化学沉淀水解酸化生物接触氧化反渗透工艺处理垃圾渗滤液

第5卷第4期环境工程学报Vol．5，No．42011年4月ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringApr．2011化学沉淀-水解酸化-生物接触氧化-反渗透工艺处理垃圾渗滤液庞会从高太忠张静吴尚民(河北科技大学环境科学与工程学院，河北省污染防治生物技术重点实验室，石家庄050018)摘要研究了采用化学沉淀-水解酸化-生物接触氧化-反渗透组合工艺处理垃圾渗滤液的最佳条件，在pH=9，n(Mg2+)∶n(NH4+)∶n(PO3－4)=1.2∶1∶1.05，搅拌速率170r/min，搅拌时间21min条件下进行化学沉淀法脱氮，水解酸化反应器内废水停留时间10h，生物接触氧化反应器内废水停留时间12h，生化出水经反渗透处理，可使出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值要求。关键词垃圾渗滤液化学沉淀水解酸化生物接触氧化中图分类号X703.1文献标识码A文章编号1673-9108(2011)04-0836-05Treatmentoflandfillleachatebychemicalprecipitation-hydrolysisacidification-biologycontactoxidation-reverseosmosisPangHuicongGaoTaizhongZhangJingWuShangmin(KeyLaboratoryofHebeiPollutionControllingUsingBiologyTechnology，SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，Shijiazhuang050018，China)AbstractOptimalconditionsoflandfillleachatetreatmentwerediscussedbychemicalprecipitation-hy-drolysisacidification-biologycontactoxidation-ROcombinedprocess．AmmonianitrogencouldberemovedfromlandfillleachatebychemicalprecipitationunderpH=9，n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3－4)=1.2∶1∶1.05，stirringspeed=170r/min，stirringtime=21minutes．Retentiontimewas10h，12hrespectivelyinhydrolysisacidificationre-actorandinbiologycontactoxidationreactor．Experimentalresultsshowedthattheeffluentqualitycouldmeetthe“StandardforPollutionControlontheLandfillSiteofMunicipalSolidWaste(GB16889-2008)”aftertreat-mentofcombinedtechnology．Keywordslandfillleachate;chemicalprecipitation;hydrolysisacidification;biologycontactoxidation基金项目:石家庄市建设科学研究计划(0705);河北科技大学大学生科技创新基金项目;河北省环境工程重点学科资助收稿日期:2009－12－21;修订日期:2010－02－11作者简介:庞会从(1966～)，女，硕士，高工，主要从事水处理方面的研究工作。E-mail:[e-mail]生活垃圾卫生填埋过程中会产生垃圾渗滤液，垃圾渗滤液中污染物浓度高、毒性大、成分复杂［1］。同一垃圾填埋场产生的渗滤液的成分随填埋时间而变化，填埋初期垃圾渗滤液中BOD5/COD比值较高，pH值较低，SS、COD、BOD5浓度高，可生化性好，易于处理。随填埋时间的增加，垃圾渗滤液中易生物降解的有机物比例明显下降，BOD5/COD很低，氨氮浓度升高，碳氮比低，pH值升高，呈中性或略偏碱性，渗滤液可生化性差，处理难度相对较大［2］。石家庄市峡石沟垃圾卫生填埋场于1997年投入运行，属老龄填埋场，产生的渗滤液属于老化渗滤液，氨氮含量高，可生化性差，传统的生物脱氮难以运行。本研究从去除氨氮和提高垃圾渗滤液可生化性入手，采用MAP沉淀-水解酸化-生物接触氧化-反渗透组合工艺对其进行处理，可使出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中水污染物排放浓度限值要求。1实验部分1.1工艺流程及方法1．1．1工艺流程垃圾渗滤液处理工艺流程见图1。1．1．2实验方法MAP沉淀法去除氨氮是往垃圾渗滤液中加入第4期庞会从等:化学沉淀-水解酸化-生物接触氧化-反渗透工艺处理垃圾渗滤液图1垃圾渗滤液处理工艺流程Fig.1Flowchartoflandfillleachatetreatmentprocess含Mg2+和PO3－4的药剂，使其中的NH+4转化成难溶复盐MgNH4PO4·6H2O(magnesiumammoniumphos-phate，简称MAP)而脱氮。通过改变pH值、Mg2+、NH+4和PO3－4的摩尔比值、搅拌速率、反应时间等条件，确定最佳反应条件。取等量的垃圾渗滤液分别放入不同烧杯中，用1∶1的盐酸和固体氢氧化钠调节pH值，由于所加入的酸或碱量很小，可以认为反应前后溶液的体积不变，然后在各个烧杯中分别加入称量好的MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O固体，混合搅拌一定时间，反应结束后静置沉淀，取上清液测定氨氮的浓度。水解酸化-生物接触氧化为生化处理部分，水解酸化可去除部分有机物，并提高废水的可生化性，水解酸化池底部设有搅拌器，可使污泥悬浮，提高污泥与有机物的接触面积，实验过程控制DO≤1mg/L，最佳停留时间由实验确定。