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1、1填埋场垃圾渗滤液脱氮技术研究进展一 摘要垃圾填埋场渗滤液中主要污染物质，着重介绍脱氮处理的重要性，并简单 介绍国内外常用的脱氮处理方法。关键词关键词：渗滤液 脱氮二 引言垃圾填埋场渗滤液是几种难处理的废水之一，是一种高浓度有机废水(表现 为 COD, BOD5值很大) , 且 NH3-N 含量高。过高的 NH3-N 增加了生化处理的负 荷, 导致 C/N 过低, 致使渗滤液中营养比例失调, 产生的高浓度游离氨还会对 微生物产生抑制作用, 严重影响生化处理系统的正常运行。因此, 研究渗滤液 中 NH3-N 的脱除技术, 对于生化处理设计要求以及 COD 的去除等都是很有必要 的。本文针对垃圾渗
2、滤液的脱氮处理方法做一个概述，并对其经济型实用性极 其优缺点进行分析。常用的方法有吹脱法、化学沉淀法、膜法、电化学氧化除 氮、离子交换与吸附法、传统工艺和新工艺等方法。三 渗滤液产生氨氮的过程及特点生活垃圾中蛋白质等含氮物质的生物降解是垃圾渗滤液中 NH3-N 的主要来 源，蛋白质在蛋白酶作用下水解成多肽和二肽，然后由肽酶进一步水解成氨基 酸，氨基酸通过降解释放出 NH4。释放出的一部分 NH4可被同化合成细胞物质， 另一部分 NH4在有氧存在时可经亚硝化菌和硝化菌作用氧化为 NO2和 NO3，NO2，NO3可以在兼氧厌氧环境中被反硝化菌还原为 N2。 填埋场内是固体垃圾微生物渗滤液填埋气混合
3、的微生态系统，包含 多种无机和有机的营养物质。厌氧条件下，厌氧氨氧化菌能以 NO2作为最终电 子受体，进行厌氧氨氧化作用，NH4转化为 N2 。NH4还可以被异养反硝化细菌 作为最终电子受体，通过生物异化还原；通过自养反硝化细菌如反硝化硫杆菌 的作用，利用含硫化合物和无机碳化合物作为能源进行反硝化被还原。传统厌 氧填埋条件下蛋白质水解较慢，使得垃圾填埋场中的氨氮的释放可以持续很长 时间，因此，很多学者认为 NH3-N 是垃圾填埋场中重要的长期污染，在运行和 封场之后仍是主要的污染源。传统厌氧填埋的条件通常不利于氨氮的降解，通 常随着填埋场年限的增加，垃圾渗滤液中的氨氮比例也相应增加。四 渗滤液
4、的脱氮处理技术24.1 物理化学法4.1.1 吹脱法吹脱法：用于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质。即将气体（载气）通 入水中，使之相互充分接触，使水中溶解气体和挥发性物质穿过气液界面，向 气相转移，从而达到脱除污染物的目的，常用空气或水蒸汽作载气。 吹脱的理论依据是气液相平衡和传质速度理论。对于稀溶液，在一定温度， 当气液之间达到相平衡时，溶质气体在气相中的分压与该气体在液相中的浓度 成正比亨利定律。氨氮在渗滤液中存在如下平衡: NH4+ + OH- NH3 + H2O 当 pH 调节至碱性时, NH3-N 主要以游离氨的形式存在。然后经曝气吹脱或 送入吹脱塔以喷淋和鼓风吹脱去除游离氨。曝气吹
5、脱即直接或间接调整 pH 值 后在调节池或吹脱池中曝气, 渗滤液中 NH3 通过表面更新和向气泡的传质而脱 除, 从而改善渗滤液营养比例的。曝气吹脱即直接或间接调整 pH 值后在调节池 或吹脱池中曝气，渗滤液中 NH3通过表面更新和向气泡的传质而脱除，从而改 善渗滤液营养比例的。 吹脱塔又分为填料塔与筛板塔两种。填料塔塔内装设一定高度的填料层， 液体从塔顶喷下，在填料表面呈膜状向下流动；气体由塔底送入，从下而上同 液膜逆流接触，完成传质过程。其优点是结构简单，空气阻力小。缺点是传质 效率不够高，设备比较庞大，填料容易堵塞。 筛板塔是在塔内设一定数量的带有孔眼的踏板，水从上往下喷淋，穿过筛 孔往
