臭氧-曝氣生物濾池深度處理垃圾焚燒滲濾液實驗
來源： m.italiansesso.com 發(fā)布時間：2020-02-07 瀏覽次數(shù)：
我國城市生活垃圾在進行焚燒處理的過程中會產(chǎn)生一定數(shù)量的滲濾液[1-4].垃圾焚燒滲濾液水質(zhì)水量變化大、成分復雜、有機污染物濃度高,營養(yǎng)比例失調(diào),屬于高污染、難處理有機廢水[2-4].目前垃圾焚燒滲濾液的處理工藝多為“預處理+生物處理+深度處理”.深度處理普遍采用納濾(NF),反滲透(RO)或者其組合工藝[4-16]. NF和RO 技術(shù)具有出水水質(zhì)好,安全可靠,操作簡單等優(yōu)點[17],但是只是物理分離過程,污染物總量并未減少,在應(yīng)用過程中會產(chǎn)生原水量30%左右高有機物濃度,高鹽度的濃縮液,更加難以處理,并且初期投資高,還存在膜堵塞的問題[18-21],導致運行成本也很高.
臭氧氧化能夠使廢水中的部分有機污染物徹底礦化,還能改變有機污染物分子結(jié)構(gòu),將難生物降解的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾男》肿游镔|(zhì),從而改善廢水的可生化性,提高后續(xù)生物處理效率[22-25].將臭氧氧化和生物處理相結(jié)合,用于深度處理垃圾焚燒滲濾液,可以避免產(chǎn)生膜分離濃液,徹底解決垃圾焚燒滲濾液中膜過濾濃液污染治理的難題,而且有可能節(jié)約因NF-RO 而產(chǎn)生的高額初期投資與運行成本[26-27].從20 世紀90年代開始,發(fā)達國家的學者對使用臭氧組合技術(shù)處理垃圾滲濾液展開大量研究,并且在德國已經(jīng)有了很多工程應(yīng)用.國內(nèi)對使用臭氧技術(shù)處理垃圾滲濾液也有研究,但對于我國特有的垃圾焚燒滲濾液處理問題,還鮮有運用臭氧及其組合技術(shù)進行處理的報道.本文以某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的二級生物處理出水為對象,研究了用臭氧-活性炭曝氣生物濾池(BAF )代替既有NF+RO技術(shù)實現(xiàn)達標排放的可行性.
1 材料與方法
1.1 試驗用水水質(zhì)
江蘇省某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液采用“調(diào)節(jié)池+初沉池+上流式厭氧復合床 (UBF)+反硝化池+硝化池+超濾+納濾+反滲透”工藝.該滲濾液處理廠設(shè)計處理規(guī)模為1200m3/d,實際處理水量約1000~1200m3/d,其中納濾系統(tǒng)回收率不低于85%,反滲透系統(tǒng)回收率不低于70%.設(shè)計超濾出水COD濃度為500mg/L,經(jīng)納濾和反滲透處理后,膜透過液回用于鍋爐冷卻系統(tǒng)補充用水,納濾濃液和反滲透濃液用于石灰乳制備用水,撈渣機用水,噴嘴冷卻用水等回用水點.試驗用水取自處理廠工藝中超濾出水,水質(zhì)如下:COD 381~497mg/L, TOC 130~166mg/L,色度402~765 度, 總氮199~667mg/L, 總磷1.55~2.51mg/L,氨氮2.92~5.31mg/L, pH值7.7~8.2,電導率 13.81~15.94mS/cm, Cl-4936~5292mg/L, 碳酸鹽堿度(以CaCO3 計)45~175mg/L, 碳酸氫鹽堿度(以CaCO3計)803~2789mg/L.排放標準參照《生活垃圾填埋場污染控制標準(GB 16889-2008)》[28].
1.2 半間歇式臭氧氧化試驗
采用圖1 所示的半間歇式臭氧氧化試驗裝置,研究不同氧化時間下臭氧對不同水質(zhì)指標的改善效果.臭氧接觸氧化柱為有機玻璃材質(zhì),φ10cm×150cm,有效體積10L.臭氧接觸氧化柱尾氣經(jīng)二氧化錳氧化銅顆粒催化劑破壞分解后排放.向反應(yīng)器內(nèi)加入10L試驗用水,用臭氧發(fā)生器通入臭氧.分別于0, 5, 10,15, 20, 30, 45, 60, 90, 120min 取樣,向獲取的水樣中通入氮氣吹脫2min 去除殘余臭氧后,測定COD,可生化性,色度和波長254nm 處的吸光度(UV254).
圖1 半間歇式臭氧氧化試驗示意
臭氧發(fā)生器以氧氣為氣源,通過調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器的進氣流量和電流,使發(fā)生器出口臭氧濃度為78.8mg/L.產(chǎn)生的臭氧用高溫燒結(jié)鋼砂氣泡石從臭氧接觸氧化柱的底部通入水中.臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體濃度通過臭氧濃度測定儀測定,測定前先用過濾器去除氣體中的顆粒物,測定后通過臭氧破壞器將臭氧去除后排放.試驗室溫24℃.氧化60 min 時的臭氧投加量為1.75gO3/L 水.