生物接触氧化对废水COD和BOD5去除起主要作用，反应器中悬挂塑料组合填料。将好氧出水通入反渗透纯水器处理，可使垃圾渗滤液达标排放。1．1．3分析方法pH:玻璃电极法;COD:重铬酸钾法;BOD5:接种稀释法;氨氮:氨电极法。1．2材料1．2．1实验用水实验用水取自石家庄市峡石沟垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液调节池，水质情况如下:COD为1400～2274mg/L，BOD5为120～240mg/L，氨氮为600～1252mg/L，pH值为7.2～7.5。可知废水的BOD5/COD很低，氨氮浓度较高。1.2.2菌种的筛选及驯化水解酸化及生物接触氧化反应器内污泥分别取自石家庄维生药业废水处理总站厌氧颗粒污泥和石家庄市桥西污水处理厂的好氧污泥。采用间歇进水，逐步加大进水量的方法用葡萄糖废水进行污泥培养，待污泥性能稳定后驯化。用葡萄糖和垃圾渗滤液按1∶4、2∶3、3∶2、4∶1的比例配制混合水进行阶梯式驯化，直至最后进水全部为垃圾渗滤液。2结果与讨论2．1MAP脱氮实验采用MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O为沉淀剂。沉淀法去除氨氮主要反应为:Mg2++NH+4+PO3－4+6H2O=MgNH4PO4·6H2O↓Ksp=2．5×10－13当［Mg2+］［NH+4］［PO3－4］＞Ksp，反应向右移动，垃圾渗滤液中的氨氮可以通过沉淀法除去。同时，MAP的溶解度随pH值增大而降低，当pH≥9时，MAP溶解度随pH值变化不大［3］。由MAP的分子式可知，理论上当Mg2+、NH+4、PO3－4三者物质的量比为1∶1∶1时可达到最好的氨氮去除效果。但由于垃圾渗滤液成分复杂，在垃圾渗滤液中可与Mg2+、PO3－4形成沉淀或络合物的物质，都会消耗Mg2+和PO3－4，使得实际投加量可能要比理论投加量多，因此，宜通过实验来确定最佳反应条件。2．1．1最佳pH的确定固定n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3－4)=1∶1∶1，改变渗滤液的pH值，以130r/min的速率搅拌8min后，测定上清液中氨氮浓度，实验结果见图2。图2不同pH条件下氨氮的去除率Fig．2AmmonianitrogenremovalrateatdifferentpH由图2可知，pH值在8～10之间时，氨氮去除率较高，在pH=9时达到最大。考虑到pH值对MAP溶解度的影响，确定最佳pH=9。2．1．2Mg2+和PO3－4的加入量对氨氮去除率的影响在pH=9的条件下，固定n(NH4+)∶n(PO3－4)=1∶1，738环境工程学报第5卷改变Mg2+的加入量，以130r/min的速率搅拌8min后，测定上清液中氨氮浓度，结果见图3。图3镁盐过量倍数和氨氮去除率的关系Fig．3Relationsbetweenmagnesiumsaltexcessandammonia-nitrogenremovalrate可见，随着Mg2+加入量的增加，氨氮去除率逐渐增高，但Mg2+过量20%以上时，去除率随镁盐加入量的增加变化不大，故确定MgCl2·6H2O过量20%。在pH=9的条件下，固定n(Mg2+)∶n(NH+4)=1.2∶1，改变PO3－4的加入量，以130r/min的速率搅拌8min后，测定氨氮的去除率，结果见图4。图4磷酸盐加入量和氨氮去除率的关系Fig．4Relationsbetweenphosphateexcessandammonia-nitrogenremovalrate由图4可以看出，磷酸盐过量5%时，氨氮去除率最高，随着磷酸盐的不断过量，可能生成更难溶的磷酸镁沉淀，导致氨氮从MAP中重新释放出来，氨氮去除率反而下降。因此确定n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3－4)=1.2∶1∶1．05。2．1．3搅拌速率对氨氮去除率的影响在pH=9，n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3－4)=1．2∶1∶1.05的条件下，考察不同搅拌速率下氨氮的去除率，结果见图5。图5氨氮去除率和搅拌速率的关系Fig．5Relationsbetweenstirringspeedandammonianitrogenremovalrate可见，搅拌速率低时，沉淀剂与氨氮接触不充分，反应不够彻底，氨氮去除率较低。搅拌速度过大，形成的沉淀会发生部分溶解，还有部分氨氮以气态氨的形态逸出，影响脱氮效果。当转速为170r/min时，氨氮的去除率最大，确定最佳转速为170r/min。2．1．4搅拌时间对氨氮去除率的影响在pH=9，n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3－4)=1.2∶1∶1.05，搅拌速率为170r/min的条件下，考察不同搅拌时间时氨氮的去除率，实验结果见图6。图6不同搅拌时间时氨氮的去除率Fig．6Ammonianitrogenremovalrateatdifferentstirringtimes从图6可知，氨氮的去除率随着搅拌时间延长而增加，当搅拌时间为21min时，氨氮的去除率趋于稳定，选择最佳混合时间为21min。因此，确定去除氨氮最佳的工艺条件为:pH=9，n(Mg2+)∶n(NH+4)∶n(PO3－4)=1.2∶1∶1.05，搅拌速率170r/min，搅拌时间21min。2．2水解酸化实验MAP法脱氮后垃圾渗滤液pH值在7.4～8.0之间，可直接进入水解酸化池处理。2．2．1停留时间对处理效果的影响改变废水在水解酸化反应器中的停留时间，不同停留时间水质的变化情况见表1。838第4期庞会从等:化学沉淀-水解酸化-生物接触氧化-反渗透工艺处理垃圾渗滤液表1不同停留时间时水解酸化处理效果Table1Effectofhydrolysisacidificationatdifferentretentiontimes停留时间(h)pHCOD(mg/L)BOD5(mg/L)BOD5/COD27．82177975．90．0447．751065150．80．1