關(guān)于化學(xué)混凝與化學(xué)生物絮凝聯(lián)合工藝預(yù)處理垃圾滲濾液的研究

胡青

上海田苑環(huán)境科技有限公司 上海 201700

引言

垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋過程中由于發(fā)酵和降水的沖刷，地表水和地下水的浸泡而滲出來的污水[1-2]。滲濾液具有以下特點(diǎn)：水質(zhì)水量波動大、污染物（有機(jī)物、重金屬及氨氮）濃度高，對周邊環(huán)境及填埋場場地土層污染嚴(yán)重，因而滲濾液的收集和處理已成為城市環(huán)境中亟待解決的問題。目前，國內(nèi)外常用滲濾液處理方法主要有生物厭氧法、混凝法等。采用混凝法對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，可有效削減滲濾液中的COD、氨氮、重金屬離子、色度等，改善滲濾液的可生化性，為后續(xù)的生物處理工藝創(chuàng)造良好的條件[3]。

本研究采用一種新型的化學(xué)混凝與化學(xué)生物絮凝聯(lián)合工藝強(qiáng)化預(yù)處理的效果，相比于常規(guī)化學(xué)混凝法，具有加藥量低，處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和工藝

主要試劑有PAC、PAM、HCl、NaOH。垃圾滲濾液取自常州某垃圾焚燒廠厭氧池出水，活性污泥取自該垃圾焚燒廠的好氧池污泥。主要儀器有哈希HQ11d型數(shù)字化pH，DO測定儀、哈希DR2800型COD儀、紫外可見分光光度計、濁度儀、離心機(jī)、曝氣器、六連攪拌機(jī)。CODCr測定采用快速密閉催化消解法，氨氮測定采用納氏試劑分光光度法。

試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 聯(lián)合工藝處理垃圾滲滲濾液的流程

1.2 試驗方法

1.2.1 化學(xué)混凝最佳工況正交試驗。本次針對化學(xué)混凝系統(tǒng)中的3個主要影響因素——PAC投加量、PAM投加量和pH值設(shè)計正交試驗，如表1所示。

表1 正交試驗因素水平

取500ml垃圾滲濾液于燒杯中混合，先按表1設(shè)計的投加量加入PAC，攪拌3min（150rad/s），再加入相應(yīng)的PAM，攪拌15min（50rad/s），取40ml混合液離心（6000g/min, 5min），提取上清液測定，以COD作為評價指標(biāo)。

1.2.2 化學(xué)生物絮凝工藝優(yōu)化試驗。化學(xué)生物絮凝是指在生物處理系統(tǒng)中投加一定量的混凝劑，以好氧曝氣作為混合動力，兼有污泥回流[4]，使污水中的膠體態(tài)污染物脫穩(wěn)沉淀，提高污泥絮凝吸附效果，在短時間內(nèi)去除大量污染物的預(yù)處理工藝，可分為絮凝吸附階段和生物代謝階段。

吸附階段的污染物主要去除機(jī)理為活性污泥和混凝劑的協(xié)同絮凝吸附作用，被吸附的物質(zhì)隨污泥沉降，基本未發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)；生物代謝階段，被吸附的物質(zhì)由微生物進(jìn)一步降解去除。

絮凝吸附階段調(diào)節(jié)該階段試驗的曝氣時間為30min，同時考察PAC、PAM投加量及pH值對處理效果的影響；生物代謝階段則主要考察曝氣時間對處理效果的影響。

再如，漢語中的成語“狼心狗肺”（這也是人體詞作為目的域概念的例子）。輸入空間1是動物“狼”和“狗”，具有“殘忍”“貪婪”等特點(diǎn)，輸入空間2是人體詞“心”和“肺”，都是人體的重要組成器官，表示“人的內(nèi)心或情感”。經(jīng)過概念的整合，我們可以發(fā)現(xiàn)，人的內(nèi)心具有了動物的特點(diǎn)。故，若形容一個人“狼心狗肺”，就表明此人“心腸歹毒、殘忍貪婪”。

2 結(jié)果與討論

2.1 垃圾滲濾液水質(zhì)指標(biāo)

