高分子多糖复合生物絮凝剂在垃圾渗滤液处理中的应用研究

2012-08-22姜守武

科技视界 2012年23期

曲浩姜守武

（威海市垃圾处理厂山东威海 264200）

目前，生化法是处理垃圾渗滤液一种必不可少的主体处理方法，但垃圾渗滤液的化学成份较复杂，BOD5/CODCr的比例对生物处理而言严重失调，且高浓度的氨氮往往容易对生物处理工艺产生毒害而导致处理效率下降，所以传统的生化工艺难以有效地处理垃圾渗滤液。加之生化处理的投资成本过高、处理能力低和占地面积大等缺点，因此，发展一种经济有效的处理工艺是垃圾处理行业的迫切需要[1]。本次试验所处理的垃圾渗滤液取自威海市固体垃圾处理中心垃圾填埋场，部分有机物会被自身降解，使渗滤液较快地转变为中性或弱碱性溶液，且BOD5/CODCr的值较低（约0.21）。其水质情况见表1。

表1 威海市固体垃圾处理中心填埋场水质

本研究通过使用多糖生物絮凝剂与无机絮凝剂复配处理垃圾渗滤液，在前处理阶段最大限度地降低各污染指标，以达到单纯应用物理化学方法处理垃圾渗滤液的目的。

1 生物絮凝剂的絮凝原理

无机和人工合成的有机高分子絮凝剂被广泛地应用于水处理工艺中，但在使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染已经引起人们的高度重视。生物絮凝剂是由微生物产生的代谢产物，具有良好的絮凝沉淀性能，安全无毒，具有可生物降解性，属于环境友好型材料。因而，生物絮凝剂具有广阔的应用前景[2]。

威海汉邦生物环保科技有限公司生产的多糖生物絮凝剂打破了传统的微生物发酵生产方法，采用先进的酶催化和膜分离技术使规模化生产生物絮凝剂成为了可能。其生产的多糖生物絮凝剂为长的直链结构，分子量达到800万以上，由于表面具有大量的羟基和羧基作为絮凝功能团，能够形成巨大的网状结构对水中的胶体悬浮物进行架桥、卷扫和网捕作用，达到对CODCr和NH3-N的高去除率效果。但生物絮凝剂的高成本问题严重制约着其在工业上的广泛应用，因此研究生物絮凝剂与其他絮凝剂的配合使用也是微生物絮凝剂发展的另一方向。尽管化学絮凝剂的危害很大，但只要不超过界限值则是无害的。已有实验表明二者配合使用可以互补不仅可以提高絮凝效率而且还可降低生物絮凝剂的投加量[3]。

2 实验研究

2.1 检测项目及方法

CODCr的测定采用重铬酸钾法（GB/T 11914-1989）；NH3-N的测定采用滴定法（GB/T 7478-1987）；色度的测定采用铂钴比色法（GB/T 605-2006）；SS的测定采用重量法（GB/T 11901-1989）。

图1 强化混凝沉淀系统示意图

2.2 强化混凝沉淀处理系统

为了保证垃圾渗滤液在经过前处理后能够直接进行反渗透膜过滤，而不堵塞膜孔，渗滤液需经过格栅后进行复合生物絮凝剂的强化混凝沉淀以除去大部分悬浮物，同时达到去除部分CODCr和NH3-N的效果。本研究设计的强化混凝沉淀设备包括助剂溶配罐1个（50L），复合生物絮凝剂槽1个（10L）、密封式混凝搅拌罐 2个（各 100L）和沉淀罐 1个（100 L），以及污水提升泵、助剂泵和加药泵各一台。见图1。

助剂在助剂溶配罐用自来水进行适当稀释后，由助剂泵连同垃圾渗滤液输送至密封式混凝搅拌罐1，溢流混合液体在复合生物絮凝剂加药泵的作用下输送至混凝搅拌罐2，溢流混合液进入沉淀罐，沉淀30分钟后上清液经过袋式过滤器过滤，进入反渗透膜系统。污泥沉淀脱水后回填至垃圾填埋场。

