（应用化学专业论文）晚期垃圾渗滤液物化强化处理的研究.pdf

辽宁科技大学硕士论文 摘要 摘要 本课题采用铁炭内电解法对辽宁省鞍山市羊耳峪垃圾填埋场所产生的晚期垃圾 渗滤液进行了预处理，并用f e n t o n 试剂氧化法对生化处理后的该渗滤液进行了后续 强化处理，同时进行了技术经济分析。 研究发现，铁炭内电解可以在碱性条件下用于晚期垃圾渗滤液的预处理，不但 可以去除一部分c o d 和色度，还可较大幅度地提高渗滤液的可生化性。经预处理 后的渗滤液可直接进行生化处理，勿需进行稀释，使生物处理的负荷大大提高。 试验考察了内电解法和f e n t o n 氧化法各条件对晚期垃圾渗滤液处理效果的影 响。结果表明，内电解法预处理晚期垃圾渗滤液，p h 值越低处理效果越好，但调节 p h 值的成本很高，在不调节原水p h 值( p h 值为8 0 - 8 5 ) 的情况下。最佳条件为： 铁屑投加量为1 9 9 r l ，铁炭比为1 ：1 4 ，反应时间为4 0 m i n 另外，搅拌强度、内电 解电极材料的活化、铁炭粒径、外加电解质以及催化电极材料对内电解的效果都有 一定的影响。在最佳条件下，渗滤液经内电解预处理后，c o d 去除率可达4 5 左右， 色度的去除率约为6 1 ，b c ( b o d y c o d o ) f p 。从不到o 1 提高到0 2 8 。f e n t o n 试剂 法深度处理垃圾渗滤液时的最佳条件为：初始p h 值为7 0 ，h 2 0 d f e 2 + 摩尔比为4 ：1 ， 双氧水投加量为3 0 m m o l l ，反应时间为2 h ，f e n t o n 法处理后水样的c o d 去除率可 达8 0 以上，出水c o d 小于1 0 0 m g l ，色度小于5 0 ，可达到国家生活垃圾填埋 污染控制标准( g b l 6 6 8 9 - 1 9 9 7 一级) 。 目前垃圾渗滤液的吨水处理成本都在15 元左右，而晚期垃圾渗滤液的处理成本 会更高。经核算，用铁炭内电解一厌氧氨氧化一f e n 幻n 试剂氧化工艺处理晚期垃圾 渗滤液的处理成本约为1 2 7 l 元屯，较之传统的处理工艺有了较大幅度地降低。 关键词：晚期垃圾渗滤液，内电解，f e m o n ，可生化性 辽宁科技大学硕士论文 a b 吼r a e t a b s t r a c t a d v a n c e dl a n d f i l ll e a c h a t ep r o d u c e di ny a n g e ry ul a n d f i l lo f a n s h a nw a s p r e t r e a t e d 、 r i t i li n t e r n a le l e c t r o l y s i sa n dt h eb i o c h e m i c a lt r e a t e dl a n d f i l ll e a c h a t ew a st r e a t e dd e e p l y w i t hf e n t o no x i d a t i o np r o c e s sa sw e l la st h et r e a t e dc o s t sw a sa n a l y s i z e di nt h es t u d y t h er e s u l t ss h o w e dt h a ti n t e r n a le l e c t r o l y s i sc o u l db eu s e dt op r e t r e a tt h ea d v a n c e d l a n d f i l ll e a c h a t ei nt h ec o n d i t i o no fa l k a l e s e e n c e w i t l lw h i c hc o u l dn o to n l yr e m o v ep a r t o fc o da n dc h r o m a t i c i t y , b u ta l s oi m p r o v et h eb i o d e g r a d a b i l i t yo ft h el e a c h a t e t h e p r e t r e a t e dl e a c h a t ec o u l db eb i o c h e m i c a lp r o c e s s e dd i r e c t l yw i t h o u td i l u t i o n ，s oc a l lm a k e t h el o a do f b i o - t r e a t m e n ti m p r o v e do b v i o u s l y t h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h et r e a t i n ge f f i c i e n c yo f a d v a n c e dl a n d f i l ll e a c h a t ew i t h i n t e m a le l e c t r o l y s i sa n df e n t o no x i d a t i o np r o c e s sw e r es t