6、下，空气则从下往上流动，气体以鼓泡方式穿过筛板上液层时，互相接触 而进行传质。图 4-27 为筛板示意图。通常筛孔孔径为 68mm，筛板间距为 200300mm。其优点是构造简单，制造方便，传质效率高，塔体比填料塔小， 不易堵塞。但操作管理要求高，筛孔容易堵塞。 氨氮吹脱工艺对提高后续厌氧工序的处理效果是明显的,但同时也存在吹脱 气体的二次污染问题, 吹脱气体会造成周围大气环境质量的下降。同时也存在 低温时效率急剧下降和运行费用较高的问题。费用较高主要是吹脱过程需要很 大的气水比, 要降低氨氮处理费用必须寻求一种破坏 NH3-N 化学平衡、高效的 气液接触传质和提高水温的方式。用吹脱法处理废水
7、的过程中，污染物不断地 由液相转入气相，易引起二次污染。吹脱处理的优点是结构简单，易行，氨氮 去除效率高，技术成熟，适合处理高浓度 NH3-N，但由于需要调节 pH，必须投 加大量的碱，而且为了曝气，还需要提供一定的风量,造成了处理费用偏高。同 时氨吹脱只是将废水中的铵离子转化为游离氨，最后将之排放到大气中，实质 上氨的污染问题并未得到解决，成本高，二次污染严重，吹脱塔易结垢等。4.1.2 化学沉淀法化学沉淀法：向废水中投加某些化学物质，使它和废水中欲去除的污染物 发生直接的化学反应，生成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法。 化学沉淀法是近年来兴起的一种新的去除高浓度氨氮的方法。在化学沉
8、淀 法中，化学反应能否朝所需结果的方向发展，主要受下面反应平衡式的控制： MgNH4PO4=Mg2+NH4+ +PO43-3渗滤液中的 Mg2+ 、NH4 和 PO43- 的浓度受很多因素的影响，其中 pH 是最大 的影响因素。pH 将影响以下三个反应平衡式： Mg2+OH- - = MgOH+ NH4+ OH- - = NH3H2O PO43- + H+ = HPO42- 化学沉淀法反应所需要时间较短，操作简单，而且没有因反应产生具有臭 味和毒性的气体，并且产生的沉淀物含有氮、磷等具有肥效的元素，可用做复 合肥施用在多种农作物上。 化学沉淀法的最大不足之处是沉淀药剂（磷盐及镁盐）和调节 pH
9、 值的碱价 格较贵，使得实际应用时处理成本高而制约其应用。如果能找到价廉高效的氨 盐沉淀剂，则化学沉淀法除氨将是一种技术可行、经济合理的垃圾渗滤液中氨 氮脱除方法。4.1.3 乳状液膜法乳状液膜法是一种新的液膜分离技术，通过两相间形成的液相膜界面,将组 成不同但又互相混溶的溶液隔开。经选择性渗透使物质分离。该技术在处理高 浓度和低浓度氨氮废水上都是一种很有应用前景的处理方法。但此法引入了表 面活性剂、膜增强剂等，应注意防止给废水带来二次污染。4.1.4 反渗透法反渗透法是利用反渗透膜选择性地通过溶剂而截留离子物质, 以膜两侧静 压差为动力, 克服溶剂的渗透压, 使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混
10、合物进 行分离的膜过程。 反渗透膜法水处理技术中，膜生物反应器（MBR） 、纳滤（NF） 、反渗透 （RO）在垃圾渗滤液处理技术中的研宄和应用较广。 反渗透膜法分离技术在压力作用下可以去除垃圾渗滤液中的细菌、悬浮物、 有机物、重金属离子，同时可以去除氨氮，出水水质一般能够达到国家渗滤液 一级排放标准。膜处理技术最大的运行缺点是膜污染问题。一般膜片寿命都在3 年以下。自从20世纪80年代末德国人发明了 DTRO(碟管式反渗透膜组件)膜组 件，膜污染问题得到了很大改善，反渗透膜的使用寿命可长达3年5年，国外 己有9年才更换膜片的工程实例。目前,DTRO技术己在西欧、北欧、北美等地 区243个垃圾填
11、埋场中得到应用。近年来，国内也开始了膜处理技术在垃圾渗滤 液方面的应用。重庆长生桥垃圾填埋场、上海黎明垃圾填埋场、北京阿苏卫垃 圾填埋场、北京安定垃圾填埋场、沈阳老虎冲垃圾填埋场等己建成碟管式反渗 透系统并投入运行。 RO 膜处理技术水回收率较低，一般为 70%80% 。相比之下,NF 的出水水 质虽然不抵 RO，但其能耗明显下降,一部分的盐进入到出水中减少了浓缩液处 理的难度，水回收率较高。但受到膜孔径的限制,NF 对于氨的截流能力明显弱 于 RO。 使用 RO，NF 等物理截流膜处理法处理垃圾渗滤液的另一个主要弊端是浓水 处理问题。目前浓水处理方法主要有回灌垃圾填埋层、运输至城市污水处理厂
