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上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 处理垃圾渗滤液的实验研究 摘要 垃圾渗滤液水质复杂，变化范围大，含有大量难降解有机物及高浓度 氨氮，处理难度较大。 实验分析了南宁城南垃圾填埋场渗滤液的性质，发现填埋时间对渗滤 液性质有很大影响。随着填埋时间的增加，c o d 、b o d 5 、氨氮、e 2 6 0 的浓 度及色度都不断减小，其中氨氮、e 2 6 0 下降速度远比c o d 、b o d 5 要慢。另 外随着填埋时间的增加，b o d 5 c o d 的值也不断减小j 表明渗滤液的生化 性随着填埋时间的增加越来越差。 实验对渗滤液进行了预处理研究。研究结果表明，预处理对氨氮、色 度、e 2 6 0 、c o d 去除率分别达到9 7 5 、9 5 8 、6 0 5 、3 5 5 ，预处理后 b o d 5 c o d 由o 2 9 提高到0 4 4 ，渗滤液的生化性显著提高。 实验进行了上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 处理垃圾渗滤液的研究。 研究结果表明，当以渗滤液原液进水，容积负荷为5 8 1 5k g c o d m 3 d j 时， c o d 去除率为6 4 左右，b o d 5 去除率在8 5 以上，出水p h 约为7 8 8 1 ， 产气率约为0 3 6 2m 3 ( k g c o d ) 。当用预处理后渗滤液作为u m a r 反应 器的进水，容积负荷为1 2 3k g c o d m 3 d 一，c o d 、b o d 5 的去除率分别达 到9 2 5 、9 4 。此时，出水p h 约为7 1 ，e 2 6 0 约为2 1 6c m 一，产气率约为 o 5 3m 3 ( k g c o d ) 。用预处理后的渗滤液再经u m a r 处理，出水c o d 、 b o d 5 、均能达到国家渗滤液排放二级标准，氨氮值也与国家二级排放标准 相差很小。 另外，实验分析了u m a r 反应器产生的沼气成分及反应器内颗粒污泥 的性质。分析发现：渗滤液未经预处理用u m a r 处理时，沼气中甲烷含量 较低约为5 7 左右，经预处理后，甲烷含量很快提高到7 5 以上，最高达 到8 2 7 ；反应器内颗粒污泥与接种污泥相比，粒径、沉降速度、比产甲烷 活性都变大，扫描电镜发现其表面生物相以球菌、杆状菌为主。 关键词：u m a r 垃圾渗滤液厌氧颗粒污泥气相色谱质谱联用 i i s t u d yo nl a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n t w i t hu p f l o wm u l t i s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r a b s t r a c t t h ew a t e rq u a l i t yo fl a n d f i l ll e a c h a t ei s v e r yc o m p l e x ，w i t haw i d e v a r i a t i o n ，c o n t a i n e dal o to fr e f r a c t o r ys u b s t a n c e ，h i g hc o n c e n t r i o no fn h a - n ， c o d ，a n dh a r dt od i d p o s a l t h ec h a r a c t e ro ft h el a n d f i l ll e a c h a t ei nc h e n n a nl a n d f i l ls i t eo fl a n n i n g c i t y w a s a n a l y z e d r e s u l t s o fe x p e r i m e n ts h o w e dt h a t ：l a n d f i l ll e a c h a t e s c h a r a c t e rw a si n f l u n c e do b v i o u s l yb yf i l l e dt i m e w i t ht h el a n d f i l lc o m p o s e d t i m el o n g e ra n dl o n g e r ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d ，b o d 5 ，n h 3 一n ，e 2 6 0a n d c h r o m i n a c ea r ea l l b e c o m i n gs m a l l e r ，a m o n gt h e m ，t h ed e c r e a s e dv e l o c i t yo f n h 3 - n ，e 2 6 0a n dc h r o m i n a c ew a sf a rl o w e rt h a nt h a to fc o da n db o d 5 i n a d d i t i o n t h eb o d 5 c o