u d i e d h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h el o w e rp ht h eb e t t e rt r e a t i n ge f f e c tw i t hi n t e r n a le l e c t r o l y s i s ，b u tt h ec o s t si sv e r yh i g h f o ra d j u s t i n gt h ep h i nt h ec o n d i t i o nt h a tt h ep ho fu n t r e a t e dl e a c h a t ew a sn o ta d j u s t e d ( t h ep hw a s8 0 - 8 5 ) ，t h eo p t i m a lt e r m sw e r ea sf o l l o w s ：t h ed o s a g eo ft h ei r o nw a s 1 9 9 r l ，t h er a t i o o f i r o n a n dc a r b o n w a s1 ：1 4a n d t h er e a c t i o n t i m e w a s 4 0 m i n i na d d i t i o n ， t h em i x i n gi n t e n s i o n ，a c t i v a t i o no ft h ee l e c t r o d em a t e r i a l s ，t h ep a r t i c l eo fi r o na n dc a r b o n ， a d s c i t i t i o u se l e c t r o l y t ea n dt h ee l e c t r o d em a t e r i a la l s oi n f l u e n c e dt h et r e a t i n ge f f i c i e n c y t h em a x i m u mr e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dm a yr e a c ht o4 5 ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c h r o m a t i c i t yc a nb em o r et h a n6 1 a n dt h er a t i oo f b o d c o dc a nb er a i s e df r o m0 1 t oo 2 8u n d e ra b o v ec o n d i t i o n s t h eo p t i m a lt e r m so ff e n t o no x i d a t i o np r o c e s sw e r ea s f o l l o w s ：t h ei n i t i a lp hw a s7 0 ，h 2 0 2 f e 2 + w a s4 ：1 ，t h ed o s a g eo fh 2 0 2w a s3 0 m m o l l a n dt h er e a c t i o nt i m ew a s2 h t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dc a nb em o r et h a n8 0 a s i i 辽宁科技大学硕士论文 a b s t r a e l w e l la st h ec o dw a sl e s st h a n10 0 m g la n dc h r o m a t i c i t yw a sl e s st h a n5 0i nt h ef e n t o n o x i d a t i o np r o c e s st r e a t e dt e a e h a t e ，t h eq u a l i t yo fe f f l u e n tc o u l dm e e tt h er e q u e s to ft h e f i r s tl e v e lo f l a n d f i l ll e a c h a t ed i s c h a r g e ds t a n d a r d ( g b l 6 6 8 9 - 1 9 9 7 ) b e i n g ￥1 2 7 1 t , t h et r e a t i n gc o s t so ft h ea d v a n c e d l a n d f i l ll e a c h a t ew i t ht h i s t e c h n o l o g yo f t h ei n t e r n a le l e c t r o l y s i s - a n a m m o x f e n t o no x i d a t i o np r o c e s si s m u c hl o w e rt h a nt h a tw i t ht h et r a d i t i o n a lp r o c e s s w h i c hi sm o r et h a n ￥15 t k