李　軍,　王寶貞,　王淑瑩,　趙紅靜
( 1.北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,北京100022;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院 ,黑龍江哈爾濱150090)

　　摘　要:開(kāi)發(fā)了一種適于處理高濃度垃圾滲濾液的工藝。試驗(yàn)表明,采用復(fù)合厭氧反應(yīng)器和A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池及堿化吹脫塔技術(shù)可以有效地去除滲濾液中的COD、BOD和氨氮。該成 果已用于深圳下坪垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)。 　
　　關(guān)鍵詞:生活垃圾滲濾液;　復(fù)合厭氧反應(yīng)器;　A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池;　堿化吹脫塔中
　　圖分類(lèi)號(hào):x505　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a　　　文章編號(hào):1000-4602(2002)03-0001-06

piLot scaLe study on the treatment of DOmestic landfill Leachate

LiJun1,　wangbao zhen2,　wangshu ying1,　zhaohong Jing2
( 1.schooL of construction engineering,beiJing poLytec unicuniversity,BeiJing 100022,china;
2 .schooL of municipaL and environmentaL engineering,harbin institute of technoLogy,harbin 150090,china)

　　Abstract:　an appLicabLe system was deveLoped to treat the high strength Landfill leachate.the experimentaL resuLts show that COD,BOD and nh3-nin the Leachate can be removed effectiveLy by using hybrid anaerobic reactor/a mmonia stripper/anoxic -oxic sub merged biofiLm aeration basin process.the system has been appLied to the design of xiaping sanitary Landfill in the city of shenzhen.　
　　Keywords:　DOmestic Landfill Leachate;　hybrid anaerobic reactor;　A/Osubmerged biofiLm aera-tionbasin;　ammonia stripper

　　由垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液會(huì)導(dǎo)致地下水和地表水的二次污染[1～3],因此需根據(jù)滲濾液的水質(zhì)、水量特點(diǎn)及排放要求采用切實(shí)可行的治理方法。

1　處理工藝選擇

　　各地的垃圾滲濾液水質(zhì)情況見(jiàn)表1。其中深圳市垃圾填埋滲濾液水質(zhì)與其他城市的相比,具有COD、BOD和氨氮濃度高的特點(diǎn)。試驗(yàn)期間測(cè)定生活垃圾滲濾液的BOD/COD為0.4～0.7,屬于易生物降解有機(jī)廢水,但其COD有時(shí)高達(dá)25000mg/L,若要使出水COD<600mg/L(去除率達(dá)98.6%),需選用高效節(jié)能的厭氧生物處理且后接好氧生物處理技術(shù),同時(shí)由于該滲濾液氨氮含量高達(dá)400～1500mg/L,若要出水氨氮<25mg/L,必須進(jìn)行脫氮處理,因此確定試驗(yàn)流程如下:
　　原生滲濾液→復(fù)合厭氧反應(yīng)器→堿化吹脫塔→A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池→混凝沉淀池→城市下水道