12、 以及采用蒸发、焚烧及固化的方法进行最终处理。 与其他水处理方法相比具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、 占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广,在一定压强下对氨氮的去除率极4高。缺点是膜成本较高，膜容易被污染，使用 RO,NF 等物理截流膜处理法处理 垃圾渗滤液的另一个弊端是浓水的处理。4.1.5 电化学氧化除氮 电化学氧化法去除氨氮是指在电场的作用下， 以溶液中产生的 OH-基团或 ClO-作为氧化剂将氨氮转化为氮气等物质的过程，一般用于垃圾渗滤液的后处 理。 电化学氧化法可使氨氮去除率达 100%。 ，同时去除大部分 COD，处理过程短， 但要求所处理溶液中应含有一定 Cl-目
13、前多限于实验室规模，且消耗电能，处理 成本较高。 电化学氧化过程可有效去除垃圾渗滤液中的污染物,但要消耗大量电能，成 本较高。4.1.6 离子交换与吸附法吸附法是利用多孔性的固体物质, 使渗滤液中氨氮被吸附在固体表面而去 除的方法。沸石对铵离子有很强的选择性, 一般作为离子交换树脂去除氨氮。 沸石是一种骨架状硅铝酸盐, 其内部硅铝氧基组成的骨架中有很多空腔和 连接空腔的孔道, 具有内表面积大、多孔穴的特征, 可吸附各种污染物, 释放 出骨架上的金属阳离子, 具有较强的吸附与离子交换能力。 中国的天然沸石资源丰富, 因此沸石吸附法处理氨氮有很大的发展空间, 而且沸石吸附法没有二次污染, 还可以回
14、收氨, 变废为宝。吸附受平衡过程控 制, 不适于去除水中低浓度氨氮。4.2 生物脱氮技术4.2.1 传统工艺传统生物脱氮技术包括硝化与反硝化两个阶段，首先废水在有氧的条件下, 通过好氧硝化菌作用将氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐,然后在缺氧条件下利用反 硝化菌将亚硝酸盐或硝酸盐还原为氮气逸出，从而达到脱氮的目的。传统生物 脱氮工艺有好氧处理、厌氧处理以及两者联合处理工艺，单一的好氧或厌氧处 理都难以得到较好的处理效果。目前采用最多的是厌氧-好氧联合工艺。Coelho 等利用 SBR 处理废水的研究表明，在 SBR 控制台上加入了优化程序,用脉冲方式 加入废水和氧气，明显的缩短了批处理时间。Jokel
15、a 等利用硝化与反硝化装置 对垃圾渗滤液进行脱氮研究发现,将碎砖作为滤膜放在硝化装置中，垃圾置于反 硝化装置中，渗滤液氨氮去除率较好,且费用低廉,而且这种硝化与反硝化装置 也适合低温下氨氮的处理。Ilies 等研究表明，当温度降到 17 时，反硝化受抑 制， 硝化没有影响；当温度降到 10 度，硝化过程受抑制。可见硝化反应主要 受低温影响，尽管也有其他影响因素，但氨氮的最后去除率仍然能达到 50% 。 由于硝化反硝化是分开进行的，所以氧化速度高，处理效果较好，而且不 同性质污泥在不同沉淀池进行分离和回流，运行方便。但其工艺处理设备多， 造价高。且对于低 C/N 比废水，常需要投加甲醇来增加碳源
16、物质，由此带来的 BOD，需在系统后另设曝气池和沉淀池除去，从而使得处理成本增加。传统工艺 耗氧多速率慢，易引起二次污染。4.2.2 新工艺54.2.2.1 亚硝化/反亚硝化生物脱氮亚硝化/反亚硝化生物脱氮是指 NH4+（NH3）在氧化为 NO2- 直接进行反亚硝化脱氮而不经历传统的 NO3- 阶段。 亚硝化/反亚硝化又称SHARON包括两个步骤，具体反应原理为：短程硝化 NH4+ + 1.5O2 NO2- + H+ + H2O短程反硝化 6NO2- + 3CH3OH + 3CO23N2 +6HCO3- + 3H2O SHARON工艺可以比传统的硝化一反硝化节省25%的硝化曝气量、节省40%的 反硝化碳源投加量、节省50%的反硝化反应器容积。短程硝化一反硝化的关键是 控制亚硝酸的积累，阻止亚硝酸进一步氧化成硝酸。Sharon工艺还具有以下优 点：无须污泥回流，减少50%污泥生成量；硝化过程产生的酸要少于完全硝化的 产酸量，因此可以减少投碱量；缩短反应时间，相应反应器容