e y w o r d s ：a d v a n c e dl a n d f i l ll e a c h a t e ， i n t e r n a le l e c t r o l y s i s ， f e n t o n ， b i o d e g r a d a b i l i t y i l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得辽宁科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 签名：剐学爻日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：剑至叁 导师签名：孑锄日期：巡；牛 辽宁科技大学硕士论文绪论 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液的产生及其危害 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋滤、冲刷，以及 地表水和地下水的浸泡而形成的污水。 垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响，水量变化大，没有规律性。垃圾渗滤液的 产生来自以下五个方面l l 】： 源。 降水的渗入。降水包括降雨和降雪，降雨的淋溶作用是渗滤液产生的主要来 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉。 地下水的渗入。当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并且没有设置 防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内。 量。 垃圾本身含有的水分。包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附 垃圾填埋后，微生物的厌氧分解产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场内分 解时会产生水分。 1 1 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾渗滤液是一种高浓度的有机废水，由于其浓度高，流动缓慢，渗漏持续时 间长，对周围地下水和地表水均会造成严重的污染。一个不合格的垃圾填埋场就是 辽宁科技大学硕士论文绪论 一个很大的污染源，其污染延续时间可以长达数十年，甚至上百年。一旦地下水源 和周围土壤被其污染，恢复和治理工作将十分困难，其费用也极其昂贵，从而严重 威胁生活和生产，甚至造成不堪设想的后果。 国内外有关垃圾渗滤液污染地下水、污染取水水源地的事故屡有发生，如加拿 大的蒙克顿早在2 0 世纪4 0 年代就在城市附近河边设垃圾填埋场，近年来的调查研 究发现，垃圾中大量的有机和无机污染物通过降水渗滤，进入周围地下水和河流 使河水遭到严重污染，其硬度、氯化物、砷、铬、钴的含量远远超过生活饮用水标 准，迫使自来水厂不得不到更远的河流上游取水。据1 9 7 7 年资料1 2 1 ，美国当时的 1 8 5 0 0 个填埋场，几乎有一半对水体产生污染。在我国也发生过类似事件，如锦州 铁合金厂2 0 世纪5 0 年代堆放铬渣，数年后发现七十多平方公里范围的水质均遭到 六价铬的污染，中心地区地下水含六价铬高达5 5 m g l ，超过饮用水允许量1 0 0 0 倍 以上，致使7 个自然区1 8 0 0 眼水井不能饮用，给人民生活生产带来了非常大的危害 和损失。渗滤液中的污染物对地下水的影响将会长期存在，即使填埋场封闭后的一 段时期内仍然如此。如郑曼英1 3 1 等报导广州市老虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封场，但 1 9 9 5 年其排放的渗滤液b o d 、c o d 、氮和磷仍然超标，其中氮超标最为严重。上 海黄埔江上游港口段，近年检测水质时发现水中氨氮和硝酸盐的含量明显增高，原 因是位于该江段距江堤不足2 0 0 m 的地方有一个大的三林塘垃圾填埋场，其垃圾渗 滤液不停地流入江中。赵万有1 4 等报道垃圾填埋场如不采取防渗措施，对地下水必 然造成严重污染，主要表现在地下水的水质混浊，有臭味、c o d 、三氮含量高，油、 酚污染严重，细菌、大肠杆菌超标。 2 辽宁科技大学硕士论文绪论 1 2 晚期垃圾渗滤液的性质 晚期垃圾渗滤液的性质主要可归纳为【5 】： 营养元素比例失衡。磷元素在晚期垃圾渗滤液中非常缺乏，一般b o d s p 都 大于3 0 0 ，导致生物处理中的缺磷。 氨氮含量高。由于含氮可生化降解的有机成分的厌氧水解和发酵作用，使其 中的有机氮逐渐降解转变成氨氮，使得垃圾渗滤液中的氨氮含量随着垃圾填埋时间 的增加而逐渐升高。当氮氮含量太高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效 率。 金属离子含量不高。垃圾渗滤液中一般含有l o 多种金属离子，由于国内垃圾 不像国外那样经过严格的分类和筛选，所以国内外垃圾渗滤液的会属离子浓度有很 大的差异。但晚期垃圾渗滤液的p n 值较高，因此金属离子会生成沉淀而使其浓度 逐渐降低。 