dw a sb e c o m i n gs m a l l e rw i t ht h ef i l l e dt i m ei n c r e a s e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h eb i o d e g r a d a b i l i t yw a sw o r s ea n dw o r s e t h ep r e t r e a t m e n to ft h el e a c h a t ew a ss t u d i e d t h er u s u l t so ft h ee x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h a tt h er e m o v a lo fn h 3 - n ，c h r o m i n a c e ，e 2 6 0a n dc o dr e s p e c t i v e l y r e a c h e d9 7 5 ，9 5 8 ，6 0 5 ，3 5 5 ，b o d c o dw a si n c r e a s e df r o m0 2 9t o 0 4 4 ，t h eb i o d e g r a d a b i l i t yw a sg r e a t l yi m p r o v e db yt h ep r e t r e a t m e n t t h er e s u l to ft h eu m a rd i s p o s e dt h e1 a n d f i l ll e a c h a t ei n d i c a t e dt h a t ：t h e r a t eo fc o dr e m o v a lw a sa b o u t6 4 a n db o d 5w a sm o r et h a n8 5 ，t h ep h v a l u eo ft h ee f f l u e n tw a t e rw a sb e t w e e n7 8 - 8 1 ，t h eg a sp r o d u c i n gr a t ew a s a b o u t0 36 2m 3 ( k g c o d ) - 1 , w h e nu s e dt h eo r i g i n a ll e a c h a t ew i t ht h ec o d e v o l u m e t r i cl o a d i n gc o n c e n t r a t i o nw a s5 815k g c o d m 3 d a si n f l u e n t u s e d t h ep r e t r e a t e dl e a c h a t e a st h eu m a ri n f l u e n tw a t e r ，w h e ni n c r e a s e dt h e i i i e v o l u m e t r i cl o a d i n gt o1 2 3 k g c o d m - 3 d ，a f t e rt r e a t m e n tt h ec o dr e m o v a l r a t er e a c h e d9 2 5 ，b o dr e m o v a lr a t er e a c h e d9 4 ，n i l 3 - nw a s1 7 5 t h e p hv a l u ew a sa b o u t7 1 ，e 2 6 0w a sa b o u t2 16 c m ，g a sp r o d u c i n gr a t ew a s a b o u t o 5 3m 3 ( k g c o d ) - 1 u s e dt h ep r e t r e a t e dl e a c h a t ea st h eu m a r i n f l u e n tw a t e r ， t h ec o d ，b o d 5o ft h ee f f l u e n tm a t c h e dt h el e a c h a t ee m i s s i o no fn a t i o n a l s e c o n d a r yr e f e r e n c e ，a n dt h en i t 3 - nw a sa l m o s tm a t h e dt h er e f e r e n c e f u r t h e r m o r e ，t h ep r o d u c e dg a s sc o m p o s i t i o no fu m a r r e a c t o ra n dt h e c h a r a c t e r so ft h eg r a n u l a rs l u d g ei nt h eu m a r r e a c t o rw a sa n a l y z e d r e s u l t s s h o w e d ：b e f o r ep r e t r e a t m e n t ，c h 4c o n t e n tr a t i oo fs e w a g eg a sw a sa b o u t57 ， a n da f t e rp r e t r e a t m