混凝-兩級A/O-Fenton-上流式BAF組合工藝處理垃圾填埋場滲濾液
摘要：根據(jù)某垃圾填埋場滲濾液水質(zhì)特征，采用混凝-厭氧折流板反應器-一級接觸好氧-接觸厭氧-二級接觸好氧-Fenton氧化-上流式曝氣生物濾池組合工藝處理該滲濾液。在處理水量為50m3/d的條件下，出水COD、氨氮質(zhì)量濃度可分別控制在50、5mg/L以下，去除率分別可達93.21%和96.01%，出水色度為10倍，完全達到生活垃圾填埋場污染控制標準（GB16889-2008）中表2的排放標準。在不考慮人工及折舊費的情況下，此填埋齡較短的滲濾液處理成本僅為8.66元/m3，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
APPLICATIONOFCOAGULATION-TWOSTAGEA/O-FENTONOXIDATION-UP-FLOWBIOLOGICALAERATEDFILTERPROCESSESTOLANDFILLLEACHATETREATMENT
LiuYubin,WangXiaojun
Abstract:Accordingtothecharacteristicsoftheleachatefromonelandfill，coagulation-twostageA/O-Fentonoxidation-up-flowbiologicalaeratedfilterprocesseswereappliedtotreattheleachate.Itwasshowedthatundertheconditionofthefeedwaterwas50m3/d，theconcentrationofCOD、ammonianitrogenineffluentcouldbestabilizedblew50mg/L,5mg/Lrespectively.TheremovalratesofCODandammonianitrogenwere93.21%and96.01%.Besides，thechromaticitywas10times.Theeffluentqualityhadmetthecriteriaspecifiedinstandardforpollutioncontrolonthelandfillsitefordomesticwaste(GB16889-2008).Finally，theleachatetreatmentcostofnewlandfillwasonly8.66yuan/m3withoutcountinglaboranddepreciationcost.Ithadbeenshowntohavegreateconomicbenefitsandenvironmentalbenefits.
Keywords：landfillleachate;A/O;Fenton;biologicalaeratedfilter
關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液；A/O；Fenton；曝氣生物濾池
中圖分類號：X799.3文獻標識碼：B文章編號：1000-3770(2013)01-0129-003
城市垃圾衛(wèi)生填埋因其技術(shù)成熟、處理費用相對較低、便于管理，已成為國內(nèi)外廣泛采用的處理城市固體廢棄物方法之一。但垃圾在填埋及堆放過程中，其內(nèi)部有機物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物和降水及地下水共同形成垃圾滲濾液，屬于成分復雜的高濃度有機廢水，環(huán)境危害極大[1]。且滲濾液水質(zhì)水量受垃圾組份、填埋時間、當?shù)貧夂蚝图竟?jié)變化及填埋場設(shè)計等諸因素影響，處理起來具有一定難度[2]。
貴州省某縣生活垃圾填埋場于2011年起投入使用，滲濾液產(chǎn)生量為50～80m3/d，其中主要污染物包括有機物、氨氮、色度、重金屬等。對該填埋場滲濾液水質(zhì)特征進行分析論證后，擬采用混凝-兩級A/O-Fenton-上流式BAF組合工藝進行處理，并對各處理工段出水水質(zhì)進行檢測分析，確定工藝運行最佳參數(shù)，通過試運行驗證了該工藝的可行性、經(jīng)濟性。
1廢水水質(zhì)、水量及排放標準
該填埋場滲濾液產(chǎn)生量為50～80m3/d，其總量會隨氣候和降雨量變化而上下波動，水質(zhì)差別也較大。該系統(tǒng)設(shè)計進水量為2m3/h，廢水經(jīng)處理后，出水水質(zhì)需滿足生活垃圾填埋場污染控制標準（GB16889-2008）中表2的排放標準。廢水COD、氨氮、色度、SS等水質(zhì)指標的檢測分析按《水和廢水監(jiān)測分析方法》[3]中規(guī)定的標準方法進行。設(shè)計進水水質(zhì)和排放標準見表1。
表1進水水質(zhì)與排放標準
Tab.1Influentqualityanddischargestandard
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2廢水處理工藝
根據(jù)新的環(huán)保要求，新建的城市生活垃圾填埋場需專門配套獨立的滲濾液處理站，以減少廢水輸送費用，提高廢水的處理效率。該工藝在合理有效利用原有地形地貌的基礎(chǔ)上，采用混凝-兩級A/O-Fenton-上流式BAF組合工藝進行廢水處理。其工藝流程如圖1所示。