b o d s c o d 比值低。由于晚期垃圾渗滤液的产生时间长，渗滤液中大部分易 降解的有机物已被降解，剩余的有机物多为难降解的长链的碳水化合物和腐殖质， 且可生物降解的比例降低了很多，即垃圾渗滤液的可生化降解性降低。 毒性较高。有研究表明，渗滤液含有较高的氨氮、有机物和某些有毒物质， 对周围生态环境既有正面效应也有负面影响。由于渗滤液含有多种污染物，因此对 环境的危害性往往是多种污染物共同作用的结果，仅用一个或几个化学指标不能全 面地反映渗滤液对周围生态环境的污染状况，必须从总体上考虑其危害性。 辽宁科技大学硬士论文绪论 1 3 国内外对垃圾渗滤液的处理方法 1 3 1 垃圾渗滤液的常规生物处理方法 生物处理法包括活性污泥法、氧化塘、滴滤床、厌氧滤床、厌氧接触反应器、 硝化、反硝化等。生物法处理污水具有以下一些主要优点： 对污水中溶解态和胶态的有机物质具有较高的去除效率； 与物理、化学等方法相比，运营成本相对较低； 污水处理的副产物一污泥的沉降性能较好，利于进一步脱水。 而在生物处理废水的实际生产过程中，也发现一些不利因素： 运行管理较复杂，在某些条件下会产生污泥膨胀和污泥上浮现象，影响处理 效果： 对进水水质有一定要求，污染物含量过高或过低都将妨碍微生物的生长； 需要一个较为合适的温度范围，在气候寒冷地区需要采取保温措施，会增加 能耗和基建投资。 根据污水生物处理过程中氧气需求量的多少，生物处理技术又可分为好氧技术、 厌氧技术及其两者的耦合技术。 1 3 1 1 好氧生物处理技术 好氧生物处理技术是利用微生物在好氧条件下，以废水中的有机物作为原料进 行新陈代谢，合成生物体自身所需物质，同时将污染物降解。好氧生物处理技术主 要包括活性污泥法、生物膜法、稳定塘法等。 ( 1 ) 活性污泥法 4 辽宁科技大学硕士论文 绪论 活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术，由a r d e n 和l o c d e t t 等 于1 9 1 4 年开发并得到了广泛的应用，它主要利用悬浮生长的微生物絮体来降解废水 中的有机物；利用含微生物的絮状污泥去除废水中的溶解性及颗粒态有机物：利用 静置沉淀去除工艺流程中的m l s s ，产生含悬浮固体物低的出水；部分浓缩污泥由 沉淀池重新回流至生物反应池：利用剩余污泥控制污泥停留时间，使其达到所需值。 近四五十年来，随着人们对其生化反应和净化机理广泛和深入的研究，活性污 泥法得到了长足的发展，出现了多种运行方式并应用于渗滤液的治理中。序批式活 性污泥法( s b r ) 已经在牡丹江市郭家沟、汕头市油麻埠以及杭州市天子岭垃圾填 埋场成功运行6 7 】。s b r 的变型c a s st 艺已应用于辽宁省盘锦市垃圾填埋场渗滤液 处理系统【引，其处理效果良好，运行稳定。我国福州市红庙岭垃圾填埋场还使用了 氧化沟工艺，目前运行处理状况良好。 ( 2 ) 生物膜法 在生物膜法中，生物膜主要是由细菌( 好氧菌、厌氧菌、和兼性菌) 菌胶团和 大量真菌菌丝组成，由于生物膜是生长在载体上，微生物停留时间长，诸如硝化菌 等生长世代期较长的微生物也能生长。同时生物膜上还可以生长一些微型动物、藻 类以及昆虫等，使得生物膜上生长繁育的生物类型极为丰富，种类繁多，食物链长 而复杂。 与悬浮生长系统相比，生物膜法具有抗冲击负荷能力强、不会因生物相可分离 性差而丧失活性等优点，同时也有利于水中需较长停留时间的氨氮等的去除。i m a i 和1 w a m i 等人【9 塘用生物活性炭流化床工艺对含难生物降解有机物和高浓度氨氮的 渗滤液进行了处理。d i n g 等i i o 】在反应器中加入可生物降解的填料，利用高效菌群得 到4 0 的c o d 去除率。 辽宁科技大学硕士论文绪论 ( 3 ) 稳定塘法 稳定塘又名氧化塘，是一种利用天然或人工池塘作为处理设施，在自然或半自 然条件下，充分利用塘中微生物的新陈代谢活动来降解有机物的生物处理系统，是 一个没有二沉池和相应的污泥回流设施的悬浮生长式生物处理工艺系统。稳定塘处 理系统由于具有无需污泥回流，动力设备少，能耗低，工程简单，投资省等优点， 在许多地方得到了广泛应用，但塘系统的不足之处主要是体积较大，有机负荷低， 降解速度慢，处理周期长等。 氧化塘是一种具有较大经济竞争力的处理方法，因其较长的水力停留时间而具 有较强的适应性。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国等国的一些小试和中试生 产规模的研究均表明，采用曝气氧化塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。o r u p o l d 等【l l 】用氧化塘技术处理渗滤液，其c o d 去除率达到5 5 , - 7 0 ，酚的去除率则达到 9 5 - - 9 9 。虽然曝气氧化塘能够取得较好的处理效果，但由于占地面积巨大，因此 对于用地紧张的地区不太适合，另外，稳定塘在运行过程中也需要投加磷盐【1 2 】。 好氧生物处理操作简单、微生物的驯化时间短、具有良好的抗冲击能力；可有 效地降低废水中的b o d 5 、c o d 和氨氮；同时也可以去除铁、锰等金属。但该法也 有一些不足之处，如当外界温度变化太大时，不能保证良好的处理效果；渗滤液中 含有较多的表面活性剂，处理时易出现泡沫等。 