2　試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置如圖1所示。

2.1　復(fù)合厭氧反應(yīng)器
　　復(fù)合厭氧反應(yīng)器由底部的uasb和上部的abf(厭氧生物膜區(qū))組成。由于其上部的生物膜載體填料(盾式復(fù)合材料)對(duì)懸浮污泥具有很好的捕集截留效能,且不影響氣體分離,因此不必設(shè)三相分離器(只設(shè)溢流出水槽和集氣室即可)。該反應(yīng)器生物量大、生物相豐富,可承受較高的有機(jī)負(fù)荷,比uasb構(gòu)造簡(jiǎn)單且處理效果好。
復(fù)合厭氧反應(yīng)器呈圓筒形,直徑為0.8m,底部為圓錐體,頂部由溢流堰槽和集氣室組成,總高度為2.5m。反應(yīng)器主體分為上、下兩部分,下部為污泥床(高為1.1m,錐體部分為0.5m);上部為淹沒(méi)式生物膜區(qū)(高為0.9m),內(nèi)裝復(fù)合填料。淹沒(méi)式生物膜層之上有0.25m高的澄清區(qū),澄清水經(jīng)周邊式溢流堰流入環(huán)形集水槽。反應(yīng)器的總?cè)莘e為1.16m,其中污泥床區(qū)為0.4m、淹沒(méi)式生物膜區(qū)則為0.43m3、澄清區(qū)為0.13m3、集氣室為0.2m3。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)進(jìn)水量為20L/h(0.48m3/d),水力停留時(shí)間為2d。在第3至第6個(gè)月,反應(yīng)器內(nèi)溫度為20～34℃。
2.2　堿化吹脫塔
　　厭氧反應(yīng)器出水氨氮含量達(dá)1000mg/L以上且COD/氨氮僅為4左右,若讓其直接進(jìn)入A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池則很難實(shí)現(xiàn)生物脫氮,因此先利用堿化吹脫塔進(jìn)行部分脫氮,即首先加堿使?jié)B濾液呈堿性(ph>9),其中的銨離子轉(zhuǎn)化為游離氨,然后送入吹脫塔以噴淋和鼓風(fēng)吹脫方式去除游離氨。吹脫塔呈圓筒形,直徑為0.8m,高為2.0m,內(nèi)裝1.2m高的球形塑料填料。厭氧反應(yīng)器出水流入循環(huán)水池,用泵抽送至吹脫塔頂部進(jìn)行噴淋布水,通過(guò)在吹脫塔后部安裝的兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣流自上而下流經(jīng)填料并與水逆流接觸。
從循環(huán)蓄水池用泵抽水(500L/h)至吹脫塔,該池的排水量為20L/h,循環(huán)比為25∶1,鼓風(fēng)機(jī)吹送空氣量為70m/(h·臺(tái)),氣水比為280∶1。循環(huán)集水槽內(nèi)水量為102L,水力停留時(shí)間為5h。
2.3　A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池
　　A/O淹沒(méi)式軟填料生物膜法的優(yōu)點(diǎn)是在載體上附著形成生物膜的不同部位有各自的優(yōu)勢(shì)菌種,即在a段以反硝化和異養(yǎng)菌為主,而在o段的前部和后部分別以異養(yǎng)菌和硝化菌為優(yōu)勢(shì)菌種。由于在淹沒(méi)式生物膜中硝化和反硝化菌的生存環(huán)境遠(yuǎn)比活性污泥法優(yōu)越,因此完成硝化和反硝化所需時(shí)間縮短(約為延時(shí)曝氣池法的1/3～1/2)。此外,淹沒(méi)式軟填料生物膜上的菌種更為多樣,構(gòu)成的食物鏈長(zhǎng),多余的生物膜大部分被原生動(dòng)物和后生動(dòng)物作為食料消耗掉,所以其剩余生物膜僅為活性污泥法剩余污泥量的1/10～1/5。
2.4　污泥和生物膜的培養(yǎng)
　　厭氧反應(yīng)器接種城市污水廠消化池的污泥,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),其COD去除率逐漸提高,3個(gè)月后COD去除率達(dá)70%,并有沼氣產(chǎn)生,此時(shí)底部的厭氧污泥和填料上的生物膜趨于成熟;A/O池采用城市污水廠二沉池中的污泥接種并進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng),歷時(shí)2個(gè)月后o池中前段生物膜厚而后段生物膜薄,呈棕褐色,鏡檢發(fā)現(xiàn)有大量草履蟲(chóng)和線(xiàn)蟲(chóng),a池中生物膜呈黑褐色,密度較大并有小氣泡吸附在填料表面,這說(shuō)明反硝化菌已開(kāi)始在填料表面上初步形成(將少量的硝酸鹽還原成氮?dú)?。

3　結(jié)果及討論

3.1　復(fù)合厭氧反應(yīng)器
　　圖2為復(fù)合厭氧反應(yīng)器在兩種不同溫度下的進(jìn)、出水COD和BOD5變化曲線(xiàn)。

