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固定化微生物技术处理垃圾渗滤液 肖美兰 叶正芳 倪晋仁 深圳市龙岗区环保局, 深圳 518172 北京大学环境工程研究所, 北京 100871 崔 锋 崔树彬 深圳盖雅环境工程咨询有限公司, 深圳 518026 摘要 采用固定化微生物技术建成了处理量为 60 m3 d 的垃圾渗滤液处理装置, 运转结果表明 在进水 CODCr为 1 980 mg L、氨氮为 820 mg L 的情况下, 处理出水中 CODCr为 130 mg L、氨氮为 0. 80 mg L。 该处理系统具有较强的抗冲 击负荷的能力, 且未发现水质的变化对微生物特别是硝化细菌产生抑制现象。 关键词 固定化微生物 曝气生物滤池 垃圾渗滤液 高氨氮 0 引言 采用固定化微生物 [ 1-4] 技术对深圳某垃圾处理厂 电絮凝后的渗滤液进行了处理研究 ,并建成了处理量 为60 m 3 d 的处理装置, 运转结果表明 当进水 COD Cr 1 980 mg L 、 氨氮 820 mg L 时, 处理出水中 CODCr为 130 mg L 、 氨氮为 0. 80 mg L。该处理系统具有较强的 抗冲击负荷的能力, 且未发现水质的变化对微生物特 别是硝化细菌产生抑制现象。 1 材料与方法 1. 1 材料 大孔功能化载体 自制 , 复合微生物 B350、 B110、B500 自制 ,纯碱和烧碱均为工业级 。 1. 2 试验工艺流程 工艺流程见图 1。 图 1 试验装置工艺流程图 固定化微生物-曝气生物滤池 I-BAF 每一级的 池容平均为27 m 3 ,从下部进水 , 上部出水 ,池内装有 占池容容积 60的大孔功能化载体 , 池底设置了穿 孔管曝气系统, 空气由池底进入, 气水比为 30∶ 1, 池 内投加高效微生物 B350、 B500、 B110。 1. 3 方法 1 用泵将电絮凝后的垃圾渗滤液打入调节池, 调节 pH 值为 8～ 9。用潜水泵将水提升至沉淀池 。 2 沉淀池出水自流进入 I-BAF 池 ,4 级 I-BAF 池 全部打满水后, 测定每池的总磷,按比例补加磷盐 ,每 池投加细菌1 000 g d连投 3 d 后, 按 2 m 3 h 流量开始 循环。同时, 每天向 1 ～ 3 池投加细菌 125 g , 连投 10 d,微生物的养生、固定化期结束 。然后进入驯化 期,每天给第一池投加细菌125 g , 根据废水中氨氮的 含量给各池补充磷盐, 同时监测每池的 CODCr和氨 氮,如每池的CODCr和氨氮呈梯度变化 ,且出口 CODCr ≤ 300 mg L 和氨氮 ≤15 mg L , 则表明驯化期结束。 然后进入运行控制阶段, 气水比30∶ 1。 2 结果及讨论 2. 1 CODCr的去除效果 垃圾渗滤液经调节和沉淀后 , I- BAF 系统入口废 水 CODCr的 最 大 值 为 3 560 mg L , 最 小 值 为 1 240 mg L ,平均值为1 980 mg L ; 出口废水 CODCr最 大值 为 440 mg L , 最 小值 为 80 mg L, 平 均值 为 130 mg L ,平均去除率为 91. 9。其去除效果见图 2。 图2 I -BAF 系统CODCr的去除效果曲线 由图 2 可知 , I- BAF 系统出水的 CODCr个别数据 偏大, 这是因为系统进水 CODCr值过高, 且垃圾渗滤 液中有一些抗生物降解的物质所致 。 2. 2 氨氮的去除效果 垃圾渗滤液经调节后, I-BAF 系统总入口废水中 氨氮最大值为1 200 mg L, 最小值为 570 mg L, 平均值 为820 mg L; 出口废水中氨氮最大值为 8. 20 mg L ,最 25 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 小值为 0. 10 mg L, 平均值为 0. 80 mg L ; 平均去除率 为99. 9。其去除效果见图 3。 图3 I -BAF 系统氨氮的去除效果曲线 通过以上数据可以看出, I-BAF 系统总入口废水 中氨氮值的变化较大, 为保证氨氮的去除效果 ,必须 在 I-BAF 系统中加强对硝化菌的培养。其主要方法 是保持硝化反应所必需的各种条件, 大约经过 15 d 的驯化 ,硝化菌和亚硝化菌可成为优势菌 [ 5 -7] , 硝化细 菌驯化成功后, 一般强度的冲击不会造成硝化细菌活 性的丧失 [ 7-9] 。试验结果表明 I-BAF 系统对氨氮有良 好的去除效果, 出水数据显示, 处理后的出水水质氨 氮的含量达到地表水 Ⅲ类水体标准 ,显示了固定化微 生物良好的脱氮性能 。 2. 3 I-BAF 池脱碳 、 脱氮的性能 表1 是垃圾渗滤液经过四级 I-BAF 池的 CODCr、 氨氮及硝态氮的变化情况 , 由表 1 可以看出, 每级 I- BAF的氨氮去除率都在50以上 ,出水氨氮很低 ,说 明硝化菌、亚硝化菌活性很高, 证明本研究采用的固 定化微生物对氨氮的去除效果较好 , 且反应速度快。 检测发现NO - 2、 NO - 3在第一级和第二级逐步升高 ,这 主要是氨氮氧化的结果, 从氨氮和 NO - 2、 NO - 3的总量 变化可以看出, NO - 2、 NO - 3只占氨氮转化的一部分, 且出水中NO - 2、 NO - 3浓度很低 , 即NO - 2、 NO - 3发生了 反硝化作用降低,证明反硝化菌也很活跃,这主要是大 孔功能化载体所形成的好氧、 缺氧和厌氧的微环境所 致,即在固定化微生物系统中,硝化、 反硝化同时进行。 表 1 每级 I -BAF池对 CODCr、氨氮和硝态氮的去除效果 mg L 项目CODCr氨氮硝态氮 沉淀后2 3608283. 0 I -BAF11 530553186. 0 I -BAF2870245296. 0 I -BAF343029. 4134. 2 I -BAF41861. 633. 0 2. 