礦化垃圾反應(yīng)床處理滲濾液工程示范及其尾水凈化技術(shù)研究.pdf

1、本課題基于上海市老港填埋場中滲濾液處理規(guī)模為200 m3/d的大型臥式礦化垃圾反應(yīng)床，研究了工程放大條件下對垃圾滲濾液的處理效果及床體內(nèi)礦化垃圾的性質(zhì)變化。同時，利用大麥和玉米植物種子萌發(fā)和幼苗生長試驗，定量化闡述了礦化垃圾反應(yīng)床進(jìn)出水滲濾液與植物毒性之間的相關(guān)性。另外，針對滲濾液尾水COD難達(dá)標(biāo)直排的現(xiàn)狀，分離尾水中的難降解水溶性有機(jī)物并采用元素分析和紅外光譜手段表征其結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)而選用特定大孔樹脂NDA—150使?jié)B濾液尾水COD最終

2、達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB16889-2008)》中排放濃度限值(＜100 mg/L)。 在大型臥式礦化垃圾反應(yīng)床的運行期間，進(jìn)水COD濃度在985.6～4128.1mg/L范圍內(nèi)，經(jīng)處理后最終出水COD濃度為204.8～288.7 mg/L。一級、二級和三級反應(yīng)床對COD的去除率分別為22.6～88.1％、0.6～47.0％和0.2～14.4％，總?cè)コ蕿?5.9～93.0％。進(jìn)水NH3—N濃度為538.5～158

3、3.0 mg/L，一級、二級和三級反應(yīng)床對NH3—N的去除率分別為41.1～98.1％、0.8～57.9％和0.3～19.8％，總?cè)コ蕿?6.9～99.8％，最終三級出水NH3—N的濃度全部達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB16889-2008)》中的排放濃度限值(25 mg/L)。礦化垃圾反應(yīng)床對TN的去除率不高(59.81～73.89％)，最終出水中TN濃度為354.2～393.4mg/L，其主要成分為NO—3—N。滲濾液pH

4、值從進(jìn)水的偏弱堿性(7.8～8.6)，逐漸穩(wěn)定在中性狀態(tài)下(6.9～7.8)。DO含量從進(jìn)水的接近于零，升至最終出水的6.1～8.5 mg/L。進(jìn)水滲濾液的大腸菌值為104～105CFU/mL，出水中大腸菌值僅為10—1～10-2CFU/mL。滲濾液中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni和Cd六種重金屬濃度均呈現(xiàn)梯度下降的趨勢。 滲濾液處理過程中礦化垃圾的性質(zhì)變化顯示，礦化垃圾的pH值變化不大，均呈現(xiàn)弱堿性。各級床體內(nèi)礦化垃圾的有機(jī)質(zhì)含

5、量呈一級＞二級＞三級的趨勢，有機(jī)質(zhì)含量與有機(jī)負(fù)荷正相關(guān)。一級床體內(nèi)好氧細(xì)菌總數(shù)和厭氧細(xì)菌總數(shù)最高，二級床略次之，三級床由于未滿載運行，其細(xì)菌總數(shù)最少。隨著反應(yīng)床的運行，各級床體內(nèi)礦化垃圾的重金屬含量大致呈增長趨勢，一級床累積的重金屬最多，二級床次之，三級床最少。 植物毒理學(xué)研究表明，滲濾液對植物種子萌發(fā)和幼苗生長具有濃度和時間的雙重依賴性。隨著處理液濃度的增大，幼根幼芽長度呈線性遞減；隨著處理時間的延長，處理組與對照組之間的差異

6、增大。高濃度垃圾滲濾液處理能夠阻滯植物種子萌發(fā)，推遲種子發(fā)芽，抑制植物幼根幼芽的萌發(fā)和生長，并影響植物幼根和幼芽的鮮重，且這些抑制作用對時間有依賴性，即處理時間越長，抑制作用越明顯；低濃度的垃圾滲濾液能夠促進(jìn)植物種子的萌發(fā)及幼根幼芽的生長。通過種子萌發(fā)率、萌根數(shù)、根長、芽長、根鮮重和芽鮮重這6個指標(biāo)的比較，可看出植物的不同器官暴露于垃圾滲濾液，表現(xiàn)出的敏感程度也不同。滲濾液對大麥種子萌發(fā)和芽鮮重均具有高濃度抑制和低濃度促進(jìn)兩種效應(yīng)，而對