e n tr e a c h e da b o u t7 5 ，a n dm a x i m u mr e a c h e d 8 2 7 c o m p a r e dw i t ht h ev a c c i n a t i o ns l u d g e ，t h ep a r t i c l es i z ew a so b v i o u s l yi n c r e a s e d ， t h es e d i m e n t a t i o nc a p a b i l i t yw a si n c r e a s e d ，t h es p e c i f i cm e t h a n o g e n i ca c t i v i t y w a si m p r o v e do ft h eg r a n u l a rs l u d g ei nt h eu m a rr e a c t o r 。b ys e m ，t h e b a c t e r i u m so ng r a n u l a rs l u d g es u r f a c ep e r f o r m a n t e da r e ad i s t r i b u t i o na n dl o c a l a r e aw a sd i s c o v e r e do fav a r i e t yo fb a c t e r i a lc r o s s - c u t t i n ga n do r d e r l yn e t w o r k s t r u c t u r e k e yw o r d s ：u m a r ；l a n d f i l ll e a c h a t e ；a n a e r o b i c ；g r a n u l a rs l u d g e ； g c m s i v 符号 c o d b o d 5 b d c o d b d c o d c h 4 c o d v f a c o d a c i d 彳c 丁 r 矿 h f 符号说明付丐玑明 意义 化学需氧量 5 日生化需氧量 废水的厌氧可降解性 单位或量纲 m g l 。1 m g l 1 废水c o d 中可厌氧降解的c o d m g c o d c h 4 l 以 废水c o d 中转化为甲烷的c o d 废水c o d 中转化为v f a 的c o d 可酸化的c o d 产甲烷活性 产甲烷速率 颗粒污泥沉降速度 水柱高度 颗粒污泥沉降时间 v m g c o d c h 4 l 1 m g c o d c h 4 l 1 m g c o d c h 4 l 1 g c o d c h 4 ( g v s s ) i d 。1 m l h 1 m h l m h 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取 得的成果和相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一 署名单位发表或使用本论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含 其他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的 内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明 确说明并致谢。 论文作者签名：【 学位论文使用授权说明 年6 羁 7 日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 函i 时发布 口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 新签谳，悃年占月乃7 日 上流式多级厌氧反应器u a r 处理垃圾渗滤波的实验研究 第一章综述 1 1 我国城市生活垃圾处理现状 近三十年来，我国城市化进程发展迅速，城市垃圾以平均每年6 8 的速度增长【1 】， 见图1 1 ，其中一些大中城市例如北京的增长速率更高，达到1 5 - 2 0 。据有关资料预 测p j ，按现在的速度增长，我国城市生活垃圾到2 0 1 0 年将达到2 6 4 亿吨，2 0 3 0 年将达 到4 0 9 亿吨，2 0 5 0 年将达到5 2 8 亿吨。城市生活垃圾对环境的危害严重f 3 】：侵占土地、 污染土壤、t 污染水体、污染大气、影响环境卫生，因此如何高效、安全的处理城市生活 垃圾已成为城市发展中急需解决的主要问题之一。 一 z一 ， ， ：- nnnf 1 几1n 口 口口d ， 塞垂璧蟹垂塞塞室璧鸯垂璧墨蚤薹鲞薹薹叁萤 吾 营善 图1 11 9 7 9 2 0 0 3 年我国城市垃圾清运量 f i g 1 - 1c h a n g e si nv a r i a b l e sd u r i n gt h ep h a s e so fl a n d f i l ls t a b i l i z a t i o n 垃圾无害化处理的方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥以及回收利用等，但回收利用 通常所占的份额很小，一般不大于1 5 。