针对垃圾渗滤液COD、NH3-N浓度高,可生化性差等特点,本文采用了微电解法和混凝法预处理,厌氧膜生物反应器组合工艺,研究不同工艺处理条件下,该工艺对垃圾渗滤液中COD及NH3-N的去除特性.实验结果表明:采用微电解/混凝/厌氧膜生物反应器组合工艺处理垃圾渗滤液,特别是高浓度的垃圾渗滤液具有很好的效果.当原水COD高达9 160mg/L,NH3-N高达3 000 mg/L,经该工艺处理后COD低于60 mg/L,NH3-N低于15 mg/L,均可满足国家一级排放标准

丛利泽

谢忠

郑天凌

Xiamen University Institutional Repository

第 45 卷 　第 6 期 厦门大学学报 (自然科学版) Vol. 45 　No. 6　2006 年 11 月 Journal of Xiamen University (Nat ural Science) Nov. 2006 　微电解/ 混凝/ 厌氧膜生物反应器组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液丛利泽 ,郑天凌 3 ,谢　忠(厦门大学生命科学学院 ,福建 厦门 361005)　　收稿日期 :2005208223基金项目 :国家教育部骨干教师资助项目作者简介 :丛利泽 (1979 - ) ,男 ,硕士研究生.3 通讯作者 :wshwzh @jingxian. xmu. edu. cn摘要 : 针对垃圾渗滤液 COD、N H32N 浓度高 ,可生化性差等特点 ,本文采用了微电解法和混凝法预处理 ,厌氧膜生物反应器组合工艺 ,研究不同工艺处理条件下 ,该工艺对垃圾渗滤液中 COD 及 N H32N 的去除特性. 实验结果表明 :采用微电解/混凝/ 厌氧膜生物反应器组合工艺处理垃圾渗滤液 ,特别是高浓度的垃圾渗滤液具有很好的效果. 当原水 COD 高达 9 160mg/ L ,N H32N 高达 3 000 mg/ L ,经该工艺处理后 COD 低于 60 mg/ L ,N H32N 低于 15 mg/ L ,均可满足国家一级排放标准.关键词 : 垃圾渗滤液 ;微电解 ;混凝 ;厌氧膜生物反应器中图分类号 :X 506 　　　　　文献标识码 :A 　　　　　文章编号 :043820479 (2006) 0620824204　　城市生活垃圾卫生填埋场的渗滤液成分十分复杂 ,其中各类有机物成分多达 100 种以上[1 ] ,并且随着垃圾填埋场使用年限的增加 ,渗滤液的可生化性逐渐降低[ 2 ] . 研究表明渗滤液中不仅 N H32N 和 COD 的比例过高[3～5 ] ,而且营养元素比例也随时间的延长而逐渐降低 ,并且随着填埋场使用年限的延长 ,渗滤液中的有机污染物和重金属离子随水量变化的相关性很差[6 ] ,尤其对运行较长时间的填埋场 ,重金属离子对渗滤液处理的影响更为严重[7～9 ] . 本研究拟采用微电解/混凝为垃圾渗滤液的预处理 ,改善垃圾渗滤液的可生化性 ,再用厌氧膜生物反应器进行生化处理 ,为垃圾渗滤液的工业化应用提供了理论基础.1 　实验部分1 . 1 　实验流程与方法采用的工艺流程如图 1.微电解填料用 2 %稀 HCl 浸泡 30 min 激活后 ,装入柱内. 垃圾渗滤液经 H2 SO4 调节 p H 后 ,进入电解柱内 ,控制底部出水水流的速度来调节电解时间. 微电解出水中加入生石灰使 p H = 8. 0 ,进行混凝沉淀 ;用p H 值大小控制生石灰的投加量 ,沉淀后的上清液进入厌氧膜生物反应器.厌氧膜生物反应器 ,主体采用全密封钢桶 ,容积为120 L ;膜分离单元采用侧压式微滤膜组件 ,采用液位　图 1 　工艺流程图　Fig. 1 　Experimental selectors in flow chat控制的方式来保障反应器内稳定的液位高度 ,整套系统采用 PL C 系统进行控制. 在系统的运行中 ,稳定厌氧膜生物反应器的进水 p H = 8. 0 ,水力停留时间为 24h ,膜出水的通量为 5 L/ m2 h ,通过加热棒将温度控制在 36 ℃;监测其 COD、N H32N 等的变化情况.1 . 2 　材 　料(1)研究用水本文所用垃圾渗滤液为厦门某生活垃圾填埋场渗滤液调节池内高浓度的有机污水 ,水质情况见表 1.表 1 　研究用原水组分及浓度Tab. 1 　Initial leachate composition and current densities　水质指标 浓度/ (mg ·L - 1 )COD 8500～11000BOD5 2300～2500N H32N 2700～3100p H 6. 0～7. 0从表中可知 ,废水的 B/ C = 0. 28 ,生化性一般.(2)菌种的筛选及驯化菌种取自垃圾填埋场渗滤液调节池污泥 ,加入到厌氧膜生物反应器前 ,先用一定量的培养液培养 4 周 ,然后进行驯化. 驯化时将经过微电解、混凝预处理后的垃圾渗滤液进行梯度稀释 ,逐渐提高进水浓度直至最后进水全部为电解混凝后的清液 ,出水 COD 稳定在100 mg/ L 以内驯化完毕.(3)使用药品生石灰、HCl、H2 SO4 .(4)分析方法纳氏试剂比色法测定 N H32N ;重铬酸钾法测定COD ;微生物膜法测定 BOD5 .