图2 Ca2+浓度对复合生物絮凝剂去除垃圾渗滤液中CODCr效率的影响

图3 Ca2+浓度对复合生物絮凝剂去除垃圾渗滤液中NH3-N效率的影响

2.3 Ca2+浓度对复合生物絮凝剂处理垃圾渗滤液的影响

有研究表明，生物絮凝剂在使用时需添加适量的Ca2+作助剂，因为Ca2+能够中和胶体表面的负电荷、降低胶体颗粒的Zeta电位促进絮体的形成，还可以有效地保护生物絮凝剂不受废水中降解酶的作用[2]。

试验时，向助剂溶配罐中分别加入不同质量的氯化钙粉末，使Ca2+在密封式混凝搅拌罐1里的质量浓度分别为0、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%和1.5%，调节垃圾渗滤液pH至10.0后，使用复合生物絮凝剂运行强化混凝系统，检测沉淀后出水的CODCr和NH3-N。实验结果如图2和3所示。

图2和图3表明，Ca2+浓度对复合生物絮凝剂功能的影响较为显著，且随着Ca2+浓度的增加，絮体也逐渐变大。当Ca2+浓度达到0.9%时，CODCr和NH3-N的去除率分别达到56.3%和45.6%，接近峰值，且上清液透明度较高，色度最低。继续增加Ca2+浓度，虽然CODCr和NH3-N的去除率有略微提高，但上清液开始发浊，说明在弱碱性情况下Ca2+开始形成Ca(OH)2沉淀。因此，对于此垃圾渗滤液，Ca2+的浓度应当控制在0.9%为最佳。

图4 pH对复合生物絮凝剂去除垃圾渗滤液中CODCr效率的影响

图5 pH对复合生物絮凝剂去除垃圾渗滤液中NH3-N效率的影响

2.4 pH对复合生物絮凝剂处理垃圾渗滤液的影响

向助剂溶配罐中加入氯化钙粉末，使Ca2+在密封式混凝搅拌罐1里的质量浓度控制在0.9%。将经过格栅过滤后的垃圾渗滤液分成 9份，1份不调节 pH，其pH为 7.3，另外 8份分别用稀盐酸或氢氧化钠调节 pH 至 4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 和 11.0。使用复合生物絮凝剂运行生物强化混凝系统，测量沉淀后出水的CODCr和NH3-N。实验结果如图4和5所示。

由图4和图5可知，随着pH的升高，复合生物絮凝剂的能力也逐渐提高，但对絮体的形成影响不大。当pH升至8时，CODCr和NH3-N的去除率开始加快，当达到 9.0时，去除率开始趋于平稳。继续提高渗滤液pH，上清液开始发浊，说明已有部分Ca2+开始形成Ca(OH)2沉淀。因此，渗滤液的pH应控制在9.0左右，才能使复合生物絮凝剂效果最佳。

表2 系统各节点对污染物的去除情况

2.5 稳定运行试验

为了验证复合生物絮凝剂对垃圾渗滤液处理的稳定性，试验运行了1个月。在生物强化混凝沉淀系统中，助剂使用氯化钙粉末，Ca2+浓度控制在0.9%，垃圾渗滤液的pH调节至9.0。在经过强化混凝沉淀后，上清液经过微滤直接进入反渗透膜，膜出水最后进入沸石脱氨系统，测定沉淀出水、膜出水和沸石脱氨系统出水的各污染指标，实验结果如表2所示。

通过表2可以看出，用复合生物絮凝剂混凝沉淀后的出水SS较少，完全可以直接进入反渗透膜系统，膜出水CODCr小于500 mg/L，完全达到《污水综合排放标准》中的三级标准（1500 mg/L）。试验运行1个月后，反渗透膜的运行压力增加较少（约0.6 MPa）,且清洗频率与使用传统的PAC和PAM降低约50%。