A2/O与混凝沉淀法处理垃圾渗滤液研究

赵宗升1，刘鸿亮2，袁光钰1，李炳伟2
(1.清华大学环境科学与工程系，北京100084;2.中国环境科学研究院，北京100012)

　　摘　要：采用厌氧—缺氧—好氧—混凝沉淀工艺处理垃圾填埋场渗滤液。当进水COD为2 000 mg/L左右时，好氧出水COD可降至900 mg/L，混凝沉淀出水COD可降至80 mg/L；当进水氨氮浓度为1 300 mg/L左右时，好氧出水氨氮＜10 mg/L。生物处理系统对总氮的去除率较低，仅为20%～30%，因而提高总氮的去除率应是今后研究的方向之一。
　　关键词：垃圾渗滤液；A²/O；混凝；脱氮
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2001)11-0013-04

Study on A2/O and Coagulation/Sedimentation Process for Treatment of Landfill Leachate

ZHAO Zong-sheng1,LIU Hong-liang2,YUAN Guang-yu1,LI Bing-wei2

(1.Department of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China; 2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China)

　　Abstract：The results show that A2/O and coagulation/sedimentation process is feasible for the treatment of landfill leachate. When influent COD is about 2 000 mg/L,　COD from aerobic effluent can be reduced to 900 mg/L and COD from coagulation/sedimentation effluent reduced to 80 mg/L;when influent NH4-N concentration is about 1 300 mg/L,NH4-N from aerobic effluent can be＜10 mg/L.The biological treatment system has less removal rate of TN with 20%～30% only.The future trend of study is to improve the removal rate of TN.
　　Keywords:landfill leachate;A2/O;coagulation;nitrogen removal

　　垃圾填埋场渗滤液的场内单独处理是控制渗滤液污染的重要环节^［1］。由于渗滤液的污染成分十分复杂，有机物和氨氮浓度都很高，简单的生物处理很难达到较好的去除效果，因而采用生物与物化处理相结合的处理流程应为首选，而物化处理尤以较为经济的混凝沉淀更适用。为此，进行了厌氧—缺氧—好氧生物处理+混凝沉淀处理流程的可行性研究。其中，厌氧处理是为去除BOD和提高渗滤液的可生化性而设计的，缺氧—好氧处理是为生物脱氮而设计的，混凝沉淀是为去除难生物降解的有机物而设计的。

1　试验装置与方法

　　①基本水质
　　试验用渗滤液取自北京某市政垃圾填埋场，其填埋年限为4年。
　　②工艺流程
　　处理工艺的厌氧段为内循环式厌氧流化床，容积为40 L，内装2 L煤质活性炭；缺氧池容积为15 L，曝气池容积为40 L，沉淀池是直径为200 mm的竖流式沉淀池。混凝沉淀采用间歇杯皿试验。
　　渗滤液水质见表1，工艺流程见图1。

表1　渗滤液水质 项目 数值范围 pH值 8.0～8.5 CODCr(mg/L) 1 600～3 200 BOD₅(mg/L) 500～1 500 SS(mg/L) 300～400 氨氮(mg/L) 400～1 600 总氮(mg/L) 600～2 100 碱度(mg/L) 3 600～9 700 总磷(mg/L) 5～25

　　③运行条件
　　生物处理系统的运行条件见表2。

表2　生物处理系统的运行条件 运行条件 厌氧流化床温度(°C) 曝气池温度(°C) 污泥回流比 混合液回流比 曝气池溶解氧浓度(mg/L) 数值 35 20～30 2 5 2～3

2　结果与讨论

2.1生物处理
　　主要进、出水指标的变化曲线见图2～5。

　　　　

　　试验分4个阶段。第一阶段(9月1日—9月16日)进水的污染物浓度较低，BOD、氨氮去除率均较高，COD也达到了比较好的处理效果。第二阶段(9月17日—9月28日)的污染负荷增加，平均进水氨氮浓度从前一阶段的481 mg/L增加到1 262 mg/L，但进水流量从36 L/d调至31 L/d。氨氮浓度虽有较大幅度的增加，氨氮负荷也从0.2kg/(m³·d)增至0.7kg/(m³·d)，但COD、氨氮、总氮去除率均有所上升。这一阶段曝气池污泥沉降比上升，说明负荷较高，但二沉池未发生污泥上浮。在第三阶段(9月29日—11月11日)降低了进水负荷，将进水流量从30 L/d下调为20 L/d，此时除污泥沉降性能得以改善外，对污染物的去除效果不但没有改善，反而有所下降。其原因是系统内碱度消耗殆尽，曝气池混合液的pH值下降，最低降至4.95,平均pH值为5.68。较低的pH值使硝化反应不能进行到底，反硝化速率下降，好氧出水的氨氮上升，总氮去除率下降，所以必须对曝气池的pH值进行控制。第四阶段(11月12日—12月16日)采用向曝气池投加碱液的方法控制pH值，这一阶段的平均pH值为7.74，硝化反应进行得较为彻底，好氧出水平均氨氮浓度为9.8 mg/L，总氮去除率提高到23%。
　　各阶段测定指标的平均值分别见表3～6。

