垃圾填埋場(chǎng)滲濾液濃縮液高級(jí)氧化組合技術(shù)研究

呂 偉 彭 磊 周星煜 魏敦慶

(深圳市深水生態(tài)環(huán)境技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518031)

生活垃圾滲濾液是垃圾堆體在雨水沖淋、機(jī)械壓實(shí)和生物化學(xué)反應(yīng)等作用下所產(chǎn)生的具有高濃度污染物的污水。垃圾滲濾液主要采用“預(yù)處理+膜生物反應(yīng)器(MBR)+納濾(NF)”工藝進(jìn)行處理，但該工藝會(huì)產(chǎn)生15%～30%環(huán)境危害更大、更加難以處理的濃縮液[1]。目前，濃縮液處理方法包括回灌填埋場(chǎng)、蒸發(fā)處理、回噴焚燒爐或者用于飛灰增濕等，這些技術(shù)存在能耗高、效率低、穩(wěn)定性差、副作用大等缺點(diǎn)，難于推廣應(yīng)用[2]。

高級(jí)氧化技術(shù)利用羥基自由基(·OH)的強(qiáng)氧化性產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，可以有效分解濃縮液中難以生物降解的有機(jī)物，使之?dāng)噫溵D(zhuǎn)化為小分子，最終礦化為H2O、CO2和礦物鹽[3]。H2O2、UV和臭氧聯(lián)合可產(chǎn)生大量·OH，形成高級(jí)氧化反應(yīng)。該過(guò)程因無(wú)二次污染產(chǎn)生、技術(shù)穩(wěn)定可靠而受到研究者的廣泛關(guān)注。筆者以深圳市某生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾濃縮液為研究對(duì)象，采用“混凝沉淀+高級(jí)氧化+硝化/反硝化(A/O)”工藝去除濃縮液中的COD和總氮，研究高級(jí)氧化對(duì)濃縮液中COD、總氮等指標(biāo)的去除效果，以期為實(shí)際工程提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)濃縮液為納濾濃縮液，呈深棕褐色，pH為7.6～9.1，COD濃度為5 500～6 300 mg·L-1，總氮濃度為240～280 mg·L-1，電導(dǎo)率為22 000～26 000 μS·cm-1。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由混凝沉淀單元、高級(jí)氧化單元和A/O單元構(gòu)成。混凝沉淀反應(yīng)池為自制有機(jī)玻璃反應(yīng)器，有效容積17 L，沉淀池為平流式。臭氧發(fā)生器采用派尼瑞普POZBO-700 g型，以純氧氣為氣源制備臭氧。臭氧高級(jí)氧化反應(yīng)采用三級(jí)串聯(lián)柱狀反應(yīng)器，總有效容積為70 L。反應(yīng)器內(nèi)嵌帶有高透光石英套管紫外燈，底部設(shè)有臭氧柱狀布?xì)馄骱碗p氧水加藥口，頂部有尾氣排放口，尾氣經(jīng)臭氧尾氣毀滅器處理后排放。A/O系統(tǒng)水力停留時(shí)間為3 h，接種的活性污泥取自深圳市某水質(zhì)凈化廠二沉池污泥。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

垃圾滲濾液納濾濃縮液經(jīng)混凝沉淀處理后，泵入三級(jí)反應(yīng)塔進(jìn)行高級(jí)氧化反應(yīng)。進(jìn)水pH調(diào)至8.5，每級(jí)反應(yīng)塔均按0.5 m3·h-1氣流速度通入濃度為148 g·m-3的臭氧，雙氧水按1:500比例與進(jìn)水混合，注入高級(jí)氧化系統(tǒng)。高級(jí)氧化出水采用A/O法進(jìn)一步處理。

1.4 水質(zhì)檢測(cè)

pH值采用pH計(jì)測(cè)定，色度采用色度儀測(cè)定，CODCr、BOD5、氨氮和總氮濃度均采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》中的方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果和討論

2.1 混凝沉淀實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)考察了混凝沉淀工藝對(duì)濃縮液中COD、總氮的處理效果。在PAM投加量為20 mg·L-1的條件下，COD和總氮的去除率隨著PAFC投加量的增加而提高，在PAFC投加量為2.50 mg·L-1時(shí)去除率最高，最高的COD和總氮去除率分別可達(dá)67.4%、54.2%。在PAFC投加量為2.00 mg·L-1的條件下，COD和總氮去除率與PAM投加量并沒(méi)有明顯關(guān)系，表現(xiàn)較好的一組是PAM投加量為24 mg·L-1時(shí)，COD和總氮去除率分別為62.2%、50.0%。結(jié)果如表1所示。從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，PAFC、PAM最佳投加量分別為2.00 g·L-1、12 mg·L-1。在此投加量下，納濾濃縮液的COD、氨氮去除率可達(dá)61.5%、47.9%，處理效果理想。但混凝沉淀出水COD濃度仍較高，需進(jìn)一步處理。

表1 混凝劑最佳投加量

2.2 高級(jí)氧化實(shí)驗(yàn)