　　圖3為復(fù)合厭氧反應(yīng)器進(jìn)、出水的總有機(jī)揮發(fā)酸(tva)和堿度變化曲線(xiàn)。

　　由圖2可見(jiàn),厭氧反應(yīng)器對(duì)COD的去除效率受溫度影響較大。水溫為20℃時(shí)COD和BOD5的平均去除率分別為70.9%和77.3%;水溫為34℃時(shí)COD和BOD5的平均去除率上升到83.3%和88.4%,故合適的處理溫度為34℃,此時(shí)的水力停留時(shí)間為2d,平均容積負(fù)荷為9.5kgCOD/(m·d)。
　　由圖2、3可見(jiàn),tva與COD變化趨勢(shì)基本一致(出水tva隨出水COD降低而下降,當(dāng)出水tva為700mg/L左右時(shí),出水COD<4500mg/L)。試驗(yàn)證明,若tva積累過(guò)多將會(huì)抑制甲烷菌的活性,因此tva可作為厭氧反應(yīng)器運(yùn)行是否正常的主要判斷和控制指標(biāo)。
　　厭氧反應(yīng)器出水堿度和ph值均高于進(jìn)水,這是由于甲烷菌將揮發(fā)脂肪酸轉(zhuǎn)化為甲烷的同時(shí)產(chǎn)生了重碳酸鹽的緣故。系統(tǒng)出水堿度在2500～5000mg/L之間,說(shuō)明該滲濾液堿度有一定的緩沖能力。
3.2　堿化吹脫塔
　　圖4是在水溫為20℃、不同ph值時(shí)氨氮濃度隨吹脫時(shí)間的變化曲線(xiàn)。

　　由圖4可見(jiàn),氨氮濃度隨吹脫時(shí)間延長(zhǎng)而下降,在吹脫時(shí)間為5h、ph=8.0時(shí)(即厭氧出水直接吹脫塔),對(duì)氨氮的去除率為35.3%;將ph值用石灰調(diào)到9.1時(shí),氨氮去除率上升到67.8%,這是由于ph值對(duì)水中游離氨和銨離子的分布有重要影響(ph=8.0時(shí)nh3占8%,ph=9.1時(shí)nh3占37.4%),所以在相同的吹脫時(shí)間條件下,ph=9.1時(shí)的氨氮去除率顯著高于ph=8.0時(shí)的去除率。從節(jié)省藥劑和提高除氨率來(lái)綜合考慮,確定適宜的ph值為9.1、吹脫時(shí)間為5h、氣水比為280∶1。
　　經(jīng)吹脫后滲濾液COD也得到了部分去除(去除率為19.7%),吹脫出水的COD/氨氮為8,DO<0.2mg/L,有利于后續(xù)A/O池的脫氮。此外,取吹脫塔內(nèi)塑料環(huán)填料上的生物膜鏡檢,發(fā)現(xiàn)其生物相有鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)等原生動(dòng)物,因此在吹脫逸出氨氣的同時(shí)微生物對(duì)COD和BOD也有一定的降解作用。
3.3　A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池
　　垃圾滲濾液經(jīng)堿化吹脫塔處理后出水氨氮為300mg/L左右,此時(shí)COD/氨氮為8左右(比較合理),因此可選擇A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池作后續(xù)處理,在去除COD的同時(shí)脫氮。為了進(jìn)一步摸索A/O池運(yùn)行的最佳條件,考察了混合液回流比、水力停留時(shí)間等因素對(duì)處理效果的影響。
　　回流比是影響A/O池脫氮效果的一個(gè)重要因素。理論上,總氮(tn)去除率與回流比的關(guān)系為:
　　ηtn=r/(1+r)(1)式中　r———回流比　ηtn———總氮去除率
　　顯然r越大,總氮的去除率越高,但實(shí)際上由于受缺氧段脫氮菌數(shù)量的限制及回流水DO濃度的影響,當(dāng)r>4時(shí)硝態(tài)氮的去除率將會(huì)急劇下降,而缺氧段內(nèi)的硝態(tài)氮負(fù)荷與回流比是相互聯(lián)系的,相應(yīng)地進(jìn)入缺氧段的硝態(tài)氮為:

　　當(dāng)回流比增大時(shí)[no-n]降低,但進(jìn)入缺氧段內(nèi)的氮負(fù)荷相應(yīng)地增加;同時(shí),由于回流水量的增加使硝態(tài)氮在缺氧段內(nèi)的有效停留時(shí)間縮短,所以一味地增加回流比并不一定能提高脫氮率。
　　圖5為hrt=77.5h、r=3時(shí),A/O池內(nèi)硝酸鹽氮、氨氮、堿度的變化曲線(xiàn)。
　　由圖5可見(jiàn),在a段氨氮、堿度呈上升趨勢(shì),這是由有機(jī)氮氨化、反硝化產(chǎn)堿引起的;進(jìn)水(混合后)no3-n為29.87mg/L,缺氧段出水no3-n為3.22mg/L,去除率為89.0%。o段的氨氮、堿度都大幅下降,no3-n濃度卻上升,這是由硝化造成的。經(jīng)過(guò)A/O池后的總氮去除率為64.8%。
　　圖6為不同回流比時(shí)的no-n濃度在a、o段的變化曲線(xiàn)。

　　由圖6可見(jiàn),在r=3時(shí)脫氮效率最佳,此時(shí)的COD總?cè)コ室酁樽罡?68.6%),故選定r=3。在此基礎(chǔ)上提高進(jìn)水量、縮短hrt,根據(jù)不同hrt時(shí)no3-n的去除情況以確定A/O池的最佳hrt。試驗(yàn)證明,當(dāng)A/O池hrt從77.5h逐漸縮短至22.1h時(shí),出水氨氮<21mg/L(見(jiàn)圖7),當(dāng)hrt繼續(xù)減小至17.6h時(shí)則出水氨氮>49mg/L。為保證出水氨氮<25mg/L,hrt應(yīng)不小于22.1h。

　　在上述各種條件下A/O池進(jìn)、出水COD變化在上述各種條件下A/O池進(jìn)、出水COD變化綜上所述,淹沒(méi)式生物膜A/O池適宜的運(yùn)行條件為:hrt=22.1h(其中a段為6.5h、o段為15.6h)、r=3。在此條件下,當(dāng)進(jìn)水平均COD濃度為2290mg/L、氨氮濃度為218mg/L時(shí),出水平均COD濃度為662mg/L(去除率為71.1%),出水平均氨氮濃度為20mg/L(去除率為90.8%)。
3.4　混凝沉淀
　　選用pac和fecL3兩種常用混凝劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)相同投藥量條件下pac對(duì)COD的去除率高于fecL3。pac的適宜投量為200～300mg/L,相應(yīng)去除率約為32.6%,從而確保最后的出水COD<600mg/L。
3.5　系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)
　　確定了各構(gòu)筑物的適宜運(yùn)行參數(shù)后,將整個(gè)系統(tǒng)串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),其COD、氨氮濃度變化如圖9、10所示。

　　由圖可見(jiàn),該工藝的處理出水可達(dá)排入當(dāng)?shù)爻鞘邢滤赖臉?biāo)準(zhǔn)(COD<600mg/L,氨氮<25mg/L)。

4　生物膜特性

4.1　表觀特性及生物相
　　厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)厭氧反應(yīng)器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細(xì)后端的較密實(shí)(將膜從纖維填料上洗脫下來(lái)觀察,前端的膜片多呈絮狀且個(gè)體較大,后端的膜片多呈粒狀且個(gè)體較小)。鏡檢發(fā)現(xiàn)缺氧段生物膜只有菌膠團(tuán),好氧段生物膜在穩(wěn)定運(yùn)行期有大量豆形蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)及少量鐘蟲(chóng)、草履蟲(chóng)。
4.2　沉降特性及生物量測(cè)定
　　首先在A/O池中沿水流方向確定4個(gè)取樣點(diǎn),依次取樣后編為1#(a池)、2#(o池前端)、3#(o池中部)、4(o池末端),同樣在厭氧反應(yīng)器中取有代表性的填料編為5,從吹脫塔中取出有代表性的濾球編為6。將填料分別放入容器中加入一定量的自來(lái)水洗脫,把含洗脫膜的水轉(zhuǎn)入1000mL量筒中重復(fù)搓洗3～5次,直至填料上的膜被全部洗脫而填料變成白色為止,再向盛洗脫膜的量筒中加蒸餾水至滿(mǎn)刻度。把量筒中的混合液混勻,然后進(jìn)行靜置沉淀,分別記下靜沉?xí)r間及污泥沉淀層容積。試驗(yàn)結(jié)果匯于表2。