堆肥处置法由于所产生的肥料的肥效低、销量 小，制约了其发展；焚烧法的运行成本高，所产生的残余物还需最终填埋处置，所以目 前也未普遍使用【4 1 。而卫生填埋法具有技术成熟、适应性广、处理费用低( 是焚烧法的 1 5 1 1 8 ，堆肥法的1 5 1 3 ) 、运行管理方便等优点，被世界各国广泛应用t 5 j 。在欧盟 很多国家主要采用填埋技术嘲( 见表1 - 1 ) ，根据中国环境监测总站2 0 0 1 年对生活垃圾处 理设施环境影响的调查和监测【7 - 8 】，截止到2 0 0 1 年，全国共有生活垃圾处理设施3 4 5 个， 其中垃圾填埋场2 8 8 个，占8 7 5 ，堆肥厂2 1 个，占6 4 ，各类垃圾焚烧厂2 0 个，占 6 1 。调查监测结果表明，填埋处置在我国占较大比重。 鬟v静割裂芒枷瞅爨捌 加卯 铂 加 加0 印 加 加加0 o州蜊磐繇轷 广西大掌硕士学位论文 上流式多级厌氧反应器im a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 表1 1 欧盟国家城市生活垃圾处理技术应用比例 t a b l e1 1t h er a t i oo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e st r e a t m e n tt e c h n o l o g y i ne um e m b e r s 1 。2 垃圾埋场渗滤液的产生、水质特征及其处理技术研究进展 1 2 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾填埋场渗滤液是由降水以及其他来源的水在填埋场内淋溶渗透的过程中，溶进 了垃圾发酵所产生的各种中间及最终产物而形成的一种污水【9 1 。渗滤液的主要来源：一 是降水的渗入；另一是因垃圾受压、降解过程固体含量的减少和有机物转化为无机物， 使垃圾持水能力降低，导致部分初始含水的释放。普遍认为，降水为填埋场内污染物的 淋溶、渗透、迁移和排放提供了主要的外在动力，同时也为场内垃圾的发酵分解提供了 必要的水分，促进了场内的生物降解活动。填埋场内的生化降解过程划分为五个阶段见 图1 2 【l o - 1 1 1 。 第一阶段为潜伏阶段( l a gp h a s e ) ，在潜伏阶段，当填埋场内积累了足够水分而刺激 各种生化反应，产生成分复杂的填埋气体和渗滤液时，便进入第二阶段即转化阶段 ( t r a n s i t i o np h a s e ) ；在此阶段，氧气逐渐被好氧微生物耗尽，有机物被转化为c 0 2 ，h 2 0 和能量。当好氧条件转化为厌氧条件时，便进入了第三阶段即产酸阶段( a c i df o r m a t i o n p h a s e ) ；在此阶段厌氧过程逐渐占主导地位，厌氧菌非常活跃，水解有机物产生有机酸。 第四阶段为甲烷发酵阶段( m e t h a n ef e r m e n t a t i o np h a s e ) ，在此阶段，中间产物不断被转 广西大掌硕士学位论文 上流式多级厌氢反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 化为甲烷和二氧化碳，此后，填埋场进入第五个阶段即成熟阶段( f i n a lm a t u r a t i o np h a s e ) 。 一般地，前4 个阶段在2 年内即可完成。产酸阶段的渗滤液常含有高浓度的c o d ，b o d ( b i o l o g i c a lo x y g e nd e m a n d ，生物需氧量) 、氨氮和重金属，而在产甲烷阶段，p h 升高， c o d 、b o d 有所降低。随着填埋时间的推移，渗滤液的可生化性降低，氨氮含量升高， 并且在相当长的时间内能维持在高水平状态。 1 0 0 拿b 0 36 0 筐4 0 鼎 垃2 0 醇 掣 尝 燃 髓 辫 阶段 12345 弋。c a ni 汛 【、 栽糙义i 钐 时间一 图1 2填埋场稳定过程中各种反应产物的动态变化 f i g 1 - 2c h a n g e si nv a r i a b l e sd u r i n gt h ep h a s e so fl a n d f i l ls t a b i l i z a t i o n 填埋场渗滤液的产量取决于当地的气候、填埋场最终覆土层的理化性质以及填埋场 所处的水文地理特征【1 2 - 13 1 。填埋场渗滤液的产量可根据水平衡法则进行测算1 4 】： c = p f1 - r ) s e ( 1 - 1 ) 式中，c 为渗入表层土壤的总水量( n h n ) ；p 为降水量( n 1 1 n ) ；r 为径流系数；s 为土 壤和废物原有的含水量( i 姗) ；e 为填埋场表面蒸发量( i m ) 。 l = ( p e ) s + ( w g ) h s + q1 0 2 ( 1 - 2 ) 式中，l 为渗滤液的产量( m 3 d 。1 ) ：p 为降水量( i 衄) ；e 为填埋场表面蒸发量( n 1 1 1 1 ) ； s 为填埋场表面积( m 2 ) ；w 为单位体积垃圾所产生的水量( m 3 m 。3 ) ；g 为填埋场饱和持水 量；h 为垃圾堆高( m ) ；q 为地面或周围渗入的水量( m 3 ) ；q 1 为地面或周围排出的水量 f m 3 1 。 