臭氧-曝气生物滤池深度处理垃圾焚烧渗滤液实验
来源： www.ozonelab.cn 发布时间：2020-02-07 浏览次数：
我国城市生活垃圾在进行焚烧处理的过程中会产生一定数量的渗滤液[1-4].垃圾焚烧渗滤液水质水量变化大、成分复杂、有机污染物浓度高,营养比例失调,属于高污染、难处理有机废水[2-4].目前垃圾焚烧渗滤液的处理工艺多为“预处理+生物处理+深度处理”.深度处理普遍采用纳滤(NF),反渗透(RO)或者其组合工艺[4-16]. NF和RO 技术具有出水水质好,安全可靠,操作简单等优点[17],但是只是物理分离过程,污染物总量并未减少,在应用过程中会产生原水量30%左右高有机物浓度,高盐度的浓缩液,更加难以处理,并且初期投资高,还存在膜堵塞的问题[18-21],导致运行成本也很高.
臭氧氧化能够使废水中的部分有机污染物彻底矿化,还能改变有机污染物分子结构,将难生物降解的化合物转变为易生物降解的小分子物质,从而改善废水的可生化性,提高后续生物处理效率[22-25].将臭氧氧化和生物处理相结合,用于深度处理垃圾焚烧渗滤液,可以避免产生膜分离浓液,彻底解决垃圾焚烧渗滤液中膜过滤浓液污染治理的难题,而且有可能节约因NF-RO 而产生的高额初期投资与运行成本[26-27].从20 世纪90年代开始,发达国家的学者对使用臭氧组合技术处理垃圾渗滤液展开大量研究,并且在德国已经有了很多工程应用.国内对使用臭氧技术处理垃圾渗滤液也有研究,但对于我国特有的垃圾焚烧渗滤液处理问题,还鲜有运用臭氧及其组合技术进行处理的报道.本文以某垃圾焚烧发电厂渗滤液的二级生物处理出水为对象,研究了用臭氧-活性炭曝气生物滤池(BAF )代替既有NF+RO技术实现达标排放的可行性.
1 材料与方法
1.1 试验用水水质
江苏省某垃圾焚烧发电厂渗滤液采用“调节池+初沉池+上流式厌氧复合床 (UBF)+反硝化池+硝化池+超滤+纳滤+反渗透”工艺.该渗滤液处理厂设计处理规模为1200m3/d,实际处理水量约1000~1200m3/d,其中纳滤系统回收率不低于85%,反渗透系统回收率不低于70%.设计超滤出水COD浓度为500mg/L,经纳滤和反渗透处理后,膜透过液回用于锅炉冷却系统补充用水,纳滤浓液和反渗透浓液用于石灰乳制备用水,捞渣机用水,喷嘴冷却用水等回用水点.试验用水取自处理厂工艺中超滤出水,水质如下:COD 381~497mg/L, TOC 130~166mg/L,色度402~765 度, 总氮199~667mg/L, 总磷1.55~2.51mg/L,氨氮2.92~5.31mg/L, pH值7.7~8.2,电导率 13.81~15.94mS/cm, Cl-4936~5292mg/L, 碳酸盐碱度(以CaCO3 计)45~175mg/L, 碳酸氢盐碱度(以CaCO3计)803~2789mg/L.排放标准参照《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)》[28].
1.2 半间歇式臭氧氧化试验
采用图1 所示的半间歇式臭氧氧化试验装置,研究不同氧化时间下臭氧对不同水质指标的改善效果.臭氧接触氧化柱为有机玻璃材质,φ10cm×150cm,有效体积10L.臭氧接触氧化柱尾气经二氧化锰氧化铜颗粒催化剂破坏分解后排放.向反应器内加入10L试验用水,用臭氧发生器通入臭氧.分别于0, 5, 10,15, 20, 30, 45, 60, 90, 120min 取样,向获取的水样中通入氮气吹脱2min 去除残余臭氧后,测定COD,可生化性,色度和波长254nm 处的吸光度(UV254).
图1 半间歇式臭氧氧化试验示意
臭氧发生器以氧气为气源,通过调节臭氧发生器的进气流量和电流,使发生器出口臭氧浓度为78.8mg/L.产生的臭氧用高温烧结钢砂气泡石从臭氧接触氧化柱的底部通入水中.臭氧发生器产生的臭氧气体浓度通过臭氧浓度测定仪测定,测定前先用过滤器去除气体中的颗粒物,测定后通过臭氧破坏器将臭氧去除后排放.试验室温24℃.氧化60 min 时的臭氧投加量为1.75gO3/L 水.
