A2O与混凝沉淀法处理垃圾渗滤液研究

A2/O与混凝沉淀法处理垃圾渗滤液研究赵宗升1，刘鸿亮2，袁光钰1，李炳伟2(1.清华大学环境科学与工程系，北京100084;2.中国环境科学研究院，北京100012)摘要：采用厌氧—缺氧—好氧—混凝沉淀工艺处理垃圾填埋场渗滤液。当进水COD为2000mg/L左右时，好氧出水COD可降至900mg/L，混凝沉淀出水COD可降至80mg/L；当进水氨氮浓度为1300mg/L左右时，好氧出水氨氮＜10mg/L。生物处理系统对总氮的去除率较低，仅为20%～30%，因而提高总氮的去除率应是今后研究的方向之一。关键词：垃圾渗滤液；A2/O；混凝；脱氮垃圾填埋场渗滤液的场内单独处理是控制渗滤液污染的重要环节［1］。由于渗滤液的污染成分十分复杂，有机物和氨氮浓度都很高，简单的生物处理很难达到较好的去除效果，因而采用生物与物化处理相结合的处理流程应为首选，而物化处理尤以较为经济的混凝沉淀更适用。为此，进行了厌氧—缺氧—好氧生物处理+混凝沉淀处理流程的可行性研究。其中，厌氧处理是为去除BOD和提高渗滤液的可生化性而设计的，缺氧—好氧处理是为生物脱氮而设计的，混凝沉淀是为去除难生物降解的有机物而设计的。1试验装置与方法①基本水质试验用渗滤液取自北京某市政垃圾填埋场，其填埋年限为4年。②工艺流程处理工艺的厌氧段为内循环式厌氧流化床，容积为40L，内装2L煤质活性炭；缺氧池容积为15L，曝气池容积为40L，沉淀池是直径为200mm的竖流式沉淀池。混凝沉淀采用间歇杯皿试验。渗滤液水质见表1，工艺流程见图1。表1渗滤液水质项目数值范围pH值8.0～8.5CODCr(mg/L)1600～3200BOD5(mg/L)500～1500SS(mg/L)300～400氨氮(mg/L)400～1600总氮(mg/L)600～2100碱度(mg/L)3600～9700总磷(mg/L)5～25中国城镇水网③运行条件生物处理系统的运行条件见表2。表2生物处理系统的运行条件运行条件厌氧流化床温度(°C)曝气池温度(°C)污泥回流比混合液回流比曝气池溶解氧浓度(mg/L)数值3520～30252～32结果与讨论2.1生物处理主要进、出水指标的变化曲线见图2～5。个阶段。第一阶段(9月1日—9月16日)进水的污染物浓度较低，BOD、氨氮去除率均较高，COD也达到了比较好的处理效果。第二阶段(9月17日—9月28日)的污染负荷增加，平均进水氨氮浓度从前一阶段的481mg/L增加到1262mg/L，但进水流量从36L/d调至31L/d。氨氮浓度虽有较大幅度的增加，氨氮负荷也从0.2kg/(m3·d)增至0.7kg/(m3·d)，但COD、氨氮、总氮去除率均有所上升。这一阶段曝气池污泥沉降比上升，说明负荷较高，但二沉池未发生污泥上浮。在第三阶段(9月29日—11月11日)降低了进水负荷，将进水流量从30L/d下调为20L/d，此时除污泥沉降性能得以改善外，对污染物的去除效果不但没有改善，反而有所下降。其原因是系统内碱度消耗殆尽，曝气池混合液的pH值下降，最低降至4.95,平均pH值为5.68。较低的pH值使硝化反应不能进行到底，反硝化速率下降，好氧出水的氨氮上升，总氮去除率下降，所以必须对曝气池的pH值进行控制。第四阶段(11月12日—12月16日)采用向曝气池投加碱液的方法控制pH值，这一阶段的平均pH值为7.74，硝化反应进行得较为彻底，好氧出水平均氨氮浓度为9.8mg/L，总氮去除率提高到23%。各阶段测定指标的平均值分别见表3～6。表3生物处理系统第一阶段的运行状态参数进水厌氧出水缺氧出水好氧出水总去除率(%)COD(mg/L)2348189161671869COD负荷［kg/(m3·d)］1.681.63BOD(mg/L)7696919.228.996BOD负荷［kg/(m3·d)］0.62氨氮(mg/L)481466661497氨氮负荷［kg/(m3·d)］0.20总氮(mg/L)63360549148323NO3-N(mg/L)3.44.4163260NO2-N(mg/L)1.23.73640SS(mg/L)307384743pH值8.418.228.057.29碱度(mg/L)39203819118835191注：生物系统中进水流量为36L/d，污泥沉降比为65%，污泥浓度为3859mg/L，污泥指数为168，ΔCOD/ΔTN=9.6。表4生物处理系统第二阶段的运行状态参数进水厌氧出水缺氧出水好氧出水总去除率(%)COD(mg/L)30202914112286671COD负荷［kg/(m3·d)］2.341.61BOD(mg/L)113610921353896BOD负荷［kg/(m3·d)］0.62氨氮(mg/L)126212762452898氨氮负荷［kg/(m3·d)］0.70总氮(mg/L)168816381139112233NO3-N(mg/L)18.82.5495647NO2-N(mg/L)1.23.25138SS(mg/L)292803碱度(mg/L)2002142注：生物系统中的进水流量为31L/d，污泥沉降比为95.5%，污泥浓度为6364mg/L，污泥指数为150，ΔCOD/ΔTN=3.96。