垃圾填埋渗滤液处理工艺研究

李军1* 王宝贞2 王淑莹3 赵红静4
(1北京工业大学建筑工程学院，北京，100022；
²哈尔滨工业大学市政与环境工程学院，哈尔滨，150008)

　　摘　要　 本文研究开发了高浓度垃圾渗滤液的适宜处理流程，并首次采用了复合式厌氧反应器和A／O淹没式生物膜曝气池及碱化吹脱塔三项技术，有效地去除了渗滤液中的COD、BOD5 和NH4+—N。该研究成果已用于深圳下坪垃圾卫生填埋场渗滤液的设计，也可应用于其他有机废水的处理，具有较重要的理论意义和较大的工程实践价值。
　　关键词　 生活垃圾填理渗滤液；复合式厌氧反应器;A／O淹没式生物膜曝气池；碱化吹脱塔。

　　Abstract： A system was studied and developed for the treatment of a high—strength sanitary landfill leachate， which mainly consisted of (a) an upflow anaerobic sludge blanket／anaerobic filter (UASB—AF)hybrid anaerobic reactor， (b)an air stripper for NH₃ removal，and (c) an anoxic zone／aerobic zone(A／O)submerged biofilm aeration basin. these three units were used to treat　 high—strength leachate， with high removal efficiencies for COD，BOD5，and Nh4+-N.The re- search results have already been applied in the design if the treatment station of sanitary landfill　 Leachate at Xiaping Sanitary landfill，shenzhen City. The system is also available for the treat ment of other kinds of organic waste water.
　　Key Words：landfill leachate， Hybrid Anaerobic Reactor，　A／O Submerged Biofilm Aeration Basin，Ammo nia Stripper

1.处理工艺选择

　　 垃圾填埋是一种广泛应用的垃圾处置方法，而其生产的渗滤液会导致地下水和地表水的二次污染[1—3]，为防止渗滤液的污染，必须尽量减少渗滤液的产生量并根据渗滤液的水质、水量特点及排放要 求采用切实可行的方法。深圳市垃圾渗滤液的COD、BOD₅和NH₄⁺-N浓度明显高于国内外其他城市，见表1。深圳市下坪垃圾填埋渗滤液处理后出水排入城市下水道，然后入宾河污水处理厂做最后处理。深圳环保局规定，垃圾渗滤液的出水需达到：COD＜600mg/L、NH₄⁺-N＜25mg／l。在充分研究了深圳市渗滤液特点和处理排放标准后，笔者进行了处理系统和工艺流程的研究探讨。

表1 深圳市垃圾填埋渗滤液水质与其他城市比较表 参数 上海 杭州 广州 深圳 台北 Bry Posteg,UK[4] Barcelona, Spain[1] COD 1500-8000 1000-5000 1400-5000 15000-60000 4000-37000 5518 86000 BOD 200-400 400-2500 400-2000 5000-36000 6000-28000 3670 76000 TN 100-700 80-800 150-900 650-2000 200-2000 157 2750 SS 30-500 60-650 200-600 1000-6000 500-2000 184 1500 NH4=-N 60-450 50-500 160-500 400-1500 100-1000 130 1750 PH 5-6.5 6-6.5 6.5-8.0 6.2-8.0 5.6-7.5 5.0-8.0 6.2

　　由表1知深圳市垃圾填埋渗滤液水质与其他城市相比，具有COD、BOD和NH₄⁺-N浓度高的特 点。根据试验期间对深圳市垃圾填埋场渗滤液的试验结果，深圳市生活垃圾渗滤液BOD₅／COD一般 在0.4—0.7左右，属于易生物降解的有机废水，但COD典型值高达25000mg／L，若要达到处理后出水COD＜600mg／l，则其去除率要达到98.6％。故须选用高效节能的厌氧生物处理技术，后接好氧生物处理。同时，该渗滤液含氨氮高达400—1500mg／l，若要处理后出水达NH4+-N＜25mg/L，必须进行脱氮 处理。碱化鼓风吹脱，是首先将渗滤液加碱呈现性(PH＞9)使其中的氨离子转化为游离氨(NH₃)，然后 送入吹脱塔中以喷淋方式和通过鼓风吹脱去除游离氨，以使后续的A／O淹没式生物膜曝气池进水C／N趋于合理，并在其中进行硝化，将氨氮转化为硝态氮，同时通过回流硝化混合液在去除COO的同时， 去除IN。为了确保处理出水COD＜600mg/l，可在二沉池中辅以同步化学沉淀。因此，确定试验流程 如下：
　　 原生渗滤液，复合式厌氧反应器，碱化吹脱塔，A／O两段淹没式生物膜曝气池，混凝沉淀二沉 池。城市下水道