常州某垃圾焚燒廠厭氧池出水滲濾液的水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 垃圾滲濾液水質(zhì)

2.2 化學(xué)混凝工藝最佳運(yùn)行工況的確定

以垃圾滲濾液原水進(jìn)行正交試驗，結(jié)果見表3。

表3 最佳運(yùn)行工況正交試驗結(jié)果

2.2.1 影響COD去除效果的主次因素關(guān)系。根據(jù)正交試驗的結(jié)果分析，由COD去除率得出，PAC濃度、PAM濃度及pH值的極差R分別為11.36、27.27及7.42，可知對有機(jī)物處理影響的主次順序為PAM濃度，PAC濃度及pH值。

2.2.2 化學(xué)混凝工藝最佳運(yùn)行工況的選取。根據(jù)表3所示結(jié)果，選取化學(xué)混凝的最佳運(yùn)行工況為PAC濃度為1.5g/L，PAM濃度為1.0mg/L，pH為7.0，分批處理20L垃圾滲濾液原水（平均COD為3133mg/L，氨氮為1069mg/L），靜置30min后取上清液加以混合，測得平均出水COD為1281.4mg/L，去除率為59.10%；平均出水氨氮為1007.0mg/L，去除率僅為5.79%，說明混凝劑對溶解性氨氮基本沒有去除效果。

2.3 化學(xué)生物絮凝最佳工況的確定

2.3.1 PAC投加量對吸附階段處理效果的影響。在室溫下進(jìn)行平行試驗，每組取375ml待處理水樣與125ml活性污泥（8g/L）混合，改變其PAC投加量，調(diào)節(jié)pH為7.0，PAM濃度為0.5mg/L，處理效果如圖2所示。

圖2 PAC投加量對吸附階段處理效果的影響

本研究控制PAC投加量在較低濃度（300mg/L以下）。當(dāng)PAC投加量為30mg/L時，COD的吸附去除率為4.57%（去除率均相對于垃圾滲濾液原水而言，原水濃度即2.2.2中所示，下同），隨著PAC投加量的增加，COD的去除率先升高后降低，在PAC投加量為80mg/L時，COD去除率達(dá)到最大，為13.90%，其原因可能為：PAC投加量達(dá)到最佳后，進(jìn)一步增大投加量，產(chǎn)生膠體保護(hù)作用，使脫穩(wěn)膠體重新穩(wěn)定，不利于其絮凝成大顆粒形態(tài)[5]。PAC投加量增大，使絮體帶上正電，靜電斥力的作用下不利于絮體形成。

2.3.2 PAM投加量對吸附階段處理效果的影響。同樣的平行試驗每組取375ml待處理水樣與125ml活性污泥（8g/L）混合，改變其PAM投加量，考察此時處理效果，分別調(diào)節(jié)pH為7.0，PAC濃度為80mg/L，處理效果如圖3所示。

圖3 PAM投加量對吸附階段處理效果的影響

2.3.3 pH值對吸附階段處理效果的影響。在改變pH值的平行試驗中，每組仍然取375ml待處理水樣與125ml活性污泥（8g/L）混合，PAC與PAM的投加量分別為80mg/L和0.6mg/L，考察pH值對處理效果的影響，試驗結(jié)果如圖4所示。

從圖4看出，隨著pH值的增加，Al（OH）3開始溶解，導(dǎo)致絮凝效果變差，在pH值為6.4時，系統(tǒng)對COD具有最佳去除效果，達(dá)到17.99%。進(jìn)一步提高pH值，吸附效率呈下降趨勢。

圖4 pH對吸附階段處理效果的影響

2.3.4 吸附階段幾種主要因素對氨氮去除效果的影響。由圖2可知，改變PAC的投加量對氨氮去除效果有一定影響，這可能是因為混凝劑使污泥絮體的表面積增大，提高了吸附效率。在吸附階段，曝氣時間對氨氮去除效果沒有明顯的影響，因此可以控制反應(yīng)在較短的時間內(nèi)完成，以節(jié)約能耗。

