垃圾填埋场渗滤液脱氮处理技术的发展趋势

2019/8/261垃圾填埋场渗滤液处理技术的发展趋势北京交通大学赵宗升2019/8/262渗滤液的水质特点垃圾渗滤液的处理日益成为人们越来越重视的问题。多年来，研究学者将研究重点放在垃圾渗滤液有机物的去除上，取得了很多成果。但氨氮的去除效果并不理想。不同填埋场渗滤液的共同特点是水质随填埋龄增加有显著的变化，填埋场运行3-5年的早期渗滤液以易降解有机物及氨氮为主，BOD/COD一般大于0.3，BOD/N一般大于5，易于生物处理，并可进行常规反硝化脱氮。运行3-5年以后的晚期渗滤液以难降解有机物及氨氮为主，BOD/COD一般小于0.1，BOD/N一般大于1，难生物处理和常规反硝化脱氮。其中难降解有机物主要为腐殖酸类有机物。2019/8/263渗滤液的难点渗滤液处理的难点是晚期渗滤液的处理：脱氮和难降解有机物的处理2019/8/264我国渗滤液处理的问题对全国292家大中型填埋场的调查显示：现有填埋场中，具有渗滤液处理系统的仅占61%，但其中49%的渗滤液处理没有达到国家规定的渗滤液排放标准，其余12%填埋场渗滤液处理出水只达到国家渗滤液排放三级标准。因此，垃圾渗滤液的处理是中国未来亟待解决的难题。渗滤液的污染及其处理应引起社会各界的关注和重视。2019/8/265主要内容渗滤液脱氮技术物理化学处理法生物处理法氨吹脱法磷酸铵镁沉淀法（MAP）电化学氧化法膜法其他传统生物脱氮技术短程硝化-反硝化（SHARON）同步硝化反硝化（SND)厌氧氨氧化（ANAMMOX）2019/8/2661物理化学脱氮法氨吹脱法吹脱法是将渗滤液调节至碱性，然后在汽提塔中通入空气或蒸汽，通过气液接触将游离氨吹脱并回收。一般渗滤液碳氮比较低，吹脱处理能够达到调节C/N比，降低后续渗滤液生化处理负荷的作用，所以吹脱法经常作为预处理。2019/8/267氨吹脱法深圳市过桥窝垃圾填埋场渗滤液处理采用氨吹脱+生物处理+臭氧氧化工艺[2]，经过半年多运行，对于氨氮浓度高达2000-2500mg/L的渗滤液，处理出水降至2~10mg/L，总去除效率达99%，其中氨吹脱系统气液比200：1，pH为10.5的条件下氨氮去除率达60%~70%。深圳下坪垃圾填埋场采用调节池+氨吹脱+混凝沉淀+厌氧生物滤池+SBR的工艺处理垃圾渗滤液，排放液达到国家垃圾渗滤液三级排放标准。2019/8/268氨吹脱法存在的问题为调节pH需投加大量碱。投加石灰调节产生设备结垢现象，而用NaOH调节费用高，且后期pH回调需要投加酸。曝气增加费用二次污染受温度影响大，低温下氨吹脱效率明显下降返回2019/8/269磷酸铵镁（MAP）沉淀法原理磷酸铵镁沉淀法是向渗滤液中投加镁盐和磷酸盐，使NH4+生成难溶盐MgNH4PO4·6H20（简称MAP），通过重力沉淀，达到去除氨氮的目的。一般采用MgO+NaH2PO4或MgCl2+NaH2PO4两种方案投加药剂。前者所需反应时间长，去除效果没有后者好，但后者给系统带来大量盐类，影响后续生物过程，且后者需要投加NaOH以达到处理所需的pH值。2019/8/2610磷酸铵镁（MAP）沉淀法研究实例尚爱安等[5-6]采用磷酸铵镁沉淀法+厌氧/好氧生物处理+混凝组合工艺处理上海老港填埋场渗滤液，总处理效果COD、BOD5、NH3-N、UV260（紫外260nm处吸光度，代表难降解有机物）分别达到97.5%、99.2%、87.2%、75.3%，其中磷酸铵镁沉淀法投加药剂MgO+NaH2PO4，Mg：N：P摩尔比为1：1：0.7时，氨氮去除效率达到了70.2%。杨朝晖等[7]采用前置MAP-SBBR工艺处理早期及晚期渗滤液，得出氨氮处理效果均在99%以上。其中MAP沉淀法采用药剂MgO+NaH2PO4，Mg：N：P摩尔比为1.5：1：0.8，氨氮去除效率分别为：早期渗滤液82.3%，晚期渗滤液83.4%。2019/8/2611磷酸铵镁（MAP）沉淀法优缺点优点：处理速度快、效果好，反应不受温度限制，同时形成的磷酸铵镁沉淀是一种复合肥料，还可以作为结构制品的阻燃剂，实现废物资源化。