铁碳还原与活性炭吸附法进行垃圾渗滤液的处理

吴羽桐，李 硕，韩晶乐

山东农业大学，山东 泰安 271008

1 垃圾渗滤液的性质

垃圾渗滤液是由受有机废弃物污染且负荷系数较高、水质变化极为频繁复杂的生态废水组成的，其性质与气候交替、水体活动、季节变迁、填埋废物的种类、垃圾填埋的时间、填埋方式及其本身的含水量等因素有关[1]。

水溶性有机物一般浓度很高，CODCr和总BOD5等浓度的最高测定值也可达到每天数千至几万mg/L，是正常城市污水含量的10～100 倍[2]；金属离子含量较高，有毒或重金属含量相对较高时，填埋垃圾渗滤液成分随贮存时间、水质、水量等变化较大，渗滤液污泥的微生物成分数量和污泥性质等会随地下填埋场的使用时间长短而产生变化，可消生化性偏差性也会越来越大[3]。氨氮含量偏高，对后续生物发酵处理技术的使用具有较大的微生物抑制作用，并且长时间需要用氨氮浓度来维持水质稳定；有机污染物种类繁多，成分复杂，色度高，有难闻臭味，一般为黄褐色或黑色。

2 试验

本课题旨在对泰安市垃圾场渗滤液处理工艺改造进行前期试验。泰安市垃圾场设计的日处理量最高可达200 m3，其中包含50 m3／d 的再生水。为了确保垃圾渗滤液可以得到妥善处理，并能够获得有效的试验数据，我们进行了如下试验。设计水量为0.08～0.10 m3/h。进水水质通过水质分析获取，出水水质需符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008，即：COD≤100 mg/L、SS≤30 mg/L、BOD≤30 mg/L、色度≤40 倍。

试验设备：调节池、加酸桶、铁碳反应塔、加碱桶、AO 池、二沉池、过滤器、吸附塔等设备。

水样：泰安市垃圾厂渗滤液，由水质化验分析，得出垃圾渗滤液进水的水质数据见图1。

图1 垃圾渗滤液进水水质图

试剂：硫酸、氢氧化钠、双氧水、二氧化氯。

2.2 试验方法

根据之前的计算结果和要求，我们现场制作了试验设备，主要包括调节池、加酸桶、铁碳反应塔、加碱桶、AO 池、二沉池、过滤器、吸附塔等设备。在设计流量下进行了小规模试验，待试验状态稳定后，采集各处理单元的水样，进行水质分析，以核实试验效果。通过对试验数据的分析，加以适度调整，以取得最佳效果。

2.3 处理方法的工艺流程

2.3.1 工艺流程简述

垃圾露天填埋贮存区内产生的垃圾渗滤液，将经填埋场中的专用设备即地下收集污水管道系统汇入城市污水调节池，渗滤液则在该调节池体系中均质均量。在该调节池系统中加入一定量H2SO4等物质，调整溶液的pH，则滤液在铁碳氧化还原反应塔中也会去除其中的一部分杂质，如CODcr、BOD5和NH4+-N。从还原反应塔内流出的大量渗滤液又会降解部分CODcr、BOD5物质。污水经UASB 厌氧反应器厌氧处理后，进入A/O 反应器，A/O 池可以充分实现去除有机物和脱氮的功能[4]，接着进入后续的处理构筑物进行活性炭吸附、沸石处理，达标排放。使UASB 厌氧反应器、A/O 池产生的剩余污泥进入污泥浓缩池，经浓缩处理后的污泥由螺杆泵统一送到填埋区填埋。浓缩池的上清液回流至调节池[5]。

本工艺流程的特点是只采用成熟的污水处理工艺来实现达标排放的目的，而未采用膜法处理，避免了膜反冲洗及浓水处理等较难解决的问题，能够稳定可靠地运行。

2.3.2 处理效果

各单元按设计处理率运行，表1 展示了垃圾渗滤液处理工艺流程中各工段的处理效果。

表1 处理效果一览表

3 试验过程与数据分析

3.1 试验步骤

试验过程主要由以下步骤完成：

试验主要包括铁碳还原、UASB、生物处理单元和活性炭等四部分内容，主要目的是降解垃圾渗滤液中的COD、BOD5、色度、氮、磷等污染物质。我们要重点关注各单元的处理效果，主要是查看各单元主要去除的物质。按照设计要求，将原水按照工艺流程引入水处理试验设施，并进行正常的工艺运行调试。在调试运行过程中，密切观察各个环节的情况，一旦发现异常，立即进行处理使之恢复正常。当工艺运行稳定后，以每个处理单元为一个考察对象进行水质分析，确定处理效果和处理参数，并进行优化调整。对试验设施进行改进和优化，观察运行效果，得出最佳运行方式。

