关于化学混凝与化学生物絮凝联合工艺预处理垃圾渗滤液的研究

胡青

上海田苑环境科技有限公司 上海 201700

引言

垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和降水的冲刷，地表水和地下水的浸泡而渗出来的污水[1-2]。渗滤液具有以下特点：水质水量波动大、污染物（有机物、重金属及氨氮）浓度高，对周边环境及填埋场场地土层污染严重，因而渗滤液的收集和处理已成为城市环境中亟待解决的问题。目前，国内外常用渗滤液处理方法主要有生物厌氧法、混凝法等。采用混凝法对垃圾渗滤液进行预处理，可有效削减渗滤液中的COD、氨氮、重金属离子、色度等，改善渗滤液的可生化性，为后续的生物处理工艺创造良好的条件[3]。

本研究采用一种新型的化学混凝与化学生物絮凝联合工艺强化预处理的效果，相比于常规化学混凝法，具有加药量低，处理效果好等优点。

1 材料与方法

1.1 试验材料和工艺

主要试剂有PAC、PAM、HCl、NaOH。垃圾渗滤液取自常州某垃圾焚烧厂厌氧池出水，活性污泥取自该垃圾焚烧厂的好氧池污泥。主要仪器有哈希HQ11d型数字化pH，DO测定仪、哈希DR2800型COD仪、紫外可见分光光度计、浊度仪、离心机、曝气器、六连搅拌机。CODCr测定采用快速密闭催化消解法，氨氮测定采用纳氏试剂分光光度法。

试验工艺流程如图1所示。

图1 联合工艺处理垃圾渗渗滤液的流程

1.2 试验方法

1.2.1 化学混凝最佳工况正交试验。本次针对化学混凝系统中的3个主要影响因素——PAC投加量、PAM投加量和pH值设计正交试验，如表1所示。

表1 正交试验因素水平

取500ml垃圾渗滤液于烧杯中混合，先按表1设计的投加量加入PAC，搅拌3min（150rad/s），再加入相应的PAM，搅拌15min（50rad/s），取40ml混合液离心（6000g/min, 5min），提取上清液测定，以COD作为评价指标。

1.2.2 化学生物絮凝工艺优化试验。化学生物絮凝是指在生物处理系统中投加一定量的混凝剂，以好氧曝气作为混合动力，兼有污泥回流[4]，使污水中的胶体态污染物脱稳沉淀，提高污泥絮凝吸附效果，在短时间内去除大量污染物的预处理工艺，可分为絮凝吸附阶段和生物代谢阶段。

吸附阶段的污染物主要去除机理为活性污泥和混凝剂的协同絮凝吸附作用，被吸附的物质随污泥沉降，基本未发生生物化学反应；生物代谢阶段，被吸附的物质由微生物进一步降解去除。

絮凝吸附阶段调节该阶段试验的曝气时间为30min，同时考察PAC、PAM投加量及pH值对处理效果的影响；生物代谢阶段则主要考察曝气时间对处理效果的影响。

再如，汉语中的成语“狼心狗肺”（这也是人体词作为目的域概念的例子）。输入空间1是动物“狼”和“狗”，具有“残忍”“贪婪”等特点，输入空间2是人体词“心”和“肺”，都是人体的重要组成器官，表示“人的内心或情感”。经过概念的整合，我们可以发现，人的内心具有了动物的特点。故，若形容一个人“狼心狗肺”，就表明此人“心肠歹毒、残忍贪婪”。

2 结果与讨论

2.1 垃圾渗滤液水质指标

常州某垃圾焚烧厂厌氧池出水渗滤液的水质指标见表2。

表2 垃圾渗滤液水质

2.2 化学混凝工艺最佳运行工况的确定

以垃圾渗滤液原水进行正交试验，结果见表3。

表3 最佳运行工况正交试验结果

2.2.1 影响COD去除效果的主次因素关系。根据正交试验的结果分析，由COD去除率得出，PAC浓度、PAM浓度及pH值的极差R分别为11.36、27.27及7.42，可知对有机物处理影响的主次顺序为PAM浓度，PAC浓度及pH值。

2.2.2 化学混凝工艺最佳运行工况的选取。根据表3所示结果，选取化学混凝的最佳运行工况为PAC浓度为1.5g/L，PAM浓度为1.0mg/L，pH为7.0，分批处理20L垃圾渗滤液原水（平均COD为3133mg/L，氨氮为1069mg/L），静置30min后取上清液加以混合，测得平均出水COD为1281.4mg/L，去除率为59.10%；平均出水氨氮为1007.0mg/L，去除率仅为5.79%，说明混凝剂对溶解性氨氮基本没有去除效果。

2.3 化学生物絮凝最佳工况的确定

2.3.1 PAC投加量对吸附阶段处理效果的影响。在室温下进行平行试验，每组取375ml待处理水样与125ml活性污泥（8g/L）混合，改变其PAC投加量，调节pH为7.0，PAM浓度为0.5mg/L，处理效果如图2所示。

图2 PAC投加量对吸附阶段处理效果的影响

本研究控制PAC投加量在较低浓度（300mg/L以下）。当PAC投加量为30mg/L时，COD的吸附去除率为4.57%（去除率均相对于垃圾渗滤液原水而言，原水浓度即2.2.2中所示，下同），随着PAC投加量的增加，COD的去除率先升高后降低，在PAC投加量为80mg/L时，COD去除率达到最大，为13.90%，其原因可能为：PAC投加量达到最佳后，进一步增大投加量，产生胶体保护作用，使脱稳胶体重新稳定，不利于其絮凝成大颗粒形态[5]。PAC投加量增大，使絮体带上正电，静电斥力的作用下不利于絮体形成。