7、其它4個指標(biāo)僅產(chǎn)生抑制作用。滲濾液對玉米根長和芽長指標(biāo)具有高濃度抑制和低濃度促進(jìn)兩種效應(yīng)，對其它4個指標(biāo)均產(chǎn)生抑制作用。兩種植物的根鮮重和萌根數(shù)對滲濾液都僅表現(xiàn)出抑制效應(yīng)。 礦化垃圾反應(yīng)床處理過程能夠顯著降低滲濾液的植物毒性，通過植物種子萌發(fā)、萌根數(shù)、根長芽長和根鮮重芽鮮重指標(biāo)對比發(fā)現(xiàn)，出水原液仍具有一定的植物毒性，但遠(yuǎn)小于進(jìn)水原液的毒性。滲濾液污染度與不同植物毒性指標(biāo)均具有負(fù)的線性相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)較高(0.86～0.97)，可

8、以作為評價滲濾液植物毒效應(yīng)的綜合指標(biāo)。 凝膠色譜和近紫外區(qū)域吸光度分析表明，滲濾液尾水中水溶性有機(jī)物分子的分子量主要集中在1000 Da左右，由大量帶共軛雙鍵或苯環(huán)的有機(jī)物質(zhì)組成。針對滲濾液尾水的特殊性，確定分離工藝為XAD—8樹脂+XAD—4樹脂吸附法，該組合工藝可將尾水中大部分有機(jī)物梯度分離。滲濾液尾水中貢獻(xiàn)COD的主要有機(jī)物是憎水性腐殖質(zhì)(包括胡敏酸HA和富里酸FA)和準(zhǔn)親水性物質(zhì)。憎水性腐殖質(zhì)對尾水COD和DOC的貢獻(xiàn)分

9、別為42.55％和45.12％，準(zhǔn)親水性物質(zhì)占尾水總COD和DOC的34.89％和37.14％。憎水性腐殖質(zhì)和準(zhǔn)親水性物質(zhì)的元素分析結(jié)果及紅外光譜圖表明，HA和FA都是具有芳環(huán)結(jié)構(gòu)，帶有醇羥基或酚羥基及羧基官能團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)；準(zhǔn)親水性物質(zhì)結(jié)構(gòu)中含有較多的羧酸官能團(tuán)，同時存在一定量的羥基官能團(tuán)，另外還帶有三鍵和雙鍵的結(jié)構(gòu)。 基于滲濾液尾水中水溶性有機(jī)物的特性，選取NDA—150樹脂對其進(jìn)行深度吸附處理。這種樹脂具有較大的比表面積、表

10、面官能團(tuán)特性以及部分極性，可能促進(jìn)其對尾水中水溶性有機(jī)物的吸附，適宜的微孔結(jié)構(gòu)有可能促進(jìn)其較好的脫附效果。 NDA—150樹脂的靜態(tài)吸附試驗表明，最優(yōu)吸附pH值為2.0。NDA—150樹脂24 h內(nèi)可以使?jié)B濾液尾水的COD濃度降低至100 mg/L以下，72 h基本達(dá)到吸附平衡。Freundlich吸附方程可以很好的描述NDA—150樹脂對尾水有機(jī)物的吸附。吸附過程放熱，NDA—150樹脂對尾水中有機(jī)物為優(yōu)惠吸附過程。靜態(tài)脫附

11、試驗中，脫附液NaOH溶液濃度為0.05 mol/L，體積為20 mL時，脫附效果最好，此時脫附率為93.82％。NDA—150樹脂的脫附速率很快，3 h基本達(dá)到脫附平衡。在最佳工藝條件下，10次NDA—150樹脂的吸附脫附試驗中，重復(fù)使用性能較好。 NDA—150樹脂的動態(tài)吸附脫附試驗中，建議吸附流速控制在7.5～15.0 mL/h的范圍內(nèi)，以保證最大吸附容量和單位時間的處理能力。動態(tài)脫附過程中，脫附峰比較集中，沒有明顯拖尾