气量 与主要污染指标降低率的实验关系曲线。由图 3 可 见,鼓气量较小时, 污染指标的降低率随鼓气量增加 而提高, 鼓气量达约48 L m 3 h 时, 色度、COD Cr、硫 化物和悬浮物等主要污染指标降低率达最大值,分别 为91、 94、 87、 89。鼓气量提高垃圾渗滤液处 理效果的作用是 空气的鼓动使固定化絮凝剂表面的 污染物供给由静态扩散变为动力学对流 ,反应物浓度 显著增加 ,从而提高污染物的分解速率 ; 另一方面 ,分 子氧是一种中等强度的氧化剂 ,鼓入的空气将大量的 氧分子带入垃圾渗滤液中 ,使污染物的化学分解反应 在固定化絮凝剂表面和溶液中同时进行 ,加速了污染 物的分解。但鼓气量大于约55 L m 3h 后, 悬浮物、 色度、硫化物、 CODCr等污染指标降低率随鼓气量增加 而降低。这一实验现象表明, 鼓气同时具有增强化学 分解效应和降低絮凝吸附效应两种相反作用 ,在较小 鼓气量时, 化学分解增强效应大于絮凝吸附降低效 应,污染物的降低率随鼓气量增加而提高 ; 鼓气量大 到一定程度时, 化学分解增强效应小于絮凝吸附降低 效应 ,污染物降低率随鼓气量的增加而降低。图 3 中 显示氨氮降低率随鼓气量的增加而提高 ,达最大值后 基本不随鼓气量的增加而变化 ,表明氨氮的化学分解 主要是在溶液中进行的。 图 3 鼓气量与渗滤液处理效果关系曲线 2. 3 臭氧量对垃圾渗滤液处理效果的影响 臭氧是一种用于污水化学强化处理的强氧化剂, 具有深度氧化能力强 、 二次污染小等优点 [ 7] 。在上述 工艺中加入臭氧处理工艺 ,可明显提高垃圾渗滤液的 处理效率。但对污染严重 、 CODCr值大的垃圾渗透液, 因能耗大而在经济上难以用臭氧做一级处理。本研 究则探索以臭氧做为该处理系统的二级辅助处理 ,以 便在保证垃圾渗滤液处理效果的基础上有较大的处 理量 。图 4 为臭氧浓度对渗滤液污染指标降低率的 影响曲线。该实验结果表明, 臭氧能显著提高渗滤液 污染指标的降低率, 当臭氧浓度达18 mg L时 , 降低率 接近最大值 ,显示加入适量臭氧, 在保障处理效果的 基础上可提高处理量约 65。 图 4 臭氧浓度对渗滤液污染指标降低率的影响 66 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 2. 4 工艺参数优化和工艺稳定性实验 在5 级絮凝降解过滤箱基础上, 影响处理效率和 效果的主要工艺条件是垃圾渗滤液流量 、 鼓气量和臭 氧浓度等 。根据上述实验结果 ,设计表 1 所示的三因 数、 三水平的正交试验 ,实验结果列于表 2。A1B1C1、 A1B2C2、 A1B3C3、 A2B1C2、A2B2C2、A2B3C2等方案的处 理水都基本达到垃圾渗滤液二级控制标准,而从减少 能耗、提高垃圾渗滤液处理量等综合因素考虑 ,以方 案A2B1C2为较佳 。但此方案处理 , 处理水的色度、 CODCr、 氨氮等指标略高。经试验, 采用A2B2C2 垃圾 渗滤 液 流 量、 鼓 气 量、 臭 氧 量 分 别 是 40 L h、 40 L m 3h 、 15 mg L 方案, 其处理水的色度倍数 、 悬 浮物、CODCr、BOD5、氨氮和硫化物分别为 60、119、 101. 3、 42. 3、39 和 13 mg L ,可见处理效果更好。 表 1 正交试验因素及水平 水平 垃圾渗滤液流量 A Lh- 1 鼓气量 B Lm- 3h- 1 臭氧量 C mgL- 1 1253010 2404015 3555020 实验结果表明, 在A2B2C2工艺参数条件下,该垃 圾渗滤液处理系统可稳定运行 45 ～ 55 d。当处理效 果明显降低后, 放尽垃圾渗滤液 , 在约100 L m 3h 鼓气量配合下, 用0. 02 mol L HCl 溶液反冲洗 8 ～ 10 min ,洗出液排入污泥沉降池 。反冲洗 3 ～ 4 次, 即 可重新启用该垃圾渗滤液处理系统 ,粉煤灰颗粒填料 可连续使用约 7～ 8 个月 。 2. 5 鼓气对脱除残余臭氧的作用 为安全起见 , 需要除去处理水中过高的残余臭 氧。通常用活性炭柱脱除处理水中的残余臭氧,但运 行成本较高。本处理系统利用臭氧的挥发性和系统 的鼓空气功能, 设计用空气驱除处理水中残余臭氧工 艺,实验结果表明, 用鼓气法使鼓气量达55 L m 3h 时,可有效脱除处理水的残余臭氧。 3 结论 采用基于粉煤灰污水处理材料的 5 级絮凝降解 过滤箱 -鼓气-臭氧集成垃圾渗滤液处理工艺 ,在垃圾 渗滤 液 流 量、 鼓 气 量、 臭 氧 量 分 别 为 40 L h、 40 L m 3h 、 15 mg L的工艺条件下, 处理后垃圾渗滤 液的 pH 、 悬浮物、色度 、 CODCr、氨氮和硫化物等各项 指标均达垃圾渗滤液二级排放标准 。利用处理系统 已具有的鼓空气功能 ,以鼓气法脱除处理水的残余臭 氧,使垃圾渗滤液处理系统更具有多功能 、 处理水质 好、 工艺简单和结构紧凑的特点。 参考文献 [ 1] Matin Steensen, Chemical Oxidation for the Treatment of Leachate- Process Comparison and Results from Full-Scale Plants,Water Science Technology ,1997, 35 4 249 -256 [ 2] 傅平清, 万鹰晰, 林剑. 混凝-臭氧氧化预处理垃圾渗滤液的实验 研究. 环境科学与技术,2002, 25 6 26 -28. 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Statistical analysis of the control parameters, such as pH etc is done. Optimization process conditions are proposed, which providesa reliable basis for design and management of anoxic and aerobic digestion of sludge. Keywords anoxic and aerobic digestion, surplus activated sludge, intermediate temperature and normal temperature TREATMENT OF MUNICIPAL LANDFILL LEACHATE WITH INTEGRATED PROCESS BASED ON MULTIFUNCTION FLY-ASHRuan Xiangyuan Wen Jianguo Liu Siqi 65 Abstract A system of treatment of municipal landfill leachate was combined by five -series trunks filled with multifunction fly-ash such as adsorption, coagulating, decomposition and so on. Under processing conditions of flow rate of 40 L h for landfill leachate, 40 L m3hfor air and 15 mg L for ozone, respectively, suspended substances, colority, CODCr, BOD5, ammonia nitrogen and sulfide in the leachate were cut down by 93, 90, 96, 92, 86 and 