臭氧曝气生物滤池深度处理垃圾焚烧渗滤液可行性研究

中国环境科学2014,34(10)：2513~2521ChinaEnvironmentalScience臭氧-曝气生物滤池深度处理垃圾焚烧渗滤液可行性研究邱松凯1,2,范举红2,黄开坚3,陈新芳3,陈泽枝3,文晓刚4*,刘锐2,陈建孟1,陈吕军2,5(1.浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江杭州310032；2.浙江省水质科学与技术重点实验室,浙江清华长三角研究院生态环境研究所,浙江嘉兴314006；3.嘉园环保股份有限公司,福建福州350003；4.嘉兴学院南湖学院,浙江嘉兴314000；5.清华大学环境学院,北京100084)摘要：研究了臭氧-曝气生物滤池(BAF)代替纳滤和反渗透深度处理垃圾焚烧渗滤液达标排放的技术可行性.半间歇臭氧氧化试验表明,实验用水的可生化性随着氧化时间的增加而增加,色度及UV254,15min内去除率分别达91%和64%;氧化时间为45min时COD去除率59%,45min后COD去除较慢,120min时去除率77%.确定臭氧氧化时间为1h,在同样臭氧浓度与流量下进行了臭氧-BAF处理垃圾焚烧渗滤液的连续实验.结果发现,此工艺对COD、色度和UV254的去除率分别可达75%,95%和90%,其中2/3运行时间里COD低于排放标准100mg/L.其中出水色度可稳定保持在40度以下达标排放.经过进一步优化,臭氧-BAF有望用于垃圾焚烧渗滤液的达标处理.GC-MS检测表明烷烃,芳香族化合物及含氮杂环化合物是试验用水的主要污染物,臭氧-BAF能够有效去除后两类化合物,但难以去除烷烃.关键词：垃圾焚烧渗滤液；深度处理；臭氧氧化；曝气生物滤池中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1000-6923(2014)10-2513-09Astudyonmunicipalwasteleachatetreatmentwithozonation-biologicalaeratedfilter.QIUSong-kai1,2,FANJu-hong2,HUANGKai-jian3,CHENXin-fang3,CHENZe-zhi3,WENXiao-gang4*,LIURui2,CHENJian-meng1,CHENLu-jun2,5(1.CollegeofBiologicalandEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032,China；2.DepartmentofEnvironment,YangtzeDeltaRegionInstituteofTsinghuaUniversityinZhejiang,Jiaxing314006,China；3.GardenEnvironmentalProtectionGroupCorporation,Limited,Fuzhou350003,China；4.NanhuCollege,JiaxingUniversity,Jiaxing314000,China;5.SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China).ChinaEnvironmentalScience,2014,34(10)：2513~2521Abstract：Thisstudyattemptedtosubstitutethenanofiltration(NF)-reverseosmosis(RO)processwithozonation-biologicalaeratedfilter(BAF)intheadvancedtreatmentofleachatefrommunicipalsolidwastesincinerationplant.Semi-batchozonationtestina10Lcolumnreactordemonstratedthatthebiodegradabilityoftestleachateimprovedasozonationtimeincreased,91%ofcolorand64%ofUV254couldberemovedwithin15min,theCODremovalratewas59%withinthefirst45min,butthereaftersloweddownwitharemovalrateof77%at120min.Continuousflowtestrevealedthat1hofozonation(78.8mg/L,3.7mL/min)followedwithBAF(HRT=4.3h)couldremove75%ofCOD,95%ofcolorand89%ofUV254fromtheleachate.TheeffluentCODremainedbelowthedischargestandardduring2/3oftheoperationaltimeandtheeffluentcolorwasabletomeetthedischargestandard.TheaboveresultssuggestedthepossibilitiesofsubstitutingNF-ROwithozonation-BAFtotreatwasteleachate.TheresultsofGC-MSindicatedthatthedominantpollutantsinthetestwaterwerealkanes,aromaticcompoundsandheterocycliccompoundscontainingnitrogen,andozonation-BAFwaseffectiveinremovingthelatertwokindsofpollutants,butdifficultinremovingalkanes.Keywords：leachatefrommunicipalsolidwastesincinerationplant；advancedtreatment；ozonation；BAF我国城市生活垃圾在进行焚烧处理的过程中会产生一定数量的渗滤液[1-4].