4 冲击性试验 该装置运行以来 ,在 I-BAF 池的进口处CODCr、 氨 氮浓度 变化大 , 但其 出口处所有 数据接近 国家 GB8978 -1996 一级排放标准。证明在一定的水质变 化范围内, I-BAF 抗冲击负荷较高, 系统的稳定性 较好 。 2. 5 溶解氧的影响 I- BAF 系统在运行过程中, 空气上升时与载体中 的大孔反复多次碰撞、切割 ,并被好氧微生物快速吸 收反应, 从而提高了空气的利用率。随着氧气的碰 撞、 切割和吸收反应 , 进入载体内部的氧气逐渐减少 直至氧气消耗完毕, 这样使每一个载体内部生成良好 缺氧区 、 兼性区和好氧区 ,使得载体的内部形成无数 个微型的硝化和反硝化反应器 ,因而可在同一个反应 器中同时发生硝化、反硝化作用 。试验表明 ,溶解氧 保持在4～ 5 mg L 为硝化和反硝化反应最佳条件 。 2. 6 固定化微生物的重复使用性能 I- BAF 系统在驯化完成后 ,连续运转 26 个月, 在 进口 pH 值不超过 10, 温度在15 ℃以上 , I-BAF 系统 有较好的生物活性 , 出水中 CODCr、氨氮 、 SS 、色度未 见反弹 ,且运行越来越稳定 ,证明了固定化微生物的 活力没有损失, 能够满足重复使用的要求 。 3 结论 1 采用以固定化微生物技术治理垃圾渗滤液在 技术上是可行的。其主要污染物 CODCr、氨氮接近 GB44 26- 2001 中的一级排放标准, 且系统具有较强 的抗冲击负荷的能力 。 2 由于载体的大孔网状结构对空气的切割与分 配作用 ,增加了氧气与微生物的接触机会 ,提高了空 气利用率, 降低了运行成本。 3 由于载体设计上的特殊性, 载体内部生成良 好缺氧区、兼性区和好氧区 ,使得载体的内部形成无 数个微型的硝化和反硝化反应器 , 因而总碳 、 总氮和 氨氮同步降低。 4 水质的变化未发现对微生物特别是硝化细菌 产生抑制现象。 5 连续运转 26 个月的结果表明 ,出水中 CODCr、 氨氮、 SS 、 色度未见反弹 ,证明了固定化微生物的活力 没有损失, 能够满足重复使用的要求 。 参考文献 [ 1] 叶正芳. 固定化微生物及其处理废水研究 博士论文 . 2002,4. [ 2] 叶正芳, 李彦锋等. 曝气生物流化床处理煤气化废水的研究. 中 国环境科学, 2002, 22 1 32-35. 下转第 28 页 26 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 化设计。IOD 一体化氧化沟 构造如图 3。 ① 二沉池合建在氧化沟当中, 沉淀形式选用斜板 沉淀 。 ② 氧化沟池体根据场地地质条件设计成侧壁为 斜坡 ,中间隔墙为砖砌体 ,节约了土建费用。 ③ 充氧方式选用倒伞形慢速表曝机 ,该设备集充 氧、 搅拌、提升和推流等功能, 非常便于操作管理。 图 3 一体化氧化沟 5 调试运行及验收监测 5. 1 调试运行 调试运行历时 4 个月 , 原污水的水温在 18 ～ 25 ℃, 调试运行包括设备试运行和工艺参数调试。 通过设备的试运行, 重点核准倒伞形慢速表曝机 的充氧能力为 1. 8 kg kW 左右。 工艺调试主要进行 USR和氧化沟的活性污泥的 培养与驯化、 氧化沟 DO 的调控。由于本工程的污水 是生猪粪便污水 ,营养成分组成比例协调 ,非常便于 微生物的生长繁殖, 因此调试过程为进行微生物接 种。经过近 3 个月的间歇进水 、 小水量连续进水、逐 渐加大进水量直至设计水量 , 基本实现的 USR 去除 率70以上 ,氧化沟 MLSS 浓度 3 500 mg L ,DO 浓 度0. 7～ 3. 8 mg L。 5. 2 验收监测 系统稳定运行1个月后 , 由当地有关部门连续 8 d的取样监测, 其结果表明 处理后出水水质基本达 到设计和 GB18596-2001 国家畜禽养殖业污染物排 放标准中一级排放标准的水质指标要求 。监测结果 见表 3。 表 3 水质监测数据 均值mg L 样品CODCrBOD5SSNH3-NTP 进口5 8562 760805306. 592. 67 出口33923413634. 910. 28 6 结论 1 该工艺设施处理养猪场污水能够达到较满意 的效果,出水满足排放标准的水质指标要求。 2 设施直接投资 56. 7 万元。其中土建费用 39. 7 万元 ,设备 、 管道及安装费用 17. 0 万元, 吨水投 资6 300元。 3 运行费用 1. 19 元 t 。其中电费 0. 89 元 t , 人 工费 0. 30 元 t 。 7 体会 1 通过合理设计配备 USR 进水布水系统和排 渣系统 ,可以确保USR对污染物去除率的稳定 ,并克 服沼渣的淤积。 2 因地置宜进行建设的一体化氧化沟 ,不仅设 施简单 ,基建投资也很节约 ,对于在小规模高浓度的 污水处理中更有优势 。 参考文献 [ 1] 胡纪萃, 周孟津等. 污水厌氧生物处理理论与技术. 北京 中国建 筑工业出版社,2003. 作者通讯处 郑育毅 350003 福州市环保路 8 号 福建省环境保护 设计院 电话 0591 83571271 2005- 08-09 收稿 上接第 26页 [ 3] 叶正芳, 倪晋仁等. 污水处理的固定化微生物与游离微生物性 能比较. 应用基础与工程科学学报,2002, 10 4 332 -337. [ 4] 叶正芳, 倪晋仁. 污水高效处理和资源化的固定化与生物技术 研究. 应用基础与工程科学学报,2002, 10 4 325 -331. [ 5] 叶正芳. 固定化微生物处理垃圾渗滤液的研究 博士后研究报 告 . 北京. 2003. 12. [ 6] 顾夏声. 废水生物处理数学模式. 北京 清华大学出版社, 1997. [ 7] Elisabeth V Munch, Paul Lant, Jurg Keller. Simultaneous nitrification and denitrification in bench-scale sequencing batch reactors. Wat. Sci . Tech. , 1996, 30 2 277-284. [ 8] 李丛娜, 吕锡武, 稻森悠平. 