2.试验装置及试验结果

2.1复合式厌氧反应器
　　本试验采用复合式厌氧反应器，它由底部的UASB和上部ABF(厌氧生物膜区)组成，因而具有这两种厌氧反应器的优点。由于其上部的生物膜载体填料(盾式复合材料)对悬浮污泥具有很好的捕集 截留效能，而且也不影响气体的分离，因此其上部不必设三相分离器，只设溢流出水槽和集气室即可。 其生物量大，生物相丰实，可承受较高的有机负荷，这样的厌氧反应器比UASB构造简单，且处理效果好。
　　 试验用的复合式厌氧反应器，呈圆筒形，直径0.8m，底部为截头圆锥体，顶部为溢流堰槽和集气室组成，总高度为2.5m，反应器主体分为上下两部分，下部为污泥床，高1.1m，其中锥体部分0，5m，上部为淹没式生物膜区，高0.9m，其中装填复合式填料。淹没式生物膜层之上有0.25m高的澄清区，澄清水经周边式溢流堰流人圆环形集水槽中。厌氧反应器的总容积为1.16m³，其中污泥床区点0.4m³，淹没式生物膜区0.43m³，澄清区0.13m³和集气室0.2m³。厌氧反应器接种城市污水厂消化池污泥，随着培养时间的延长，其COD去除率逐渐提高。三个月后，COD去除率达70％，并有沼气产生，此时底部的厌氧污泥和填料上生物膜趋于成熟。在稳定运行时,进水量Q＝20l/h(0.48m³／d)，其水力停留时间为2天，从第3个月至第6个月，厌氧反应器内温度为20℃至34℃。
　　厌氧反应器的COD去除效率受温度影响较大。20℃时，COD和BOD5的平均去除率分别为70.9％和77.3％；水温34℃时，COD和DOD5的平均去除率上升到83.3％和88.4％，此时进水的COD 和BOD₅的均值为23888mg／l和15250mg/l，出水的COD和BOD₅均值为4060mg/l和1771mg/l，故适 合的处理温度为34℃，此时的水力停留时间为2天，平均COD容积负荷为9.5kgCOD／m³／d。总有机 挥发酸TVA与COD变化趋势基本一致，出水TVA随着出水COD降低而降低，当出水TVA为700mg/l左右时，出水COD＜4500mg/l实验证明，TVA积累过多，将会抑制甲烷菌的活性，因此TVA可作为厌氧反应器是否正常运行的主要判断和控制指标。厌氧反应器出水碱度和PH均较进水高，这是由于甲烷菌将挥发脂肪酸转化为甲烷的同时，产生了重碳酸盐，因而使出水碱度和PH上升。出水碱度在2500—5000之间，说明该渗滤液碱度有一定的缓冲能力。
2.2 碱化吹脱塔
　　厌氧反应器出水氨氮含量很高，达1000mg/l以上，且COD／NH₄⁺-N比值仅为4左右，若让其直接进入A／O淹没式生物膜曝气池，很难实现生物脱氮，因此利用鼓风吹脱塔进行部分脱氮，以增加COD/NH₄⁺-N的比值和减少氨氮的浓度，有利于在A／O池中进行有效的生物脱氮。试验用的吹脱塔 用圆筒形，直径0.8m，高2.0m，其中装填1.2m高的球形朔料填料，厌氧反应器出水流入循环水池，用泵抽送至吹脱塔顶部进行喷淋布水，在吹脱塔后部安装两台鼓风机，强制空气流自上而下流经填料，与水滴逆流接触。
　　从循环贮水池用泵抽循环水Qr＝500l/h至吹脱塔，从该池排出的水量为20l/h，循环比为25：1；鼓风机吹送空气量为70m³/h/台，2台供气量为140m³/h，气水比为280：1。循环集水槽内水的体积为102L，其水力停留时间(HRT)为5h。