圖1廢水處理工藝流程
Fig.1Wastewatertreatmentprocess
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3主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)
該系統(tǒng)主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)如表2所示。
表2主要構(gòu)筑物和設(shè)計參數(shù)
Tab.2Structuresofwastewatertreatmentanddesignparameters
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以上構(gòu)筑物除上流式BAF采用鋼結(jié)構(gòu)外，其余都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。另外，F(xiàn)enton反應池內(nèi)部采用三布四油防腐。
4調(diào)試與運行
4.1調(diào)試階段
該滲濾液處理系統(tǒng)于2011年8月正式啟動，進入調(diào)試階段。調(diào)試內(nèi)容主要包括絮凝劑投加量的確定，厭氧、好氧系統(tǒng)中微生物的培養(yǎng)及馴化，F(xiàn)enton高級氧化系統(tǒng)中反應條件和試劑投加量的確定以及曝氣生物濾池中微生物的掛膜等。
（1）化學沉淀系統(tǒng)：確定采用聚合硫酸鐵作為絮凝劑，加藥量為60～80mg/L，具體投加量應根據(jù)實時水質(zhì)而定。加藥后廢水中的大部分重金屬、懸浮物以及部分有機物隨大顆粒礬花沉淀后被去除，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造有利條件。
（2）兩級A/O生化系統(tǒng)：采用厭氧折流板反應器（ABR）-一級接觸好氧-接觸厭氧-二級接觸好氧工藝，該工藝可以實現(xiàn)連續(xù)化運行，同時培養(yǎng)專屬優(yōu)勢菌種，提高反應器的有機負荷和氨氮負荷，在較短的停留時間內(nèi)高效的去除COD和氨氮。厭氧、好氧系統(tǒng)的啟動均采用活性污泥接種法，接種污泥取自城市污水廠剩余污泥。厭氧池和好氧池均采用間歇進水進行培養(yǎng)，在注滿滲濾液并接種污泥后，向兩池投加適量的面粉、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。厭氧池開啟內(nèi)循環(huán)泵，使池體內(nèi)廢水及污泥充分混合。接觸好氧池開啟曝氣，并在馴化初期控制較小的曝氣量，池內(nèi)的DO質(zhì)量濃度保持在2～4mg/L。每天監(jiān)測各池出水COD變化情況，若COD去除率達到60%，則按照實際運行時進水量的15%開始進水。之后，依次按照25%、50%、70%、100%提高進水量，每隔5d遞增一次。系統(tǒng)連續(xù)運行，繼續(xù)培養(yǎng)30d后，污泥絮凝沉降性能良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，此時，生化系統(tǒng)活性污泥培養(yǎng)馴化和啟動運行工作已基本完成。
（3）Fenton-BAF深度處理系統(tǒng)：滲濾液經(jīng)過化學沉淀和生化處理后，其殘留的有機物為極難生物降解的有機物。對于該類有機物，該工程采用專利技術(shù)“化學氧化-曝氣生物濾池工藝”進行處理。Fenton高級氧化技術(shù)可利用試劑產(chǎn)生的具有強氧化性的羥基自由基將難生物降解的有機物轉(zhuǎn)化成為易降解有機物，提高廢水的可生化性。經(jīng)試驗論證，確定Fenton氧化過程各試劑的最佳投量為：雙氧水（質(zhì)量分數(shù)27.5%）0.73mL/L，硫酸亞鐵1.64g/L。曝氣生物濾池具有物理截留和生物降解雙重功能，尤其適宜在貧營養(yǎng)狀態(tài)下的生物處理，它可實現(xiàn)對Fenton出水的進一步處理。該系統(tǒng)中，BAF采用3～5mm陶粒作為填料，填料高度為4.5m，采用上流式進水，水力停留時間為12h，氣水體積比為（7～10）：1，布氣系統(tǒng)采用穿孔管布氣。BAF的啟動及掛膜采用活性污泥接種法，并在接種污泥的同時投加適量面粉提高COD約為100mg/L及少量尿素、磷酸二氫鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，控制m(COD)：m(N)：m(P)=100：5：1左右。悶曝培養(yǎng)2d后開始間歇注入Fenton出水和面粉溶液的混合液，每天以2m3/h的流量進水4h換水，并對出水COD進行檢測，當COD去除率穩(wěn)定至60%左右后開始以相同流量連續(xù)進水，在污泥接種的第10天，出水COD去除率一直穩(wěn)定在60%以上，此時微生物掛膜培養(yǎng)成功[4]。
4.2運行效果