l 3 12 厌氧生物处理技术 厌氧生物处理技术主要是利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物先 分解为低级、结构较为简单的有机物，在不需要外界提供源能量的条件下，以被还 原有机物作为受氢体，再由甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等终产物。 6 辽宁科技大学硕士论文绪论 由于垃圾渗滤液中有机物含量高，用厌氧生物处理既可有效降解有机物，又可 以承受较大的冲击负荷，因此厌氧工艺适合垃圾渗滤液，特别是新鲜渗滤液的处理。 目前国内现有的渗滤液处理工艺中，前端都设置了厌氧处理单元。 近2 0 年来，厌氧生物技术在垃圾渗滤液处理方面的研究与应用也在不断深入。 主要包括上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧间歇性序批式反应器( a s b r ) 、厌氧折 流板反应器( a b r ) 和厌氧生物滤池等。k e n n e d y , k j i ”1 运用连续上流式厌氧污泥 床处理技术处理垃圾渗滤液，渗滤液中c o d 的去除率能够达到7 7 0 0 - - - 9 1 ；徐竺等 1 1 4 ) 采用上流式厌氧过滤器对垃圾渗滤液进行处理，结果表明，上流式厌氧过滤器处 理垃圾渗滤液的效果良好，在中温( 3 5 - - 4 0 c ) 消化时，高浓度( 3 0 0 0 8 0 0 0 m g l ) 进水c o d 的去除率达9 5 左右，常温消化的c o d 去除率也可达9 0 左右，反应器 的容积负荷可达5k gc o d ( m 3 d ) 以上；t i m u r 等1 5 l a 比较- j a s b r ( 厌氧序批式 反应器) 和s h b f ( 厌氧混合床) 处理垃圾渗滤液的处理效果，两者均能在不调节 p h 值的条件下有效处理高浓度的新鲜渗滤液，t o c 去除率在8 0 左右。我国在利 用厌氧法处理垃圾渗滤液的试验和工程中，均采用厌氧滤池或u a s b 工艺作为渗滤 液的预处理单元。沈耀良等人【1 6 l 也尝试使用厌氧折流板反应器处理城市污水与垃圾 渗滤液混合废水，并对过程中的水解酸化作用及污泥特性进行了研究。结果发现， a b r 可有效地改善混合废水的可生化性，当进水b o d s c o d 在o 2 - 0 3 时，经a b r 工艺处理的出水b o d 5 c o d 可提高至o 4 加6 。厌氧生物处理技术适合处理溶解性 有机物，而且在提高渗滤液可生化性方面也表现出明显的优势，但经该法处理后渗 滤液的c o d 浓度依然较高，故目前该法一般不作为单独的垃圾渗滤液处理工艺。 厌氧法的主要优点： 能耗较低，不需供氧，运行费用低 7 辽宁科技大学硕士论文 绪沦 能产生大量沼气，处理高浓度的渗滤液可回收部分能量 厌氧微生物不易进入内源呼吸阶段，这对于流量和浓度变化较大的渗滤液较 为重要； 在适宜的温度下可杀灭病原体； 厌氧污泥较易沉降； 有机负荷高； 污泥产率低； 对无机营养元素含量要求较低； 可提高污水的可生化性。 其缺点主要有： 工作温度需大于3 0 c ，需要动力较大； 启动过程较复杂，操作严格； 与好氧处理技术相比，在去除重金属能力方面较差。 由上面的分析可看出，厌氧生物法可提高垃圾渗滤液的可生化性，可作为垃圾 渗滤液的预处理单元，其出水可排入下水道系统与城市污水处理厂合并后进行最终 处理。 1 3 1 3 厌氧与好氧结合工艺 与厌氧法相比，好氧处理消耗大量的动力能量，且废水c o d 浓度越高，好氧 法耗能越多；好氧处理时有机物转化成污泥的比例远大于厌氧法，因此污泥处理和 处置的费用也高于厌氧法；好氧处理时污泥的生成量大，所以对无机营养元素的要 求也高于厌氧法，对于含磷浓度较低的垃圾渗滤液需投加必要的磷。而厌氧工艺处 辽宁科技大学硬士论文绪论 理时间长、占地面积大，单纯厌氧工艺处理效果不佳，鉴于以上原因，对高浓度的 渗滤液一般都采用厌氧一好氧两者相结合的处理工艺。 北京市政设计研究院自1 9 8 8 年进行了城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理技术的 研究【1 7 1 ，经各种工艺组合的试验得出如下结论：对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧一 好氧处理工艺组合既经济合理，处理效率又高，c o d 和b o d 5 去除率分别为8 6 8 和9 7 2 。邹莲花等人【1 蜘采用厌氧一吹脱一缺氧一混凝沉淀流程处理深圳市玉龙坑 生活垃圾填埋场渗滤液，当渗滤液c o d 嵫5 0 0 m g l ，b o d s = 1 5 0 0 m g l ， n h 3 - n = 1 0 0 0 m g l 时，出水各项指标低于生活垃圾填埋污染控制标准 ( g b l 6 6 8 9 1 9 9 7 ) 。王宝贞等人 1 9 1 报导了a ( 缺氧活性污泥) 1 3 ( 淹没式生物膜) 复合系统处理垃圾填埋场渗滤液，结果表明c o d 、n h 3 - n 和t n 去除率分别为 9 4 2 ，9 5 1 和7 3 9 ，其出水c o d 浓度可在1 0 0 0 m g l 以下。