　　氨氮随吹脱时间延长而下降，在吹脱时间为5h和PH＝8.0的条件下(即厌氧出水直接进吹脱塔) 时，NH4+-N去除率为35.3%;将PH用石灰调到9.1时，NH4+-N去除率上升到67.8％，这是由于PH对水中游离氨和铵离子分布的影响。从节省药剂和提高除氨率的折衷考虑，确定适宜的PH为9.1。吹脱后，GOD也得到了部分去除，其去除率为19.7％，吹脱后出水的COD/NH₄⁺-N为8，水中DO＜0.2mg/L，有利于后续的A／O他的脱氮。此外，取吹脱塔内塑料环填料上的生物膜做镜检分析，发现其生物相丰满、呈多样性，有钟虫、累枝虫等原生动物。因此空气吹脱逸出氨气的同时，微生物对COD和BOD也有一定的降解作用。
2.3 淹没式生物膜A／O池
　　A／O 淹没式软填料生物膜法的优点是通过在载体上附着形成的生物膜，在不同的部位有不同的优势菌种，即在A段有以反硝化和降解有机物的异氧菌为主的微生物群落，而在O段的前部和后部分别 以降解有机物的异氧菌和硝化菌为优势菌种[5]。由于在淹没式生物膜中硝化和反硝化菌各有自己的专用领地，其生存环境远比活性污泥法优越，因此完成硝化和反硝化的时间短，约为延时曝气池法的1／3—1/2。此外，淹没式软填料生物膜的另一个优点是生物膜上的生物菌种更为多样性，相交构成的食物链长，增长的生物膜大部分被原生动物和后生动物作为食料消耗掉。所以、其剩余生物膜仅为活性污泥法剩余污泥量的1／10—1／5[6，7]。
　　淹没式生物膜A／O池采用城市污水处理厂二沉池中污泥接种，动态培养，历时二个月后，O池中，前段生物膜厚，后段生物膜薄，颜色为棕褐色，生物相镜检发现有大量草履虫和线虫，A池中填料上生物膜呈黑褐色，密度较大并有小气泡吸付在填料表面，这说明反硝化菌已开始在填料表面上初步形成， 将少量的硝酸盐还原成氮气。
　　深圳市垃圾渗滤液NH4+-N含量高，经碱化吹脱塔除氨后出NH₄⁺-N仍在300mg/l左右.但 此时COD／NH₄⁺-N为8左右,趋于合理，因此选择A／O淹没式生物膜曝气池处理吹脱塔出水，在去除COD的同时，可脱氮。为了进一步探索A／O池运行的最佳条件。进行了混合液回流比、水力停留时间 等因素的影响试验。
　　实验证明，淹没式生物膜A／O池适宜的运行条件为：HRT＝22.1h(其中A段为6.5h、O段为15.6h)，回流比R=3。在此运行条件下，当进水COD平均浓度为2290mg／l、NH₄⁺-N平均浓度为 218mg/l时，出水COD平均浓度为662mg/l，COD平均去除率为71.1％，出水NH₄⁺-N平均浓度为 20mg／l，NH₄⁺-N平均去除率为90.8％。
2.4 混凝沉淀
　　选用PAC和FeCL₃两种常用混凝剂进行对比试验，发现：同一药剂用量条件下，PAC对COD去除率高于FeCl₃；PAC适宜的投加量为200—300mg／1，相应COD去除率约为32.6％，从而使最后出水COD＜600mg/l。

　　

2.5 系统串联运行试验
　　 确定了各构筑物的优化运行参数后，做整个系统串联运行的试验。结果如图2，图3所示(图中数据为连续8次检测结果的均值)，可见该工艺可使处理后出水达到排入当地城市下水道标准。

