不同载体生物滤池对渗滤液污染物的处理效果

中国环境科学2010,30(6)：763~769ChinaEnvironmentalScience不同载体生物滤池对渗滤液污染物的处理效果吕宝一,谢冰*,戴淑萍,崔玉雪,梁少博(华东师范大学环境科学系,上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海200062)摘要：以陈垃圾和煤渣作为生物滤池反应器填料,分别构建了单一陈垃圾、煤渣以及复合该2种填料的生物反应器,对渗滤液中的污染物进行了去除效果实验.结果表明,煤渣生物滤池对于渗滤液中COD和氨氮的去除效果高于陈垃圾滤池,但是总氮的去除率低于陈垃圾.复合填料滤池对于负荷和低温变化具有较好的耐受能力.电镜观察和微生物计数结果表明,2种载体适合微生物挂膜生长.粒径分析结果表明,2种载体的颗粒粒径组成对于滤池通透性能以及污染物去除有重要影响.关键词：渗滤液；生物滤池；陈垃圾；煤渣；颗粒粒径中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2010)06-0763-07Leachatepollutantsremovedbybiofilterwithdifferentmedia.LÜBao-yi,XIEBing*,DAIShu-ping,CUIYu-xue,LIANGShao-bo(KeyLaboratoryofUrbanizationandEcologicalRestorationofShanghai,DepartmentofEnvironmentScience,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062).ChinaEnvironmentalScience,2010,30(6)：763~769Abstract：Twodifferentmedia,agedrefuseandcinderwereusedtoconstructthreebiofilters,agedrefusebiofilter,cinderbiofilterandcomplexbiofilter,andtheirtreatmentefficiencyonlandfillleachatepollutantswereinvestigated.CinderbiofilterhadhigherCODandNH3-Nremovalratesthanthatoftheagedrefusebiofilter,whilelowerremovalrateoftotalnitrogen.Complexbiofilterhadbetterresistancetoshockloadingandlowertemperature.SEMobservationandmicrobialcountingfoundthattwomediawerehospitableforbacterialattachmentandgrowth.Theparticlecompositionoftwomediamayhaveimportanteffectsonbiofilter’spermeabilityandpollutantsremoval.Keywords：landfillleachate；biofilter；agedrefuse；cinder；particlediameter渗滤液是垃圾填埋过程中发生的物理化学和生物共同作用产生的复杂的混合液体.垃圾渗滤液成分复杂,有机物、氨氮和重金属等有毒有害污染物种类繁多,不同填埋场或同一填埋场的不同时段垃圾渗滤液的成分有很大的不同,垃圾渗滤液的处理异常困难,工艺复杂、工程投资及维护远远大于一般的城市生活和工业废水处理[1-2].生物滤池对于垃圾渗滤液中污染物特别是氨氮的去除具有良好效果[3-5].生物滤池中载体的选择非常重要,其不仅要满足污染物处理的要求,不易堵塞,而且还要价廉.采用填埋数年已基本生物稳定化的陈垃圾(又称矿化垃圾)构建生物反应器进行渗滤液的处理,可以利用陈垃圾独特的物理化学和微生物学特性,获得较好的污染物去除效果,并在实际工程中得到应用[6-10].炼钢厂或电厂生产过程中产生的固体废物对水中存在的有机物有较好的吸附效果,有用于人工湿地系统处理污水的研究的报道[11-13],但是尚未见到其用于生物滤池进行渗滤液处理的研究报道.本研究采用陈垃圾和煤渣这2种废弃物单独和复合构建生物滤池,研究其对渗滤液污染物的去除效果,并对其表面生物挂膜情况和通透性能进行研究,以期为实际应用提供参考依据.1材料与方法1.1反应器构建与运行生物滤池反应器为圆柱体,直径30cm,填充收稿日期：2009-10-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(20977031);上海市自然科学基金资助项目(09ZR1409000)*责任作者,副教授,[e-mail]764中国环境科学30卷填料高度为150cm,有效容积约105L.本研究构建3组生物滤池反应器,B、C反应器分别装陈垃圾和煤渣填料,A柱陈垃圾和煤渣填料各50%.所用陈垃圾和煤渣的主要性状如表1.表1陈垃圾和煤渣的性状Table1Thecharacteristicsofagedrefuseandcinder填料密度(g/cm3)孔隙率(%)有机碳(%)含水率(%)陈垃圾1.60~1.760.288.012.0煤渣1.69~1.870.321.610.0生物滤池反应器放置于保温室内,由制冷和制热机调控室内温度.实验用渗滤液采用上海老港垃圾填埋场和上海黎明垃圾填埋场调节池水配制而成,主要水质指标如表2所示.反应器中的填料装填进反应柱后,由自控装置计量泵连续进水,待填料全部浸润湿透后1周开始试验.实验分为3个阶段:第I阶段为驯化阶段,温度30℃,进水COD浓度2000mg/L,水力负荷20L/m3填料,水力停留时间约为10~14d,持续时间9周.第II阶段为进水负荷提升阶段,进水COD浓度提高至6000mg/L左右,同时温度降至在20℃.B、C反应柱水力负荷不变,A的水力负荷提高到40L/m3填料.水力停留时间约为5~7d,此阶段持续时间10周.