厌氧序批式反应器(ASBR)预处理垃圾渗滤液.pdf

厌氧序批式反应器 ASBR 预处理垃圾渗滤液 ＊ 岳秀萍 付梅红 龚真强 太原理工大学环境科学与工程学院, 山西 太原 030024 摘要 在中温 30～ 35℃条件下, 厌氧序批式反应器 ASBR 对垃圾渗滤液进行厌氧预处理, 结果表明 较高的进水 COD 和OLR 条件下, 反应器有着更好的处理效果; 相近的 OLR 条件下, 较长的 HRT 有更好的 COD 去除效果; OLR 较低时, 进水时间 反应时间 tF tR 越大, COD 去除效果越好; OLR 较高时则需要较小的 tF tR; COD 去除率随进水 NH 4-N COD 的升高有明显的下降趋势; 垃圾渗滤液 COD SO2 - 4 在 5. 52～ 11. 41, 反应器中不但有甲烷产生, 同时也有硫酸盐的还原 发生, SO2 - 4 去除率最高可达到 77。 关键词 厌氧序批式反应器 垃圾渗滤液 COD NH 4-N COD SO 2 - 4 ＊山西省自然科学基金资助项目 20041026 ; 建设部科技攻关项目 03 -02 -046 。 0 引言 垃圾渗滤液水质成分复杂, COD 和 NH 4-N 浓度 高 [ 1] ,是一种处理难度大的高浓度有机废水。本试验 采用ASBR [ 2] 反应器对垃圾渗滤液进行厌氧预处理, 考察了进水COD 浓度 、 进水COD 容积负荷、进水时间 与反应时间比值 tF tR 、水力停留时间 HRT 以及氨 氮浓度等因素对运行效果的影响, 并对垃圾渗滤液厌 氧生物降解中的硫酸盐还原作用进行了试验分析 。 1 试验材料和方法 1. 1 试验装置 ASBR反应器总容积5 L ,有效容积 3 L, 上部留有 2 L 的气室, 如图 1 所示 。反应器置于矿棉绝热保温 的恒温箱内, 温度控制在 30 ～ 35℃。垃圾渗滤液由 高位进水瓶中通过胶皮管送至反应器底部的进水口, 进水和反应期间利用反应器所产生的沼气回流进行 间歇搅拌, 由 DHS- S 型数显时间继电器控制搅拌时 间间隔,每隔 40 min搅拌 5 min。 1ASBR 反应器; 2恒温箱; 3泡沫分离瓶; 4水封瓶; 5湿式气体流量计; 6贮气袋; 7气体循环泵; 8气体流量计; 9进水瓶; 10保温材料; 11密封体; 12时间控制器。 图 1 ASBR 反应器装置 1. 2 原水水质 原水取自太原市东山新沟垃圾填埋场集水沟 ,水 质见表1。 表 1 原水水质mg L pH 除外 CODNH 4-N SSSO2- 4 碱度pH值 34 850～ 1 442 2 752～ 267385～ 673695～ 1 010 3 0006. 4～ 7 . 4 2 试验结果与讨论 2. 1 进水 COD 浓度对COD去除率的影响 试验期间, 进水 COD 浓度为1 442 ～ 34 850 mg L。 图2 所示为进水COD浓度与 COD 去除率的关系 。可 以看到 ,进水 COD 浓度为8 701 mg L时 ,COD 平均去 除率保持在 90以上 ; 当进水 COD 浓度下降为 1 442 mg L时,反应器对COD 的平均去除率为 67; 随 着进水COD 的提高,COD去除率又出现了较明显的上 升趋势, 当进水 COD 增加到34 850 mg L时,COD 平均 去除率可达 96。说明ASBR 反应器有较高的耐冲击 负荷,COD的去除率随着进水浓度的增加而增大。 图2 进水 COD 浓度对 COD 去除率的影响 2. 2 进水容积负荷对 COD去除率的影响 图3 所示为进水OLR与 COD 去除率的关系 。由 图3 可知 , 在试验初期, 当容积负荷为 0. 29 g Ld 时,出水 COD 在 285 ～ 716 mg L, COD 平均去除率为 81 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 94; 当负荷增加到 0. 58 g Ld 时 , 反应器出水 COD 在 829 ～ 1 188 mg L , 出 水 COD 平 均 值 为 950 mg L ,COD 平均去除率下降为 89; 负荷提高至 1. 06 g Ld 时,COD去除率降至最低值40。这是因 为容积负荷提高得过快,厌氧颗粒污泥还不能较好地适 应垃圾渗滤液水质特点,毒性物质对颗粒污泥的产甲烷 活性产生抑制作用,造成COD去除率持续下降。 图3 OLR 对 COD 去除率的影响 到试验后期, 负荷提高至 1. 16 g L d 时, COD 平均去除率可达 95,说明随着驯化时间的延续, 厌 氧微生物体内产生了能够适应或代谢渗滤液中毒性 物质的酶系统, 颗粒污泥已经逐渐适应了垃圾渗滤液 的水质特点 , 因此能在不断提高 OLR 的情况下保持 较高的COD去除率 。当 OLR增加到 2. 60 g L d 时 COD去除率稳定在 97 。总之, 较高的 OLR 运行条 件下 ,COD去除率较高 ,反应器运行也比较稳定 。 2. 