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1、天津科技大学 2005 届毕业设计及实验11 绪论1.1 课题研究背景随着我国经济的快速发展、城市的急剧扩张和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的数量逐年增加，目前，国内外城市垃圾的主要处理方式为卫生填埋法，我国超过90%以上的城市垃圾是用填埋法处理的。在城市垃圾填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用以及厌氧发酵等多种代谢作用，垃圾所含的污染物将随水分溶出，并与降水、径流等一起形成高浓度的有机废液，即垃圾渗滤液。渗滤液是垃圾填埋过程中产生的二次污染, 可使地面水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源,使地下水丧失利用价值；经济有效处理垃圾渗滤液,是城市环境中凾待解决的难题！垃
2、圾渗滤液属于高浓度有机废水,成分十分复杂，尤其氨氮含量普遍较高,而且浓度变化范围很大。过高浓度的氨氮将导致渗滤液中CPN比过低,渗滤液中营养比例失调,严重影响后续渗滤液生化处理系统的正常运行。此外,高浓度氨氮对环境尤其填埋场周围的水体造成严重污染。因此,研究垃圾渗滤液中氨氮脱除技术,对确保渗滤液后续生化处理的稳定运行及保护环境具有重要的现实意义。1.2 垃圾渗滤液的来源、水质特点及氨氮废水的危害 1.2.1 垃圾渗滤液的来源垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵、雨水冲刷和地表水、地下水浸泡而渗滤出来的污水。来源主要有四个方面 1: 垃圾自身含水、垃圾生化反应产生的水、地下潜水的反渗和大气
3、降水,其中大气降水具有集中性、短时性和反复性,占渗滤液总量的大部分。1.2.2 垃圾渗滤液的水质特点（1）污染物种类繁多，成分复杂 研究显示,渗滤液中含有70多种有机物和各种重金属元素。渗滤液中含量较多的有烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等物质。(2)水质水量变化大渗滤液的水质水量会随着外界水文地质、降雨量、堆积高度及方式、填埋规模、填埋工艺、填埋时间、垃圾本身成分的变化而变化,随机性很大。（3）COD和BOD 5浓度高在新的垃圾填埋场里,挥发性酸的存在可能会提高COD和BOD 5浓度,COD最高可达80g/L,BOD 5最高可达35g/L。填埋时间小于5年时,所产生的渗滤液pH
4、值较低, COD和BOD 5浓度较高,且BOD 5/COD的值较高,一般为0.50.7,表现出良好的可生化性,同时各类重金属离子的浓度也较高。当填埋时间在5年以上时,所产生的渗滤液接近中性, COD和BOD 5浓度较低, BOD5/COD的值降到0.10.2,NH 3-N浓度较天津科技大学 2005 届毕业设计及实验2高,重金属离子浓度则开始下降。（4）金属含量高垃圾渗滤液中含有十多种金属离子,其中铁和锌在酸性发酵阶段较高,铁的浓度可达2000mg/L左右；锌的浓度可达130mg/L左右,铅的浓度可达12.3mg/L,钙的浓度甚至达到4300mg/L 2。（5）营养比例失调，氨氮含量高由于垃圾
5、渗滤液的影响因素很多,其可生化性和C/N值存在差异。在不同场龄填埋场产生的垃圾渗滤液中,C/N值的失调和BOD 5/CODcr值的较大变化常给生化处理带来一定难度。随着填埋场年限的增加,垃圾渗滤液中的氨氮浓度相应增加,最后浓度可高达10g/L。1.2.3 氨氮废水的危害随着工农业生产的发展和人民生活的水平的提高，我国氨氮污染物的排放量急剧增加。在“一控双达标”过程中，对有机污水特别是工业有机废水进行了有效治理，但氨氮污染基本上未加控制。氨氮废水对自然环境、人体等有极大的危害，氨氮排入水体，特别时流动缓慢的湖泊，容易引起氨氮水体中的藻类和微生物的大量繁殖，导致水体的富营养化。湖泊“水华”及近海“