第III阶段为低温运行,考察在10℃温度条件下的污染物去除效果,水力负荷同II阶段.持续8周.表2反应器不同实验阶段进水的水质指标Table2Influentqualityinthisexperimentatdifferentstage此外,本实验对A反应器还进行了不同水力负荷(固液比)实验,分别实验了4~40L/m3填料水力负荷条件下,反应器A对污染物的去除效果.1.2指标检测方法1.2.1进出水水质指标监测常规水质指标每周检测1次.分析方法见文献[14],CODCr:重铬酸钾法;BOD5:稀释与接种法,TN:碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法;NH3-N:纳氏试剂比色法;NO3-N:酚二磺酸分光光度法;NO2-N:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;TP:钼酸铵分光光度法.1.2.2主要微生物指标取1g反应器填料样品,加入到灭过菌的装有99mL生理盐水和玻璃珠的锥形瓶中,在漩涡振荡器上振荡30min,然后在超声波振荡器上振荡2min,彻底分散生物膜样品.分析其中异养细菌、硝化细菌、放线菌和反硝化细菌的数量,分析方法见[15],结果以单位填料干重上的菌落数来表示,cfu/g.W.D.1.2.3电镜分析取挂膜前和运行12周后的陈垃圾和废弃多孔滤料样品少许,放入3%戊二醛中,4℃保存,样品经过25nm厚镀金钯混合物处理后用JSM-5610LV扫描电子显微镜(日本电子公司)观察并拍照.1.2.4填料载体粒径分析取陈垃圾和煤渣样品60℃烘干,取烘干后样品100g,分别过10,6,2mm筛,称量各阶段样品重量,计算各部分组分.取少量小于2mm样品,采用激光粒度仪(LS13320,BeckmanCoulter公司,美国)测定粒径分布.2结果与分析2.1不同填料生物滤池对渗滤液污染物的去除效果如图1所示,在第I阶段的运行中,A、B反应器出水的COD呈下降趋势,C在升高5周后也开始下降,由于这一阶段微生物处于挂膜驯化期,COD的去除以吸附作用为主导,可能由于陈垃圾具有强的吸附能力[16-17],含有陈垃圾的反应实验阶段CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)NH3-N(mg/L)NO3-N(mg/L)NO2-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)pH值SS(mg/L)I2000300200010102200108.01000II、III60002000250010102600168.050006期吕宝一等：不同载体生物滤池对渗滤液污染物处理效果765器A和B表现出出水COD持续下降的现象,而单一煤渣的反应器C则很快就达到了吸附饱和状态.在第II阶段开始降低温度至20℃,提高进水COD浓度后,各反应器出水COD也逐渐升高,A和B的出水分别在第15周和17周达到峰值,超过4000mg/L,虽然A同时也提高了进水的水力负荷,达到B或C的2倍,但是A在2周内快速回到低于2000mg/L,COD的去除率在60%左右,而B则用了5周的时间恢复,而且COD在2500~3000mg/L;相比较A和B,反应器C的出水要稳定得多,最大值在2000mg/L,其余都在1500~1900mg/L之间变化,表现出较好的抗冲击能力,同样混有煤渣的反应器A也表现出快速恢复的能力,单一陈垃圾反应器则恢复较慢.进入第III阶段10℃低温运行后,3个反应器的出水COD数值趋向2200mg/L,去除率在45%~50%.02.04.06.08.010.0135791113151719212325时间(周)进水A出水B出水C出水第I阶段第Ⅱ阶段第III阶段COD(×103mg/L)图1各反应器运行不同阶段进出水COD的变化Fig.1InfluentandeffluentCODinreactorsatdifferentstages无论进水BOD浓度是第I阶段的300mg/L还是第II阶段2200mg/L,温度从30℃到10℃变化中,出水的BOD略有升高,但总体上小于25mg/L,平均去除率在98%以上,与其他采用陈垃圾的生物反应器出水BOD结果一致[6,8],表明实验条件下渗滤液的BOD5负荷处于较低水平,反应器中的可生物降解有机物被微生物降解充分.由图2可见,反应器运行第I阶段各反应器出水的氨氮呈下降趋势,第II阶段提高负荷和降低温度后,A、B出水氨氮显著升高,其中A的出水氨氮浓度高于B;相比较A、B反应器,C反应器的出水氨氮变化要平缓得多,基本在100~200mg/L浓度范围变化.到第III阶段温度从20℃到10℃降低的过程中,各反应器出水的氨氮都急剧升高,但C的浓度还是远远低于A和B.以上结果显示,煤渣反应器对氨氮去除效果较好,这可能与煤渣良好的吸附和通透性,有利于氨氮的去除有关[18].复合A反应器虽然第2阶段水力负荷提高到B、C的2倍后,出水氨氮浓度有所升高,但5周后回落到B之下,其平均氨氮的去除介于B、C之间,说明复合反应器有较好的抗水力负荷和温度变化的能力.氨氮的去除受温度影响较大,温度降低是硝化作用减弱的一个重要原因[19].00.51.01.52.02.53.03.5135791113151719212325时间(周)进水A出水B出水C出水第I阶段第II阶段第III阶段氨氮(×103mg/L)图2各反应器运行不同阶段进出水氨氮的变化Fig.2InfluentandeffluentNH3-Ninreactorsatdifferentstages如图3所示,第I阶段,反应器A、B对TN去除效果在20%~30%左右,第II阶段虽然温度降低,但是TN去除效果开始提高,去除率在50%~70%,其中B比A的去除效果略好,随温度的进一步降低,A、B的TN去除效果急剧下降;C反应器对TN的去除表现出与A、B截然不同,第I阶段初期总氮去除率在50%,然后出水总氮迅速升高,一直到第II阶段结束,C反应器的出水总氮和进水总氮几乎相等(某些点的出水比进水高是由于进水调整,前一阶段进水中较高的TN造成的),到第III阶段才