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矿化垃圾粒径对垃圾渗滤液处理效果的影响 * 孙晓杰1王思明1解长君2赵孝芹1蒋鹏1 1． 桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心 广西环境污染控制理论与技术重点实验室， 广西 桂林 541004; 2． 桂林市环境卫生管理处， 广西 桂林 541004 摘要 用准好氧矿化垃圾反应器来处理垃圾渗滤液， 研究 4 mm 以下、 4 ～10 mm、 10 ～20 mm 三种粒径的矿化垃圾对渗 滤液的脱氮性能。结果表明 在水力负荷 2 L/d， 进水频率 1 次/d 的条件下， 粒径为 4 ～10 mm 的矿化垃圾处理渗滤液 的效果最好， 其渗滤液出水中氨氮和 COD 去除率分别达到 92和 65以上。 关键词 矿化垃圾; 垃圾渗滤液; 粒径; 准好氧 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201403025 EFFECT OF PAＲTICAL SIZE OF AGED ＲEFUSE ON LEACHATE TＲEATMENT EFFICIENCY Sun Xiaojie1Wang Siming1Xie Changjun2Zhao Xiaoqin1Jiang Peng1 1． Guangxi Mining and Environmental Sciences Laboratory Center，Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology，Guilin University of Technology， Guilin 541004，China; 2． Guilin City Environmental Sanitation Management Office， Guilin 541004， China AbstractUsing semi- aerobic aged refuse reactor to deal with landfill leachate， the denitrification property of aged refuse with different particle sizes ＜4 mm、 4 ～10 mm、 10 ～20 mmwas studied． The results showed that the removal effect of aged refuse with granularity of 4 ～10 mm on COD and NH3- N was better than that of other granularities．Under the conditions of hydraulic loading at 2 L/d and influent frequency at one time per day， 92 of NH3- N and 65 of COD in leachate were removed by the aged refuse of 4 ～10 mm． Keywordsaged refuse;waste leachate;the particle size;semi- aerobic * 国家自然科学基金 51368012 ; 广西矿冶与环境科学实验中心项目 KH2012ZD004 ; 广西危险废物处置产业化人才小高地; 广西环境污染控制理 论与技术重点实验室研究基金 桂科能 0901Z001 ; 桂林理工大学博士基金。 收稿日期 2013 －04 －22 0引言 矿化垃圾是指垃圾在填埋场经过多年降解后， 几 乎不产生渗滤液和气体， 基本上达到稳定化的状 态 ［1 ］。矿化垃圾可用作填埋场覆盖材料［2- 4 ］、 建筑材 料 ［5- 6 ］、 园林利用［7 ］、 生物反应床填料等［8- 9 ］。其中利 用矿化垃圾处理渗滤液［10 ］， 具有投资省， 运行管理简 单方便， 处理效能高、 成本低等优点， 对发展中国家具 有重要的现实意义。 目前矿化垃圾处理工艺的水力负荷、 有机负荷、 运 行参数以及季节温度等因素受到了较多关注 ［ 11- 15 ］ ， 而 关于矿化垃圾粒径对渗滤液处理效果的影响研究较 少。石磊等用小于40 mm 粒径装填的矿化垃圾反应床 处理渗滤液来研究微生物变化规律 ［ 16 ］。陶正望等用 粒径小于1. 5 cm 的矿化垃圾处理渗滤液得到良好效 果 ［ 17 ］。龙焰［ 18 ］的研究表明， 不同粒径的矿化垃圾分布 着不同类型与数量的微生物， 按生物量由大到小顺序 依次为4 mm 以下 ＞8 ～25 mm ＞4 ～8 mm ＞25 mm 以 上。梁雯 ［ 19 ］等研究中发现矿化垃圾浸出液可生化性 的难易程度与矿化垃圾的粒径分布呈正相关。本研究 选取10 年填埋龄的矿化垃圾， 研究不同粒径对垃圾渗 滤液处理效果的影响， 以期为矿化垃圾反应床处理渗 滤液最优参数的选取提供理论依据。 1试验部分 1. 1试验装置 试验所用的 3 个矿化垃圾反应器为 PVC 柱子， 直径为 0. 37 m， 高度为1 m， 反应器下部设置出水口。 