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1、（生物科技行业）好氧三相外循环生物流化床处理垃圾渗滤液的研究目 录目 录1第一章 前言11.1垃圾渗滤液的产生及危害11.1.1垃圾渗滤液的产生11.1.2垃圾渗滤液的危害11.2垃圾渗滤液的处理研究现状2121物理化学处理法2122生化处理法2123土地法31.3生物流化床研究现状41.3.1几种新型的流化床反应器51.3.2三相生物流化床的特点61.3.3流化床活性炭一生物膜法的运行机理71.4论文的研究内容8第二章 实验装置及检测方法、仪器及药品92.1实验装置92.2实验设备102.3实验药品112.4试验材料112.5载体的特性11第三章 生物流化床载体挂膜实验133.3载体和污水水
2、质133.4生物膜的培养与驯化133.5生物膜的形成过程中的控制条件133.6载体挂膜驯化期间污水的处理效果143.6.1好氧反应器处理效果143.6.2厌氧反应器处理效果153.7小结16第四章实验结果与影响因素分析174.1 厌氧预处理174.2水力停留时间的影响174.3曝气量的影响184.4投加生物膜量（载体含率）的影响194.5小结20第五章 实验结果分析与展望215.1主要结论215.2问题及展望21致谢23参考文献24附录A 实验数据26附录B 英文翻译29第一章 前言1.1垃圾渗滤液的产生及危害1.1.1垃圾渗滤液的产生垃圾渗滤液有四个来源: (1)垃圾自身含水;(2)垃圾生化
3、反应产生的水;(3)地下潜水的反渗;(4)填埋场内的自然降水的地表径流。其中填埋场内的降水为主要部分。垃圾渗滤液是城市生活垃圾(有时也包含部分工业废弃物)在填埋场堆放过程中由于微生物的分解作用和受雨水的淋洗以及地表水和地下水的长期浸泡而产生的高浓度有机废水。垃圾渗滤液具有以下基本特征：（1） 污染物浓度高，COD和BOD5大多为工业污染物国家排放标准的几十倍以上。（2） 既有有机污染成分，也有无机污染成分，同时还含有一些微量重金属污染成分，综合污染特征明显。（3） 有机污染物含量多，成分复杂。有机物，NH3- N ，SS ，氯化物含量高，有害微生物种类多、数量大.其中有机物有难以生物降解的萘、
4、菲等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化物，磷酸酯，邻苯二甲酸酯，酚类化合物和苯胺类化合物等。 （4） 渗滤液中微生物营养元素比例严重失调。其中的氨氮浓度很高，其营养比例比生物法处理时微生物生长所需要的营养比例相去甚远。1.1.2垃圾渗滤液的危害垃圾渗滤液的氨氮含量和CODCr浓度高,使地面水体缺氧，水质恶化；氮磷等营养物质是导致水体富营养化的诱因，还可能严重影响饮用水水源；一般而言，CODCr，BOD5，BOD5 /CODCr会随填埋场的“年龄”增长而降低，碱度含量则升高。此外，随着堆放年限的增加，新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾，渗滤液中有机物含量有所下降，但氨氮含量增加，且可生化性降低，因此处理难度
5、非常大。垃圾渗滤液中有机污染物多，高达77种，其中促癌物、辅致癌物5种，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，这些金属离子会对生物处理过程产生严重地抑制作用。1.2垃圾渗滤液的处理研究现状121物理化学处理法物化法处理垃圾渗滤液主要由活性炭吸附，化学絮凝沉淀，化学还原，离子交换，化学氧化，气提及湿式氧化，蒸干法等多种处理方法。物化法同生化法相比较，一般不受垃圾渗滤液水质的水量变动的影响，出水水质稳定，尤其对 BOD5/COD比值较低（0.07-0.20）难以生物降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果4。化学氧化法（包括臭氧氧化和过氧化氢）被用于垃圾渗滤液的深度处理