表3　生物处理系统第一阶段的运行状态 参数 进水 厌氧出水 缺氧出水 好氧出水 总去除率(%) COD(mg/L) 2348 1891 616 718 69 COD负荷［kg/(m³·d)］ 1.68 1.63 　 　 　 BOD(mg/L) 769 691 9.2 28.9 96 BOD负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.62 　 　 　 氨氮(mg/L) 481 466 66 14 97 氨氮负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.20 　 　 　 总氮(mg/L) 633 605 491 483 23 NO₃-N(mg/L) 3.4 4.4 163 260 　 NO₂-N(mg/L) 1.2 3.7 36 40 　 SS(mg/L) 307 384 743 　 　 pH值 8.41 8.22 8.05 7.29 　 碱度(mg/L) 3 920 3 8191 188 351 91 注：生物系统中进水流量为36 L/d，污泥沉降比为65%，污泥浓度为3 859 mg/L，污泥指数为168，ΔCOD/ΔTN=9.6。

表4　生物处理系统第二阶段的运行状态 参数 进水 厌氧出水 缺氧出水 好氧出水 总去除率(%) COD(mg/L) 3020 2914 1122 866 71 COD负荷［kg/(m³·d)］ 2.34 1.61 　 　 　 BOD(mg/L) 1136 1092 135 38 96 BOD负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.62 　 　 　 氨氮(mg/L) 1262 1276 245 28 98 氨氮负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.70 　 　 　 总氮(mg/L) 1688 1638 1139 1122 33 NO₃-N(mg/L) 18.8 2.5 495 647 　 NO₂-N(mg/L) 1.2 3.2 51 38 　 SS(mg/L) 292 　 　 803 　 pH值 8.2 8.1 8.0 6.8 　 碱度(mg/L) 　 　 2002 142 　 注：生物系统中的进水流量为31 L/d，污泥沉降比为95.5%，污泥浓度为6 364 mg/L，污泥指数为150，ΔCOD/ΔTN=3.96。

表5 生物处理系统第三阶段的运行状态 参数 进水 厌氧出水 缺氧出水 好氧出水 总去除率(%) COD(mg/L) 2112 1712 1071 1007 52 COD负荷［kg/(m³·d)］ 1.05 0.62 　 　 　 BOD(mg/L) 530 262 66 54 90 BOD负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.09 　 　 　 氨氮(mg/L) 1367 1352 424 186 86 氨氮负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.42 　 　 　 总氮(mg/L) 1693 1843 1541 1547 8.6 NO₃-N(mg/L) 5.9 7.0 562 676 　 NO₂-N(mg/L) 0.5 0.9 136 172 　 SS(mg/L) 362 595 　 1615 　 pH值 7.8 8.0 7.67 5.68 　 碱度(mg/L) 7943 8322 1424 44 99 注：生物系统中进水流量为20 L/d，污泥沉降比为36%，污泥浓度为3 945 mg/L，污泥指数为91，ΔCOD/ΔTN=2.28。

表6 生物处理系统第四阶段的运行状态 参数 进水 厌氧出水 缺氧出水 好氧出水 总去除率(%) COD(mg/L) 1980 1643 1071 896 54 COD负荷［kg/(m³·d)］ 0.87 0.60 　 　 　 BOD(mg/L) 258 177 15 15 94 BOD负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.06 　 　 　 氨氮(mg/L) 1321 1290 49 9.8 99 氨氮负荷［kg/(m³·d)］ 　 0.47 　 　 　 总氮(mg/L) 1680 1628 1475 1287 23 NO₃-N(mg/L) 　 　 606 751 　 NO₂-N(mg/L) 　 　 99 139 　 SS(mg/L) 409 381 　 845 　 pH值 8.47 8.41 7.79 7.74 　 碱度(mg/L) 8048 7951 997 1087 86 注：生物系统中进水流量为20 L/d，污泥沉降比为33%，污泥浓度为3 144 mg/L，污泥指数为105，ΔCOD/ΔTN=2.2。