福州市1 9 9 5 年建 成了国内最现代化的垃圾渗滤液处理场，处理垃圾渗滤液量为1 0 0 0 m 3 d ，垃圾渗滤 液进水水质c o d 为8 0 0 0 m g l ，b o d s 为5 5 0 0 m e d l ，采用的工艺流程为u a s b - - 奥 贝尔氧化沟活性污泥法一生物稳定塘。但高浓度的渗滤液即使采用厌氧+ 好氧生物 处理工艺也难以达到排放标准，还需辅加物化法深度处理。 1 3 2 垃圾渗滤液的物化处理技术 晚期垃圾渗滤液在经过一系列生化反应后b c 很低，难降解成分很高，对于一 般微生物的耐性很强；对于一些老龄填埋场的出水或者经过多次回灌后的渗滤液， 其生物毒性很高、营养元素缺乏，因此，单纯靠生物处理法处理效率不高，不能达 到相关标准，有必要采用物化处理技术作为预处理或者后处理的手段，以提高处理 效率，实现晚期渗滤液的达标排放或回用。 9 辽宁科技大学硬士论文绪论 1 3 2 1 混凝处理技术 由于悬浮物和胶体物质粒径不同，因此它们在水中的沉降速度相差很大。大颗 粒的悬浮物在重力作用下容易沉降，而微小粒径悬浮物以及胶体杂质能在水中长期 保持分散悬浮状态( 称为胶体的稳定性) ，为除去水中的微小粒径悬浮物以及胶体杂 质，通常可采用混凝技术进行处理。混凝处理目的是通过外加混凝剂使水体中不能 直接通过重力去除的微小杂质聚结成较大的颗粒，迅速得到沉降，从而使水澄清。 一般来说，单纯依靠混凝处理来去除渗滤液中的c o d 而使其达到相应的排放标准 是不现实的，因为混凝处理一般对于大分子有机物( 3 0 0 0 d a ) 具有良好的去除效 果，而渗滤液除了大分子物质外，还有很大一部分物质是由小分子物质组成。因此 混凝处理一般可用作渗滤液的预处理或者是深度处理单元。 刘东等2 ”人以聚合硫酸铁为絮凝剂处理经曝气塘处理后的垃圾渗滤液，c o d 去 除率平均达到6 5 。傅平青等人【2 习以水玻璃、硫酸、硫酸铝和废铁屑为原料研制出 的聚硅酸硫酸铝铁类混凝剂( p s a f c a ) 处理垃圾渗滤液，结果表明：沉淀处理后 垃圾渗滤液的c o d 去除率达到5 8 ，如果结合臭氧氧化法处理，则c o d 的去除率 可达到7 0 6 ，b o d 5 去除率达到7 5 4 ，色度去除率为9 4 。 混凝法作为一种渗滤液的预处理手段，具有较好的处理效果，能够有效地提高 渗滤液的生化性能，降低生物毒性，同时能够去除绝大部分重金属离子：但该法对 于去除渗滤液中的有机污染物效果不佳。处理后废水的c o d 值仍然远远高于国家 有关的排放标准；同时混凝法的一个较大的缺点是泥量大，投资成本、运行成本也 较高。因此混凝法不能作为独立工艺来处理垃圾渗滤液，可作为预处理手段。 1 0 辽宁科技大学硕士论文绪论 1 3 2 2 高级氧化技术 高级氧化技术由于具有氧化能力强、二次污染小、受外界环境影响小、可非选 择地氧化降解各种有机物等特点，使得其在复杂水体的深度处理中得到了较为广泛 的应用。晚期垃圾渗滤液由于毒性大、营养比例严重失衡等原因，其生物处理的出 水往往达不到排放要求，而且对于部分晚期垃圾渗滤液，由于富含大量的腐殖质类 物质，本身的生化降解性就差，有必要采用高级氧化技术进行深度处理。 高级氧化技术主要包括：蒸发；以生成羟基自由基为目标的氧化法，例如f e n t o n 或类f e n t o n 技术，臭氧氧化技术等；利用光能的光直接降解和光催化氧化技术等。 蒸发法主要是利用外加能量来蒸发废水中的水分，从而大大缩小废水体积，达 到处理目的，目前在染料、医药、农药等工业废水以及放射性废水处理领域中应用 较广泛。近年来在垃圾渗滤液的处理中也得到了相应的应用。通过蒸发作用，垃圾 渗滤液可以分离成洁净的液相和含有污染物的固相，但是当固相或浓缩液中含有挥 发性有机物、含氯有机物或高浓度氨氮时，易形成二次污染，蒸发的浓缩物和氨氮 可进行回收。在一些热带国家，蒸发具有一定的优势，但需考虑大量有毒物质挥发 的风险。蒸发法应用于垃圾渗滤液原液的处理还存在以下一些问题： 渗滤液中含有高浓度有机物，容易产生泡沫； 结垢、腐蚀等到现象易造成设备的损坏 热交换表面的污染较严重： 需要后处理以去除氨氮和含氯有机物： 能耗较高。 蒸发的目的是使挥发性有机物同渗滤液中其它污染物分离，然后通过焚烧、生 物处理等方法加以去除。而其它污染物则集中于蒸发的浓缩液中。因此，在蒸发过 辽宁科技大学硕士论文绪论 程中，应尽可能促使有机物挥发，同时抑止氨氮等的挥发。 程洁红等 2 3 1 人运用f e n t o n 混凝法对重庆市垃圾填埋场的渗滤液进行预处理， c o d 去除率达6 6 9 ，可使原水c o d 从2 5 7 3 3 m g l 降至8 5 1 8 m g l 。王喜全等卅人 采用f e n t o n 法对中年垃圾渗滤液生化出水进行了处理，在运行费用较少的条件下， c o d 去除率可达8 0 5 ，出水c o d 可达到垃圾渗滤液的二级排放标准。 谭小萍等口习对广州市李坑垃圾填埋场渗滤液经氧化沟工艺处理后的处理水进 行t i 0 2 ，u v 光催化氧化处理，c o d 去除率为5 0 左右，色度去除率为8 0 左右， 光催化氧化法中最佳啊0 2 投加量要根据不同的水质、不同的光强等因素调整。光催 化氧化是一种新型的现代水处理技术，具有工艺简单、能耗低、易操作、耐负荷冲 击、无二次污染等特点，尤其是对一些特殊的污染物比其他的氧化法有更显著的效 果。 