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        實驗方案
        臭氧-曝氣生物濾池深度處理垃圾焚燒滲濾液實驗
        來源: www.042309.com 發布時間:2020-02-07 瀏覽次數:

        我國城市生活垃圾在進行焚燒處理的過程中會產生一定數量的滲濾液[1-4].垃圾焚燒滲濾液水質水量變化大、成分復雜、有機污染物濃度高,營養比例失調,屬于高污染、難處理有機廢水[2-4].目前垃圾焚燒滲濾液的處理工藝多為“預處理+生物處理+深度處理”.深度處理普遍采用納濾(NF),反滲透(RO)或者其組合工藝[4-16]. NF和RO 技術具有出水水質好,安全可靠,操作簡單等優點[17],但是只是物理分離過程,污染物總量并未減少,在應用過程中會產生原水量30%左右高有機物濃度,高鹽度的濃縮液,更加難以處理,并且初期投資高,還存在膜堵塞的問題[18-21],導致運行成本也很高.
         
        臭氧氧化能夠使廢水中的部分有機污染物徹底礦化,還能改變有機污染物分子結構,將難生物降解的化合物轉變為易生物降解的小分子物質,從而改善廢水的可生化性,提高后續生物處理效率[22-25].將臭氧氧化和生物處理相結合,用于深度處理垃圾焚燒滲濾液,可以避免產生膜分離濃液,徹底解決垃圾焚燒滲濾液中膜過濾濃液污染治理的難題,而且有可能節約因NF-RO 而產生的高額初期投資與運行成本[26-27].從20 世紀90年代開始,發達國家的學者對使用臭氧組合技術處理垃圾滲濾液展開大量研究,并且在德國已經有了很多工程應用.國內對使用臭氧技術處理垃圾滲濾液也有研究,但對于我國特有的垃圾焚燒滲濾液處理問題,還鮮有運用臭氧及其組合技術進行處理的報道.本文以某垃圾焚燒發電廠滲濾液的二級生物處理出水為對象,研究了用臭氧-活性炭曝氣生物濾池(BAF )代替既有NF+RO技術實現達標排放的可行性.
         
        1 材料與方法
        1.1 試驗用水水質
        江蘇省某垃圾焚燒發電廠滲濾液采用“調節池+初沉池+上流式厭氧復合床 (UBF)+反硝化池+硝化池+超濾+納濾+反滲透”工藝.該滲濾液處理廠設計處理規模為1200m3/d,實際處理水量約1000~1200m3/d,其中納濾系統回收率不低于85%,反滲透系統回收率不低于70%.設計超濾出水COD濃度為500mg/L,經納濾和反滲透處理后,膜透過液回用于鍋爐冷卻系統補充用水,納濾濃液和反滲透濃液用于石灰乳制備用水,撈渣機用水,噴嘴冷卻用水等回用水點.試驗用水取自處理廠工藝中超濾出水,水質如下:COD 381~497mg/L, TOC 130~166mg/L,色度402~765 度, 總氮199~667mg/L, 總磷1.55~2.51mg/L,氨氮2.92~5.31mg/L, pH值7.7~8.2,電導率 13.81~15.94mS/cm, Cl-4936~5292mg/L, 碳酸鹽堿度(以CaCO3 計)45~175mg/L, 碳酸氫鹽堿度(以CaCO3計)803~2789mg/L.排放標準參照《生活垃圾填埋場污染控制標準(GB 16889-2008)》[28].
         
        1.2 半間歇式臭氧氧化試驗
        采用圖1 所示的半間歇式臭氧氧化試驗裝置,研究不同氧化時間下臭氧對不同水質指標的改善效果.臭氧接觸氧化柱為有機玻璃材質,φ10cm×150cm,有效體積10L.臭氧接觸氧化柱尾氣經二氧化錳氧化銅顆粒催化劑破壞分解后排放.向反應器內加入10L試驗用水,用臭氧發生器通入臭氧.分別于0, 5, 10,15, 20, 30, 45, 60, 90, 120min 取樣,向獲取的水樣中通入氮氣吹脫2min 去除殘余臭氧后,測定COD,可生化性,色度和波長254nm 處的吸光度(UV254).
        半間歇式臭氧氧化試驗示意
        圖1 半間歇式臭氧氧化試驗示意
         
        臭氧發生器以氧氣為氣源,通過調節臭氧發生器的進氣流量和電流,使發生器出口臭氧濃度為78.8mg/L.產生的臭氧用高溫燒結鋼砂氣泡石從臭氧接觸氧化柱的底部通入水中.臭氧發生器產生的臭氧氣體濃度通過臭氧濃度測定儀測定,測定前先用過濾器去除氣體中的顆粒物,測定后通過臭氧破壞器將臭氧去除后排放.試驗室溫24℃.氧化60 min 時的臭氧投加量為1.75gO3/L 水.
         