本工程調(diào)試工作于2012年4月圓滿結(jié)束，經(jīng)過8個月的運行，系統(tǒng)運行情況良好，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，出水水質(zhì)達到設(shè)計要求。分析調(diào)試數(shù)據(jù)可知，經(jīng)混凝-兩級A/O-Fenton-上流式BAF組合工藝處理后，廢水中COD、氨氮質(zhì)量濃度可分別控制在50、5mg/L以下，完全滿足廢水排放要求。另外，出水色度、pH等指標也達到生活垃圾填埋場污染控制標準（GB16889-2008）中表二的排放標準。
如圖2所示，由于該垃圾填埋場場齡較短，原水屬早期滲濾液[5]，平均COD維持在510mg/L左右。但由于受到當?shù)貧夂蚣敖涤甑挠绊，進水水質(zhì)差異性較大，總體來看雨季原水COD較低，旱季則較高。經(jīng)過兩級A/O工段后，出水COD可穩(wěn)定在102～234mg/L。之后，再經(jīng)過Fenton-BAF系統(tǒng)深度處理，出水COD可降至50mg/L以下，平均COD去除率達到了93.21%。在第12天，出水泛黃并帶有少量懸浮物，決定用清水池儲水對BAF進行反沖洗，反洗出水排入調(diào)節(jié)池重新處理。經(jīng)過試運行，建議本項目中上流式BAF的反沖洗周期為15d。
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該系統(tǒng)對廢水中氨氮的處理效果如圖3所示，經(jīng)過兩級接觸好氧工段中微生物的硝化作用，氨氮去除效果顯著，廢水平均氨氮質(zhì)量濃度可由進水的90.03mg/L降低至24.39mg/L。再經(jīng)過上流式BAF的深度處理后，出水氨氮含量可穩(wěn)定在5mg/L以下，平均去除率高達96.01%。
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系統(tǒng)色度去除效果較為明顯，在進水平均色度90倍的情況下，兩級A/O出水色度50倍，F(xiàn)enton-BAF出水色度為10倍，色度去除率分別為44.44%、80%。經(jīng)生物降解和Fenton氧化脫色雙重作用后，出水色度可降低至10倍左右，總?cè)コ蔬_到了88.89%，脫色效果顯著。
5經(jīng)濟效益分析
該套廢水處理系統(tǒng)運營費用主要包括電費和藥品費（不計人工及折舊費）。
電費：系統(tǒng)主要耗電設(shè)備包括鼓風機、水泵、加藥泵、攪拌機及污泥螺桿泵等。耗電量359.43kWh/d，電價按0.7元/kWh計算，垃圾滲濾液的處理電費為251.6元/d，則處理滲濾液的耗電費用為5.03元/m3。
藥品費：包括混凝預處理以及Fenton高級氧化工段所需藥品的費用。聚合硫酸鐵（液態(tài)）價格按800元/t計，用量0.6kg/m3，運行費用為0.48元/m3；硫酸亞鐵（固態(tài)）價格按200元/t計，用量1.64kg/m3，運行費用為0.33元/m3；雙氧水（質(zhì)量分數(shù)27.5%）價格按1500元/t計，用量0.73kg/m3，運行費用為1.10元/m3；氫氧化鈉（質(zhì)量分數(shù)30%）價格按700元/t計，用量2.38kg/m3，運行費用為1.67元/m3；聚丙烯酰胺價格按9000元/t計，用量0.005kg/m3，運行費用為0.045元/m3。綜上，該系統(tǒng)處理此新填埋場滲濾液所消耗的藥劑費用為3.63元/m3。
因此，該套廢水處理系統(tǒng)運行費用8.66元/m3。
6結(jié)論
混凝預處理-兩級A/O工段對垃圾滲濾液中COD及氨氮具有良好的處理效果，平均去除率分別可達到62.79%和73.04%，為后續(xù)處理工段提供了良好的條件。
Fenton高級氧化-上流式BAF組合的深度處理工藝中，雙氧水的最佳投量為0.73mL/L，硫酸亞鐵為1.64g/L。生化出水經(jīng)該組合工藝處理后，最終出水COD和氨氮質(zhì)量濃度可分別穩(wěn)定在50mg/L和5mg/L以下，總?cè)コ史謩e達到了93.21%和96.01%。出水色度也由進水的90倍降至10倍，去除率達88.89%，實現(xiàn)了設(shè)計要求。
在不考慮人工及折舊費的情況下，采用混凝-兩級A/O-Fenton-上流式BAF組合工藝處理該滲濾液，運行費用僅為8.66元/m3，出水水質(zhì)完全滿足相關(guān)排放標準，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
參考文獻：
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[3]國家環(huán)？偩.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.
[4]Bacquet,JoretJC,RogallaF.Biofilmstart-upandcontrolinaeratedfilter[J].EnvironmentalTechnology,1991,(12):747-756.
[5]童慶,樊霆.垃圾滲濾液處理工藝中場齡影響分析[J].浙江化工,2005,36(10):37-39.
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