1 3 2 3 膜分离技术 垃圾渗滤液经常规的生物处理技术处理后，总会保留一些不能被生物降解和吸 附的“惰性c o d ”，并在排放水体中长期积累；而且随着填埋龄的增加，填埋场 渗滤液的可生化性不断下降( b c 0 1 ) ，生化处理难以奏效。随着经济水平的提高 和人们环境意识的增强，膜处理工艺在渗滤液尾水和晚期垃圾渗滤液处理中的应用 越来越广。 膜处理技术中最成熟、应用最广泛的是反渗透技术。反渗透技术是一种离子 分子水平的物理分离技术，在压力作用下使渗滤液中的水分子通过半透膜，可以有 效地去除渗滤液中的细菌、悬浮物、有机污染物、重金属离子、氨氮等污染物质， 从而确保出水水质完全符合国家一级排放标准，与其他方法相比，反渗透具有出水 1 2 辽宁科技大学硕士论文绪论 水质稳定、操作简便、占地面积小等优点。 早在1 9 7 6 年，c i l i 柚就提出，降低垃圾渗滤液c o d 的最有效方法是反渗透( r o ) 技术。h u r d 等【2 5 1 选用了3 种低压聚酰胺r o 膜来处理“t r a i l r o a d ”垃圾填埋渗滤液， 试验结果表明，r o 技术的出水流量取决于操作压力的大小及原液的t o c 浓度，当 操作压力大于1 0 3 m p a ，透过液流量为2 6 0 - 5 4 0 l m h 时，t o c 和c l - 的去除率大 于9 6 ，氨氮的去除率大于8 8 。 在国内膜处理技术也越来越受到广泛的关注和重视，湖南大学土木系的袁维芳 等口q 对广州市大田垃圾填埋场渗滤液预处理出水进行过反渗透试验研究，试验结果 表明，进水压力为3 5 m p a ，p h 值为5 6 的最适宜条件下，当进水c o d 的质量浓 度为2 5 0 - - 6 2 0 m g l 时，出水的质量浓度几乎为0 m g l ，去除率达1 0 0 ，平均透水 量为3 0 - 4 2 l ( m h 1 。 但是膜处理技术目前还存在一定的缺点：如膜的价格非常昂贵、膜处理过程中 动力消耗非常大、膜处理后的浓缩液更难处理等。 1 3 2 4 电化学处理技术 电化学处理技术是指污水在电解槽中直流电场的作用下，污水中的有害物质在 阳极氧化，或在阴极还原，或者电极反应的产物与污水的某些物质发生反应，转变 为无害物质。 电化学法处理垃圾渗滤液有很多优点，比如：电解装置紧凑，设备占地面积 小；电解过程中勿需使用大量药剂，产生的污泥较少；便于管理，易于实现自 动化等。 但电化学法也存在着如下的缺点：电极容易钝化，使电极的性能恶化；由 辽宁科技大学硕士论文绪论 于垃圾渗滤液中的成分复杂，如果废水中粒子的放电电位相近，则电极的选择性就 会降低，容易发生副反应，使电流效率降低；电极钝化及电流效率降低势必引起 耗电量增加，增加动力消耗费用。 1 3 3 垃圾渗滤液的回灌处理 渗滤液回灌处理技术是指采用适当措施，将从填埋场底部收集到的渗滤液，经 定方式预处理或直接利用动力设施重新泵到填埋场覆盖层表面或覆盖层下部，利 用填埋场覆土层及各年龄段垃圾填埋层的物化以及生物降解作用对渗滤液进行处理 的一种方法。 垃圾渗滤液回灌技术类似于土地处理技术，实质是把填埋场作为一个以各年龄 段垃圾为填料的生物滤床，渗滤液流过覆土层和垃圾层时，发生一系列生物、化学 和物理作用，使渗滤液中的有机物、重金属、无机胶体等物质，通过机械吸附、络 合、菌合和离子交换等作用，降解成为稳定或半稳定物质，同时由于蒸发作用，回 灌过程也间接达到了渗滤液减量的效果。 1 4 国内外垃圾渗滤液研究现状 国外在垃圾渗滤液污染方面的研究起步较早，尤其是经济发达的国家，其经验 与资金的投入都比发展中国家多。据报道，在8 0 年代就有渗滤液处理厂成功处理渗 滤液的例子。1 9 8 8 年德国首次将反渗透技术运用到垃圾渗滤液的处理中，取得了很 好的处理效果。据资料统计，1 9 9 5 年在德国渗滤液的处理体系中，与城市污水合并 处理的填埋场占总填埋场的7 2 ，在填埋场内处理的占2 4 ，回灌处理的占4 。 在欧洲，垃圾渗滤液的场内处理主要采用反渗透技术，在亚洲，韩国渗滤液的处理 1 4 辽宁科技大学硕士论文绪论 也多以反渗透为主。 我国的渗滤液处理起步较晚，在9 0 年代初期，渗滤液的处理工艺主要参照城市 污水的处理方法，经常出现不能稳定运行的状况。但通过几年的政策强化管理，我 国渗滤液处理的相关标准已接近日本的水平。据统计，我国目前真正能达标排放的 渗滤液量还很少，远远达不到垃圾渗滤液的处理需求。 此外，我国在渗滤液处理方面资金投入不足。从发达国家渗滤液处理投资比例 上看，垃圾渗滤液处理设施投资占整个垃圾填埋场投资总额的1 0 1 2 。而我国 目前在渗滤液治理方面的投资仅为3 5 。 1 5 本课题研究的目的和意义 卫生填埋作为一种成本较低、技术相对简单、能迅速处理垃圾的方式而成为我 国主要的垃圾处理形式。近几年由于城市化进程的加快，使生活垃圾的年增长率均 在8 以上，垃圾填埋场污水的产生量不断增加，垃圾渗滤液的环境污染问题日益 严重。 晚期垃圾渗滤液是一种含高c o d 和高氨氮的难生物处理有机废水，若不对其 进行处理而将其任意排放，将会导致填埋场附近的地表水和地下水受到严重污染， 消耗水中的大量溶解氧，引起水质恶化。晚期垃圾渗滤液为难生物降解的有机废水 可生化性差，传统的处理工艺对污染物的去除率低，运行成本高，出水水质不达标， 特别是氮污染和有机物污染问题更为严重，过量的氮排放到水体中，会引起水体的 富营养化，危害到农业、渔业、旅游业等诸多行业。