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城市垃圾卫生填埋因其技术成熟、处理费用相对较低、便于管理，已成为国内外广泛采用的处理城市固体废弃物方法之一。但垃圾在填埋及堆放过程中，其内部有机物厌氧发酵产生的代谢产物和降水及地下水共同形成垃圾渗滤液，属于成分复杂的高浓度有机废水，环境危害极大[1]。且渗滤液水质水量受垃圾组份、填埋时间、当地气候和季节变化及填埋场设计等诸因素影响，处理起来具有一定难度[2]。 贵州省某县生活垃圾填埋场于2011 年起投入使用，渗滤液产生量为50～80 m3/d，其中主要污染物包括有机物、氨氮、色度、重金属等。对该填埋场渗滤液水质特征进行分析论证后，拟采用混凝- 两级A/O-Fenton- 上流式BAF 组合工艺进行处理，并对各处理工段出水水质进行检测分析，确定工艺运行最佳参数，通过试运行验证了该工艺的可行性、经济性。 1 废水水质、水量及排放标准 该填埋场渗滤液产生量为50～80 m3/d，其总量会随气候和降雨量变化而上下波动，水质差别也较大。该系统设计进水量为2 m3/h，废水经处理后，出水水质需满足生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）中表2 的排放标准。废水COD、氨氮、色度、SS 等水质指标的检测分析按《水和废水监测分析方法》[3]中规定的标准方法进行。设计进水水质和排放标准见表1。 Tab.1 Influent quality and discharge standard 2 废水处理工艺 根据新的环保要求，新建的城市生活垃圾填埋场需专门配套独立的渗滤液处理站，以减少废水输送费用，提高废水的处理效率。该工艺在合理有效利用原有地形地貌的基础上，采用混凝- 两级A/O-Fenton- 上流式BAF 组合工艺进行废水处理。其工艺流程如图1 所示。 Fig.1 Wastewater treatment process 3 主要构筑物及设计参数 该系统主要构筑物及设计参数如表2 所示。 表2 主要构筑物和设计参数 Tab.2 Structures of wastewater treatment and design parameters
以上构筑物除上流式BAF 采用钢结构外，其余都采用钢筋混凝土结构。另外，Fenton 反应池内部采用三布四油防腐。 4 调试与运行 4.1 调试阶段 该渗滤液处理系统于2011 年8 月正式启动，进入调试阶段。调试内容主要包括絮凝剂投加量的确定，厌氧、好氧系统中微生物的培养及驯化，Fenton高级氧化系统中反应条件和试剂投加量的确定以及曝气生物滤池中微生物的挂膜等。 （1）化学沉淀系统：确定采用聚合硫酸铁作为絮凝剂，加药量为60～80 mg/L，具体投加量应根据实时水质而定。加药后废水中的大部分重金属、悬浮物以及部分有机物随大颗粒矾花沉淀后被去除，为后续生化处理创造有利条件。 （2）两级A/O 生化系统：采用厌氧折流板反应器（ABR）- 一级接触好氧- 接触厌氧- 二级接触好氧工艺，该工艺可以实现连续化运行，同时培养专属优势菌种，提高反应器的有机负荷和氨氮负荷，在较短的停留时间内高效的去除COD 和氨氮。厌氧、好氧系统的启动均采用活性污泥接种法，接种污泥取自城市污水厂剩余污泥。厌氧池和好氧池均采用间歇进水进行培养，在注满渗滤液并接种污泥后，向两池投加适量的面粉、氮、磷等营养物质。厌氧池开启内循环泵，使池体内废水及污泥充分混合。接触好氧池开启曝气，并在驯化初期控制较小的曝气量，池内的DO 质量浓度保持在2～4 mg/L。每天监测各池出水COD 变化情况，若COD 去除率达到60%，则按照实际运行时进水量的15%开始进水。之后，依次按照25%、50%、70%、100%提高进水量，每隔5 d递增一次。系统连续运行，继续培养30 d 后，污泥絮凝沉降性能良好，出水水质稳定，此时，生化系统活性污泥培养驯化和启动运行工作已基本完成。 （3）Fenton-BAF 深度处理系统：渗滤液经过化学沉淀和生化处理后，其残留的有机物为极难生物降解的有机物。对于该类有机物，该工程采用专利技术“化学氧化- 曝气生物滤池工艺”进行处理。Fenton 高级氧化技术可利用试剂产生的具有强氧化性的羟基自由基将难生物降解的有机物转化成为易降解有机物，提高废水的可生化性。经试验论证，确定Fenton 氧化过程各试剂的最佳投量为：双氧水（质量分数27.5%）0.73 mL/L，硫酸亚铁1.64 g/L。曝气生物滤池具有物理截留和生物降解双重功能，尤其适宜在贫营养状态下的生物处理，它可实现对Fenton 出水的进一步处理。