缺点：磷酸盐和镁盐价格昂贵，寻找价廉高效的铵盐沉淀剂是MAP法的研究方向之一。有学者提出可以将得到的磷酸铵镁回收并分解，以重新得到镁盐和磷酸盐，达到镁盐和磷酸盐的循环利用。返回2019/8/2612电化学氧化法原理电化学氧化是在电场的作用下，将溶液中的氨氧化为氮气等含氮物质，同时将渗滤液中的Cl-氧化成次氯酸，间接利用次氯酸的氧化作用达到去除氨氮的目的。化学氧化法是利用一些强氧化剂如O3、H2O2、Fenton试剂（H2O2+Fe2+）、光催化TiO2等激发出•OH自由基，再经过•OH的强氧化作用激发出一系列氧化反应将难降解的有机物分解为小分子有机物，甚至进一步矿化为CO2和H2O。但•OH很难氧化NH4+。电解作用却能够使NH4+优于COD被氧化去除。2019/8/2613电化学氧化法研究实例李小明等[8]采用电化学氧化法处理广州大田山垃圾渗滤液，在pH=4，Cl-浓度5000mg/L，电流密度为10A/dm2，采用SPR阳电极，电解时间4h，COD、NH4+去除效率分别达到了90.6%和100%。魏平方等[9]用电化学氧化法处理某已封场5年的填埋场渗滤液，使用SPR阳电极，12A/dm2，Cl-浓度6000mg/L，电解4h，COD去除率达到90%，NH4+去除效率同样达到了100%。2019/8/2614电化学氧化法电化学氧化除氨速率快，处理效率可达100%，同时对COD的去除率也在80%以上，而且对难降解污染物也有良好的去除。但该方法要消耗大量的电能，运行成本很高。目前此方法尚处于研究阶段，还未见有实际应用。返回2019/8/2615膜法反渗透膜法分离技术在压力作用下可以去除垃圾渗滤液中悬浮物、有机物、重金属离子，同时可以去除氨氮等污染物，出水水质一般能够达到国家渗滤液一级排放标准。Hurd等[10]选用三种低压聚酰胺RO膜处理Trailroad垃圾填埋场渗滤液，试验结果表明，当操作压力大于10.3MPa时，透过液流量26.0~54.0L/（m2•h），TOC、Cl-和氨氮去除率分别大于96%、96%和88%。膜处理技术最大的运行缺点是膜污染问题。一般膜片寿命都在3年以下。2019/8/2616膜法膜污染问题运行和维护费用高DT-RO膜组件国内应用不广泛。北京安定垃圾卫生填埋场渗滤液采用多级DT-RO反渗透膜处理渗滤液，出水可达渗滤液一级排放标准。产生一定量的浓缩液需要后续处理返回2019/8/2617其他物理化学方法离子交换与吸附法乳状液膜法折点氯化法等离子体法超声波法返回2019/8/26182生物脱氮法传统生物脱氮技术包括硝化与反硝化两个阶段单污泥工艺双污泥工艺交替的好氧区与厌氧区分离的硝化和反硝化反应器如果硝化在后，需要将硝化废水进行回流;如果硝化在前，需要外加电子供体2019/8/2619短程硝化-反硝化技术（SHARON）SHARON:singlereactorhighactivityammoniumremovalovernitrite首先控制水中的氨氮转化过程，使硝化过程仅仅进行到亚硝化阶段，接着进行反硝化，水中的亚硝酸盐氮在厌氧条件下由反硝化菌转化为氮气而脱除。对比传统硝化-反硝化的优势？2019/8/2620短程硝化-反硝化技术（SHARON）OHHNO5O.1NH2224短程硝化作用2HOHNO0O.2NH2-324硝化作用O3H6HCO3N3COOH3CH6NO232232短程反硝化作用O7H6HCO3NCOOH5CH6NO232232反硝化作用节省25%的硝化曝气量；减少投碱量节省40%的反硝化碳源、节省50%的反硝化反应器容积对比传统硝化-反硝化的优势2019/8/2621短程硝化-反硝化技术（SHARON）实现手段：一般：当温度在30℃以上、溶解氧控制在1.0~1.5mg/L、SRT在1~2.5d、pH在8~9时，反应器中氨氧化细菌的生长速度高于亚硝酸氧化细菌，可以实现亚硝酸根积累。