表 2 　渗滤液水样在不同 p H 及电解时间下微电解/ 混凝处理结果　Tab. 2 　Elect rochemical/ chemical coaghlation result s of landfill leachate at different p H and elect rolysis timep H时间(min)COD微电解COD(mg ·L - 1 )Removal rate( %)微电解/ 混凝COD(mg ·L - 1 )Removal rate( %)N H32N微电解N H32N(mg ·L - 1 )Removal rate( %)微电解/ 混凝N H32N(mg ·L - 1 )Removal rate( %)111111020304050600057805330538055103537424140510048604480463045304447515051102091089087088066707071716806506607207207778787676222221020304050643059005240548055003036434040534048904320430044504247535351122011009008708605963707171780820720780780747376737333333102030405062205600505051004980323945444652104750419043304220434854535213401010950850870556668717195082076075078068737575744444410203040507120680064106810678022263026265800556054605320543037394042411690149012501300126044505857581320125011401140101056586262665555510203040507560720068706900680017212525266150568054205410538033384141411800167014101380149040445354501590142012001030131047536066562 　结果与讨论2 . 1 　微电解/ 混凝实验微电解处理是本工艺关键措施 ,在同样条件下(p H、电解时间 ) COD、N H32N 的去除率分别达到30 %～40 %及 60 %～70 %左右 ,加上混凝后效果更佳 ,此工艺简单可行. 综合各方面因素 (包括成本) ,我们看到 ,在 p H = 3、停留时间为 30 min 时 ,微电解/ 混凝预处理达到了预期的处理效果 ,对 COD 的去除率为 54 % , N H32N 的去除率为 75 % ,是较好的工艺条件.在微电解过程中 ,在填料与酸化的垃圾渗滤液接触时 ,自身形成无数微小的原电池 ,在阴阳两级分别发生氧化还原发应. 水通过电化学作用产生 O H ,该基团具有很强的氧化活性 ,氧化反应如下 :2 H2 O →2O H + 2 H + + 2e有机物 + O H →CO2 + H2 O2N H3 + 6O H →N2 ↑+ 6 H2 O2O H → H2 O + 1/ 2 O2图 2、3 表示了电解时间、p H 对微电解处理效果的影响. 由图 2 可知 ,随着电解时间的延长 , COD、N H32N 的去除率逐渐升高 ,但当电解时间在 30 min以后再延长时 COD、N H32N 的去除效果基本保持一定. 由图 3 可知 ,随着进水的 p H 逐渐降低 , COD、·528·第 6 期 　　　　　　 　 　丛利泽等 :微电解/ 混凝/ 厌氧膜生物反应器组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液　图 2 　电解时间与 COD、N H32N 的去除率的关系　Fig. 2 　Removal efficiency of COD 、N H32N VS elect roly2sis time in micro2elect rolyse t reatment processN H32N 的去除率逐渐升高. 当 p H 值为 3 情况下继续降低时 ,COD 与 N H32N 的去除率没有显著变化 ,COD的去除率还略有上升. 这可能是由于微电解进水 p H过低 ,导致微电解填料中溶出过多的 Fe2 + ,而过多的Fe2 + 影响了测量的结果.表 3 　厌氧膜生物反应器处理结果Tab. 3 　The test result of anaerobic membrane bioreactor　　　时间/ d 1 4 7 10 13 16 19 21 24 28入水量/ (L ·h - 1 ) 2. 0 2. 5 3. 0 4. 0 5. 0 5. 0 5. 0 5. 0 5. 0 5. 0膜反应器内污水 COD/ (mg ·L - 1 ) 220 560 570 850 1080 1230 900 1380 1020 1340膜反应器出水 COD/ (mg ·L - 1 ) 30 39 41 45 48 50 49 48 51 48N H32N/ (mg ·L - 1 ) 13 14 11 12 12 14 10 11 9 10ML SS/ (g ·L - 1 ) 0. 1 0. 4 2. 6 6. 6 10 11 12 12 12 13微电解出水 p H = 6. 5～7. 0 之间 ,颜色为淡绿色.用生石灰将微电解出水调至 p H = 8. 