该系统中，BAF 采用3～5 mm 陶粒作为填料，填料高度为4.5 m，采用上流式进水，水力停留时间为12 h，气水体积比为（7～10）：1，布气系统采用穿孔管布气。BAF 的启动及挂膜采用活性污泥接种法，并在接种污泥的同时投加适量面粉提高COD 约为100 mg/L 及少量尿素、磷酸二氢钾等营养物质，控制m(COD)：m(N)：m(P)=100：5：1 左右。闷曝培养2 d 后开始间歇注入Fenton 出水和面粉溶液的混合液，每天以2 m3/h 的流量进水4 h 换水，并对出水COD 进行检测，当COD 去除率稳定至60%左右后开始以相同流量连续进水，在污泥接种的第10 天，出水COD 去除率一直稳定在60%以上，此时微生物挂膜培养成功[4]。 4.2 运行效果 本工程调试工作于2012 年4 月圆满结束，经过8 个月的运行，系统运行情况良好，设备运转正常，出水水质达到设计要求。分析调试数据可知，经混凝-两级A/O-Fenton- 上流式BAF 组合工艺处理后，废水中COD、氨氮质量浓度可分别控制在50、5 mg/L以下，完全满足废水排放要求。另外，出水色度、pH等指标也达到生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）中表二的排放标准。 如图2 所示，由于该垃圾填埋场场龄较短，原水属早期渗滤液[5]，平均COD 维持在510 mg/L 左右。但由于受到当地气候及降雨的影响，进水水质差异性较大，总体来看雨季原水COD 较低，旱季则较高。经过两级A/O 工段后，出水COD 可稳定在102～234 mg/L。之后，再经过Fenton-BAF 系统深度处理，出水COD 可降至50 mg/L 以下，平均COD 去除率达到了93.21%。在第12 天，出水泛黄并带有少量悬浮物，决定用清水池储水对BAF 进行反冲洗，反洗出水排入调节池重新处理。经过试运行，建议本项目中上流式BAF 的反冲洗周期为15 d。
该系统对废水中氨氮的处理效果如图3 所示，经过两级接触好氧工段中微生物的硝化作用，氨氮去除效果显著，废水平均氨氮质量浓度可由进水的90.03 mg/L 降低至24.39 mg/L。再经过上流式BAF的深度处理后，出水氨氮含量可稳定在5 mg/L 以下，平均去除率高达96.01%。
系统色度去除效果较为明显，在进水平均色度90倍的情况下，两级A/O 出水色度50 倍，Fenton-BAF出水色度为10 倍，色度去除率分别为44.44%、80%。经生物降解和Fenton 氧化脱色双重作用后，出水色度可降低至10 倍左右，总去除率达到了88.89%，脱色效果显著。 5 经济效益分析 该套废水处理系统运营费用主要包括电费和药品费（不计人工及折旧费）。 电费：系统主要耗电设备包括鼓风机、水泵、加药泵、搅拌机及污泥螺杆泵等。耗电量359.43kWh/d，电价按0.7 元/kWh 计算，垃圾渗滤液的处理电费为251.6 元/d，则处理渗滤液的耗电费用为5.03 元/m3。 药品费：包括混凝预处理以及Fenton 高级氧化工段所需药品的费用。聚合硫酸铁（液态）价格按800元/t 计，用量0.6 kg/m3，运行费用为0.48 元/m3；硫酸亚铁（固态）价格按200 元/t 计，用量1.64 kg/m3，运行费用为0.33 元/m3；双氧水（质量分数27.5%）价格按1 500 元/t 计，用量0.73 kg/m3，运行费用为1.10 元/m3；氢氧化钠（质量分数30%）价格按700元/t 计，用量2.38 kg/m3，运行费用为1.67 元/m3；聚丙烯酰胺价格按9 000 元/t 计，用量0.005 kg/m3，运行费用为0.045 元/m3。综上，该系统处理此新填埋场渗滤液所消耗的药剂费用为3.63 元/m3。 因此，该套废水处理系统运行费用8.66 元/m3。 6 结论 混凝预处理- 两级A/O 工段对垃圾渗滤液中COD 及氨氮具有良好的处理效果，平均去除率分别可达到62.79%和73.04%，为后续处理工段提供了良好的条件。 Fenton 高级氧化- 上流式BAF 组合的深度处理工艺中，双氧水的最佳投量为0.73 mL/L，硫酸亚铁为1.64 g/L。生化出水经该组合工艺处理后，最终出水COD 和氨氮质量浓度可分别稳定在50 mg/L和5 mg/L 以下，总去除率分别达到了93.21%和96.01%。出水色度也由进水的90 倍降至10 倍，去除率达88.89%，实现了设计要求。 在不考虑人工及折旧费的情况下，采用混凝-两级A/O-Fenton- 上流式BAF 组合工艺处理该渗滤液，运行费用仅为8.66 元/m3，出水水质完全满足相关排放标准，具有良好的经济效益和环境效益。 |
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