3.填料上生物膜沉降特姓及生物量测定

　　 首先在A／O池中沿水流方向确定四个取样点，然后把有代表性的填料从系统中取出，编号为1# (A池)，2#(O池前端)、3#(O池中部)，4#(O池末端)，同样在厌氧反应器中取出有代表性的填料编号为5#，从吹脱塔中取出有代表性的滤球编号为6#。将填料分别放人容器中加入一定量的自来水搓洗，把含洗脱膜的水传入1000m1量筒中，重复搓洗3—5次，直至填料上的膜全部洗脱下来而填料变 成白色为止。再往盛洗脱膜的量筒中加蒸馏水至满刻度。把量筒中的混合液混均，然后让其进行静置 沉淀，分别记下静沉时间及污泥沉淀层容积。实验结果汇于表2。由表2知，碱化吹脱塔内球形填料上的生物膜和A／O池好氧段纤维填料上生物膜都具有较好的沉降性，O池中，后段生物膜较前段具有更 好的沉降性，有利于脱落生物膜沉淀，使出水水质稳定。
　　分别取上述混匀的洗脱膜的混合液100ml，测定103℃一105℃的烘干残渣，得各池中生物量为：

表2 洗脱膜SVI值（mg／l) 　 样品号 1# 2# 3# 4# 5# 6# SVI(mg/l） 206 200 159 126 206 131

　　厌氧反应器中，MLSS＝3389mg/l
　　碱化吹脱塔内，MLSS＝2157mg/l
　　A／O池缺氧段，MLSS＝2828mg/l
　　A／O池好氧段，MLSS＝4699mg/l

5.结论

　　深圳市垃圾渗滤液含有高浓度COD、BOD和NH₄⁺-N，其适合的处理系统为原生渗滤液→复合 式厌氧反应器→碱化吹脱塔→A／O淹没式生物膜曝气池→混凝沉淀→出水。该系统出水COD＜600 mg/l、NH₄⁺-N＜25mg/l，可达到排入当地城市下水道标准。
　　复合式厌氧反应器水力停留时间2.0d、容积负荷9.5kgCOD／m³／d、水温34℃时，COD去除率达 83.3％、BOD5去除率达88.4％；在PH9.1、HRT5h、水循环比25：1、汽水比280：1时，碱化吹脱塔NH4 -N去除率达67.8%、同时COD去除率为19.7％，吹脱后出水C／N从4上升到8，有利于A／O池脱 氮；A／O掩没式生物膜曝气池适合的HRT为22.1h(其中厌氧段6.5h、好氧段15.6hm³)、混合液回流比为3，在该工艺参数下COD去除率为71.1％、NH₄⁺-N去除率为90.8％；A／O池出水经同步化学沉淀，可使最终出水达到排入当地城市下水道标准。

参考文献

　　1. J.Albaiges, F, Casado and F. Ventura, Organic indivatonrs of groundwater pollution by a sanitary landfill, water Res. 20(9),1153-1159,1986
　　2. H. D . Robinson and P/J Naris. Water Pollut, Control Fed. 27(1),30-38,1985
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　　4. H.D. Robinson and G. Grantham, The treatment of landfill leachate in on site aerated lagoon plant: Experience in Britain and Ireland, Water Res, 22(6),733---747, 1988.
　　5. B.Wang , G, Li and R. Liu, Nitrogen removal by a submerged biofilm process with fibrous carriers, Water Sci. Technol, 26(9-11).2039-2042,1992.
　　6. B. Wang. Q. Tang, R. Liu, J. Unan, F. Ma, J. He and G. Li, A study on simultaneous organics and nitrogen removal by extended aeration submerged biofilm process, Water Sci. Technol.24(5),197-214, 1991.
　　7. Wang Baozhen and Li Jun, Simultaneous Phosplorus and Partial Nitrogen Removal by Submerged Biofilm SBR System, Lst World Water Congress of the International Water Association (IWA), 2000,July.

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　　 (李军(1964—)，男，山东淄博人，北京工业大学副教授，博士后，主要从事污水生物处理技术研究。 分别于1997年、1996年获建设部科技进步二等奖、黑龙江省科技进步三等奖、黑龙江省环境保护科技进步一等奖，2000年入选北京市科技新星。电话：(010)65958512(H)67391648(O))