6、，其原因是在许多情况下可以直接将难降解的有机物氧化为简单的易降解的有机物，内部自由基反应可以加速氧化速度。在德国目前约有100座填埋场渗滤液处理厂，其中有15座以化学氧化法作为深度处理工艺。但在国外化学氧化法处理垃圾渗滤液也基本处于实验阶段，缺点是耗电量大，成本和管理费用高3。122生化处理法生物处理是垃圾渗滤液的主体处理方法。根据生物处理系统中微生物存在的状态，可分为悬浮系统，固着生长（膜法）系统和菌-藻联合处理系统。根据废水生物处理系统中起主要作用的微生物的呼吸类型，又可以分为好氧处理，厌氧处理法以及兼性处理（即厌氧-好氧联合处理）系统。（1）好氧处理法好氧处理方法包括活性污泥法、曝气氧化
7、塘、生物膜法、生物转盘和滴滤池等处理技术。 活性污泥法能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其它一些有机物质，可有效的降低BOD5、COD和氨氮，还可去除一些金属物质，因其处理费用低，效率高而被广泛应用。活性污泥法式处理城市污水最广泛的使用方法。它既适用于大流量的污水处理,也适用于小流量的污水处理。采用活性污泥法可有效的降低垃圾渗滤液的BOD5，但对COD的去除还不能达到理想的处理效果。与活性污泥法相比，曝气氧化塘体积大，有机负荷低，尽管降解速度慢，但其工程简单，在土地允许条件下，是最省钱的垃圾渗滤液好氧处理方法。与活性污泥法相比，生物膜法具有抗水量、水
8、质冲击负荷的优点，而且生物膜上能生长世代较长的微生物，如硝化菌之类等。但对于处理COD值上万的垃圾渗滤液此法还有待研究。虽然好氧处理法有众多优点，但也有以下不利影响：(1)耗氧处理在有毒金属存在时工作性能差；(2)一般渗滤液中的BOD5/P的值远远大于100，故须另外添加磷酸盐以实现有效的好氧处理；(3)如果氨氮浓度过高，则消化作用可能被抑制；(4)污泥产量过大。1 （2）厌氧处理法厌氧处理法包括固定膜生物反应器，厌氧塘，厌氧污泥床等处理方法。上流式厌氧污泥床在高速厌氧反应器中有较高的负荷能力，得到了较为广泛的应用。厌氧处理有很多优点，最主要的是能耗少，操作简单，因此，投资几运行费用低，而且产
9、生的污泥量少，故所需的营养物质也少。但厌氧微生物对有毒物质较为敏感，处理效果不稳定，不适宜单独处理COD值上万的垃圾渗滤液。（3）厌氧-好氧生物处理结合尽管厌氧处理法有很多优点，但其出水BOD5和COD通常还很高，达不到排放的标准，因此，一般不单独采用厌氧法处理垃圾渗滤液，而采用厌氧好氧结合法处理垃圾渗滤液，既经济合理，处理效果又高，COD 和BOD5的去除率分别高达86.8%和97.2%。但高浓度的渗滤液即使采用厌氧-好氧结合处理工艺也难以带到排放标准，还需附加物化法深度处理。123土地法垃圾渗滤液的土地处理方法包括：慢速渗滤系统（SR）、快速渗滤系统（RI）、表面漫流（OF）、湿地系统（W
10、L）、地下土地渗滤处理系统（UG）以及人工快滤处理系统（ARI）。土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除垃圾渗滤液中的悬浮固体和溶解成分，通过土壤中的微生物作用使垃圾渗滤液中的有机物和氨氮发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液中的蒸发量。17土壤中的微生物处理污染物的能力要比流体中相应的微生物强，因此土地法处理垃圾渗滤液也有很好的效果。目前，用于垃圾渗滤液处理的土地法主要是回灌法和人工湿地法。垃圾渗滤液的回灌法处理是利用填埋覆盖层的土壤的净化作用，垃圾填埋场的降解作用和最终覆盖后的垃圾填埋场地表植物的吸收作用等进行的。但回灌法也存在很多问题：(1)不能完全消除渗滤液，由于喷洒