同步硝化 反硝化脱氮研究. 给水排 水, 2001,27 1 A 22 -24. [ 9] Klangduen Pochana, Jurg Keller. Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification SND . Wat . Sci. Tech. , 1999, 39 6 61 -68. 作者通讯处 叶正芳 100875 北京市海淀区 北京大学环境学院 电话 010 62755914-85 2005- 09-02 收稿 28 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 standards, the ditch can not operate regularly. According to the condition, the working parameters of the ditch are adjusted to the pattern under the low organic loading and the operational pattern under this situation is also found out. Keywords wastewater treatment, organic loading , three -tank oxidation ditch, aeration, sludge loading and sludge residence time TREATMENT OF LEACHATE BY IMMOBILIZED MICROORGANISMS TECHNOLOGY Xiao Meilan Ye Zhengfang Ni Jinren et al 25 Abstract A full -scale plant of leachate treatment by immobilized microorganisms technology was built with a capacity of 60 m3 d. The running results showed thatwhenCODCrand ammonia -nitrogen of the influentwere about 1980 mg L and820mg L respectively, the effluentCODCr and ammonia -nitrogen were 130 mg L and 0. 80 mg L. The results also indicated that this technology had an ablity to resist loads fluctuating. Microorgannism especially the nitrobacteria was never restrained by the variation of the influent quality. Keywords immobilizedmicroorganisms, biological aerobic filter bed BAF system, leachate and high ammonia -nitrogen APPLICATION OF PROCESS OF USRIOD IN TREATMENT OF PIG FARM WASTEWATER Zheng Yuyi 27 Abstract The process of USR and IOD was used to treat the pig farm wastewater in an engineering example. Its design parameters and operationwere introduced. The monitoring results of completed engineering approval show that all effluent pollutant indices can meet the requirements of the Professional Discharge Standard. Keywords USR, IOD and livestock wastewater MIXINGTREATMENTTECHNOLOGYFOR LIVESTOCKANDPOULTRYCULTIVATION WASTEWATERDeng Shihuai Li Yuanwei Zheng Renhong et al 29 Abstract Aiming at the problem of high contents of CODCr, NH3-N and SS in wastewater, a combined process of airfloat-ABR -CASS- constructedwetland and ecological pond was used. Result showed that the contents of CODCr, NH3-N, SS of treatedwastewater couldmeet the first- level discharge criteria in GB8978 -1996. Keywords livestock and poultry cultivation wastewater, technique and discharge standard EFFECT ANALYSIS OF OPERATIONPRACTICE IN THE SEWAGE TREATMENT PLANT USING DAT-IAT PROCESSSu Qingyong Chu Jinyu 31 Abstract DAT -IAT process is used