3 对SS 的去除效果 图 4 是 在 进 水 COD 分 别 为 1 442、7 785、 11 527 mg L, 对 应 的 OLR 分 别 为 0. 48、 2. 60、 3. 84 g Ld 的运行条件下 , 对 SS 的平均去除率为 70。表明ASBR 反应器对垃圾渗滤液中的固体悬 浮物有着较好的截留能力 。 图 4 进水COD 浓度对SS 去除率的影响 2. 4 HRT 对 COD 去除率的影响 图5 所示为HRT 与 COD 去除率的关系 。在OLR 为1. 16 g Ld 的情况下,当 HRT 从 30 d 缩短为 7 d 时,COD 的平均去除率由95下降至81; 在OLR为 1. 38 g Ld ,HRT 为 3 d 时,COD 去除率仅有 61 左 右; 当 OLR为 1. 45 g Ld 、 HRT 为 6 d 时,COD 平均 去除率可达到 83 , 上升幅度为 26. 5。说明延长 HRT 可有效提高 COD 去除率。 图5 HRT 对 COD 去除率的影响 2. 5 进水时间与反应时间比值 tF tR 对 COD 去除 率的影响 图6 反映了进水时间与反应时间比值 tF tR 对 垃圾渗 滤液 中 COD 去除 率的 影响 。当 OLR 为 0. 73 g Ld 时 , COD 去除率随进水时间的增加由 40上升为 69; 在进水 OLR为 0. 86、1. 06 g Ld 时,COD 去除率上升的幅度开始变缓; 当进水 OLR为 1. 37～ 2. 01 g Ld 时 ,COD 去除率随进水时间的变 化已不明显 ; 尤其当进水 OLR 为 2. 22 g Ld 时, COD去除率随进水时间的延长呈下降趋势 。说明低 负荷运行条件下 ,适当延长进水时间有利于提高COD 去除率, 而当进水负荷高于 1. 00 g Ld 时 , 进水时 间对 COD 去除率无明显影响 。 图 6 tF tR对COD 去除率的影响 2. 6 OLR 对产气量的影响 图7 可知 ,OLR 从 0. 48～ 3. 84 g Ld 逐渐升高 时, 沼气 产量总 体上 呈增 大的 趋势 。当 OLR 2. 22 g Ld 时,产气量快速增加,原因是该阶段所用垃 圾渗滤液水质有所变化,其中的氨氮浓度相对偏低。 图 7 OLR 与产气量的关系 2. 7 碱度 、 pH 值对 COD 去除率的影响 试验中反应器内的碱度均在3 000 mg L以上, 使 82 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 得ASBR反应器具有较强的缓冲能力 ,不需要另外投 加碱度就可以使反应器的 pH 保持在适宜微生物生 长的范围内。 进水 pH 平均值为 7. 1,经过 ASBR处理后 pH 值 有所上升 ,出水 pH 平均值为7. 6,进水不需要调整pH 值。可能是因为 1 垃圾渗滤液中含有较多有机氮 化合物和硫酸盐 ,在厌氧水解过程中因为氨氮的产生 和强酸 硫酸 向弱酸 硫化氢 的转化而导致 pH 值 的上升 [ 3] ; 2 垃圾渗滤液中含有的草酸盐在厌氧处 理过程中被分解为 CO2等物质 , 从而增加了溶液的 碱度 。 2. 8 进水中NH 4- N COD 对COD 去除效果的影响 氨氮浓度高是垃圾渗滤液的重要水质特征之一, 而高氨氮对微生物具有毒性, 能够抑制微生物的代谢 活动, 尤其是对产甲烷菌 [ 4] 。经过高浓度氨氮驯化过 的甲烷菌对氨氮的抑制有更高的抵抗能力, Velsen [ 5] 曾经报道过 ,在氨氮浓度为2 420 mg L下驯化过的甲 烷菌能够在氨氮浓度达到3 000 mg L的时候快速产生 甲烷。图 8 所示为进水 NH 4-N COD 对 COD 去除率 的影响, 可见 ,COD 去除率随进水 NH 4-N COD 的升 高有明显的下降趋势 。从整个过程来看 , 当NH 4-N COD低于 0. 1 时, 对垃圾渗滤液的 COD 平均去除率 可达到 80以上 ; NH 4- N COD 为 0. 278 ～ 0. 222 时, COD去除率降至整个试验的最低值 37～ 50。 图 8 NH 4-N COD 对COD 去除率的影响 2. 9 COD SO 2- 4对 COD 去除率的影响 垃圾渗滤液中含有一定的硫酸盐, 本试验原水中 SO 2- 4浓度为 261 ～ 1 010 mg L 。有资料表明, 有机物 由硫酸盐还原或者经产甲烷和硫酸盐还原 2 个途径 被去除, 取决于废水中的 COD SO 2- 4比值 , 而并非 SO 2- 4浓度。当 COD SO 2- 40. 67 时 , 从理论上讲, 所 有的有机物可经由硫酸盐还原被完全氧化,而硫酸盐 本身也全部还原; 当 COD SO 2- 4 0. 67,如果 COD 完全 转化, 则除了硫酸盐的还原外也有甲烷产生 [ 6] 。本试 验采用的垃圾渗滤液COD SO 2- 4在5. 52～ 11. 41, 因此 从理论上讲 ,ASBR 反应器中不但有甲烷的产生, 同时 也有硫酸盐的还原发生。 