11、或回灌的渗滤液受填埋场特性的限制，因而仍有大部分渗滤液须外排处理；(2)通过喷洒循环后的渗滤液仍须处理后排放，尤其是由于渗滤液在垃圾层中的循环，导致其NH+-N不断积累，甚至最终使其浓度远高于非循环渗滤液的浓度2。1.3生物流化床研究现状发展高效、低能耗、占地面积小的生物处理新技术一直是废水生物处理研究的重要课题之一5，其中一个重要的途径就是提高生物反应器上微生物的浓度和活性。七十年代初问世的生物流化床技术，就是对这个途径采取的具体措施的发展，它把生物膜法推向了一个新的高度。生物流化床是用于传统工艺领域的一项技术，从七十年代初期开始，美国、日本等国的废水处理专家将这项技术应用于废水的深度处理，
12、尔后又致力于二级处理。国内一些环保科研单位和高等院校从1977年开始对生物流化床技术进行研究，己经取得了较好的成绩了6-7。1971年罗伯特等人在对废水进行生物处理时，发现被活性碳所吸附的有机物大都能微生物所分解。这为发展具有生物膜法和活性污泥法两者优点的生物流化床技术提供了试验基础。从七十年代初期开始，美、日本都将生物流化床技术应用于废水的深度处理(硝化、脱氮)，随后美国又致力于研究应用于二级处理。1973年美国Jeris Johus等人成功开发了生物流化床技术并于同年申请了专利8美国Ecolotrol公司经过三年的工业性生产，已于1975年形成了应用于二、三处理的HY-FIO生物流化床工艺
13、。在该工艺中应用纯氧为氧源，砂作为生物载体。美、日两国的生物流化床技术目前都处于初期发展阶段，已从试验室转向中试阶段9，推广应用于城市污水处理；己完成了城市污水碳质化、硝化、脱氮的中试及其评价；对部分工业废水处理作出了小试和中试及其评价。主要研究方向有纯氧生物流化床处理高浓度烃类废水、合成纤维废水;贫氧流化床脱氮、厌氧生物流化床处理含酚废水、大豆加工有机废水、牛奶加工有机废水处理等。国内一些环保科研单位和高等院校从1977年开始，对二相生物流化床工艺和三相生物流化床工艺进行了多方面的研究工作。在二十多年的时间里，己在处理城市污水、抗菌素废水，农药废水、化纤印染废水、造纸废水、天然气脱硫废水、石
14、油化工废水等方面的试验中取得了良好的效果。目前，国内生物流化床工艺正处于中试和工业性试验阶段。在工业生产中也有少量应用。高效、低耗、连续处理大量废水是今后新型流化床反应器的发展方向17-18。1.3.1几种新型的流化床反应器1.3.1.1 好氧流化床膜反应器好氧流化床膜反应器把流化床反应器和膜分离技术结合起来19，采用固定化技术固定微生物，通过膜分离得到高质量的出水，提高底物在反应器中的浓度。它具有流化床生物介质分布均匀、传质传热速率快的特点，同时又能打破化学平衡的限制，提高底物浓度，将出水质量好和反应器效率高有效地结合起来，省去后处理装置，特别适用于高效率菌种且受底物浓度限制较大的情况。其缺
15、点是操作费用高、质优价廉的膜材料难以获得。日本于1990年开始该项研究，但尚未见应用报道。1.3.1.2 A-b型三相流化床反应器我国东方冷却塔水处理技术中心开发了一种与Hy-F1。工艺迥异的工艺20克服了Hy-Flo对布气布水要求高、放大效应大的缺点，适宜大规模应用，并申请了4项专利。该工艺采用A-b型流化床，其特点是载体轻于水，用气体使载体流化，不需要专门的脱膜装置，对布水、布气无严格要求，装置结构简单，运转管理方便，污泥量少，占地面积小，基建投资省，但仍需进行后处理，且由于气液固并行向下，气泡浮升与液体流动作用方向相反，故平均体积传质系数未能达到最佳效果，但随着液速增大，液体推动力占主导作用，同时气一液在膜嘴口上的混合较充分，故大液速时平均体积传质系数较高，是一种有发展前途的反应器。1.3.1.3 组合式流化床反应器将不同型式的生物流化床组合或将生物流化床与其它生化处理反应器组合，形成复合式流化床反应器，可以取长补短，进一步提高净化效果。复合式生物流化床由于具有较好的循环特性，正日益受到重视，但因其属于全混型反应器，对一些