广西大掌硕士掌位论文上流式多级厌氧反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 如果填埋场防渗效果好，式( 1 2 ) 可简化为： l = ( p - e ) s + ( w 一1 1 4 d ) h s( 1 - 3 ) 式中d 为干垃圾密度( t m 3 ) 当填埋场达到饱和持水量时，则渗滤液产量可用下式估算： l = ( c p - e ) s( 1 4 ) 一般地，渗滤液产量可由下列经验公式估算： l = c l a 1 0 巧 ( 1 - 5 ) 式中c 为渗透系数，一般在o 3 0 8 之间( 可取0 5 ) ；i 为平均降雨强度( m m ) ； a 为填埋场的积雨面积( k m 2 ) 。 1 2 2 垃圾渗滤液的特性 垃圾渗滤液水质随垃圾成分、填埋工艺、填埋时间、水文地质、当地气候、季节等 影响而显著不同，且呈现明显的非周期性特点【1 5 之1 】由于影响因素较多，造成不同填埋场、 不同填埋时期的渗滤液水质变化幅度也很大，垃圾渗滤液的一般水质情况见表1 - 2 1 2 2 1 。 表1 2 垃圾渗滤液的水质情况 t a b l e1 2t h er a t i oo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e st r e a t m e n tt e c h n o l o g yi ne um e m b e r s 总的来说，渗滤液基本组成很复杂，它具有以下特征2 3 之4 】： ( 1 ) 有机污染物 垃圾渗滤液中有机污染物种类繁多，水质复杂。郑曼英等【2 5 1 对垃圾渗滤液有机污染 4 广西大掌硕士掌位论文上流式多级厌氢反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 物进行探讨，结果从垃圾渗滤液中分析出了7 7 种有机污染物，其中芳烃类2 9 种，烯烃 类18 种，酸类8 种，酚类6 种，酯类5 种，醇、酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其它5 种。张兰英等硐采用g c m s d s 联用技术测定出垃圾渗滤液中含有9 3 种有机化合物， 其中2 2 种被列为我国和美国e p a 环境优先控制污染物黑名单。 ( 2 ) 氨氮 垃圾渗滤液处理的一个难点也在于其氨氮浓度高，占其总氮含量的8 5 9 0 。高 浓度的氨氮对常规生物处理会产生严重的抑制作用。 ( 3 ) 金属离子 渗滤液中含有多种金属离子，其浓度与所填埋垃圾的类型、组分和时间等密切相关。 对仅填埋城市生活垃圾的填埋场渗滤液而言，其浓度较其它污染物低得多。据报道，生 活垃圾中的微量重金属溶出率很低，在水溶液中为0 0 5 1 8 0 ，微酸性溶液中为 0 5 5 。o ，且垃圾本身对重金属有较强的吸附能力。 ( 4 ) 磷 垃圾渗滤液中的含磷量通常较低，尤其是溶解性的磷酸盐浓度更低。 ( 5 ) 总溶解性固体含量较高。 垃圾渗滤液中总溶解性固体含量较高。通常随填埋时间的延长这些溶解性固体在渗 滤液中的浓度也会发生变化，一般在填埋6 个月至2 5 年间达到高峰值，此后随填埋时 间的增加，这些溶解性无机盐的浓度将逐渐下降，直至最终达到稳定。 ( 6 ) 色、味 渗滤液具有较高的色度，随着填埋时间的延长，其外观多呈淡黄色、棕色、深褐色 或黑色，有极重的垃圾腐败臭味。 ( 7 ) 水质随填埋时间的变化较大 渗滤液中有机污染物浓度高且变化范围大，c o d 和b o d 5 浓度最高值可达每升数万 毫克。一般来讲，c o d 和b o d 5 浓度随垃圾填埋场的“年龄”增长而降低，且b o d 5 c o d 值亦随之降低，填埋时间在5 年以下的p h 值较低，c o d 和b o d 5 浓度较高，且b o d s c o d 比值较高；填埋时间在5 年以上的，渗滤液的p h 值接近中性，c o d 和b o d 5 浓度较低， 且b o d 5 c o d 比值较低，而氨氮浓度较高；超过1 0 年后，由于垃圾的稳定化，渗滤液 b o d 5 c o d 比值小于0 1 ，可生化性很差。图1 3 、图1 4 分别表明了不同填埋年限的垃 广西大掌硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器1m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 圾渗滤液的水质变化范围和变化趋势【2 7 1 。 往tt o d 总有机碳，v s 挥发分， f s - 非挥发分 图1 3 不同填埋年限的垃圾渗滤液水质变化范围 f i g ，1 - 3v a r i a t i o nr a n g eo f c h a r a c t e r so fl e a c h a t ei nd i f f e r e n tl a n d f i l lp h a s e 好氧阶段产酸阶段产甲烷初期稳定产甲烷期甲烷氧化 c o d 一一b o d一一n 硪- n 一c e 一一h e a v y m e t a l s 图i - 4 不同填埋年限的垃圾渗滤液水质的变化趋势 f i g 1 - 4c h a n g e st e n d e n c yo f c h a r a c t e r so f l e a c h a t ei nd i f f e r e n tl a n d f i l lp h a s e 表1 - 3 是不同填埋龄垃圾场的水质情况，对不同阶段的渗滤液特征进行了简单的概 表1 3 垃圾渗滤液水质随时间的变化 t a b l e1 3c h a r a c t e r so fl e a c h a t ew i t ht i m ec o u r s e 一_ _ i _ - - _ _ i - - _ 一 填埋时间( 年) 7 5 c o d ( m g l ) 100001 0000 2 0 b o d 5 c o d 0 50 1 - 4 3 5 7 0 5 3 0 1 0 0 0 0m g l 。