表5生物处理系统第三阶段的运行状态参数进水厌氧出水缺氧出水好氧出水总去除率(%)COD(mg/L)211217121071100752COD负荷［kg/(m3·d)］1.050.62BOD(mg/L)530262665490BOD负荷［kg/(m3·d)］0.09氨氮(mg/L)1367135242418686氨氮负荷［kg/(m3·d)］0.42总氮(mg/L)16931843154115478.6NO3-N(mg/L)5.97.0562676NO2-N(mg/L)0.50.9136172SS(mg/L)3625951615pH值7.88.07.675.68碱度(mg/L)7943832214244499注：生物系统中进水流量为20L/d，污泥沉降比为36%，污泥浓度为3945mg/L，污泥指数为91，ΔCOD/ΔTN=2.28。表6生物处理系统第四阶段的运行状态参数进水厌氧出水缺氧出水好氧出水总去除率(%)COD(mg/L)19801643107189654COD负荷［kg/(m3·d)］0.870.60BOD(mg/L)258177151594BOD负荷［kg/(m3·d)］0.06氨氮(mg/L)13211290499.899氨氮负荷［kg/(m3·d)］0.47总氮(mg/L)168016281475128723NO3-N(mg/L)606751NO2-N(mg/L)99139SS(mg/L)409381845pH值8.478.417.797.74碱度(mg/L)80487951997108786注：生物系统中进水流量为20L/d，污泥沉降比为33%，污泥浓度为3144mg/L，污泥指数为105，ΔCOD/ΔTN=2.2。中国城镇水网通过上述试验可以得出：①高浓度氨氮渗滤液的处理，必须合理控制曝气池的pH值，否则硝化反应会将碱度消耗殆尽、使pH值下降到5左右，从而使硝化反应和反硝化反应的生物化学过程受到抑制。向曝气池中投加碱液是控制其pH值的直接方法，但在经济上是不足取的。②应进一步研究合理控制反应速度问题——提高反硝化速度，而将硝化反应速度控制在较低的水平，使反硝化反应产生的碱度抵消一部分硝化反应对碱度的消耗。③影响硝化反应速度的主要因素是溶解氧浓度，故如何将溶解氧浓度控制在恰当的水平，使硝化和反硝化速度相适应是进一步研究的方向。这样不仅可以使硝化反应进行得彻底，而且可以最大限度地提高反硝化脱氮效率。④应研究应用高浓度氨氮废水的高效生物脱氮途径，如厌氧氨氧化和好氧反硝化技术等［2］。2.2混凝渗滤液经生物处理后，出水中的BOD、氨氮等污染物可以达到我国的有关排放标准，但出水的COD浓度还比较高，必须进行进一步的处理。为此，对生物处理出水进行了混凝沉淀处理。①pH值对混凝效果的影响投加含Al2(SO4)3浓度为16g/L的溶液1mL，于不同pH值条件下的混凝试验结果见表7。表7不同pH值下的硫酸铝混凝效果pH值34567891011COD(mg/L)816758397535582490352371402注：原水COD值为847mg/L。试验结果表明，在pH=5和pH=9时出现两个处理COD效果的较好点，其中pH=9时的处理效果最好。采用含铁量为160g/L、投加量为1mL的聚合硫酸铁混凝剂，在不同pH值条件下的混凝试验结果见表8。表8不同pH值下的聚合硫酸铁混凝效果pH值34567891011COD(mg/L)57853888343314351431581416注：原水的COD值为653mg/L。试验结果表明，pH=5时的出水COD浓度最低(为88mg/L)，且聚铁的混凝效果优于硫酸铝的混凝效果。②投加量对混凝效果的影响在pH=5的条件下，聚铁投加量不同时的混凝试验结果见表9。表9聚铁投加量不同时的混凝效果pH值0.250.51.02.03.0COD(mg/L)24514911498.674.6注：原水的COD值为597mg/L。试验结果表明，处理后的COD随聚铁投加量的增加而逐渐降低，最低可降至80mg/L以下。在pH=9的条件下，硫酸铝投加量不同时的混凝试验结果见表10。表10硫酸铝投加量不同时的混凝效果pH值0.250.51.02.03.04.05.0(mg/L)440375278272238264291注：原水的COD值为572mg/L。试验结果显示硫酸铝的最佳投加量为3mL,但处理效果仍不如聚铁。3结论①试验流程对渗滤液COD的处理效果较好，可将COD从1980mg/L降至80mg/L以下，总去除率可达96%。其中生物处理部分可将COD降低到800mg/L左右，其去除率为54%。②该流程对高浓度的氨氮也可取得较好的处理效果，可将氨氮浓度从1321mg/L降至10mg/L以下，其去除率达99%。③该流程的总氮去除率仅为20%～30%，因而脱氮效率有待提高。④必须对曝气池的pH值加以控制，否则高浓度氨氮的硝化会将pH值降至5左右，严重影响生物净化过程的进行。⑤生物处理后的混凝处理宜采用聚铁为混凝剂，其混凝的最佳pH=5，投加量以1L水投加6mL聚铁为宜。参考文献：［1］赵宗升，刘鸿亮，李炳伟，等.垃圾填埋场渗滤液污染的控制技术［J］.中国给水排水，2000，16(6)：20-23.［2］赵宗升，刘鸿亮，李炳伟，等.高浓度氨氮废水高效生物脱氮途径［J］.中国给水排水，2001，17(5)：24-28.中国城镇水网