因此，研究出一种运行成本低、 既能消除有机物污染又能消除氮污染的处理工艺来解决晚期垃圾渗滤液的污染问 题，将具有很大的社会效益和经济效益。 辽宁科技大学硕士论文 绪论 脱氮处理过程中需使用先进的厌氧氨氧化生物脱氮技术，将渗滤液中的氨氮经 生物短程硝化厌氧氨氧化，最终变为氮气，从根本上消除氨污染问题。但晚期垃圾 渗滤液所含有机污染物难生物降解，仅靠单一的生物处理过程不能使有机污染物达 标排放，因此需要对渗滤液在进入生物系统以前进行预处理，提高渗滤液的可生化 性，对经过生物处理后还不能达标排放的渗滤液还需要进行深度处理。 物化处理法大多都存在运行费用高和处理效果不理想两个方面的问题。在众多 的物化法中内电解法和f e n t o n 法各有特点：内电解法以铁屑和炭粒为原料，可以以 废治废，且运行成本低，在去除部分污染物的同时，还可增加渗滤液的b o d 5 值， 提高渗滤液的可生化性；f e n t o n 法作为高级氧化技术，运行费用上稍高，但处理效 果非常好，在污染物浓度较低的时候运行费用会有所降低。因此，本课题主要对生 物处理前后的预处理和深度处理过程进行研究，拟采用铁炭内电解法对晚期垃圾渗 滤液进行预处理，去除部分有机污染物，提高渗滤液的可生化性；采用f e n t o n 氧化 法对经生物处理后不能达标排放的渗滤液进行深度处理，最终使出水达标排放，并 对工艺进行技术经济分析。 1 6 辽宁科技大学硕士论文实验材料及电电解法和f e n t o n 法简介 2 1 实验材料 2 1 1 实验仪器 第二章实验材料及内电解法和f e n t o n 法简介 本课题所用主要仪器见表2 1 表2 i 实验仪器及生产厂家 仪器名称及型号生产厂家 2 5 0 一b 生化培养箱 7 2 3 0 g 可见光分光光度计 p h s - 2 5 型p h 计 s c 9 5 8 实验搅拌器 2 0 2 1 型电热干燥箱 e s l 2 0 4 电子天平 压筹式b o d 测定装置 常州国华电器有限公司 上海精密科学仪器有限公司 上海雷磁仪器厂 湖北省潜江市梅字仪器有限公司 黄骅市航天仪器厂 沈阳龙腾电子称量仪器有限公司 广东省医疗器械厂 2 1 2 实验装置 图2 1 铁炭内电解实验装置图 1 7 辽宁科技大学硕士论文实验材料及电电解法和f e n t o n 法简介 2 1 3 主要试剂 本课题所用主要试剂见表2 2 表2 2 实验主要药剂及生产厂家 2 2 内电解法 内电解法作为电化学法的一种，其基本原理是利用铁屑( 一般使用铸铁屑) 与 1 8 辽宁科技大学硕士论文实验材料及电电解法和f e n t o n 法简介 其它的一些物质( 比如炭粒) 组成反应系统，而铁屑是由纯铁和f e 3 c 及些杂质组 成，铸铁中的炭化铁为极小的颗粒，分散在铁内，炭化铁比铁的腐蚀趋势低，因此， 当铸铁浸没在渗滤液中时，就构成了成千上万个细小的微电池回路，纯铁为阳极， 炭化铁及外加炭粒则成为阴极，发生内部电解反应，构成铁内部的微观原电池【2 7 4 1 。 内电解反应的优点可总结为以下四点： 铁屑来源广泛，价格低，材料利用率高，处理成本低，操作简便，可以以废 治废； 内电解法占地面积小，易于实现工业化，运行费用低； 处理效果好，可提高废水可生化性，有利于后续的生物处理； 投资少，基建费用低。 内电解发生过程中，其主要的氧化还原反应有： 阳极反应：凡一2 p 斗f e 2 + e 。( f e 2 + i f e ) = 一0 4 4 v 阴极反应：2 h + + 2 e 一致个e o ( + h 2 ) = 0 0 0 v 当有氧气时：d 2 + 4 h + + 钯j2 h 2 0 e o ( 0 2 ) = 1 2 3 v d 2 + 2 h 2 0 + 4 e 寸4 0 h e o ( d 2 o h 一) = 0 4 0 v 由于内电解本身是一个非常复杂的体系，目前已有文献报道的反应机理主要为： 由于废水中的一些有机物能够参与阴极的还原反应，使得其官能团发生变化，从而 改变原有机物性质，降低了色度，改善了b c 值；废水中的一些无机物可参与反应 形成沉淀；废水中的胶体粒子和微小分散污染物由于受到电场作用，产生电泳现象， 向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上使水澄清：阳极生成的新生态f e 2 + 经氧化 作用可生成f e ( o h ) 3 沉淀，从而形成极强的吸附能力，澄清水体：阴极生成的氢气， 具有气浮效应。 1 9 辽宁科技大学硕士论文实验材料及电电解法和f e n t o n 法简介 概况起来，内电解处理废水是由下面5 点机理协同作用的结果。 氧化还原反应。原电池反应过程中，电极反应生成的产物具有较高的化学活 性，在中性或酸性的环境中，铸铁电极本身及其所产生的新生态 h 】、f e 2 + 等均能与 废水中某些有机成分发生氧化还原反应，将大分子物质裂解为小分子，将难降解基 团转化为易降解的基团，提高废水的可生化性；同时，原电池也与废水中的一些无 机成分发生反应，根据金属活动顺序表，排在铁后的金属在反应中有可能被铁置换 而沉积在铁的表面上，从而去除一些高价金属赫。最后，一些氧化性较强的无机离 子或化合物也可被铁或亚铁离子还原成价态较低的还原态。 电化学絮凝。内电解