图9 可知 , SO 2- 4的去除率随着垃圾渗滤液中 SO 2- 4浓度的升高呈现出明显的上升趋势, 当进水中 SO 2- 4浓度为1 010 mg L时, 其去除率可达到 77左 右; 在较高的进水负荷条件下,COD 去除率随着 SO 2- 4 去除率的升高有所下降 , 当 COD SO 2- 4为 11. 2 时, COD去除率最大为97。由此可以看出,在 ASBR反 应器中不但同时有甲烷的产生和硫酸盐的还原发生, 而且硫酸还原菌对产甲烷菌有明显的竞争。 图9 COD SO2- 4 对 COD 去除率的影响 3 结论 1 进水 COD 浓度对ASBR反应器的处理效果有 显著影响, 对于较高的进水浓度,ASBR有着更好的去 除能力 ; 进水COD浓度为34 850 mg L时,COD 去除率 可以达到 96 左右。 2 随着 OLR的不断提高,COD去除率仍能保持 在较高的水平。当 OLR 为 2. 60 g Ld 时 COD 去除 率稳定在 97 左右。 3 ASBR反应器对垃圾渗滤液中的固体悬浮物 有着较好的截留能力 。对 SS 的平均去除率达 70。 4 水力停留时间 HRT 是影响 ASBR处理效果 的主要因素之一,相同OLR 条件下,较长的HRT 有更 好的 COD 去除效果 。 5 OLR在0. 73～ 1. 06g Ld 时 ,COD 去除率随 tF tR的增大而上升。OLR 较低时, tF tR越大, COD 去除效果越好; OLR 较高时则需要较小的 tF tR。 6 反应系统的沼气产量随着 OLR 的增加而增 大,此外垃圾渗滤液水质发生变化时也会引起产气量 变化 。 7 进水 NH 4- N 浓度是影响 ASBR 处理垃圾渗 滤液效果的主要因素 , COD 去除率随进水 NH 4-N COD的升高有明显的下降趋势。在 NH 4- N COD 0. 1 的情况下, ASBR 对垃圾渗滤液的 COD 去除率 达80以上 。 下转第 85 页 83 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 螺压机在运行过程中根据 PLC 控制系统设定的 反冲洗时间进行自动反冲洗, 絮凝体的絮凝情况通过 絮凝筒可直接观察。各设备在运行过程中,可随时根 据絮凝情况对上泥量、加药量等进行调节 ,以达到系 统的运行最佳状态。 3 运行效果 3. 1 螺压脱水机性能 螺压脱水机投入运行 , 采用 24 h 连续运行方式 对螺压脱水机进行了跟踪试验 , 药液的配制浓度为 0. 1～ 0. 15, 上泥量为 5～ 8 t h, 加药泵的流量控 制在 400～ 600 L h, 螺压脱水机采用自动运行方式, 曝气池污泥浓度保持在 2 ～ 5 g L, 整套系统运行平 稳,污水处理效果良好。当上泥量为 5 t h, 加药量为 0. 4 t h 浓度0. 1 时,原污泥浓度为12. 91g L; 滤液 含固率均为 1. 67 g L ; 湿污泥含水率均为 78. 01 g L; 螺压机固体回收率为 87. 07; 絮凝剂量与处理干污 泥量比为 0. 46 。 3. 2 板框压滤系统与螺压脱水机的脱水效果对比 1劳动强度及环境污染情况的比较 采用原板框压滤系统劳动强度大, 现场污染严重 。 另外,由于排出的污泥含有 Fe 3 、 Cl - 、 Ca 2及强碱性 , 在堆放场堆放时造成土壤板结、硬化 。而采用螺压脱 水机脱水,由于全部采用自动化控制,人工只需在储缸 中加入足量的聚丙烯酰胺 ,所有操作将全部自动化,大 大地降低了劳动强度及现场的环境污染。另外由于药 剂采用聚丙烯酰胺,排出污泥中不含 Fe 3 、 Cl - 、 Ca 2及 强碱性 [ 2] ,彻底解决了环境污染问题 。 2化工原料消耗费用比较 原采用板框压滤系统时 ,FeCl3用量为 800 kg d, 白灰用量为 750 kg d, 年消耗化工料费用为649 083 元; 而采用聚丙烯酰胺后 , 加药量为 7. 2 kg d, 则年消 耗费用为169 920元 。因此采用螺压脱水机代替板框 压滤系统, 年节省化工料479 163元 。 4 结论 1污水处理厂采用螺压脱水机并配套自动加 药控制系统进行污泥脱水 ,不仅降低了工人的劳动强 度,而且解决了环境污染问题 。 2该套系统可以 24 h 连续运行 ,而且连续进料 时,排出的污泥含水量会逐步降低。 3药剂采用聚丙烯酰胺, 排出的污泥中不含 Fe 3 、 Cl - 、Ca 2 及强碱性, 彻底地解决了环境污染 问题 。 参考文献 [ 1] 徐亚同, 黄民生.废水生物处理的运行管理与异常对策. 北京 化学工业出版社, 2004 292 -296 [ 2] 金兆丰, 余志荣. 污水处理组合工艺及工程实例. 北京 化学工 业出版社, 2003 282-288 作者通信处 任铁 111001 辽宁辽阳石化分公司动力厂生产技术科 电话 0419 5153354 E -mail zhaicltetrochina . com. cn 2007- 08-01 收稿 上接第 83页 8 垃圾渗滤液的厌氧生物降解中产甲烷和硫酸 盐还原同时发生 ,而且硫酸还原菌对产甲烷菌有明显 的竞争,SO 2- 4去除率最高可达到 77左右 。 