李　軍,　王寶貞,　王淑瑩,　趙紅靜
( 1.北京工業大學建筑工程學院,北京100022;2.哈爾濱工業大學市政環境工程學院 ,黑龍江哈爾濱150090)

　　摘　要:開發了一種適于處理高濃度垃圾滲濾液的工藝。試驗表明,采用復合厭氧反應器和A/O淹沒式生物膜曝氣池及堿化吹脫塔技術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生填埋場的設計。 　
　　關鍵詞:生活垃圾滲濾液;　復合厭氧反應器;　A/O淹沒式生物膜曝氣池;　堿化吹脫塔中
　　圖分類號:x505　　文獻標識碼:a　　　文章編號: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

　　由垃圾填埋產生的滲濾液會導致地下水和地表水的二次污染[1～3],因此需根據滲濾液的水質、水量特點及排放要求采用切實可行的治理方法。

1　處理工藝選擇

　　各地的垃圾滲濾液水質情況見表1。其中深圳市垃圾填埋滲濾液水質與其他城市的相比,具有COD、BOD和氨氮濃度高的特點。試驗期間測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廢水,但其COD有時高達25000mg/L,若要使出水COD<600mg/L(去除率達98.6%),需選用高效節能的厭氧生物處理且后接好氧生物處理技術,同時由于該滲濾液氨氮含量高達400～1500mg/L,若要出水氨氮<25mg/L,必須進行脫氮處理,因此確定試驗流程如下:
　　原生滲濾液→復合厭氧反應器→堿化吹脫塔→A/O淹沒式生物膜曝氣池→混凝沉淀池→城市下水道

2　試驗裝置

　　試驗裝置如圖1所示。

2.1　復合厭氧反應器
　　復合厭氧反應器由底部的uasb和上部的abf(厭氧生物膜區)組成。由于其上部的生物膜載體填料(盾式復合材料)對懸浮污泥具有很好的捕集截留效能,且不影響氣體分離,因此不必設三相分離器(只設溢流出水槽和集氣室即可)。該反應器生物量大、生物相豐富,可承受較高的有機負荷,比uasb構造簡單且處理效果好。
復合厭氧反應器呈圓筒形,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);上部為淹沒式生物膜區(高為0.9m),內裝復合填料。淹沒式生物膜層之上有0.25m高的澄清區,澄清水經周邊式溢流堰流入環形集水槽。反應器的總容積為1.16m,其中污泥床區為0.4m、淹沒式生物膜區則為0.43m3、澄清區為0.13m3、集氣室為0.2m3。穩定運行時進水量為20L/h(0.48m3/d),水力停留時間為2d。在第3至第6個月,反應器內溫度為20～34℃。
2.2　堿化吹脫塔
　　厭氧反應器出水氨氮含量達1000mg/L以上且COD/氨氮僅為4左右,若讓其直接進入A/O淹沒式生物膜曝氣池則很難實現生物脫氮,因此先利用堿化吹脫塔進行部分脫氮,即首先加堿使滲濾液呈堿性(ph>9),其中的銨離子轉化為游離氨,然后送入吹脫塔以噴淋和鼓風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,內裝1.2m高的球形塑料填料。厭氧反應器出水流入循環水池,用泵抽送至吹脫塔頂部進行噴淋布水,通過在吹脫塔后部安裝的兩臺鼓風機強制空氣流自上而下流經填料并與水逆流接觸。
從循環蓄水池用泵抽水(500L/h)至吹脫塔,該池的排水量為20L/h,循環比為25∶1,鼓風機吹送空氣量為70m/(h·臺),氣水比為280∶1。循環集水槽內水量為102L,水力停留時間為5h。
2.3　A/O淹沒式生物膜曝氣池
　　A/O淹沒式軟填料生物膜法的優點是在載體上附著形成生物膜的不同部位有各自的優勢菌種,即在a段以反硝化和異養菌為主,而在o段的前部和后部分別以異養菌和硝化菌為優勢菌種。由于在淹沒式生物膜中硝化和反硝化菌的生存環境遠比活性污泥法優越,因此完成硝化和反硝化所需時間縮短(約為延時曝氣池法的1/3～1/2)。此外,淹沒式軟填料生物膜上的菌種更為多樣,構成的食物鏈長,多余的生物膜大部分被原生動物和后生動物作為食料消耗掉,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
　　厭氧反應器接種城市污水廠消化池的污泥,隨著培養時間的延長,其COD去除率逐漸提高,3個月后COD去除率達70%,并有沼氣產生,此時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行動態培養,歷時2個月后o池中前段生物膜厚而后段生物膜薄,呈棕褐色,鏡檢發現有大量草履蟲和線蟲,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,這說明反硝化菌已開始在填料表面上初步形成(將少量的硝酸鹽還原成氮氣)。