表2 洗脫膜SVI值　　　mL/g 項(xiàng)目 樣品編號(hào) 1^# 2^# 3^# 4^# 5^# 6^# SVI 206 200 159 126 206 131

　　由表2可知,堿化吹脫塔內(nèi)球形填料上的生物膜和A/O池好氧段纖維填料上的生物膜都具有較好的沉降性,o池后段生物膜較前段具有更好的沉降性,有利于脫落生物膜的沉淀,使出水水質(zhì)穩(wěn)定。
　　分別取上述混勻的洗脫膜混合液100mL,經(jīng)103～105℃烘干測(cè)定得各池中生物量為:
　　厭氧反應(yīng)器mLss=3389mg/L;堿化吹脫塔mLss=2157mg/L;A/O池中缺氧段的mLss=2828mg/L;A/O池好氧段mLss=4699mg/L。

5　結(jié)論

　　深圳市垃圾滲濾液含有高濃度COD、BOD5和氨氮,其適宜的處理工藝為:原生滲濾液→復(fù)合式厭氧 反應(yīng)器→堿化吹脫塔→A/O淹沒(méi)式生物膜曝氣池 →混凝沉淀→出水。復(fù)合厭氧反應(yīng)器的水力停留時(shí) 間為2.0d、容積負(fù)荷為9.5kgCOD/(m3·d)、水溫 為34℃時(shí),其對(duì)COD的去除率為83.3%、BOD5去 除率為88.4%;在ph為9.1、hrt為5h、水循環(huán) 比為25∶1、氣水比為280∶1時(shí),堿化吹脫塔對(duì)氨氮 去除率為67.8%、COD去除率為19.7%,吹脫后出 水c/n從4上升到8,有利于A/O池脫氮;A/O淹 沒(méi)式生物膜曝氣池適宜的hrt為22.1h(其中厭 氧段為6.5h、好氧段為15.6h)、混合液回流比為3 ,在該工藝參數(shù)下COD去除率為71.7%、氨氮去除 率為90.8%;A/O池出水經(jīng)同步化學(xué)沉淀,可使最 終出水達(dá)到排入當(dāng)?shù)爻鞘邢滤罉?biāo)準(zhǔn)(COD<6 00mg/L、氨氮<25mg/L)。

參考文獻(xiàn):
[1]ALbaiges J,Casado F,ventura F.organic indivators of groundwater poLLution by a sanitary Landfill[J].Water res,1986,20(9):1153-1159.
[2]　Robinson H D,Naris P J.water pollut[J].controL Fed,1985,57(1):30-38.
[3]　Aeidi zui,SaLim U R,othenan F.The effect of landfill leachate on the environment [A].proceedings of 3rd internationaL conference on appropriate waste manage ment technoLogies for deveLoping countries[C].nerri:nagpur,1995,821-828.
[4]Robinson H D , grantham G.The treatment of Landfill leachate in on site aerated lagoon plant:experience in britain and ireLand[J].water res,1988,22(6):733-747.
[5]　Wang B,Li G,Liu R.Nitrogen removaL by asubmerged biofiLm process with fibrous carriers[J].water sci Tech nol,1992,26(9-11):2039-2042.
[6]　Wang B,tang Q,Liu R,et aL.A study on simuLtaneous organics and nitrogen removaL by extended aeration submerged biofiLm process[J].water sci technoL,1991,24(5):197-214.
[7]　Wang bao zhen,LiJun.simuLtaneous phosphorus and partiaL nitrogen removaL by submerged biofiLm sbrsystem[A].1st worLd water congress of the internationaL water association(iwa)[c].paris:2000.

作者簡(jiǎn)介:李軍(1964-　),　男,　山東淄博人,　北京工業(yè)大學(xué)副教授,　博士,　主要從事污水生物處理技術(shù)研究。電話(huà):(010)65958512(h)　67391648(o)
e-maiL:LiJun@bjpu.edu.cn
收稿日期:2001-10-04