        1.3 臭氧-活性炭曝氣生物濾池(BAF)的連續流試驗
        臭氧-BAF的連續流試驗裝置如圖2所示,共包括兩級串聯的臭氧接觸氧化柱和兩級串聯的BAF.試驗用水用泵連續輸入臭氧接觸氧化柱,同時連續通入臭氧,經過臭氧氧化后的水排入儲水桶(有效容積1000L)進行暫時儲存并去除殘余臭氧,之后經兩級串聯的BAF 凈化后出水.
        圖2 臭氧-BAF連續流試驗裝置示意
        圖2 臭氧-BAF連續流試驗裝置示意
         
        臭氧的產生,測定和通入接觸氧化反應柱的方式與1.2 節相同,臭氧發生濃度為78.8mg/L,兩級臭氧氧化的總時間為1h,臭氧投加量相當于0.29gO3/L 水(0.68gO3/gCOD).臭氧接觸氧化柱為PVC材質,長×寬×高為0.2m×0.12m×1.5m,單池有效容積31L;第一級氧化采用氣液逆向,第二級氧化采用氣液同向.臭氧接觸氧化柱尾氣經集中收集,二氧化錳氧化銅顆粒催化劑(F800)破壞分解后排放.生物濾池亦為PVC材質,長×寬×高為0.38×0.38×1.5m;承托層為3~5cm鵝卵石,高10cm;填料為3~4mm柱狀活性碳,孔隙率30%,填料層高1 m,填料層體積144L;第一級濾池為下向流,第二級濾池為上向流.進水流量控制在240L/d左右,單級濾池的實際水力停留時間(HRT)4.3h,進水COD 容積負荷1.31~2.00kgCOD/(m3·d).水溫控制在20~25℃.濾池掛膜采用自然掛膜法,先用生活污水以50L/d 的流速通入濾池,10d 后混入試驗用水,并逐漸提高試驗用水的比例,同時逐漸提高流量至240L/d,掛膜完成及活性炭吸附飽和共歷時40 d.然后開展臭氧-BAF 試驗.
         
        1.4 分析方法
        COD,總氮,總磷,氨氮,堿度的測定參照《水和廢水監測分析方法》[29].由于水樣中氯離子濃度很高,按要求稀釋到1000mg/L 以下時COD 值低于50mg/L,因此測定時采用0.025 濃度的重鉻酸鉀溶液.色度采用色度儀(上海昕瑞儀器儀表有限公司,型號SD9011),電導率采用電導率測試儀(Jenco Instruments, Inc.,型號MODEL3173),pH值采用酸度計(Mettler-Toledo AutoChem, Inc.,型號LE438),TOC 采用TOC 分析儀(島津(中國)有限公司,型號TOC-VCSN),離子濃度采用離子色譜儀(戴安(中國)有限公司,型號ICS-90)測定,氣相中臭氧濃度用臭氧分析儀測定.可生化性試驗:臭氧氧化過程中水樣的可生化性變化情況通過搖瓶試驗測定[30-33].有機組分的定性分析采用氣相色譜-質譜聯用法(安捷倫,GC,MS型號分別為7890A,5975C)),樣品前處理參照《水和廢水監測分析方法》[29]中半揮發性有機化合物的氣相色譜-質譜測定方法.測試完畢后通過計算機系統5975GCMS譜庫對測試數據進行質譜圖解析,給出有機組分的結構和峰面積.GC 條件:HP-5 色譜柱,載氣為氦氣,柱流量1mL/min;程序升溫:初始溫度40℃(2min),10℃/min至150℃(2min),5℃/min至270℃(2min),5℃/min 至180℃(2min),共運行41min.進樣口溫度250℃;分流進樣,分流比為5:1,分流流量5mL/min.MS 條件:電離方式為EI,電子能量為70eV,傳輸線溫度為250℃,離子源溫度為230℃,四級桿溫度為150℃,采用全掃描,掃描范圍m/z為35~500.
         
        2 結論
        2.1 臭氧氧化可提高垃圾焚燒滲濾液生化出水的可生化性, 氧化過程存在快速反應和慢速反應兩個階段,色度及UV254, 15min 內去除率分別達91%和64%,45min 內COD 去除率59%,此后COD 去除較慢, 120min 時去除率77%.
        2.2 臭氧投加量0.29gO3/L 水,BAF 停留時間為4.3h 時,臭氧+BAF 深度處理垃圾焚燒滲濾液生化出水,可使出水COD在2/3的運行時間里低于排放標準100mg/L,色度可穩定達標,總氮去除率13%~26%.
        2.3 試驗用水中烷烴,芳香族化合物及含氮雜環化合物是主要污染物.臭氧-BAF 能夠有效去除含氮雜環化合物,芳香族化合物,腈類,醚,有機酸及烯烴類化合物,但難以去除烷烴類化合物.

        與臭氧-曝氣生物濾池深度處理垃圾焚燒滲濾液實驗相關的實驗現場