参考文献 [ 1] 杨秀环, 牛冬杰, 陶红. 垃圾渗滤液处理技术进展. 环境卫生工 程, 2006,14 1 46 -49 [ 2] Dague R R. Anaerobic sequencing batch reactor. U. S. A, 1993 [ 3] 赵剑强. 含氮有机物厌氧消化化学方程式的研究. 中国沼气, 1999, 14 1 10 -11 [ 4] Poggi V H, et al.Inhibition of mesophilic solid -substrate anaerobic digestionbyammonianitrogen. AppliedMicrobiologyand Biotechnology ,1997, 47 3 284 -291 [ 5] van Velsen A F M.Adaptation of methanogenic sludge tohigh ammonia～ nitrogen concentrations. Water Research, 1979 13 995 - 999 [ 6] 王浩源, 缪应祺. 高浓度硫酸盐废水治理技术的研究. 环境导 报, 2000 1 22 -25 作者通信处 付梅红 030024 山西省太原市迎泽西大街 79 号 太 原理工大学 3252信箱 E -mail fumeihong-86163. com 2007- 09-04 收稿 85 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 RESEARCH ON ADSORBING Cd2IN WATER BY GRANULAR RED MUD Ren Shaojuan Wang Yanqiu 70 Abstract This study puts forward a new to prepare granular red mud GRMand uates its potential use to remove cadmium ions from aqueous solutions as a low -cost adsorbent. The high capability to remove cadmium completely at low concentrations, high adsorption capacity in batch and column adsorption and fine reversibility to be regenerated rapidly for 4 cycles indicate that granular red mud can be used in heavy metals adsorption as an upgraded product for powdered red mud adsorbents. Keywords granular red mud, cadmium and adsorption LEACHING HAZARDNESS OF THE HEAVY METALS FROM CEMENT-SOLIDIFIED SLUDGE Dong Xingling Zhang Huyuan Wang Jinfang et al 74 Abstract The sludge solidifiedby cement can be reused asbuilding materials for geotechnical engineering. This paper analyzes the leaching hazardness of heavy metals from the solidified sludge as affected by pH, Eh and microorganism activities.Research results showed that the leaching toxicity of its has been decreased. Keywords sludge, solidification, heavy metal and leaching toxicity RESEARCH ON MECHANISM OFMICROBES IN NITRIFICATION STAGE OF COKING WASTEWATERJin Wenjie Qi Meng Zhang Qi et al 76 Abstract The process of Nitrification -Anaerobic Ammonium Oxidization was used to remove NH 4-N from coking wastewater, the nitrificationwas mainly studied in this article.Nitrification had been achieved by the of suspended activated sludge