反应器自下而上分别装填高度为 10 cm， 粒径为 3 ～ 5 cm的砾石; 高度为 5 cm， 粒径为 1 cm 的小砾石， 作 为承托层与集水层; 高度 0. 6 m 的矿化垃圾层; 高度 5 cm、 粒径1 cm 的小砾石， 利于均匀布水， 20 cm 作为 601 环境工程 Environmental Engineering 安全高度， 防止进水流出。反应器内部设置中央通风 管 2. 5 cm ， 管壁打孔以利于空气扩散。通风管外 部包裹砂网， 防止矿化垃圾堵塞通风孔。矿化垃圾反 应器结构如图 1 所示。 图 1矿化垃圾反应器示意 Fig．1Schematic diagram of the aged- refuse bioreactor 1. 2试验材料 矿化垃圾和垃圾渗滤液均取自桂林市冲口垃圾 填埋场。将 10 年填埋龄的矿化垃圾采回， 过筛分成 小于4 mm、 4 ～10 mm、 10 ～25 mm 三种粒径范围的矿 化垃圾， 分别填装到反应器 A、 B、 C。各反应器矿化 垃圾的基本性质见表 1。渗滤液原水水质特征见 表 2。 表 1矿化垃圾的基本性质 Table 1Basic properties of the aged refuse 矿化垃圾含水率/有机质含量/pH 反应器 A＜4mm15. 311. 38. 69 反应器 B 4 ～10mm18. 811. 88. 66 反应器 C 10 ～20mm20. 512. 08. 52 表 2渗滤液原水的水质特征 Table 2Composition of the landfill leachatemg/L ρ CODρ 总氮 ρ 氨氮ρ 硝态氮 ρ 亚硝态氮 4781 ～67092082 ～28721916 ～212514 ～360. 1 ～0. 4 1. 3试验方法 1. 3. 1试验运行 试验运行分为驯化和正式试验两个阶段。驯化阶 段共20 d， 将渗滤液原水稀释10 倍 稀释后的 COD 在 464 ～663 mg/L， 氨氮在169 ～203 mg/L ， 在10， 20， 30， 40 L/m3的水力负荷下， 各浇灌 5 d， 浇灌频率为每天 1 次， 以出水渗滤液中的氨氮和 COD 去除率作为评价指 标。正式试验阶段共 31 d， 采用准好氧处理， 以每天 1 次的频率， 2 L/m3的水力负荷注入新鲜垃圾渗滤液原 液， 每隔3 d 测定一次出水渗滤液的各项指标。 1. 3. 2分析方法 氨氮采用纳氏试剂分光光度法; 亚硝态氮采用 N- 1- 萘基 - 乙二胺分光光度法; 硝态氮采用紫外分光 光度法; TN 采用 TOC 测定仪; COD 采用重铬酸钾法。 2结果与讨论 2. 1驯化阶段 COD 和氨氮的处理效果 在驯化阶段， 随着反应器生化性能的增强， 反应 器 COD 和氨氮处理率呈逐渐增长趋势。在第 20 天， 反应器 A、 B、 C 的 COD 去除率分别达到 48、 62、 60。在第 7 天后， 反应器 A 氨氮去除率基本稳定 在 99。在第 15 天后， 反应器 B 和 C 去除率达到 100。判断驯化成功， 可以进入正式试验阶段。 2. 2正式试验阶段矿化垃圾粒径对渗滤液处理效果 的影响 2. 2. 1矿化垃圾粒径对 COD 去除率的影响 三组反应器中 COD 的去除率见图 2。由图 2 可 知 在反应器运行的前20 天， 三个反应器的 COD 去除 率均大体呈下降趋势。这与矿化垃圾的吸附能力逐渐 下降有关。第 20 天后， 微生物开始逐渐起主导作用， 三个反应器的 COD 去除率都有所提高。第 25 天反应 器 B 达到峰值 85; 第 28 天反应器 A 和 C 达到峰值 66和73。从整体上看， 反应器 B 的 COD 去除率要 高于 A 和 C。反应器 C 的去除率低于 B 可能是因为 C 中含有较大颗粒的螺蛳、 石头等， 间隙较大， 渗滤液在 其中停留时间较短， 处理不够完全。而 A 反应器处理 率低则与粒径过小， 易于形成缺氧状态有关。 图 2矿化垃圾粒径对 COD 的影响 Fig．2COD removal rate of each bioreactor 2. 2. 2矿化垃圾粒径对含氮物质去除效果的影响 三组反应器中 NH3- N 的浓度图 3。由图 3 可知 从反应器启动到第 20 天， 反应器 A、 B 和 C 的氨氮去 701 固废处理与处置 Solid Waste Treatment and Disposal 除率分别从93、 100、 99下降至56、 94、 83。 整体上， 反应器 B 去除效果最好， 去除率保持在 93 以上; 反应器 C 处理效果次之， 反应器 A 最差。相应 地， 反应器出水硝态氮浓度由高到低排序为 B ＞C ＞A。 图 3对氨氮的处理效果 Fig．3NH3- N removal rate of each bioreactor 三组反应器中 NO － 3 - N 的浓度变化见图 4。由图 4 可知 在第 25 天前， 三组反应器出水硝态氮均呈现 上升趋势， 其中反应器 B 出水硝态氮浓度高于 A 和 C， 说明在本试验条件下， 粒径 4 ～10 mm 的矿化垃圾 硝化效果最佳。 图 4反应器出水 NO－ 3 - N 浓度 Fig．