1.3 臭氧-活性炭曝气生物滤池(BAF)的连续流试验
臭氧-BAF的连续流试验装置如图2所示,共包括两级串联的臭氧接触氧化柱和两级串联的BAF.试验用水用泵连续输入臭氧接触氧化柱,同时连续通入臭氧,经过臭氧氧化后的水排入储水桶(有效容积1000L)进行暂时储存并去除残余臭氧,之后经两级串联的BAF 净化后出水.
图2 臭氧-BAF连续流试验装置示意
臭氧的产生,测定和通入接触氧化反应柱的方式与1.2 节相同,臭氧发生浓度为78.8mg/L,两级臭氧氧化的总时间为1h,臭氧投加量相当于0.29gO3/L 水(0.68gO3/gCOD).臭氧接触氧化柱为PVC材质,长×宽×高为0.2m×0.12m×1.5m,单池有效容积31L;第一级氧化采用气液逆向,第二级氧化采用气液同向.臭氧接触氧化柱尾气经集中收集,二氧化锰氧化铜颗粒催化剂（F800）破坏分解后排放.生物滤池亦为PVC材质,长×宽×高为0.38×0.38×1.5m;承托层为3~5cm鹅卵石,高10cm;填料为3~4mm柱状活性碳,孔隙率30%,填料层高1 m,填料层体积144L;第一级滤池为下向流,第二级滤池为上向流.进水流量控制在240L/d左右,单级滤池的实际水力停留时间(HRT)4.3h,进水COD 容积负荷1.31~2.00kgCOD/(m3·d).水温控制在20~25℃.滤池挂膜采用自然挂膜法,先用生活污水以50L/d 的流速通入滤池,10d 后混入试验用水,并逐渐提高试验用水的比例,同时逐渐提高流量至240L/d,挂膜完成及活性炭吸附饱和共历时40 d.然后开展臭氧-BAF 试验.
1.4 分析方法
COD,总氮,总磷,氨氮,碱度的测定参照《水和废水监测分析方法》[29].由于水样中氯离子浓度很高,按要求稀释到1000mg/L 以下时COD 值低于50mg/L,因此测定时采用0.025 浓度的重铬酸钾溶液.色度采用色度仪(上海昕瑞仪器仪表有限公司,型号SD9011),电导率采用电导率测试仪(Jenco Instruments, Inc.,型号MODEL3173),pH值采用酸度计(Mettler-Toledo AutoChem, Inc.,型号LE438),TOC 采用TOC 分析仪(岛津(中国)有限公司,型号TOC-VCSN),离子浓度采用离子色谱仪(戴安(中国)有限公司,型号ICS-90)测定,气相中臭氧浓度用臭氧分析仪测定.可生化性试验:臭氧氧化过程中水样的可生化性变化情况通过摇瓶试验测定[30-33].有机组分的定性分析采用气相色谱-质谱联用法(安捷伦,GC,MS型号分别为7890A,5975C)),样品前处理参照《水和废水监测分析方法》[29]中半挥发性有机化合物的气相色谱-质谱测定方法.测试完毕后通过计算机系统5975GCMS谱库对测试数据进行质谱图解析,给出有机组分的结构和峰面积.GC 条件:HP-5 色谱柱,载气为氦气,柱流量1mL/min;程序升温:初始温度40℃(2min),10℃/min至150℃(2min),5℃/min至270℃(2min),5℃/min 至180℃(2min),共运行41min.进样口温度250℃;分流进样,分流比为5:1,分流流量5mL/min.MS 条件:电离方式为EI,电子能量为70eV,传输线温度为250℃,离子源温度为230℃,四级杆温度为150℃,采用全扫描,扫描范围m/z为35~500.
2 结论
2.1 臭氧氧化可提高垃圾焚烧渗滤液生化出水的可生化性, 氧化过程存在快速反应和慢速反应两个阶段,色度及UV254, 15min 内去除率分别达91%和64%,45min 内COD 去除率59%,此后COD 去除较慢, 120min 时去除率77%.
2.2 臭氧投加量0.29gO3/L 水,BAF 停留时间为4.3h 时,臭氧+BAF 深度处理垃圾焚烧渗滤液生化出水,可使出水COD在2/3的运行时间里低于排放标准100mg/L,色度可稳定达标,总氮去除率13%~26%.
2.3 试验用水中烷烃,芳香族化合物及含氮杂环化合物是主要污染物.臭氧-BAF 能够有效去除含氮杂环化合物,芳香族化合物,腈类,醚,有机酸及烯烃类化合物,但难以去除烷烃类化合物.
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