垃圾焚烧渗滤液水质水量变化大、成分复杂、有机污染物浓度高,营养比例失调,属于高污染、难处理有机废水[2-4].目前垃圾焚烧渗滤液的处理工艺多为“预收稿日期：2013-12-15基金项目：浙江省重大科技专项(2012C03002-1);浙江省环保厅科技计划项目(2013B005);福建省产业支撑科技重大项目(合作)(201211005)*责任作者,讲师,[e-mail]2514中国环境科学34卷处理+生物处理+深度处理”.深度处理普遍采用纳滤(NF),反渗透(RO)或者其组合工艺[4-16].NF和RO技术具有出水水质好,安全可靠,操作简单等优点[17],但是只是物理分离过程,污染物总量并未减少,在应用过程中会产生原水量30%左右高有机物浓度,高盐度的浓缩液,更加难以处理,并且初期投资高,还存在膜堵塞的问题[18-21],导致运行成本也很高.臭氧氧化能够使废水中的部分有机污染物彻底矿化,还能改变有机污染物分子结构,将难生物降解的化合物转变为易生物降解的小分子物质,从而改善废水的可生化性,提高后续生物处理效率[22-25].将臭氧氧化和生物处理相结合,用于深度处理垃圾焚烧渗滤液,可以避免产生膜分离浓液,彻底解决垃圾焚烧渗滤液中膜过滤浓液污染治理的难题,而且有可能节约因NF-RO而产生的高额初期投资与运行成本[26-27].从20世纪90年代开始,发达国家的学者对使用臭氧组合技术处理垃圾渗滤液展开大量研究,并且在德国已经有了很多工程应用.国内对使用臭氧技术处理垃圾渗滤液也有研究,但对于我国特有的垃圾焚烧渗滤液处理问题,还鲜有运用臭氧及其组合技术进行处理的报道.本文以某垃圾焚烧发电厂渗滤液的二级生物处理出水为对象,研究了用臭氧-活性炭曝气生物滤池(BAF)代替既有NF+RO技术实现达标排放的可行性.1材料与方法1.1试验用水水质江苏省某垃圾焚烧发电厂渗滤液采用“调节池+初沉池+上流式厌氧复合床(UBF)+反硝化池+硝化池+超滤+纳滤+反渗透”工艺.该渗滤液处理厂设计处理规模为1200m3/d,实际处理水量约1000~1200m3/d,其中纳滤系统回收率不低于85%,反渗透系统回收率不低于70%.设计超滤出水COD浓度为500mg/L,经纳滤和反渗透处理后,膜透过液回用于锅炉冷却系统补充用水,纳滤浓液和反渗透浓液用于石灰乳制备用水,捞渣机用水,喷嘴冷却用水等回用水点.试验用水取自处理厂工艺中超滤出水,水质如下:COD381~497mg/L,TOC130~166mg/L,色度402~765度,总氮199~667mg/L,总磷1.55~2.51mg/L,氨氮2.92~5.31mg/L,pH值7.7~8.2,电导率13.81~15.94mS/cm,Cl-4936~5292mg/L,碳酸盐碱度(以CaCO3计)45~175mg/L,碳酸氢盐碱度(以CaCO3计)803~2789mg/L.排放标准参照《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》[28].1.2半间歇式臭氧氧化试验采用图1所示的半间歇式臭氧氧化试验装置,研究不同氧化时间下臭氧对不同水质指标的改善效果.臭氧接触氧化柱为有机玻璃材质,φ10cm×150cm,有效体积10L.臭氧接触氧化柱尾气经二氧化锰氧化铜颗粒催化剂(南京杜尔环保设备有限公司)破坏分解后排放.向反应器内加入10L试验用水,用臭氧发生器(青岛国林臭氧有限公司,CF-G-3-30g)通入臭氧.分别于0,5,10,15,20,30,45,60,90,120min取样,向获取的水样中通入氮气吹脱2min去除残余臭氧后,测定COD,可生化性,色度和波长254nm处的吸光度(UV254).臭氧发生器臭氧接触氧化柱臭氧浓度测定仪臭氧破坏器氧气瓶尾气尾气排放流量计臭氧破坏催化剂流量计过滤器图1半间歇式臭氧氧化试验示意Fig.1Schemeofsemi-batchozonationtest臭氧发生器以氧气为气源,通过调节臭氧发生器的进气流量(3.7L/min)和电流(1.7A),使发生器出口臭氧浓度为78.8mg/L.产生的臭氧用高温10期邱松凯等：臭氧-曝气生物滤池深度处理垃圾焚烧渗滤液可行性研究2515烧结钢砂气泡石从臭氧接触氧化柱的底部通入水中.臭氧发生器产生的臭氧气体浓度通过臭氧浓度测定仪(INUSA,Inc.,型号Mini-Hicon)测定,测定前先用过滤器(INUSA,Inc.)去除气体中的颗粒物,测定后通过臭氧破坏器(INUSA,Inc.)将臭氧去除后排放.试验室温24℃.氧化60min时的臭氧投加量为1.75gO3/L水.1.3臭氧-活性炭曝气生物滤池(BAF)的连续流试验臭氧-BAF的连续流试验装置如图2所示,共包括两级串联的臭氧接触氧化柱和两级串联的BAF.试验用水用泵连续输入臭氧接触氧化柱,同时连续通入臭氧,经过臭氧氧化后的水排入储水桶(有效容积1000L)进行暂时储存并去除残余臭氧,之后经两级串联的BAF净化后出水.两级串联臭氧接触氧化柱两级串联BAF滤池储水桶风机出水排放蠕动泵蠕动泵尾气尾气试验用水氧气瓶流量计臭氧浓度测定仪臭氧破坏器臭氧发生器过滤器流量计臭氧破坏催化剂图2臭氧-BAF连续流试验装置示意Fig.2Schemeofozonation-BAFtest臭氧的产生,测定和通入接触氧化反应柱的方式与1.2节相同,臭氧发生浓度为78.8mg/L,两级臭氧氧化的总时间为1h,臭氧投加量相当于0.29gO3/L水(0.68gO3/gCOD).臭氧接触氧化柱为PVC材质,长×宽×高为0.2m×0.12m×1.5m,单池有效容积31L;第一级氧化采用气液逆向,第二级氧化采用气液同向.臭氧接触氧化柱尾气经集中收集,二氧化锰氧化铜颗粒催化剂(南京杜尔环保设备有限公司)破坏分解后排放.生物滤池亦为PVC材