4NO － 3 - N in effluent from each bioreactor 各反应器出水中 NO － 2- N 浓度变化情况见图5。由 图5 可知 在试验初期， 三个反应器 A、 B 和 C 出水中亚 硝态氮呈上升趋势， 至第 13 天， 分别达到 112.57， 161.14， 130.43 mg/L。在第13 天以后， 亚硝态氮逐渐降 低， 试验结束时， 分别降为17.57， 52.57， 8.29 mg/L。 2. 2. 3矿化垃圾粒径对总氮去除率的影响 三个反应器总氮的去除率整体上都呈降低趋势， 分别从 79、 87、 87 降至 25、 22、 21 见图 6 。反应器 A 的总氮去除率稍高于 B 和 C， 表明矿 化垃圾粒径小造成透气性降低， 更容易形成缺氧状 态。这与垃圾粒径对 COD 的影响效果是一致的。 图 5反应器出水 NO－ 2 － N 浓度 Fig．5NO － 2 - N in effluent from each bioreactor 图 6各反应器总氮去除率 Fig．6TN removal rate of each bioreactor 3结论 矿化垃圾粒径对渗滤液的处理效果有重要影响。 在一定实验条件下， 存在一个最佳的矿化垃圾粒径。 在本试验条件下， 当粒径为 4 ～10 mm 时， COD 去除率 最高， 氨氮去除率最大， 总氮去除率在反应后期小于 A 但高于 C， 并且有上升趋势。综合考虑， 矿化垃圾的粒 径为4 ～10 mm 处理垃圾渗滤液的效果相比之下最好。 参考文献 ［1］钱小青， 牛东杰， 楼紫阳， 等． 填埋场矿化垃圾资源综合利用研 究进展［J］． 环境卫生工程， 2006， 14 2 62- 64． ［2］Claire Hurst，Philip Longhurst． Assessment of municipal waste compost as a daily cover material for odour control at landfill sites ［J］． Environmental Pollution， 2005， 135 171- 177． ［3］吴军， 赵由才． 上海市废弃物老港处置场 4 期工程方案的构想 ［J］． 环境卫生工程， 2001， 9 1 6- 8． ［4］李启彬， 刘丹， 杨立中． 生物反应器填埋场临时覆盖材料的选择 ［J］． 环境科学与技术， 2003， 26 4 29- 31． ［5］张华， 赵由才． 垃圾填埋场中矿化垃圾的综合利用［J］． 山东建 筑工程学院学报， 2004， 19 3 46- 51． ［6］李雄． 填埋场不同填埋龄城市生活垃圾开采、 变化规律及资源 化利用研究［D］． 上海 同济大学， 2006． 下转第 138 页 801 环境工程 Environmental Engineering ［8］王纪华， 韩平， 陆安详， 等． 重金属快速测定方法与仪器研发应 用［J］． 农产品质量与安全， 2012 1 48- 52． ［9］Haberer J L，Brabdes J A． A high sensitivity，low volume HPLC to determine soluble reactive phosphate in freshwater and saltwater［J］． Marine Chemistry， 2003， 82 3/4 185- 196． ［ 10］Maria C， Orlando F， Emerson V， et al．Determination of phosphate in natural water employing a monosegmented flow system with simultaneous multiple injection［J］ ． Talanta，2004， 62 3 469- 475． ［ 11］Bjorkman K，Thomson A L，Karl D M． Phosphorus dynamics in the North Pacific subtropical gyre［ J］ ． Aquatic Microbial Ecology， 2000， 22 2 185- 198． ［ 12］许昆灿， 吴丽卿， 傅天保， 等． 海洋污染物分析方法［M］． 北京 海洋出版社， 1992． ［ 13］袁东星， 粱英． 海洋环境中痕量活性磷分析技术的研究进展 ［J］． 环境化学， 2006， 25 3 252- 256． ［ 14］Wu Jingfeng，Sunda W，Boyle E．Phosphate depletion in the Western North Atlantic Ocean［ J］ ． Science， 2000， 289 759- 762． ［ 15］Zhang Jiazhong， Fischer C J， Ortner P B．Optimization of perance and minimization of silicate interference in continuous flow phosphate analsis［ J］ ． Talanta， 1999， 49 2 293- 304． ［ 16］Zhang Jiazhong， ChiJie．