0 ,沉淀后的清夜无色透明 ,对色度的去除很有效.经过对比实验得知 ,当 p H = 3、电解时间为 30min 时 COD、N H32N 的去除最为理想. 电解时间过短则电解不完全 ,垃圾渗滤液中的有机物不能得到充分的电解氧化 ,导致 COD 去除率偏低. 而当电解超过一定时间时 ,垃圾渗滤液中可以被电解氧化的有机物已经电解完全 ,余下的有机物是不能通过电解氧化去除的 ,电解时间过长不利于 COD 的去除. 同样 p H 过低或过高也不利于 COD 的去除 ,p H 过高电解不完全 ,p H 过低会消耗大量的酸 ,铁的消耗量也变大 ,增加了成本 ,对 COD 的去除也不利.因此 ,以下所用的电解出水均为在 p H = 3、停留时间为 30 min 的出水经生石灰沉淀后的上清夜. 此时 ,测得上清夜的BOD5 = 1 680 mg/ L ,B/ C = 0. 40 ,渗滤液的可生化性得到了很大的提高.2 . 2 　厌氧膜生物反应器在本实验中将微电解、混凝处理后的污水直接进入厌氧膜生物反应器. 30 d 的运行试验 ,试验结果见表 3.　图 3 　p H 与 COD、N H32N 的去除率的关系　Fig. 3 　Removal efficiency of COD 、N H32N VS p H　图 4 　膜生物反应器与 COD 去除率之间的关系　Fig. 4 　Removal efficiency of COD VS Membrane Bio2Reactor由表 3 可以看出厌氧膜生物反应器的出水水质好 ,且非常稳定 ,COD、N H32N 的含量低于国家一级排放标准 (COD ≤60 mg/ L ,N H32N ≤15 mg/ L) [10 ] .由图 4 可以看出 ,在厌氧膜生物反应器中 ,当反应器中的微生物活性受到抑制 ,生化反应对 COD 的去除率低下 ,而过膜出水的 COD 含量依然较低 ,去除率非常稳定. 由此可见在采用此工艺处理垃圾渗滤液时 ,COD 的去除是通过厌氧生化反应和膜的截留共同实现的.由表 3 可以看出 ,厌氧膜生物反应器的污泥浓度可以达到 13 g/ L ,比常规的生物反应器的污泥浓度 2～3 g/ L 高出很多. 提高了反应器的负荷能力 ,提高了处理效率. 我们研究进一步说明了在厌氧膜生物反应·628· 厦门大学学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　2006 年器中 ,COD、N H32N 的去除率较高. 一方面是因为在厌氧膜生物反应器中污泥增长较快 ,消耗了渗滤液中大量的有机物和 N H32N ;另一方面由于实验过程中需要连续的向反应器内补充废水 ,因此反应器内形成了一个微氧的环境 ,而微氧环境更加有利于 N H32N 的去除. 而且由于微电解过程中部分 N H32N 会被氧化成NO3 - 、NO2 - ,由此可以推测反应过程中可能存在着短程硝化与厌氧氨氧化途径[ 11 ] .3 　结　论(1) 在微电解/ 混凝反应中 ,应控制进水 p H = 3、水力停留时间为 30 min. 出水用生石灰调 p H = 8. 0.p H 过低沉淀不完全 ,过高将增加成本 ,也不利于后续的生化处理. 微电解是处理高浓度的废水的一种很有效的方法 ,特别是生化性较差 ,用普通生化方法难于处理的废水效果明显.(2)通过微电解/ 混凝预处理可去除渗滤液中的大部分 N H32N 和重金属离子 ,改善了废水的可生化性 ,有利于后续生化处理.(3)厌氧膜生物反应器对 COD 的去除是通过生化反应与膜截留作用共同实现的 ,提高了处理效率 ,并且有利于保证系统运行的稳定性. 此方法节省了普通生化法中的沉淀池 ,提高了污泥浓度 ,经过长时间的运行 ,污泥本身也会被部分降解掉 ,减少了沉淀池内污泥的二次污染问题 ,有望实现完全无污染化处理.(4)厌氧膜生物反应器的污泥泥龄较长 ,适合硝化、反硝化细菌的生长. 硝化、和反硝化作用是去除N H32N 的主要方式 ,因此 N H32N 的去处效率得到了提高.(5)厌氧膜生物反应器的污泥浓度较高 ,增加了反应器的负荷能力 ,提高了处理效率.参考文献 :[1 ] 　张军 ,吕伟娅 ,聂梅生 ,等. MBR 在无水处理和回用工艺中的应用[J ] . 环境工程 ,2001 ,19 (5) :9 - 11.[2 ] 　张兰英 ,韩静磊 ,安胜姬 ,等. 垃圾渗滤液中有机污染物的污染及去除[J ] . 中国环境科学 ,1998 ,18 (2) :184 - 188.[3 ] 　蒋海涛 ,周恭明 ,高廷耀 ,等. 城市垃圾填埋场渗滤液的水质特性[J ] . 环境保护科学 ,2002 ,28 (3) :11 - 13.[4 ] 　王罗春 ,刘疆鹰 ,赵由才 ,等. 城市生活垃圾填埋场渗滤液特性及其处理 [J ] . 环境污染与防治 ,1998 ,11 (2) : 88 -90.[5 ] 　胡允良.法国城市垃圾渗滤液的性质及其处理方法 [J ] .上海环境科学 ,1999 ,18 (1) ,37 - 44.[6 ] 　张彤 ,赵庆祥 ,朱怀兰. 城市垃圾渗滤液及其生物处理对策[J ] . 城市环境与城市生态 ,1994 ,7 (4) :44 - 48.[7 ] 　杨云军 ,李庭刚 ,堵国成 ,等. 电解氧化法预处理垃圾渗滤液[J ] . 环境科学研究 ,2003 ,16 (6) 53 - 56.