由平行試驗的結(jié)果可知，吸附階段最佳運(yùn)行工況是PAC投加量為80mg/L，PAM投加量為0.6mg/L，pH值為6.4，化學(xué)生物絮凝系統(tǒng)對COD及氨氮的吸附去除率分別為17.99%及40.21%。

2.4 污泥活化再生階段最佳曝氣時間的確定

生物代謝階段考察曝氣時間對處理效果的影響，在室溫下取3L待測水樣與1L活性污泥（8g/L）混合，調(diào)節(jié)pH值為6.4，PAC投加量為80mg/L，PAM投加量為0.6mg/L，進(jìn)行連續(xù)曝氣，按一定時間間隔測定水樣中COD及氨氮的濃度，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 不同曝氣時間COD、氨氮的變化

采用曝氣方式可以作為混合動力，同時為生物降解過程提供氧氣，增強(qiáng)生物降解與化學(xué)絮凝的協(xié)同作用。由表4可知，COD及氨氮濃度隨曝氣時間增加而降低，當(dāng)曝氣時間達(dá)到6h，COD被大量去除，生物代謝階段COD去除率為20.41%；而氨氮去除率僅為7.04%，出水氨氮濃度高，這可能是由于硝化菌的富集需要較長的馴化時間。

比較吸附階段與生物代謝階段的運(yùn)行結(jié)果可知，吸附階段所需的曝氣時間短，有利于節(jié)約能耗，而生物代謝階段的最佳曝氣時間宜大于6h，能耗較高；兩個階段對COD的去除率相近，而吸附階段對氨氮的去除率遠(yuǎn)高于生物代謝階段，因此利用絮凝吸附作用能夠在低能耗的運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)對污染物的高效去除，系統(tǒng)最佳曝氣時間應(yīng)調(diào)節(jié)為30min，后續(xù)可采用再生池對吸附飽和的污泥持續(xù)曝氣，恢復(fù)其活性后回流使用。

綜上所述，在化學(xué)混凝工藝中，對COD去除效果最佳的運(yùn)行工況是PAC投加量為1.5g/L，PAM投加量為1.0mg/L，pH值為7.0；采用化學(xué)生物絮凝工藝對混凝法出水水樣進(jìn)行深度處理的最佳工況是PAC投加量為80mg/L，PAM投加量為0.6mg/L，pH值為6.4，曝氣時間為30min，聯(lián)合工藝對COD的總?cè)コ蕿?7.09%（在最佳運(yùn)行工況下化學(xué)混凝工藝及化學(xué)生物絮凝工藝對污染物去除率的總和，下同），對氨氮的總?cè)コ蕿?6.01%；為實(shí)現(xiàn)工藝的連續(xù)運(yùn)行，宜設(shè)置再生池對吸附飽和的污泥進(jìn)行曝氣活化。

3 結(jié)束語

在吸附階段，PAC、PAM投加量及pH值對氨氮的去除效果影響較小，說明氨氮的去除機(jī)理主要為生物絮凝吸附作用。

吸附階段所需曝氣時間短，能耗低，可以利用生物絮凝吸附機(jī)理強(qiáng)化預(yù)處理效果，后續(xù)設(shè)置再生池活化污泥后進(jìn)行回流，實(shí)現(xiàn)工藝的連續(xù)。

化學(xué)混凝與化學(xué)生物絮凝聯(lián)合工藝中，由于存在生物絮凝吸附、生物代謝及化學(xué)混凝的協(xié)同作用，對于滲濾液中的COD及氨氮的去除效果均高于一般的化學(xué)混凝工藝，該系統(tǒng)可作為垃圾滲濾液生化處理處理前的預(yù)處理工藝。

化學(xué)混凝最佳運(yùn)行工況：PAC投加量為1.5g/L，PAM投加量為1.0mg/L，pH值為7.0；化學(xué)生物絮凝工藝最佳試驗條件：PAC投加量為80mg/L，PAM投加量為0.6mg/L，pH為6.4，曝氣時間為30min，在該優(yōu)化條件下垃圾滲濾液中的COD總?cè)コ蔬_(dá)到了77.09%，氨氮去除率達(dá)到了46.01%。