1 的渗滤液，当处理温度为3 0 ，有机负荷为3 6 1 9 7 k g c o d m 3 d ，平均污泥龄为1 0 4 3d 时，c o d 去除率为8 2 ，b o d 去除率为8 5 t 4 8 1 。 ( 3 ) 厌氧复合床( u a s b f ) 。c h a n g 4 9 1 利用u a s b f 反应器处理渗滤液，在c o d 有机 负荷为1 3k g c o d m - 3 d 、温度为3 5 的条件下，渗滤液中溶解性c o d 去除率大于 9 2 。 ( 4 ) 序批式厌氧反应器( a s b r ) 。t i m u r 等5 0 1 在a s b r 的c o d 容积负荷比o 4 9 4 g c o d - l i d ，容积负荷率为0 1 7 - 1 8 5g g - 1 d 。处理垃圾渗滤液时，c o d 去除率可达 6 4 8 5 ，产生的沼气中甲烷体积分数达5 8 7 5 。当c o d 负荷率为9 4g c o d l i d 。1 时，甲烷的体积产率可达1 8 5l l - i d 一。 ( 5 ) 厌氧折流板a b r 。国内外采用a b r 处理渗滤液的研究较多。但多停留于实验 室阶段。近来，许玖英在国际上首次将a b r 应用于垃圾渗滤液工程化规模的处理中， 出水达到国家二级排放标准，并将分子检测技术应用于渗滤液处理中。为渗滤液处理方 法提出了新见解。 。 ( 6 ) 生态厌氧塘系统。有关资料表明【4 6 】，一般建议在不同的地区采用不同的面积负 荷( b o d ) 。w a n e c k 和s i m p s o 建议在南非采用18 9 5 - 2 9 0 0k g b o d t h a 1 d 。的有机负荷， 可使厌氧塘在夏季和冬季b o d 的去除率分别达到8 1 和6 2 。王卫兴等人在绍兴市大 坞岙城市生活垃圾填埋场渗滤液处理研究中，采用厌氧塘水力停留时间1 5d 、塘深3m 、 c o d 表面负荷1 3 2k g c o d m - 2 d d 设计参数时，c o d 的去除率可以达到5 5 。 1 3 3 厌氧生物处理技术比较 厌氧生物处理技术的优点陋5 4 】： ( 1 ) 厌氧废水处理技术是非常经济的技术，在废水处理成本上比好氧便宜得多。 p i c h o n 等比较了处理2 5 0 0m 3 d ，c o d 、b o d 浓度分别为2 6 0 0m g l 1 和1 0 0 0m g l 1 的工业废水的费用，发现每吨水处理成本，好氧需0 4 美元，而厌氧只需o 1 4 美元： ( 2 ) 厌氧生物处理产生生物能。据报道，厌氧处理1 0 0 0k g c o d 转化成的甲烷相当 广西大学硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器im a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 于产生了1 2 10 6k j 热能； ( 3 ) 厌氧生物处理的污泥产量少，处理同样数量的废水仅产生相当于好氧法的 1 1 0 1 6 。厌氧颗粒污泥在中止供给废水与营养的情况下能保留其生物活性与良好的沉 淀性能至少年以上，为其间断的或季节性的运行提供了有利条件，厌氧颗粒污泥可作 为新建厌氧处理厂的种泥出售； ( 4 ) 对营养物质氮和磷的需要量较低，对于缺乏n 和p 的有机废水可大大节省其投 加量，降低运行费； ( 5 ) 厌氧方法可以处理高浓度的有机废水，当废水浓度较高时不需要大量稀释水； ( 6 ) 厌氧对某些好氧难降解的有机物有较好的降解能力。近年来，经研究发现厌氧 微生物还具有好氧微生物不具有的功能，例如厌氧微生物具有脱毒和降解某些有害有机 物的功效，如多氛链烃和芳烃的还原脱氛，芳烃还原成烷烃环结构或环的断裂等； ( 7 ) 厌氧废水处理设备负荷高，占地少。澳大利亚某纸厂在改造旧有的好氧工艺时， 引入厌氧技术先行处理废水，在占地面积不变的情况下，使废水处理能力增加一倍。 厌氧生物处理技术的不足主要体现在： ( 1 ) 大型反应设备初次启动过程缓慢，一般需8 1 2 周的时间： ( 2 ) 厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷； ( 3 ) 当温度较低时，反应动力学速率较低； ( 4 ) 在处理含有硫酸盐的废水时会产生硫化氢等气体，发出臭气还要进行二次处理； ( 5 ) 处理高浓度有机废水，通常进水c o d 浓度较高，相应的出水c o d 浓度也高， 通常不能直接达标排放，仍需后续处理。 