高分子多糖復合生物絮凝劑在垃圾滲濾液處理中的應用研究

曲 浩 姜守武

（威海市垃圾處理廠 山東 威海 264200）

目前，生化法是處理垃圾滲濾液一種必不可少的主體處理方法，但垃圾滲濾液的化學成份較復雜，BOD5/CODCr的比例對生物處理而言嚴重失調，且高濃度的氨氮往往容易對生物處理工藝產生毒害而導致處理效率下降，所以傳統的生化工藝難以有效地處理垃圾滲濾液。加之生化處理的投資成本過高、處理能力低和占地面積大等缺點，因此，發展一種經濟有效的處理工藝是垃圾處理行業的迫切需要[1]。本次試驗所處理的垃圾滲濾液取自威海市固體垃圾處理中心垃圾填埋場，部分有機物會被自身降解，使滲濾液較快地轉變為中性或弱堿性溶液，且BOD5/CODCr的值較低（約0.21）。其水質情況見表1。

表1 威海市固體垃圾處理中心填埋場水質

本研究通過使用多糖生物絮凝劑與無機絮凝劑復配處理垃圾滲濾液，在前處理階段最大限度地降低各污染指標，以達到單純應用物理化學方法處理垃圾滲濾液的目的。

1 生物絮凝劑的絮凝原理

無機和人工合成的有機高分子絮凝劑被廣泛地應用于水處理工藝中，但在使用過程中的不安全性和給環境造成的二次污染已經引起人們的高度重視。生物絮凝劑是由微生物產生的代謝產物，具有良好的絮凝沉淀性能，安全無毒，具有可生物降解性，屬于環境友好型材料。因而，生物絮凝劑具有廣闊的應用前景[2]。

威海漢邦生物環保科技有限公司生產的多糖生物絮凝劑打破了傳統的微生物發酵生產方法，采用先進的酶催化和膜分離技術使規模化生產生物絮凝劑成為了可能。其生產的多糖生物絮凝劑為長的直鏈結構，分子量達到800萬以上，由于表面具有大量的羥基和羧基作為絮凝功能團，能夠形成巨大的網狀結構對水中的膠體懸浮物進行架橋、卷掃和網捕作用，達到對CODCr和NH3-N的高去除率效果。但生物絮凝劑的高成本問題嚴重制約著其在工業上的廣泛應用，因此研究生物絮凝劑與其他絮凝劑的配合使用也是微生物絮凝劑發展的另一方向。盡管化學絮凝劑的危害很大，但只要不超過界限值則是無害的。已有實驗表明二者配合使用可以互補不僅可以提高絮凝效率而且還可降低生物絮凝劑的投加量[3]。

2 實驗研究

2.1 檢測項目及方法

CODCr的測定采用重鉻酸鉀法（GB/T 11914-1989）；NH3-N的測定采用滴定法（GB/T 7478-1987）；色度的測定采用鉑鈷比色法（GB/T 605-2006）；SS的測定采用重量法（GB/T 11901-1989）。

圖1 強化混凝沉淀系統示意圖

2.2 強化混凝沉淀處理系統

為了保證垃圾滲濾液在經過前處理后能夠直接進行反滲透膜過濾，而不堵塞膜孔，滲濾液需經過格柵后進行復合生物絮凝劑的強化混凝沉淀以除去大部分懸浮物，同時達到去除部分CODCr和NH3-N的效果。本研究設計的強化混凝沉淀設備包括助劑溶配罐1個（50L），復合生物絮凝劑槽1個（10L）、密封式混凝攪拌罐 2個（各 100L）和沉淀罐 1個（100 L），以及污水提升泵、助劑泵和加藥泵各一臺。見圖1。

助劑在助劑溶配罐用自來水進行適當稀釋后，由助劑泵連同垃圾滲濾液輸送至密封式混凝攪拌罐1，溢流混合液體在復合生物絮凝劑加藥泵的作用下輸送至混凝攪拌罐2，溢流混合液進入沉淀罐，沉淀30分鐘后上清液經過袋式過濾器過濾，進入反滲透膜系統。污泥沉淀脫水后回填至垃圾填埋場。

圖2 Ca2+濃度對復合生物絮凝劑去除垃圾滲濾液中CODCr效率的影響

圖3 Ca2+濃度對復合生物絮凝劑去除垃圾滲濾液中NH3-N效率的影響

2.3 Ca2+濃度對復合生物絮凝劑處理垃圾滲濾液的影響

有研究表明，生物絮凝劑在使用時需添加適量的Ca2+作助劑，因為Ca2+能夠中和膠體表面的負電荷、降低膠體顆粒的Zeta電位促進絮體的形成，還可以有效地保護生物絮凝劑不受廢水中降解酶的作用[2]。