in a sewage treatment plant of Tianjin Economic and Technical Development Zone. The operating effect in both summer andwinter was compared and the removal effect of organic matter in both DAT tank and IAT tank was analysed. The discovery shows that the removal effect of CODCrand BOD5was almost the same in summer and winter. The removal effect of BOD5was much more complete. The removal rate of BOD5in DAT tank would make an unfavorable influence towards removing phosphorus and nitrogen. Keywords DAT -IAT, sewage treatment plant and removal effect INVESTIGATION ON PURIFYING TOLUENE WASTE GAS IN BIOTRICKLING FILTERS UNDER THERMOPHILIC CONDITIONSWang Juan Zhong Qin Li Jianlin 34 Abstract The objectives of this research were to investigate the potential to biologically treat toluene waste gas at thermophilic conditions and to examine the dominant strains to degrade toluene at high temperatures. The results showed that the dominant strains had poor adaptation to toluene gasafter cultured in toluene liquid. The biofilm edinpacking of a biotrickling filter BTFtendto stabilization after 120 h～ 140 h. The removal efficiency was highest at 40 ℃, and then at 30 ℃, 50 ℃, 60 ℃. The average removal efficiency were 82. 7, 74. 8, 59. 5and 55. 9. The dominant strain was bacillus and ball bacterium, of which the bacillus grew easier on the packing, but ball bacterium had good adaptation under thermophilic condition. New by -productwas found when the temperature was above 40 ℃. Keywords biotrickling filter BTF , thermophilic, toluene, treating waste gas and volatile organic compounds VOCs DUST COLLECTION OF HIGH -TEMPERATURE PURIFIED REACTION PRODUCT OF SMOKE BY INCINERATING REFUSESMei Hongsheng ChenDezhen Lin Yu et al 36 Abstract Removing the acidic gases in the flue gaswith lime particles at high temperature and separating the reaction product immediately benefit the operation of incinerator and improves its safety and economy. It was researched the separation efficiency of reaction product from a cyclone and the variation of particulate size distribution of lime particles by a Stairmand type model atmedium and hightemperatures. Experimental results showed that agglomerations happened among lime particulates at high temperature and resulted in a significant increase of the particle size. Consequently the dust collection efficiency was above 94 at a temperature range of 450～ 760 ℃. Keywords cyclone, high temperature, particulate size distribution, separation efficiency and agglomeration 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006