3.2 试验装置

试验装置流程图见图2。

图2 试验装置流程图

3.3 试验数据分析

3.3.1 试验过程

按照试验设计和现场的实际情况，试验进行全流程运行，分步重点考察的方法，获取试验数据，得到试验效果。

COD 的去除：渗滤液中COD 的含量非常高，一般的一级生物处理难以达到理想效果，所以我们采用铁碳还原、UASB、AAO、活性炭等处理工艺，以期达到预期处理效果[6]。处理效果及去除效率如表3，图4。从中可以看出，通过采用上述处理工艺，COD可以达到理想的处理效果。

NH3-N 的去除：特别是在垃圾渗滤液处理的初期，NH3-N 的浓度也非常高，处理难度大[7]，我们主要采用了铁碳还原、UASB、AAO、活性炭等工艺，在去除COD 的同时，也大幅度降低了NH3-N 的含量，同样达到了预期处理效果，如表2、图3。从中可以看出，通过上述处理工艺，NH3-N 的去除亦可达到理想效果。

表2 COD 及NH3-N 实际处理效果表

图3 COD 及NH3-N 实际处理效果图

色度的去除：垃圾渗滤液的色度很高，为2 000～4 000，呈褐色或黑色，严重影响着人们的感官，本工艺中主要采用了铁碳还原、UASB、活性炭吸附等工艺，取得了良好的效果，出水基本可以达到无色透明的标准。

通过采取以上处理工艺，可以看出，垃圾渗滤液中的污染物质能够同期大幅度去除，可以达到预期效果。

3.3.2 出水水质

通过水质化验分析，得到垃圾渗滤液出水水质数据见图4。

图4 垃圾渗滤液出水水质图

3.3.3 试验效果

由以上图表可知，铁碳还原能够降解一部分有机物，同时，渗滤液的生化性为后续进行生化处理提供了有力的条件，加上双氧水等氧化剂有两个作用，一是调整pH，二是起到优化的作用[8]，成熟的UASB处理工艺，使生物处理达到了预期效果，持续运行时间尽管不长，但可以看出效果是显著的，后面的过滤池、吸附塔也发挥了其应有的作用，达到了去除COD 和色度的目的。

因此，灵活搭配以上工艺可以达到既符合处理标准又经济实惠的目标。

4 结论与建议

4.1 结论

垃圾渗滤液作为一种浓度相对较高、成分变化复杂且快、后期水质变化较大、复杂的、具有持久性的有机生物废水，采用单一的水处理药剂法无法快速实现无害化综合处理，铁碳还原+UASB 处理器+AO 反应器+活性炭吸附的无害化综合处理工艺可以轻松达到最佳水处理效果。通过试验，不难看出试验处理效果稳定。工艺流程所用设备操作难度低，药剂易得，整体工艺便于推广，具有可行性。选择渗滤液净化处理技术工艺时，应尽可能根据各类渗滤液设备的结构特性及本省各地工业的实际技术需求情况，因地制宜、灵活科学地选用各种处理净化方法，并通过比较试验研究取得更优工艺参数，用于生产指导和工艺实践。

4.2 建议

为了使废水中的不可生物降解物质最大程度地转变为可生物降解物质，可以在活性炭吸附之前采用一定的氧化技术（如预臭氧）。这样，活性炭吸附后所得的吸附进水的BOD5/COD 值会较低，吸附效果会更好，还可改善其生化性能。垃圾渗滤液中含高浓度氨氮，将显著抑制微生物的活性，开发更高效的脱除氨氮方法可以明显提高垃圾处理后的给水排水生物处理效率[9]，有助于提升经济效益，进行适当的成本控制。