水处理基础知识

水处理基础知识第一章东莞粤丰环保电力有限公司垃圾渗滤液处理工艺•1简介•垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度废水。•垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵、雨水冲刷和地表水、地下水浸泡而渗滤出来的污水。来源主要有四个方面：垃圾自身含水、垃圾生化反应产生的水、地下潜水的反渗和大气降水，其中大气降水具有集中性、短时性和反复性，占渗滤液总量的大部分。渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，其性质取决于垃圾成分、垃圾的粒径、压实程度、现场的气候、水文条件和填埋时间等因素。•五个阶段•垃圾渗滤液的性质随着填埋场的运时间的不同而发生变化，这主要是由填埋场中垃圾的稳定化过程所决定的。垃圾填埋场的稳定化过程通常分为五个阶段，即初始化调整阶（Initialadjustmentphase）、过渡阶段（Transitionphase）、酸化阶段（Acidphase）、甲烷发酵阶段（Methanefermentationphase）和成熟阶段（Maturationphase）。•五个阶段的具体内容：•1）、初始调节阶段：垃圾填入填埋场内，填埋场稳定化阶段即进入初始调节阶段。此阶段内垃圾中易降解组分迅速与垃圾中所夹带的氧气发生好氧生物降解反应，生成二氧化碳（CO2）和水，同时释放一定的热量。•2）、过渡阶段：此阶段填埋场内氧气被消耗尽，填埋场内开始形成厌氧条件，垃圾降解由好氧降解过渡到兼性厌氧降解。此阶段垃圾中的硝酸盐和硫酸盐分别被还原成氮气（N2）和硫化氢（H2S），渗滤液pH开始下降。•3）、酸化阶段：当填埋场中持续产生氢气（H2）时，意味着填埋场稳定化进入酸化阶段。在此阶段对垃圾降解起主要作用的微生物是兼性和专性厌氧细菌，填埋气的主要成分是二氧化碳（CO2），渗滤液COD、VFA和金属离子浓度继续上升至中期达到最大值，此后逐渐下降；PH继续下降到达最低值，此后逐渐上升。•4）、甲烷发酵阶段：当填埋场H2含量下降达到最低点时，填埋场进入甲烷发酵阶段，此时产甲烷菌把有机酸以及H2转化为甲烷。有机物浓度、金属离子浓度和电导率都迅速下降，BOD/COD下降，可生化性下降，同时pH值开始上升。••5）、成熟阶段：当填埋场垃圾中易生物降解组分基本被降解完后，垃圾填埋场即进入成熟阶段。此阶段由于垃圾中绝大部分营养物质已随渗滤液排除，只有少量微生物对垃圾中的一些难降解物质进行降解，•此时PH维持在偏碱状态，渗滤液可生化性进一步下降，BOD/COD会小于0.1。但是渗滤液浓度已经很低。城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说，其pH值在4～9之间，COD在2000～62000mg/L的范围内，BOD5从60～45000mg/L，重金属浓度和市政污水中重金属的浓度基本一致。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可少的。2渗滤液处理介绍垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点：BOD5和COD浓度高、金属含量较高、水质水量变化大、氨氮的含量较高，微生物营养元素比例失调、可生化性差等。在渗滤液的处理方法中，将渗滤液与城市污水合并处理是最简便的方法。但是填埋场通常远离城镇，因此其渗滤液与城市污水合并处理有一定的具体困难，往往不得不自己单独处理。常用的处理方法如下。3渗滤液处理工艺的现状•垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法，在COD为2000～4000mg/L时，物化方法的COD去除率可达50%～87%。和生物处理相比，物化处理不受水质水量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其是对BOD5/COD比值较低(0.07～0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果。但物化方法处理成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理，因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。•生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的结合。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等。厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器及厌氧稳定塘。4好氧处理•用活性污泥法、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘等好氧法处理渗滤液都有成功的经验，好氧处理可有效地降低BOD5、COD和氨氮，还可以去除另一些污染物质如铁、锰等金属。在好氧法中又以延时曝气法用得最多，还有曝气稳定塘和生物转盘(主要用以去除氮)。下面将分别予以介绍。5活性污泥法•5.1.1传统活性污泥法•渗滤液可用生物法、化学絮凝、炭吸附、膜过滤、脂吸附、气提等方法单独或联合处理，其中活性污泥法因其费用低、效率高而得到最广泛的应用。美国和德国的几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来降低污泥有机负荷，活性污泥法可以获得令人满意的垃圾渗滤液处理效果。例如美国宾州FallTownship污水处理厂，其垃圾渗滤液进水的CODCr为6000～21000mg/L，BOD5为3000～13000mg/L，氨氮为200～2000mg/L。曝气池的污泥浓度(MLVSS)为6000～12000mg/L，是一般污泥浓度的3～6倍。在体积有机负荷为1.87kgBOD5/(m3·d)时，F/M为0.15～0.31kgBOD5/(kgMLSS·d)，BOD5的去除率为97%；在体积有机负荷为0.3kgBOD5/(m3·d)时，F/M为0.03～0.05kgBOD5/(kgMLSS·d)，BOD5的去除率为92%。