6、赤潮”时有发生，越演越烈。水体富营养化后会引起某些藻类的恶性繁殖，一方面有些藻类本身水藻腥味会引起水质恶化使水变得腥臭难闻；另一方面有些蛋白质毒素会富集在水产物体内，并通过食物链影响人体的健康，甚至使人中毒。如海生腰鞭毛目生物的过度繁殖能使海水呈红色或褐色，即俗称“赤潮” ；沟藻是形成赤潮的常见种类，他们所产生的毒素会被贝类动物所积累，人体食用后会引起严重的胃病甚至死亡 3。水体中大量藻类死亡的同时会耗去水中所含的氧气，从而引起水体中鱼虾等水产物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至变浅，变成沼泽地甚至消亡。水体富营养化已经危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，富营养化的水质不仅又黑又臭，且透明度
7、也差，往往影响了江河湖泊的观赏和旅游价值。氨氮在水中微生物的作用下转变为硝态氮和亚硝态氮，对人体有毒害作用。硝态氮进入人体后，能通过酶系统还原为亚硝态氮，轻则引起高铁血红病，重则是婴儿死亡。硝态氮和亚硝态氮均为强致癌物质亚硝基化合物的前体物质，有致癌、致突变、致畸的性质，对人体危害严重。1.3 垃圾渗滤液处理现状垃圾渗滤液的主要处理工艺有生物处理法、物化法、土地法以及几种方法的综合 3。1.3.1 场外与城市污水合并处理合并处理包括渗滤液直接进入污水处理厂和经天津科技大学 2005 届毕业设计及实验3预处理后进入城市污水处理厂,两类处理方案都是利用城市污水对渗滤液的缓冲、稀释和营养均衡作用,通
8、过污水处理厂实现两者的同时处理。其中预处理方案考虑了渗滤液直接排放对城市污水处理厂运行的冲击问题 4。1.3.2 直接回灌方式进行处理渗滤液回灌是用适当的方法,将在填埋场底部收集到的滤渗液从其覆盖表面或覆盖层下部重新灌入填埋场。通过填埋场覆盖层的土壤净化作用、垃圾填埋层的降解作用和最终覆盖后垃圾填埋场地表植物的吸收作用对其进行净化处理。采用回灌方式进行处理不但节省占地,而且可将填埋场作为一个大的生物滤池,渗滤液经多次回流处理后其流量及有机物含量会越来越少。同时渗滤液的回流又可加速垃圾中有机物的分解稳定,起到缩短填埋场稳定过程的作用。但是渗滤液回灌不但产生恶臭,易受冰冻影响,容易污染地表水,而且
9、长期回灌使渗滤液中某些无法生物降解的污染物浓度极高,最终仍需定期单独处理后排放。1.3.3 收集后单独处理单独处理主要包括物化处理、生化处理以及物化与生化相结合的处理方法。目前单独处理系统的工艺一般为:预处理+厌氧+好氧+深度处理。单独处理系统存在以下问题:(1)系统适应水质变化,特别是适应填埋场整个填埋期的能力差。(2)流程过长,管理复杂,运行费用高,且出水COD一般在5001200mg/L,不易达标。(3)与合并处理方案相比,单独设置小规模处理系统在运转费用上缺乏优越性。1.4 垃圾渗滤液的主要处理方法1.4.1 物理化学法物化处理的目的主要是去除渗滤液中的有毒有害重金属离子及氨氮,为渗滤
10、液的达标排放和生物处理系统有效运行创造良好的条件。1.4.2 活性炭吸附法在渗滤液的处理中,该方法主要用于去除水中难降解的有机物(酚、苯、胺类化合物等)、金属离子(汞、铅、铬)和色度,一般情况下,对COD和NH 3-N的去除率为50%70% 5。活性炭吸附法处理可适应水量和有机负荷的变化,设备紧凑,管理方便。但活性炭的价格较为昂贵,而且再生较为困难 6。1.4.3 化学沉淀法化学沉淀中的一种主要方法是混凝。常用的混凝剂有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等，对使用时间不长的填埋场产生的渗滤液COD和总碳的去除率一般为10%25%，而对时间较长的填埋场产生的渗滤液COD和总碳的去除率可达50%65%。1
11、.4.4 化学氧化法化学氧化法主要去除渗滤液中的色度和硫化物，对COD的去除率通常为天津科技大学 2005 届毕业设计及实验420%50%。氯、臭氧、过氧化氢、Fenton、高锰酸钾和次氯酸钙等是常用的氧化剂。在德国目前约有100座填埋场渗滤液处理厂，其中15座以化学氧化为深度处理工艺 7。但在国外化学氧化法处理垃圾渗滤液也基本处于试验阶段，其缺点是耗电量大，成本费用高。1.4.5 光催化氧化法谭小萍 8等人对影响光催化处理垃圾渗滤液的因素进行了研究, 试验表明，光催化氧化法对垃圾渗滤液的深度处理效果较好, COD去除率为50%左右，色度去除率为80%左右，有一定的可行性。BekboeletM