2.2.1 高級(jí)氧化對(duì)COD的去除效果

高級(jí)氧化工藝對(duì)濃縮液COD的處理效果如圖1所示。濃縮液平均進(jìn)水(即混凝沉淀出水，下同)COD濃度為2 288 mg·L-1，經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化工藝處理后，平均出水COD濃度為661 mg·L-1，平均COD去除率為71%，最高COD去除率為83%。相關(guān)研究表明，H2O2、UV可以引發(fā)O3生成大量具有更強(qiáng)氧化性的·OH，其氧化速率常數(shù)高達(dá)108～1010mol-1·L·s-1，比使用O3直接氧化高7個(gè)數(shù)量級(jí)，且能徹底降解有機(jī)物[4]。

圖1 高級(jí)氧化對(duì)COD的去除

2.2.2 高級(jí)氧化對(duì)色度的去除

高級(jí)氧化工藝對(duì)濃縮液具有顯著的脫色效果。濃縮液平均進(jìn)水色度為2525度，經(jīng)處理后，平均出水色度為15度，平均色度去除率為99.4%，最高色度去除率達(dá)99.8%，具體如圖2所示。據(jù)相關(guān)研究顯示，殘留在濃縮液中的有機(jī)污染物通常是難以生化降解的腐殖質(zhì)類物質(zhì)[5]。腐殖質(zhì)類物質(zhì)具有醌結(jié)構(gòu)、偶氮結(jié)構(gòu)等生色基團(tuán)，這些官能團(tuán)使?jié)B濾液呈黃色或棕色。臭氧分子很容易攻擊生色基團(tuán)所含有的苯環(huán)或氮-氮雙鍵結(jié)構(gòu)(或兼而有之)，一旦這些結(jié)構(gòu)被破壞，顏色就會(huì)消失[6]。

圖2 高級(jí)氧化對(duì)色度的去除

2.2.3 高級(jí)氧化對(duì)BOD5和BOD5/COD的影響

表2為高級(jí)氧化工藝對(duì)納濾濃縮液BOD5和BOD5/COD的影響。濃縮液進(jìn)水BOD5平均濃度為5.73 mg·L-1，經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化處理后，出水BOD5平均濃度為50.5 mg·L-1，BOD5濃度提高了7.8倍。同時(shí)，濃縮液進(jìn)水極低的BOD5/COD值提高至0.10左右。這表明濃縮液可生化性得到了較大的提高，有利于后續(xù)生化處理。

表2 高級(jí)氧化對(duì)BOD5和BOD5/COD的影響

2.2.4 高級(jí)氧化對(duì)總氮和氨氮的影響

從圖3可見(jiàn)，高級(jí)氧化工藝對(duì)濃縮液總氮的去除效果不明顯，而氨氮?jiǎng)t經(jīng)歷了一個(gè)從上升后又下降的過(guò)程。氨氮濃度經(jīng)過(guò)第一級(jí)反應(yīng)器后上升，這可能是濃縮液存在的部分難降解COD被礦化，其中有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)氮釋放，有利于后續(xù)采用A/O法去除總氮。而在第二、三級(jí)反應(yīng)器中，氨氮濃度則出現(xiàn)連續(xù)下降，推測(cè)是釋放出的氨氮被氧化為硝態(tài)氮，因此表現(xiàn)出總氮變化不大，但氨氮下降的現(xiàn)象。

圖3 高級(jí)氧化對(duì)總氮和氨氮的影響

2.3 A/O處理實(shí)驗(yàn)

由于濃縮液所含有機(jī)物大多不可被生物降解，因此采用高級(jí)氧化工藝提高濃縮液可生化性，并增加后續(xù)的生化處理，進(jìn)一步提高COD和總氮去除率。在不額外添加碳源的情況下，生化處理實(shí)驗(yàn)的平均進(jìn)水COD和總氮濃度分別為597 mg·L-1、121 mg·L-1，經(jīng)生化處理后，平均出水COD和總氮濃度分別為442 mg·L-1、87 mg·L-1，平均COD和總氮去除率分別為26%、28%，最高COD和氨氮去除率分別達(dá)52%、43%，具體如圖4所示。

圖4 A/O處理對(duì)總氮和COD的影響

3 結(jié)論

(1)作為預(yù)處理工藝，在PAFC、PAM投加量分別為2.00 g·L-1、12 mg·L-1的條件下，混凝沉淀處理可去除濃縮液COD和總氮分別達(dá)到62%、48%。

(2)O3/UV/H2O2高級(jí)氧化工藝處理混凝沉淀出水，可以有效降解甚至礦化濃縮液中難以生化處理的COD，破壞發(fā)色基團(tuán)，顯著去除色度，提高濃縮液的可生化性。濃縮液中COD、色度的平均去除率分別為71%、99%。

(3)A/O法處理高級(jí)氧化出水，可以去除濃縮液中28%的總氮和26%的COD。

(4)“混凝沉淀+高級(jí)氧化+A/O”高級(jí)氧化組合技術(shù)處理垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾濃縮液，COD、總氮的去除率分別達(dá)到92%、63%。