Automatedanalysisofnanomolar concentrations of phosphate in natural waters with liquid waveguid ［J］． Environmental Science and Technology， 2002， 36 5 1048- 1053． ［ 17］Protor C M，Hood D W． Determination of inorganic phosphate in sea water by an iso- butanol extraction procedure［J］． Journal of Marine Ｒesearch， 1954， 13 1 122- 132． ［ 18］高甲友． 流动注射荧光猝灭法测定环境水样中痕量磷［J］． 环 境污染与防治， 2003， 25 2 125- 126． ［ 19］王中慧，潘景浩． 单扫描示波极谱法测定煤中磷［J］． 山西大 学学报． 自然科学版， 2000， 23 3 242- 244． ［ 20］贺惠，张萍． ICP-AES 法测定水中微量磷［J］． 光谱实验室， 2002， 19 2 244- 246． ［ 21］黄丽． 过硫酸钾消解 － 离子色谱法测定水和废水中总磷［J］． 中国卫生检验杂志， 2005， 15 4 425- 426． ［ 22］马美范，王介锋． 用硫酸亚铁铵作还原剂测定食品中磷的含 量［J］． 广西轻工业， 1998 1 43- 45． ［ 23］方卫民． 废水中无机磷的双波长分光光度研究［J］． 浙江大学 学报理学版， 2003， 30 6 663- 670． ［ 24］闫敏，张忠军，闫斌， 等． 磷铋钼蓝光度法测定废水中元素磷 ［J］． 环境工程， 2002， 20 1 57- 60． ［ 25］GB 1189389 水质总磷的测定［S］． 第一作者 余义昌 1990 － ， 男， 硕士， 主要研究方向为环境检测及材 料。4fishyichang tongji． edu． cn 通讯作者 郜洪文 1963 － ， 男， 教授， 主要研究方向为水污染控制、 环 境化学与环境检测 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 。 上接第 108 页 ［7］赵由才， 黄仁华． 大型填埋场稳定化过程与再利用［J］． 中国城 市环境卫生， 2000 1 20- 24． ［8］Zhao Youcai， Li Hua， Wu Jun， et al， Treatment of leachate by aged- refuse- based biofilter［J］ ． Journal of Environmental Engineering． 2002， 128 7 662- 668． ［9］王敏， 赵由才． 矿化垃圾生物反应床处理焦化废水研究［J］． 环 境技术， 2004 1 25- 28． ［ 10］张爱平， 刘丹， 刘咏， 等． 准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的试验 研究［J］． 西南交通大学学报． 自然科学版， 2010， 45 1 160- 165． ［ 11］Zhao Youcai，Li Hua，Wu Jun，et al． Treatment of leachate by aged- refuse- basedbiofilter ［J］ ．JournalofEnvironmental Engineering， 2002， 128 7 662- 668． ［ 12］李贵芝， 刘丹， 李启彬， 等． 准好氧矿化垃圾生物反应床的最佳 工况研究［J］． 环境科学与技术， 2012， 35 3 34- 37． ［ 13］赵由才， 黄仁华， 周海燕， 等． 一种垃圾填埋场渗滤液的净化处 理方法［P］． CN1351969． ［ 14］石磊． 矿化垃圾生物反应床处理填埋场渗滤液的工艺与机理研 究［D］． 上海 同济大学， 2005． ［ 15］孙晓杰． 加速新鲜垃圾稳定化的回灌工艺研究［D］． 上海 同 济大学， 2007． ［ 16］石磊， 张全， 牛冬杰， 等． 矿化垃圾反应床处理渗滤液的微生物学 特性［J］． 同济大学学报， 2007， 35 8 1085- 1089． ［ 17］陶正望， 夏立江， 王进安． 矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液 的效果［J］． 农业工程学报， 2009， 25 1 213- 216． ［ 18］龙焰， 沈东升， 劳慧敏， 等． 生活垃圾填埋场不同粒径陈垃圾中 微生物的分布特征［J］． 环境科学学报，2007， 27 9 1485- 1490 ［ 19］梁雯， 刘小芳， 李广科． 矿化垃圾粒径分布与其浸出液可生化 性的关系研究［J］． 山西大学学报． 自然科学版， 2011， 34 S2 127- 130． 第一作者 孙晓杰 1974 － ， 男， 博士， 副教授， 主要研究方向为固体废 弃物处理与资源化。meiliketang163． com 831 环境工程 Environmental Engineering