試驗時，向助劑溶配罐中分別加入不同質量的氯化鈣粉末，使Ca2+在密封式混凝攪拌罐1里的質量濃度分別為0、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%和1.5%， 調節垃圾滲濾液pH至10.0后，使用復合生物絮凝劑運行強化混凝系統，檢測沉淀后出水的CODCr和NH3-N。實驗結果如圖2和3所示。

圖2和圖3表明，Ca2+濃度對復合生物絮凝劑功能的影響較為顯著，且隨著Ca2+濃度的增加，絮體也逐漸變大。當Ca2+濃度達到0.9%時，CODCr和NH3-N的去除率分別達到56.3%和45.6%，接近峰值，且上清液透明度較高，色度最低。繼續增加Ca2+濃度，雖然CODCr和NH3-N的去除率有略微提高，但上清液開始發濁，說明在弱堿性情況下Ca2+開始形成Ca(OH)2沉淀。因此，對于此垃圾滲濾液，Ca2+的濃度應當控制在0.9%為最佳。

圖4 pH對復合生物絮凝劑去除垃圾滲濾液中CODCr效率的影響

圖5 pH對復合生物絮凝劑去除垃圾滲濾液中NH3-N效率的影響

2.4 pH對復合生物絮凝劑處理垃圾滲濾液的影響

向助劑溶配罐中加入氯化鈣粉末，使Ca2+在密封式混凝攪拌罐1里的質量濃度控制在0.9%。將經過格柵過濾后的垃圾滲濾液分成 9份，1份不調節 pH，其pH為 7.3，另外 8份分別用稀鹽酸或氫氧化鈉調節 pH 至 4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 和 11.0。 使用復合生物絮凝劑運行生物強化混凝系統，測量沉淀后出水的CODCr和NH3-N。實驗結果如圖4和5所示。

由圖4和圖5可知，隨著pH的升高，復合生物絮凝劑的能力也逐漸提高，但對絮體的形成影響不大。當pH升至8時，CODCr和NH3-N的去除率開始加快，當達到 9.0時，去除率開始趨于平穩。繼續提高滲濾液pH，上清液開始發濁，說明已有部分Ca2+開始形成Ca(OH)2沉淀。因此，滲濾液的pH應控制在9.0左右，才能使復合生物絮凝劑效果最佳。

表2 系統各節點對污染物的去除情況

2.5 穩定運行試驗

為了驗證復合生物絮凝劑對垃圾滲濾液處理的穩定性，試驗運行了1個月。在生物強化混凝沉淀系統中，助劑使用氯化鈣粉末，Ca2+濃度控制在0.9%，垃圾滲濾液的pH調節至9.0。在經過強化混凝沉淀后，上清液經過微濾直接進入反滲透膜，膜出水最后進入沸石脫氨系統，測定沉淀出水、膜出水和沸石脫氨系統出水的各污染指標，實驗結果如表2所示。

通過表2可以看出，用復合生物絮凝劑混凝沉淀后的出水SS較少，完全可以直接進入反滲透膜系統，膜出水CODCr小于500 mg/L，完全達到《污水綜合排放標準》中的三級標準（1500 mg/L）。試驗運行1個月后，反滲透膜的運行壓力增加較少（約0.6 MPa）,且清洗頻率與使用傳統的PAC和PAM降低約50%。

3 結論

3.1 Ca2+濃度和滲濾液的pH對復合生物絮凝劑的功能影響都較為顯著。試驗得出了適用于垃圾滲濾液處理的最佳Ca2+濃度和pH，而且保證了混凝沉淀后上清液有較低的濁度；

3.2 使用復合生物絮凝劑前處理后的水經過微濾后，可以直接進入反滲透膜，相比生化法處理減少了很多工序和資金投入，占地面積較小；

3.3 由于復合生物絮凝劑對垃圾滲濾液中的氨氮也有明顯的去除效果，因此，對于處理低氨氮含量的廢水有較好的應用前景；

3.4 復合生物絮凝劑實現大工業化生產將大幅降低藥劑成本，使用復合生物絮凝劑處理垃圾滲透液也將實現低成本運行。

［1］靳慧霞,馬放,孟路,楊基先.復合型微生物絮凝劑與化學絮凝劑的復配及其應用[J].化工進展，2006，25（1）：105-109.

［2］楊瑩,馬放,王琴.Ca2+對生物絮凝劑絮凝形態影響的研究[J].哈爾濱商業大學學報，2006，22（6）：41-43.

［3］馬放,李大鵬,鄭麗娜，等.復合型生物絮凝劑與聚合氯化鋁鐵復配處理高藻水[J].中國給水排水，2008，24（3）：39-41.