1 3 4 上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 1 3 4 1u 眦反应器的结构 上流式多级厌氧反应器u m a r ( u p f l o wm u l t i - s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r ) 是在内循环 反应器i c ( i n t e r n a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o r ) 的基础上，吸取其优点，优化和改善其 结构而提出的一种改进型的新型高效内循环厌氧反应器。它实际上是由底部和上部两个 u a s b 反应器串联叠加而成的，u m a r 反应器的结构及工作原理如图1 - 6 所示。 1 3 3 2u m a r 反应器的工作原理 1 4 上流式多级厌氧反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 图1 6u m a r 反应器的结构示意图 f i g 。1 - 6s c h e m a t i cd i a g r a mo fu m a rr e a c t e r 嚣 床 如图1 6 ，进水( 1 ) 由泵经过布水器( 2 ) 泵入厌氧反应器，与由( 1 1 ) 泥水下降管流出的 内循环的污泥和废水均匀混合；废水中大部分的c o d ，被反应室i ( 4 ) 内含有的膨胀颗 粒污泥降解而产生沼气，产生的沼气由一级三相分离器( 5 ) 收集和分离并产生气体提升作 用；气体上升的同时，带动部分废水和少量的污泥向上运动，经过气体上升管( 7 ) 到达位 于反应器顶部的气液分离器( 9 ) ，在这里沼气与废水和污泥分离，由气体出口管( 1 2 ) 离开 整个反应器；废水和污泥混和经过泥水下降管直接滑落到反应器底部形成内部循环流。 反应室i ( 4 ) 的出水在反应室i i ( 6 ) 内被再次处理，在那里剩余的可生物降解的c o d 被去 除，在反应室i i 产生的沼气被顶部的二级三相分离器( 8 ) 收集，经气体上升管i i ( 1 0 ) 进入 顶部的气液分离器分离，同时，厌氧出水经过出水堰离开反应器由出水口自行流出。 u m a r 反应器具有以下的优点：基建投资费用少，占地面积少；有机负荷高，水力 广西大学硕士掌位 v e 文上流式多级厌氧反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 停留时间短；节约能耗；具有缓冲p h 的能力；抗负荷冲击的能力强，运行稳定。 1 4 垃圾渗滤液预处理技术研究 垃圾渗滤液的预处理通常有三个目的：去除氨氮，降低有机负荷和改善可生化性。 1 4 1 氨氮的去除 我国垃圾渗滤液中的氨氮含量通常在1 0 0 0m g l d 以上，远远大于生物处理中微生 物的营养需求，而且高浓度的氨氮还影响垃圾渗滤液后续生物处理效果【5 5 】。因此需要将 氨氮预先去除。目前，对于垃圾渗滤中氨氮的预处理主要有：空气吹脱法、电解法、化 学沉淀法。 空气吹脱法是垃圾渗滤预处理过程中最常用的方法：吹脱法脱氮工艺分为曝气吹 脱和吹脱塔吹脱两类。曝气吹脱，即调整渗滤液p h 后，在调节池或吹脱池中曝气，n h 3 - n 通过表面更新和向气泡传质而脱除。沈耀良等【5 q 在对苏州七予山垃圾填埋场渗滤液吹脱 预处理试验中发现，在2 5 5 ，p h1 1 0 左右，供气量1 0l m i n 。1 的条件下，吹脱时间 5h ，n h 3 - n 去除率达6 8 7 - , 8 2 5 。吹脱塔脱氮是将渗滤液p h 调整后，在吹脱塔中 进行吹脱除氮。吴方同等旧的研究表明，在2 5 ，p h1 0 5 1 1 0 ，气液比2 9 0 0 3 6 0 0 时 去除率为9 6 。3 。 电解法除氨氮，采用r u 0 2 i r 0 2 t i 0 2 t i ( s p r ) 三元电极催化电解法去除渗滤液的氨 氮，是由于阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用所致。李小明等f 5 8 】采用电解氧 化法对广州大田山垃圾卫生填埋场渗滤液进行深度处理的研究表明：在p h 为4 0 左右， c 1 。浓度为5 0 0 0m g l ，电流密度1 0 a d m ，用三元电极为阳极，电解时间4h ，处理氨 氮浓度为2 6 3m g l ，c o d c r 为6 9 3m g l 以的渗滤液，n h 3 - n 去除率达1 0 0 ，c o d c r 去9 0 6 3 。 化学沉淀法也是去除氨氮的一种常见方法。这是一种通过铵根离子在镁离子和硝 酸根离子存在的条件下形成磷酸氨镁沉淀( m g n h 4 p 0 3 6 h 2 0 ) 而除掉废水中氨氮的方 法。o z t u r k 等删通过m a p 法处理垃圾渗滤液，结果发现原液中2 2 4 0m g l 。1 的n h 3 - n 去 除率达到了9 0 以上。l i 等人【6 0 】在比较了几种镁和磷的化合物组合去除香港某垃圾填 1 6 广西大掌硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 埋场渗滤液中的氨氮时发现，m g c l 2 与磷酸盐的组合去除氨氮效果最好。除了对氨氮有 很好的去除效果外，有报道称这种方法对c o d 也有很好的去除效果。 