低DO，高SRT：RobertoCanziani等人用MBR-MBBR工艺处理某老龄填埋场垃圾渗滤液的研究得出：当DO0.5mg/L时可以实现对亚硝酸氧化菌长久而稳定的抑制，这种低氧条件下甚至SRT45d时仍然能够保证亚硝酸盐的积累，当温度在30℃以上、FA2.5mg/L时，亚硝酸的积累现象更加明显。2019/8/2622短程硝化-反硝化技术（SHARON）FA抑制控制：通过控制水中FA浓度可以达到NO2-积累。本文作者得研究表明由于抑制作用氨氧化过程存在多稳态现象，由于亚硝酸氧化菌对抑制的适应，不同的学者得到的FA抑制浓度也不相同。本文作者的研究得出，FA浓度高于1mg/L即对亚硝酸氧化菌造成抑制。盐类（NaCl，KCl，Na2SO4）对短程硝化反硝化的影响：Mosques-Coral等指出，当每种盐类的摩尔浓度为100mmol时，有40%的氨氮受到抑制；但当NaCl浓度为427mmol时，该工艺运行却很稳定，不会受到抑制。同时与不加盐类相比，当NaCl浓度为85mmol时，短程硝化反硝化下氨氮脱除率增加了30%。2019/8/2623短程硝化-反硝化技术（SHARON）控制手段：pH控制、DO控制和SRT控制；DO控制存在问题，通过pH和SRT控制比较容易实现。应用实例：荷兰的Delft大学开发出Sharon工艺后成功将其应用到Dokhaven污水处理厂，该反应器为CSTR反应器，在温度35~40℃、SRT=2.5d下，将平均1230mg/L氨氮降到2.2mg/L。短程硝化-反硝化是一种新型高效生物脱氮技术，将其应用于垃圾渗滤液的脱氮处理的报道还不多见，今天应该加强针对垃圾渗滤液的试验研究。2019/8/2624短程硝化-反硝化技术（SHARON）由于短程硝化-反硝化工艺需要利用中高温度条件以达到亚硝酸盐的积累，对于低温下垃圾渗滤液的氨氮去除是很不利的，特别是冬季以及北方地区的垃圾渗滤液。因此，研究中低温度条件下Sharon工艺的可行性是今后研究的一个方向。2019/8/2625厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术厌氧氨氧化工艺是由荷兰Delft工业大学在20世纪90年代开发的一种新型脱氮工艺。其特点是在厌氧的条件下，以NH3-N为电子供体，以NO2-N为电子受体，将氨氮氧化为氮气。O2HNNONH2224不用向系统投加有机碳源，节约了成本且厌氧氨氧化产生的CO2是传统反硝化的1/10，减轻了二次污染问题2019/8/2626厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术厌氧氨氧化进水需要1：1的NH4+：NO2-，如果考虑微生物的生长，用CH2O表示细胞物质，则ANAMMOX反应可以表示为：09OH.0O87H.122NO.0045N.10425CO.031NO.1NH232224O0425CH.02可见，NH4+/NO2-值为1/1.3是保证处理效果必须的。如何为ANAMMOX提供合适的进水是ANAMMOX工艺的前提条件。而SHARON工艺可以将氨氮氧化停留在亚硝酸盐阶段，是为厌氧氨氧化提供进水的最合适的工艺。因此，SHARON-ANNAMMOX联合工艺通常一起用来处理高浓度氨氮废水，比如垃圾渗滤液。2019/8/2627厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术厌氧氨氧化技术存在的难题：厌氧氨氧化菌增值速度非常慢，世代周期很长（11d以上），为达到一定去除效率就需要扩大反应器体积。因此，如何选择合适的反应器，防止厌氧氨氧化菌体的流失是研究的方向之一。可以用于厌氧氨氧化的反应器有：SBR、UASB、流化床、MBR等。2019/8/2628厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术研究及应用实例郭勇等人对生物流化床厌氧氨氧化脱氮处理垃圾渗滤液的研究表明，当系统进水氨