该厂的数据说明，只要适当提高活性污泥法浓度，使F/M在0.03～0.31kgBOD5/(kgMLSS·d)之间(不宜再高)，采用活性污泥法能够有效地处理垃圾渗滤液。•许多学者也发现活性污泥能去除渗滤液中99%的BOD5，80%以上的有机碳能被活性污泥去除，即使进水中有机碳高达1000mg/L，污泥生物相也能很快适应并起降解作用。在低负荷下运行的活性污泥系统，能去除渗滤液中80%～90%的COD，出水BOD520mg/L。对于COD4000～13000mg/L、BOD51600～11000mg/L、NH3－N87～590mg/L的渗滤液，混合式好氧活性污泥法对COD的去除率可稳定在90%以上。众多实际运行的垃圾渗滤液处理系统表明，活性污泥法比化学氧化法等其它方法的处理效果更佳。•5.1.2低氧、好氧活性污泥法•低氧、好氧活性污泥法及SBR法等改进型活性污泥流程，因其具有能维持较高运转负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效。同济大学徐迪民等用低氧好氧活性污泥法处理垃圾填埋场渗滤液，试验证明：在控制运行条件下，垃圾填埋场渗滤液通过低氧好氧活性污泥法处理，效果卓越。最终出水的平均CODCr、BOD5、SS分别从原来的6466mg/L、3502mg/L以及239.6mg/L相应降低到CODCr300mg/L、BOD550mg/L(平均为13.3mg/L)以及SS100mg/L(平均为27.8mg/L)。总去除率分别为CODCr96.4%、BOD599.6%、SS83.4%。•处理后的出水若进一步用碱式氯化铝进行化学混凝处理，可使出水的CODCr下降到100mg/L以下。•两段法处理渗滤液的氮、磷也均较一般生物法为佳。磷的平均去除率为90.5%；氮的平均去除率为67.5%。此外该法运行弥补厌氧好氧两段生物处理法第一段形成NH3－N较多，导致第二段难以进行和两次好氧处理历时太长的不足。•5.1.3物化活性污泥复合处理系统•由于渗滤水中难以降解的高分子化合物所占的比例高，存在的重金属产生的抑制作用，所以常用生物法和物理、化学法相结合的复合系统来处理垃圾渗滤液。对于BOD5－1500mg/L、Cl－800mg/L、硬度(以CaCO3计)800mg/L、总铁600mg/L、有机氮100mg/L、TSS300mg/L、SO2-4300mg/L的渗滤液，有学者采用该方法进行处理，发现效果很好，其BOD5、COD、NH3－N、Fe的去除率分别达99%、95%、90%、99.2%。该系统中的进水通过调节池后，可以避免毒性物质出现瞬时的高浓度而对活性污泥生物产生抑制作用；在澄清池中加入石灰，可去除重金属和部分有机质；气提池(进行曝气，温度低时加入NaOH)能去除进水NH3－N的50%，从而使NH3的浓度处于抑制水平之下；由于废水中磷被加入的石灰所沉淀，且pH值过高，因而需添加磷和酸性物质；活性污泥系统可以串联或并联使用，运行时可通过调节回流污泥比来选用常规法或延时曝气法处理，具有较大的操作灵活性。•5.2曝气稳定塘•与活性污泥法相比，曝气稳定塘体积大，有机负荷低，尽管降解进度较慢，但由于其工程简单，在土地不贵的地区，是最省钱的垃圾渗滤液好氧生物处理方法。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试、中试及生产规模的研究都表明，采用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。•5.3生物膜法•与活性污泥法相比，生物膜法具有抗水量、水质冲击负荷的优点，而且生物膜上能生长世代时间较长的微生物，如硝化菌之类。加拿大BritishColumbia大学的C.Peddie和J.Atwater用直径0.9m的生物转盘处理CODCr1000mg/L，NH3－N50mg/L的弱性渗滤液，其出水BOD525mg/L，当温度回升，微生物的硝化能力随即恢复。但是应当指出，这种渗滤液的性质与城市污水相近，对于较强的渗滤液此方法是否适用还待研究。•6厌氧生物处理•厌氧生物处理的有目的运用已有近百年的历史。但直到近20年来，随着微生物学、生物化学等学科发展和工程实践的积累，不断开发出新的厌氧处理工艺，克服了传统工艺的水力停留时间长，有机负荷低等特点，使它在理论和实践上有了很大进步，在处理高浓度(BOD5≥2000mg/L)有机废水方面取得了良好效果。•厌氧生物处理有许多优点，最主要的是能耗少，操作简单，因此投资及运行费用低廉，而且由于产生的剩余污泥量少，所需的营养物质也少，如其BOD5/P只需为4000∶1，虽然渗滤液中P的含量通常少于1mg/L，但仍能满足微生物对P的要求。用普通的厌氧硝化，35℃、负荷为1kgCOD/(m3·d)，停留时间10d，渗滤液中COD去除率可达90%。•近年来，开发的厌氧生物处理方法有：厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧硝化等。•6.1厌氧生物滤池•厌氧滤池适于处理溶解性有机物，加拿大HalifaxHighway101填埋场渗滤液平均COD为12850mg/L、BOD5/COD为0.7，pH为5.6。将此渗滤液先经石灰水调节至pH=7.8，沉淀1h后进厌氧滤池(此工序还起到去除Zn等重金属的作用)，当负荷为4kgCOD/(m3·d)时，COD去除率可达92%以上；当负荷再增加时，其去除率急剧下降。•加拿大Toronto大学的J.G.Henry等也在室温条件下成功地用厌氧滤池分别处理年龄为1.5年和8年的填埋场渗滤液，它们的COD各为14000mg/L和4000mg/L，BOD5/COD各为0.7和0.5，当负荷为1.26～1.45kgCOD/(m3·d)，水力停留时间为24～96h时，COD去除率均可达90%以上。当负荷再增加，其去除率也急剧下降。由此可见，虽然厌氧滤池处理高浓度有机污水时负荷可达5～20kgCOD/(m3·d)，但对于渗滤液其负荷必须保持较低水平才能得到理想的处理效果。•6.2上向流式厌氧污泥床•升流式厌氧污泥床(UASB)，•在厌氧分解时，有机氮转为氨氮，且存在NH4+NH3+H+反应。若pH7时，平衡中的NH3占优