吹脱-水解酸化-SBR法处理垃圾渗滤液

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垃圾渗滤液是在垃圾卫生填埋过程中产生的组成复杂的高浓度有机废水,是由垃圾分解后产生的内源水与外来水分(包括大气降水、地表水等)混合而成。不仅含有大量的有机污染物,还含有高浓度的氨氮和重金属等有害成分。有研究结果表明,在垃圾渗滤液中检出有机污染物77种,由此可见垃圾渗滤液组成的复杂性。

另外,同一垃圾填埋场所产生的渗滤液的性质会随着填埋场的使用时间而变化,即渗滤液的BOD5、CODCr、BOD5/CODCr等指标会随着时间的延长而逐渐降低。相对于新的填埋场,成熟填埋场渗滤液的BOD5、CODCr和BOD5/CODCr较低,而氨氮浓度较高,处理难度相对较大。

根据估算,我国2000年垃圾渗滤液排放量超过2500万m3,其处理技术主要采用生化法和物化法。由于垃圾渗滤液中含有高浓度的有机物,多数采用生化法处理此类废水,取得了一定的成效。但是,该废水中普遍存在的高浓度氨氮制约了生化法对其的处理应用和效果。有研究结果表明,垃圾渗滤液中高浓度的氨氮对微生物活性有抑制作用,会降低生化系统对有机污染物的降解效率,从而导致处理出水难于达到要求。

本文研究采用吹脱—水解酸化—SBR工艺处理垃圾渗滤液,其中采用空气吹脱技术作为预处理,初步降低废水中氨氮的浓度。生物水解酸化处理在降低有机污染物浓度的同时可以提高废水的可生化性,这对于采用生化法处理BOD/COD较低的成熟填埋场渗滤液具有促进作用。

该方法融合了A/O工艺等高负荷活性污泥法的优点,耐冲击负荷能力强,对有机污染物去除效果好,特别是通过对反应器的运行时段和次序的控制,可达到良好的脱氮效果。

1 试验内容

1.1 废水来源及水质特征

试验所用垃圾渗滤液取自香港某垃圾填埋场,该场使用时间已超过10年,属成熟填埋场。因此,与新填埋场相比较,其渗滤液中有机物浓度相对较低,CODCr为4000—4500mg/L,但氨氮浓度高达1400mg/L左右,pH值718—910,水色呈黄褐色。

1.2 工艺流程

试验采用吹脱—水解酸化—SBR工艺,见图1。

1.3 试验方法

吹脱预处理采用鼓风曝气方式吹脱废水中的氨氮,以降低氨氮浓度,剩余氨氮和水中的有机物在后续生化系统中进行降解。通过改变pH值、反应时间等条件,研究空气吹脱法去除氨氮的最佳反应条件。

生化系统采用水解酸化—SBR工艺。废水经过吹脱处理后进入水解酸化池,池内悬挂塑料组合填料,在反应器启动阶段加入取自污水处理厂的污泥和经过专门培育的高效降解菌,逐步增加废水进入量,运行20d后CODCr去除率逐渐提高直至稳定,反应器启动完成。改变有机负荷等条件,研究水解酸化反应器的最佳运行参数及其处理效果。SBR反应器有效容积为210L,投入污水处理厂污泥后用试验废水驯化二周。SBR反应器在运行过程中产生的污泥,部分可回流到水解酸化池中,一方面可以增加水解酸化池的生物量,提高其处理效率,另一方面可以起到消化污泥、减小污泥体积的作用。

主要水质指标的测定:COD为标准重铬酸钾法,pH值采用玻璃电极法,氨氮为蒸馏—酸滴定法和纳氏试剂分光光度法。

2 试验结果及讨论

2.1 吹脱预处理的处理效果

试验废水的pH值一般为718—910,为了将其中的氨氮充分转化为游离氨,提高吹脱除氨的效果,用石灰水调节废水的pH值至915左右。虽然pH值越高越有利于渗滤液中的氨氮充分转化为游离氨,但是过高的pH值不仅要求在调节时投入大量石灰,而且在吹脱处理后,还要将过高的碱性用酸调节到接近中性,才能进入后续生化处理系统,这一系列的操作无疑会增加运行成本和运行操作的难度。综合考虑,选择915作为吹脱除氨时的pH值为最佳。改变吹脱时间,取样测定不同吹脱时间出水的氨氮、CODCr、pH值,见表1。