3　結果及討論

3.1　復合厭氧反應器
　　圖2為復合厭氧反應器在兩種不同溫度下的進、出水COD和BOD5變化曲線。

　　圖3為復合厭氧反應器進、出水的總有機揮發酸(tva)和堿度變化曲線。

　　由圖2可見,厭氧反應器對COD的去除效率受溫度影響較大。水溫為20℃時COD和BOD5的平均去除率分別為70.9%和77.3%;水溫為34℃時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℃,此時的水力停留時間為2d,平均容積負荷為9.5kgCOD/(m·d)。
　　由圖2、3可見,tva與COD變化趨勢基本一致(出水tva隨出水COD降低而下降,當出水tva為700mg/L左右時,出水COD<4500mg/L)。試驗證明,若tva積累過多將會抑制甲烷菌的活性,因此tva可作為厭氧反應器運行是否正常的主要判斷和控制指標。
　　厭氧反應器出水堿度和ph值均高于進水,這是由于甲烷菌將揮發脂肪酸轉化為甲烷的同時產生了重碳酸鹽的緣故。系統出水堿度在2500～5000mg/L之間,說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值時氨氮濃度隨吹脫時間的變化曲線。

　　由圖4可見,氨氮濃度隨吹脫時間延長而下降,在吹脫時間為5h、ph=8.0時(即厭氧出水直接吹脫塔),對氨氮的去除率為35.3%;將ph值用石灰調到9.1時,氨氮去除率上升到67.8%,這是由于ph值對水中游離氨和銨離子的分布有重要影響(ph=8.0時nh3占8%,ph=9.1時nh3占37.4%),所以在相同的吹脫時間條件下,ph=9.1時的氨氮去除率顯著高于ph=8.0時的去除率。從節省藥劑和提高除氨率來綜合考慮,確定適宜的ph值為9.1、吹脫時間為5h、氣水比為280∶1。
　　經吹脫后滲濾液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A/O池的脫氮。此外,取吹脫塔內塑料環填料上的生物膜鏡檢,發現其生物相有鐘蟲、累枝蟲等原生動物,因此在吹脫逸出氨氣的同時微生物對COD和BOD也有一定的降解作用。
3.3　A/O淹沒式生物膜曝氣池
　　垃圾滲濾液經堿化吹脫塔處理后出水氨氮為300mg/L左右,此時COD/氨氮為8左右(比較合理),因此可選擇A/O淹沒式生物膜曝氣池作后續處理,在去除COD的同時脫氮。為了進一步摸索A/O池運行的最佳條件,考察了混合液回流比、水力停留時間等因素對處理效果的影響。
　　回流比是影響A/O池脫氮效果的一個重要因素。理論上,總氮(tn)去除率與回流比的關系為:
　　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,但實際上由于受缺氧段脫氮菌數量的限制及回流水DO濃度的影響,當r>4時硝態氮的去除率將會急劇下降,而缺氧段內的硝態氮負荷與回流比是相互聯系的,相應地進入缺氧段的硝態氮為:

　　當回流比增大時[no-n]降低,但進入缺氧段內的氮負荷相應地增加;同時,由于回流水量的增加使硝態氮在缺氧段內的有效停留時間縮短,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,A/O池內硝酸鹽氮、氨氮、堿度的變化曲線。
　　由圖5可見,在a段氨氮、堿度呈上升趨勢,這是由有機氮氨化、反硝化產堿引起的;進水(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。經過A/O池后的總氮去除率為64.8%。
　　圖6為不同回流比時的no-n濃度在a、o段的變化曲線。

　　由圖6可見,在r=3時脫氮效率最佳,此時的COD總去除率亦為最高(68.6%),故選定r=3。在此基礎上提高進水量、縮短hrt,根據不同hrt時no3-n的去除情況以確定A/O池的最佳hrt。試驗證明,當A/O池hrt從77.5h逐漸縮短至22.1h時,出水氨氮<21mg/L(見圖7),當hrt繼續減小至17.6h時則出水氨氮>49mg/L。為保證出水氨氮<25mg/L,hrt應不小于22.1h。

　　在上述各種條件下A/O池進、出水COD變化在上述各種條件下A/O池進、出水COD變化綜上所述,淹沒式生物膜A/O池適宜的運行條件為:hrt=22.1h(其中a段為6.5h、o段為15.6h)、r=3。在此條件下,當進水平均COD濃度為2290mg/L、氨氮濃度為218mg/L時,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行對比試驗,發現相同投藥量條件下pac對COD的去除率高于fecL3。pac的適宜投量為200～300mg/L,相應去除率約為32.6%,從而確保最后的出水COD<600mg/L。
3.5　系統串聯運行試驗
　　確定了各構筑物的適宜運行參數后,將整個系統串聯起來進行試驗,其COD、氨氮濃度變化如圖9、10所示。

　　由圖可見,該工藝的處理出水可達排入當地城市下水道的標準(COD<600mg/L,氨氮<25mg/L)。

4　生物膜特性

4.1　表觀特性及生物相
　　厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細厭氧反應器中纖維填料上的生物膜呈黑色、細后端的較密實(將膜從纖維填料上洗脫下來觀察,前端的膜片多呈絮狀且個體較大,后端的膜片多呈粒狀且個體較小)。鏡檢發現缺氧段生物膜只有菌膠團,好氧段生物膜在穩定運行期有大量豆形蟲、線蟲、累枝蟲及少量鐘蟲、草履蟲。
4.2　沉降特性及生物量測定
　　首先在A/O池中沿水流方向確定4個取樣點,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水洗脫,把含洗脫膜的水轉入1000mL量筒中重復搓洗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刻度。把量筒中的混合液混勻,然后進行靜置沉淀,分別記下靜沉時間及污泥沉淀層容積。試驗結果匯于表2。

表2 洗脫膜SVI值　　　mL/g 項目 樣品編號 1^# 2^# 3^# 4^# 5^# 6^# SVI 206 200 159 126 206 131

　　由表2可知,堿化吹脫塔內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,使出水水質穩定。
　　分別取上述混勻的洗脫膜混合液100mL,經103～105℃烘干測定得各池中生物量為:
　　厭氧反應器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→復合式厭氧 反應器→堿化吹脫塔→A/O淹沒式生物膜曝氣池 →混凝沉淀→出水。復合厭氧反應器的水力停留時 間為2.0d、容積負荷為9.5kgCOD/(m3·d)、水溫 為34℃時,其對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 比為25∶1、氣水比為280∶1時,堿化吹脫塔對氨氮 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 ,在該工藝參數下COD去除率為71.7%、氨氮去除 率為90.8%;A/O池出水經同步化學沉淀,可使最 終出水達到排入當地城市下水道標準(COD<6 00mg/L、氨氮<25mg/L)。

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