12、 9也报道了采用TiO 2处理垃圾渗滤液，在pH=5时，降解效果最好。光催化氧化技术工艺简单，无二次污染，对腐殖酸去除效果很好，但该方法在反应器设计、催化剂用量与寿命、光照时间方面需深入研究。1.4.6 膜渗析和分离系统膜处理一般组合使用或与其他处理方法联用，超滤或微滤常常作为反渗透的预处理。许多垃圾填埋场用反渗透法可将渗滤液的容积减少75%80%，然后再将浓缩液回灌至填埋场。微孔膜、超滤膜和反渗透膜在渗滤液深度处理中应用研究较多，其对COD和SS的去除率可达95%。但膜分离方法一次性投资费用大,尤其对于浓度较高的渗滤液而言，处理费用很高，且该工艺产生的极高浓度浓缩液的回灌会造成电导率上升等现
13、象，导致处理效果的下降和膜寿命的降低。广州市大田山垃圾填埋场采用反渗透处理渗滤液出水,结果表明,当进水COD为250620mg/L时，调整进水压力为3.5MPa，则出水COD浓度几乎为零，平均透水量为3042L/ (m 2h)10。1.4.7 吹脱法氨吹脱作为渗滤液的预处理，能够有效地降低NH3-N浓度并调整C/N的值。吹脱分为曝气吹脱与吹脱塔吹脱。吴方同等人的试验结果表明对于氨氮浓度高达 15002500mg/L的渗滤液，在温度为25，pH值为10.1511.10，气液比为 29003600时,氨吹脱效率达95%以上 11。氨吹脱工艺运行费用较高，且空气污染现象严重。1.4.8 物化法展望渗
14、滤液成分的复杂化和多样化使单纯的物理化学方法难以达到处理效果， 必须与生物法联合处理出水才能比较理想。近年来发展起来的氧化技术，无论是辐照氧化，还是光催化氧化，都是借助氢氧自由基的强氧化性来达到氧化分解化合物的目的，以提高渗滤液的可生化性。目前，渗滤液的处理尚没有很成熟的工艺可供借鉴，这些强氧化技术有着良好的前景，但是基本上处于研究阶段，工程实例并不多，若要真正进行实际应用，除了要有较高的处理效率和速率，还需有尽可能低的投资费用和运行费用 5。天津科技大学 2005 届毕业设计及实验51.4.9 生物法作为传统的污水生物处理方法，生物膜法和活性污泥法均可以应用于垃圾渗滤液的处理中。这两种方法的
15、优势是有较为成熟的理论依据和较丰富的运行经验，但应用于渗滤液处理中的主要问题是很难适应渗滤液的冲击负荷，而且渗滤液所含成分的复杂程度对能否保持系统的稳定运行有很大的影响。目前渗滤液生物处理采用较多的工艺流程为厌氧+好氧工艺。（1）好氧处理从脱氮考虑,好氧一般采用活性污泥法、氧化塘、SBR等工艺。近几年，SBR因其工艺优势，被国内外众多渗滤液处理研究者采用 12-15。研究表明：经过SBR工艺处理的渗滤液出水NH 3-N可以降到较低水平，但出水COD很难达标,这是由于渗滤液中难降解物质含量高造成的 16。与活性污泥法相比，曝气稳定塘体积大，有机负荷低，降解进度较慢，但由于其工程简单，在土地不贵的
16、地区，是最经济的垃圾渗滤液好氧生物处理方法。在美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国等国家进行的小试、中试及生产规模的研究都表明,采用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。（2）厌氧处理目前厌氧生物处理采用厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧消化等。上向流式厌氧污泥床(UASB)是一种较新型的厌氧处理反应器，高浓度(6080g/L)颗粒污泥床使其具有比其他厌氧处理设备更强的处理能力。英国的水研究中心报道用UASB处理COD10000mg/L的渗滤液，当负荷为3.619.7kgCOD/(m 3d)，平均泥龄为1.04.3d，温度为30时，COD和BOD 5的去除率各为82%和85%，它们的负荷比厌氧滤池要大得多。厌氧滤池适于处理溶解性有机物，加拿大某垃圾填埋场渗滤液平均COD为12850mg/L，BOD 5/COD为0.7，pH为5. 6。将此渗滤液先经石灰水调节至pH =7