　　通过上述试验可以得出：①高浓度氨氮渗滤液的处理，必须合理控制曝气池的pH值，否则硝化反应会将碱度消耗殆尽、使pH值下降到5左右，从而使硝化反应和反硝化反应的生物化学过程受到抑制。向曝气池中投加碱液是控制其pH值的直接方法，但在经济上是不足取的。②应进一步研究合理控制反应速度问题——提高反硝化速度，而将硝化反应速度控制在较低的水平，使反硝化反应产生的碱度抵消一部分硝化反应对碱度的消耗。③影响硝化反应速度的主要因素是溶解氧浓度，故如何将溶解氧浓度控制在恰当的水平，使硝化和反硝化速度相适应是进一步研究的方向。这样不仅可以使硝化反应进行得彻底，而且可以最大限度地提高反硝化脱氮效率。④应研究应用高浓度氨氮废水的高效生物脱氮途径，如厌氧氨氧化和好氧反硝化技术等［2］。
2.2　混凝
　　渗滤液经生物处理后，出水中的BOD、氨氮等污染物可以达到我国的有关排放标准，但出水的COD浓度还比较高，必须进行进一步的处理。为此，对生物处理出水进行了混凝沉淀处理。
　　①pH值对混凝效果的影响
　　投加含Al2(SO4)3浓度为16 g/L的溶液1 mL，于不同pH值条件下的混凝试验结果见表7。

表7　不同pH值下的硫酸铝混凝效果 pH值 3 4 5 6 7 8 9 10 11 COD(mg/L) 816 758 397 535 582 490 352 371 402 注：原水COD值为847 mg/L。

　　　　试验结果表明，在pH=5和pH=9时出现两个处理COD效果的较好点，其中pH=9时的处理效果最好。
　　采用含铁量为160 g/L、投加量为1 mL的聚合硫酸铁混凝剂，在不同pH值条件下的混凝试验结果见表8。

表8　不同pH值下的聚合硫酸铁混凝效果 pH值 3 4 5 6 7 8 9 10 11 COD(mg/L) 578 538 88 343 314 351 431 581 416 注：原水的COD值为653 mg/L。

　　　试验结果表明，pH=5时的出水COD浓度最低(为88 mg/L)，且聚铁的混凝效果优于硫酸铝的混凝效果。
　　②投加量对混凝效果的影响
　　在pH=5的条件下，聚铁投加量不同时的混凝试验结果见表9。

表9　聚铁投加量不同时的混凝效果 pH值 0.25 0.5 1.0 2.0 3.0 COD(mg/L) 245 149 114 98.6 74.6 注：原水的COD值为597 mg/L。

　　试验结果表明，处理后的COD随聚铁投加量的增加而逐渐降低，最低可降至80 mg/L以下。
　　在pH=9的条件下，硫酸铝投加量不同时的混凝试验结果见表10。

表10　硫酸铝投加量不同时的混凝效果 pH值 0.25 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 COD(mg/L) 440 375 278 272 238 264 291 注：原水的COD值为572 mg/L。

　　试验结果显示硫酸铝的最佳投加量为3 mL,但处理效果仍不如聚铁。

3　结论

　　①试验流程对渗滤液COD的处理效果较好，可将COD从1 980 mg/L降至80 mg/L以下，总去除率可达96%。其中生物处理部分可将COD降低到800 mg/L左右，其去除率为54%。
　　②该流程对高浓度的氨氮也可取得较好的处理效果，可将氨氮浓度从1 321 mg/L降至10 mg/L以下，其去除率达99%。
　　③该流程的总氮去除率仅为20%～30%，因而脱氮效率有待提高。
　　④必须对曝气池的pH值加以控制，否则高浓度氨氮的硝化会将pH值降至5左右，严重影响生物净化过程的进行。
　　⑤生物处理后的混凝处理宜采用聚铁为混凝剂，其混凝的最佳pH=5，投加量以1 L水投加6 mL聚铁为宜。

参考文献：

　　［1］赵宗升，刘鸿亮，李炳伟，等.垃圾填埋场渗滤液污染的控制技术［J］.中国给水排水，2000，16(6)：20-23.
　　［2］赵宗升，刘鸿亮，李炳伟，等.高浓度氨氮废水高效生物脱氮途径［J］.中国给水排水，2001，17(5)：24-28.

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　　作者简介：赵宗升(1959-)，男，北京顺义人，副研究员，博士，研究方向为水污染控制。
　　电　话：(010)84915277
　　收稿日期：2001-06-14