由表1可知,随着吹脱时间的延长,氨氮去除率不断提高,吹脱时间超过12h,氨氮去除率在6211%以上,氨氮浓度由1400mg/L降至53016mg/L以下。吹脱过程对有机物去除效果不明显,CODCr值在吹脱前后变化不大。测量吹脱处理出水的pH值发现,随着吹脱时间的延长,出水中氨氮浓度不断下降,与此同时出水的pH值也随之降低,由吹脱前的9150下降到吹脱16h后的8170,这对后续生化系统的正常运行十分有利。

2.2 水解酸化反应器的运行条件及处理效果

以pH为915、吹脱时间为16h的预处理条件吹脱处理渗滤液,其处理出水作为水解酸化反应器的进水,改变运行条件,研究其处理效果。

2.2.1 停留时间变化对处理效果的影响

在其它条件不变的情况下,改变废水在水解酸化反应器的停留时间,测定出水的CODCr值,得出停留时间对CODCr去除率的影响,见图2。

从图2可知,水解酸化池的CODCr去除率随停留时间的延长而增加。当停留时间大于10h时,CODCr去除率超过50%。但从图2曲线的变化趋势看,停留时间大于8h时,曲线变化趋于平缓,表明在这段曲线中随着停留时间的延长,CODCr去除率的增加趋势放缓。综合考虑,水解酸化池的废水停留时间取10h为宜,这样既可保证较高的CODCr去除率,降低后续处理的负荷,在实际应用中又可以避免由于停留时间过长而导致基建投资过大的问题。

2.2.2 水解酸化反应对水质变化的影响

废水经水解酸化处理后各项水质指标的变化情况见表2。

从表2可知,经过水解酸化处理,不仅降低了废水的有机负荷,避免后续处理阶段由于有机负荷过高而出现污泥膨胀等不良现象,而且BOD5/CODCr值由0131提高到0142,使废水的可生化性得到了改善,有利于废水中有机污染物的进一步生化降解。

2.3 SBR法的运行条件及处理效果

2.3.1 好氧段运行时间对处理效果的影响

改变曝气时间,在沉淀期为2h,保持其它条件不变的情况下进行试验,研究曝气时间变化对处理效果的影响,见图3。

由图3可知,CODCr和氨氮去除率随曝气时间的延长而增加,但曝气时间大于20h时CODCr去除率增加不明显,氨氮去除率的变化曲线则在曝气时间为12h时开始变缓,继续延长曝气时间对氨硝化作用的效果不大,这可能是硝化作用的产物积累过多而造成的。因此,选择20h为SBR法的最佳曝气时间。同时为了消除NO3-—N的积累对硝化作用造成的影响,将好氧段分为二段,在二段之间设置缺氧段进行反硝化处理,以提高氨氮的去除效果。

2.3.2 不同工况的设置对处理效果的影响

将SBR处理的曝气期分为二段,并设置缺氧反硝化期,研究缺氧期的设置对处理效果的影响。2个工况的运行时间安排见表3。保持其它条件不变,测定采用2个不同工况运行的SBR法处理废水的各项水质指标,见表4。
工况1与工况2的主要区别是后者将好氧曝气期分为二段,并在二段之间设置缺氧反硝化期。从表4可知,加设缺氧反硝化处理可明显提高SBR法对氨氮的去除率,去除率可由7514%提高到9211%,同时有机物的降解效果也有所改善,CODCr去除率可从8517%提高到9119%。。

3 结论

1) 垃圾渗滤液中含有高浓度的氨氮,采用吹脱法作为预处理方法,在pH915、吹脱时间为12h的条件下,可有效去除60%以上的氨氮。经吹脱预处理后,垃圾渗滤液中氨氮浓度和pH等条件可基本符合后续生化处理的要求。

2) 后续生化处理采用水解酸化—SBR工艺。其中,水解酸化阶段的CODCr去除率随废水停留时间的延长而增加,当停留时间大于10h时,CODCr去除率超过50%。另外,水解酸化处理在降低CODCr值的同时还可以提高废水的可生化性。

3) SBR法运行过程的工况设置对污染物的去除效果,特别是氨氮的去除效果有较大影响。将SBR法的曝气期分为2个阶段,并在2个曝气阶段之间设置缺氧反硝化期,可提高CODCr和氨氮的去除率。