2.3.2 PAM投加量对吸附阶段处理效果的影响。同样的平行试验每组取375ml待处理水样与125ml活性污泥（8g/L）混合，改变其PAM投加量，考察此时处理效果，分别调节pH为7.0，PAC浓度为80mg/L，处理效果如图3所示。

图3 PAM投加量对吸附阶段处理效果的影响

2.3.3 pH值对吸附阶段处理效果的影响。在改变pH值的平行试验中，每组仍然取375ml待处理水样与125ml活性污泥（8g/L）混合，PAC与PAM的投加量分别为80mg/L和0.6mg/L，考察pH值对处理效果的影响，试验结果如图4所示。

从图4看出，随着pH值的增加，Al（OH）3开始溶解，导致絮凝效果变差，在pH值为6.4时，系统对COD具有最佳去除效果，达到17.99%。进一步提高pH值，吸附效率呈下降趋势。

图4 pH对吸附阶段处理效果的影响

2.3.4 吸附阶段几种主要因素对氨氮去除效果的影响。由图2可知，改变PAC的投加量对氨氮去除效果有一定影响，这可能是因为混凝剂使污泥絮体的表面积增大，提高了吸附效率。在吸附阶段，曝气时间对氨氮去除效果没有明显的影响，因此可以控制反应在较短的时间内完成，以节约能耗。

由平行试验的结果可知，吸附阶段最佳运行工况是PAC投加量为80mg/L，PAM投加量为0.6mg/L，pH值为6.4，化学生物絮凝系统对COD及氨氮的吸附去除率分别为17.99%及40.21%。

2.4 污泥活化再生阶段最佳曝气时间的确定

生物代谢阶段考察曝气时间对处理效果的影响，在室温下取3L待测水样与1L活性污泥（8g/L）混合，调节pH值为6.4，PAC投加量为80mg/L，PAM投加量为0.6mg/L，进行连续曝气，按一定时间间隔测定水样中COD及氨氮的浓度，试验结果如表4所示。

表4 不同曝气时间COD、氨氮的变化

采用曝气方式可以作为混合动力，同时为生物降解过程提供氧气，增强生物降解与化学絮凝的协同作用。由表4可知，COD及氨氮浓度随曝气时间增加而降低，当曝气时间达到6h，COD被大量去除，生物代谢阶段COD去除率为20.41%；而氨氮去除率仅为7.04%，出水氨氮浓度高，这可能是由于硝化菌的富集需要较长的驯化时间。

比较吸附阶段与生物代谢阶段的运行结果可知，吸附阶段所需的曝气时间短，有利于节约能耗，而生物代谢阶段的最佳曝气时间宜大于6h，能耗较高；两个阶段对COD的去除率相近，而吸附阶段对氨氮的去除率远高于生物代谢阶段，因此利用絮凝吸附作用能够在低能耗的运行条件下实现对污染物的高效去除，系统最佳曝气时间应调节为30min，后续可采用再生池对吸附饱和的污泥持续曝气，恢复其活性后回流使用。

综上所述，在化学混凝工艺中，对COD去除效果最佳的运行工况是PAC投加量为1.5g/L，PAM投加量为1.0mg/L，pH值为7.0；采用化学生物絮凝工艺对混凝法出水水样进行深度处理的最佳工况是PAC投加量为80mg/L，PAM投加量为0.6mg/L，pH值为6.4，曝气时间为30min，联合工艺对COD的总去除率为77.09%（在最佳运行工况下化学混凝工艺及化学生物絮凝工艺对污染物去除率的总和，下同），对氨氮的总去除率为46.01%；为实现工艺的连续运行，宜设置再生池对吸附饱和的污泥进行曝气活化。

3 结束语

在吸附阶段，PAC、PAM投加量及pH值对氨氮的去除效果影响较小，说明氨氮的去除机理主要为生物絮凝吸附作用。

吸附阶段所需曝气时间短，能耗低，可以利用生物絮凝吸附机理强化预处理效果，后续设置再生池活化污泥后进行回流，实现工艺的连续。

化学混凝与化学生物絮凝联合工艺中，由于存在生物絮凝吸附、生物代谢及化学混凝的协同作用，对于渗滤液中的COD及氨氮的去除效果均高于一般的化学混凝工艺，该系统可作为垃圾渗滤液生化处理处理前的预处理工艺。

化学混凝最佳运行工况：PAC投加量为1.5g/L，PAM投加量为1.0mg/L，pH值为7.0；化学生物絮凝工艺最佳试验条件：PAC投加量为80mg/L，PAM投加量为0.6mg/L，pH为6.4，曝气时间为30min，在该优化条件下垃圾渗滤液中的COD总去除率达到了77.09%，氨氮去除率达到了46.01%。