[8 ] 　沈耀良 ,杨铨大 ,王宝贞. 垃圾渗滤液的混凝2吸附预处理研究[J ] . 中国给水排水 ,1999 ,15 (11) :10 - 14.[9 ] 　吴自强 ,刘志宏 ,曹刚. 膜生物反应器处理废水技术研究的进展[J ] . 工业水处理 ,2001 ,21 (6) :1 - 3.[10 ] 　GB 897821996 ,污水综合排放标准 (适用于 1998 年 1 月1 日以后建设的设施) [ S] .[11 ] 　郭勇 ,杨平 ,罗光华. 垃圾渗滤液生物脱氮新途径 [J ] . 城市环境与城市生态 ,2003 ,16 (2) :59 - 61.Treatment of High Concentration Landf ill Leachate by CombiningElectrochemical/ Chemical Coagulation/ AnaerobicMembrane Bio2reactor ProcessCON G Li2ze ,ZH EN G Tian2ling 3 ,XIE Zhong(School of Life Sciences , Xiamen University , Xiamen 361005 , China)Abstract : As a fact , until now urban landfill leachate is very difficult to be t reated with t raditional technique because it’s high CODand N H32N contains. In this article urban landfill leachate were t reated by combining process of elect rochemical/ chemical coagula2tion / anaerobic membrane bio2reactor. After elect rochemical and chemical coagulation pret reatment of urban landfill leachates , CODand N H32N content s are reduced , and the ability of bio2chemial is improved. In this case , anaerobic membrane bio2reactor can be usedto t reat effectively these residual COD and N H32N. The combination of membrane separation technology and bioreactors has lead to anew focus on wastewater t reatment . The application of membranes has led to very compact wastewater t reatment systems with anexcellent effluent quality. The result showed that this way is very perfect , the landfill leachate with COD = 9 160 mg/ L , N H32N = 3000 mg/ L were reduced to 60 mg/ L and 15 mg/ L respectively by this p rocess. Both of them needed the reject requirement s.Key words : landfill leachate ; elect rochemical ; chemical coagulation ; anaerobic membrane bio2reactor·728·第 6 期 　　　　　　 　 　丛利泽等 :微电解/ 混凝/ 厌氧膜生物反应器组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液

微电解/混凝/厌氧膜生物反应器组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液

http://dspace.xmu.edu.cn/bitstream/handle/2288/25992/%e5%be%ae%e7%94%b5%e8%a7%a3_%e6%b7%b7%e5%87%9d_%e5%8e%8c%e6%b0%a7%e8%86%9c%e7%94%9f%e7%89%a9%e5%8f%8d%e5%ba%94%e5%99%a8%e7%bb%84%e5%90%88%e5%b7%a5%e8%89%ba%e5%a4%84%e7%90%86%e9%ab%98%e6%b5%93%e5%ba%a6%e5%9e%83%e5%9c%be%e6%b8%97%e6%bb%a4%e6%b6%b2.pdf?sequence=1&isAllowed=y

微电解/混凝/厌氧膜生物反应器组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Xiamen University Institutional Repository