去除氨氮常用的几种方法中，吹脱法有一个很重要的弊端在于p h 的调节，如果采 用石灰石来调节则会在填料塔中结垢；如果采用氢氧化钠来调节，则药剂费用较高。另 外在吹脱完成后还需要将p h 调回，以利于后续生化处理的正常进行，这样就增加了运 行的成本。而且吹脱效率受温度的影响比较大，吹脱的氨如不进行回收会造成二次污染。 电解法在较短的时间内对高浓度的n h 3 - n 去除率不高，电化学氧化所需电解时间较长， 电耗较高，对处理较高n h 3 - n 浓度的渗滤液不经济【6 1 】。 1 4 2 降低有机负荷和改善生化性 为了降低渗滤液的有机负荷、改善其生化性，通常对垃圾渗滤液进行混凝、吸附、 化学氧化等处理。 混凝所去除的物质主要为悬浮固体和大分子的有机物等。尚爱安【6 2 】等用a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、 聚合氯化铝( p a c ) 、f e c l 3 和聚合硫酸铁( p f s ) 对垃圾渗滤液进行预处理发现，混凝 处理可去除5 0 左右的难降解有机物，其中p a c 的去除效果最好，在p h 值为5 o ，投 加量为2 4 0 0m g l 以时，对难降解有机物的去除率达到5 8 。但是投加p a c 时形成的污 泥易上浮，且难以控制。对于去除渗滤液中的c o d 来说，大部分混凝试剂效果不好【6 3 删， 造成这种现象的原因可能是混凝剂对小分子的有机酸没有去除效果。 吸附在预处理中具有和混凝类似的作用，但是吸附可以作用于小分子的有机物，因 此常常对c o d 的去除效果较好。常用的吸附剂有：活性炭、高岭土、铝土等【6 5 删。h o 等人f 6 7 】对美国某一垃圾填埋场的渗滤液进行活性碳动态吸附实验时发现，在进水c o d 为7 0 0 0m g l 、停留时间在2 0 分钟的情况下，c o d 的去除率可以达5 5 。但是吸附剂 的容量有限，而且吸附剂的再生费用比较昂贵，因而吸附在处理垃圾渗滤液的处理受到 限制。 电化学氧化法是降低渗滤液有机负荷、改善其生化性的另一种方法，g e e n e n s 等人 【6 8 】利用臭氧对难生物降解的垃圾渗滤液进行了处理研究，发现在臭氧用量为2 5g l 。时 c o d 的最大去除率为4 5 ；在臭氧用量为2 8g l 以时，c o d b o d 5 的比例由1 6 下降为 广西大掌硕士掌位论文上流式多级厌氢反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 6 ，生化性得到了极大改善。并且在经过处理后生物硝化受到抑制的状况有了很好的改 善。但是，对于高浓度的渗滤液来说，水质复杂，氨氮含量高，影响了化学氧化的处理 效率，费用比较高。 1 5 课题研究的目的、意义及内容 1 5 1 课题研究的目的、意义 垃圾渗滤液作为一种特殊污水，在填埋的不同时间段，表现出明显的水质差异， 渗滤液的污染物成分复杂，c o d 和n h 3 - n 浓度高，并且有大量的有机物为难降解有机 物，因此为使渗滤液处理达标，处理工艺住住设计较为复杂。另外渗滤液水质、水量受 许多因素影响，水量变化系数大，水质波动范围也很大，可把握性较差，给处理设施的 运行管理带来很大困难，并导致运行费用高。国外有关资料表明，渗滤液处理站几年内 运行费用的累计值很容易超过投资额。对于我国这样一个发展中国家而言，寻找一项经 济、合理的渗滤液处理技术，以达到经济效益、社会效益、环境效益的统一显得非常迫 切。 厌氧处理技术因处理效果好，运行成本低而被广泛应用于渗滤液处理中。上流式厌 氧滤池( a f ) ，上流式厌氧污泥床( u a s b ) ，厌氧复合床( u a s b f ) 、厌氧序列式反应器 ( a s b r ) 、厌氧折流板式反应器( a b r ) 、生态厌氧塘等工艺 4 6 】，都在垃圾渗滤液的处理 方面取得了一定的成果，但是都是在对年轻的渗滤液或生化性好的渗滤液处理中取得较 好的效果，而对老龄的渗滤液及生化性较差的渗滤液进行厌氧处理的报导较少，另外， 在已有报导的处理垃圾渗滤液的厌氧处理工艺中，都是在有机负荷较低的情况下才能获 得较好的去除效果，因此寻找一种高效实用的厌氧工艺处理垃圾渗滤液是十分必要的。 u m a r 厌氧反应器是一种新型高效的内循环厌氧反应器，具有很高的有机负荷和水 力负荷。u m a r 厌氧反应器在工业废水的处理上取得了良好的运行效果和经济效益，目 前已广泛应用于淀粉废水、糖蜜酒精废液、造纸废水、棉浆废水等的处理，还未应用到 垃圾渗滤液的处理。 本课题在总结国内外垃圾渗滤液处理的状况结合内循环厌氧技术优点的基础上， 针对广西城南垃圾填埋场渗滤液的特征，采用上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 对垃圾渗 1 8 厂西大掌硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器u m a r 处理垃圾渗滤液的实验研究 滤液进行实验研究，以便寻求有经济、环境、社会效益的垃圾渗滤处理的有效新途径。 1 5 2 课题研究的内容 ( 1 ) 综合分析国内外渗滤液的特征，渗滤液处理普遍使用的方法和工艺，了解渗滤 液处理的现状和存在的问题； ( 2 ) 分析南宁市城南垃圾填埋场垃圾渗滤液的特征； ( 3 ) 研究u m a r 反应器处理垃圾渗滤