92, respectively. Keywords landfill leachate, immobilized coagulant, fly-ash and ozone EXPERIMENTATION ON CENTRIFUGAL DEWATERING OF MUNICIPAL CATERING SWILLS Han Qi Cao Zike Luo Jianzhong 68 Abstract The resource, characteristics and disposal technologies of urban catering swills are introduced. The new resource recycling technique for the catering swills are presented and the working procedure of the centrifugal dewatering is studied. The optimal centrifugal parameters are confirmed as 5 minutes centrifugal time and 3 200 r min for rotation speed. Keywords catering swills, centrifugal dewatering and resource recycling DISTILLING AND ENRICHING TRACE NONYLPHENOL IN WASTEWATER BY SOLID -PHASE EXTRACTIONHao Ruixia Liang Peng Zhao Man et al 71 Abstract About 70 wastewater or reuse water samples are pre -treated by solid -phase extraction for distilling and enriching NP, and the conditions of SPE have been studied in detail, then, the samples are quantitatively analyzedby GC-MS-∑SIM. The resultsare that OasisRHLBSPE pole is of good adsorption for NP in wastewater, and the efficiency of eluate solvent is about 97. 01. The veracity and accuracy of the meassured resultsmeet requirements. Keywords environmental hormone, nonylphenol, complex matrix, trace ingredient and solid -phase extraction IMPROVEDATTRIBUTERECOGNITIONMODELANDITSAPPLICATIONTO COMPREHENSIVE QUALITY ASSESSMENT OF URBAN ENVIRONMENT Zhang Libing ChengJilin Jin Juliang et al 74 Abstract During the process of utilizing attribute recognition model to make comprehensive assessment, there are some subjective factors in calculating the weight vector. According to this, an improved based on the technique of data driving is applied to make the weight calculation more scientific and rational. An example shows that the improved attribute recognitionmodel has good property of simple principle, nice results and handy calculation. It has wide applicability in the area of comprehensive assessment. Keywords improved attribute recognition model, urban atmospheric environment and comprehensive assessment THE SETPAIR ANALYSIS MODELFOR REGIONAL ECO-ENVIRONMENTAL QUALITY UATION AND ITS APPLICATIONLi Fanxiu Mei Ping Chen Wu 77 Abstract A new model for regional eco -environmental quality uationwas established,where set pair analysiswas used. And an applied example was studied with more satisfactory results. Compared with unascertained measurement uation , this model is perfect, the uating result ismore reasonable and its resolving power is higher. Thus, a simple and effective uation is provided for regional eco- environmental quality uation. Keywords regional eco -environment, uationmodel, set pair analysis and Chaohu basin DESIGN OF MEMBRANE BIOREACTORFOR TREATING WASTEWATER INHOUSING ESTATE Wang Lin Yuan Xinyan Li Shifeng 79 Abstract A process of using submergedmembrane bioreactor with nitrogen and phosphorusbeing removed sumultaneously is introducedfor sewage treatment in housing estate. The KORED flat polyethersulfone membrane made in the Republic of Korea is selected, whose property and pollution control, as well as design parameters of each structure are also described. Keywords reuse of sewage in housing estate, membrane bioreactor, process design and investment analysis 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006