1.3 臭氧-活性炭曝氣生物濾池(BAF)的連續(xù)流試驗
臭氧-BAF的連續(xù)流試驗裝置如圖2所示,共包括兩級串聯(lián)的臭氧接觸氧化柱和兩級串聯(lián)的BAF.試驗用水用泵連續(xù)輸入臭氧接觸氧化柱,同時連續(xù)通入臭氧,經(jīng)過臭氧氧化后的水排入儲水桶(有效容積1000L)進行暫時儲存并去除殘余臭氧,之后經(jīng)兩級串聯(lián)的BAF 凈化后出水.
圖2 臭氧-BAF連續(xù)流試驗裝置示意
臭氧的產(chǎn)生,測定和通入接觸氧化反應(yīng)柱的方式與1.2 節(jié)相同,臭氧發(fā)生濃度為78.8mg/L,兩級臭氧氧化的總時間為1h,臭氧投加量相當于0.29gO3/L 水(0.68gO3/gCOD).臭氧接觸氧化柱為PVC材質(zhì),長×寬×高為0.2m×0.12m×1.5m,單池有效容積31L;第一級氧化采用氣液逆向,第二級氧化采用氣液同向.臭氧接觸氧化柱尾氣經(jīng)集中收集,二氧化錳氧化銅顆粒催化劑（F800）破壞分解后排放.生物濾池亦為PVC材質(zhì),長×寬×高為0.38×0.38×1.5m;承托層為3~5cm鵝卵石,高10cm;填料為3~4mm柱狀活性碳,孔隙率30%,填料層高1 m,填料層體積144L;第一級濾池為下向流,第二級濾池為上向流.進水流量控制在240L/d左右,單級濾池的實際水力停留時間(HRT)4.3h,進水COD 容積負荷1.31~2.00kgCOD/(m3·d).水溫控制在20~25℃.濾池掛膜采用自然掛膜法,先用生活污水以50L/d 的流速通入濾池,10d 后混入試驗用水,并逐漸提高試驗用水的比例,同時逐漸提高流量至240L/d,掛膜完成及活性炭吸附飽和共歷時40 d.然后開展臭氧-BAF 試驗.
1.4 分析方法
COD,總氮,總磷,氨氮,堿度的測定參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[29].由于水樣中氯離子濃度很高,按要求稀釋到1000mg/L 以下時COD 值低于50mg/L,因此測定時采用0.025 濃度的重鉻酸鉀溶液.色度采用色度儀(上海昕瑞儀器儀表有限公司,型號SD9011),電導率采用電導率測試儀(Jenco Instruments, Inc.,型號MODEL3173),pH值采用酸度計(Mettler-Toledo AutoChem, Inc.,型號LE438),TOC 采用TOC 分析儀(島津(中國)有限公司,型號TOC-VCSN),離子濃度采用離子色譜儀(戴安(中國)有限公司,型號ICS-90)測定,氣相中臭氧濃度用臭氧分析儀測定.可生化性試驗:臭氧氧化過程中水樣的可生化性變化情況通過搖瓶試驗測定[30-33].有機組分的定性分析采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(安捷倫,GC,MS型號分別為7890A,5975C)),樣品前處理參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[29]中半揮發(fā)性有機化合物的氣相色譜-質(zhì)譜測定方法.測試完畢后通過計算機系統(tǒng)5975GCMS譜庫對測試數(shù)據(jù)進行質(zhì)譜圖解析,給出有機組分的結(jié)構(gòu)和峰面積.GC 條件:HP-5 色譜柱,載氣為氦氣,柱流量1mL/min;程序升溫:初始溫度40℃(2min),10℃/min至150℃(2min),5℃/min至270℃(2min),5℃/min 至180℃(2min),共運行41min.進樣口溫度250℃;分流進樣,分流比為5:1,分流流量5mL/min.MS 條件:電離方式為EI,電子能量為70eV,傳輸線溫度為250℃,離子源溫度為230℃,四級桿溫度為150℃,采用全掃描,掃描范圍m/z為35~500.
2 結(jié)論
2.1 臭氧氧化可提高垃圾焚燒滲濾液生化出水的可生化性, 氧化過程存在快速反應(yīng)和慢速反應(yīng)兩個階段,色度及UV254, 15min 內(nèi)去除率分別達91%和64%,45min 內(nèi)COD 去除率59%,此后COD 去除較慢, 120min 時去除率77%.
2.2 臭氧投加量0.29gO3/L 水,BAF 停留時間為4.3h 時,臭氧+BAF 深度處理垃圾焚燒滲濾液生化出水,可使出水COD在2/3的運行時間里低于排放標準100mg/L,色度可穩(wěn)定達標,總氮去除率13%~26%.
2.3 試驗用水中烷烴,芳香族化合物及含氮雜環(huán)化合物是主要污染物.臭氧-BAF 能夠有效去除含氮雜環(huán)化合物,芳香族化合物,腈類,醚,有機酸及烯烴類化合物,但難以去除烷烴類化合物.
與臭氧-曝氣生物濾池深度處理垃圾焚燒滲濾液實驗相關(guān)的實驗現(xiàn)場
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