or of the biofilm. Research on mechanism of the microbeswas done during the nitrification stage by comparing the process of the suspended activated sludge with that of the biofilm. The results proved that the ammonia -oxidation bacteria were the dominant strain in the suspended activated sludge process, and nitrification had been achieved by them, and the nature of reaction was shortcut nitrification; In the biofilm process, the nitrification reaction was achieved by ammonia -oxidation bacteria, nitrition oxidation bacteria and denitrification bacteria, the nature of reaction was simultaneous nitrification and denitrification. The reaction path of the suspended activated sludge process was shorter than the biofilm process, but the biofilm process sustained higher ammonia loading rate than the suspended activated sludge process. Keywords coking wastewater, nitrification, denitrification,ammonia -oxidation bacteria, denitrification bacteria and nitrite oxidizing bacteria ENGINEERINGDESIGNOFBIOCHEMICALTREATMENTOFWASTEWATERFROM PRODUCTIONOF TRADITIONAL CHINESE MEDICINES Hu Xiaolin Li Dongwei Liu Hongbing 79 Abstract Traditional Chinese medicine manufacturing wastewater was treated by two -phase anaerobic -contact oxidation -BAF process with treating scale of 150 m3 d. The influent quality was as below COD6 000 mg L, BOD52 700mg L and SS310 mg L. The effluent qualtty reached the first class discharge standard of GB8978 -1996. Further more, its engineering investment and operation fee were lower. Keywords traditional Chinese medicine, tow-phase anaerobic and contact oxidation process PRETREATMENTOF LANDFILL LEACHATEWITH ANAEROBIC SEQUENCINGBATCH REACTORYue Xiuping Fu Meihong Gong Zhenqiang 81 Abstract Anaerobic pretreatment of municipal landfill leachate was uated using lab-scale anaerobic sequencing batch reactor ASBR at 30～ 35 ℃. The following conclusionswere drawnfrom the study ASBR hadbetter COD removal rate when COD and OLR were higher relatively; higher COD removal rate could be got in larger HRT at the similar OLR conditions;larger COD removal rate corresponded to bigger tF tRwhen OLRwas lower. At higher OLR the resultwas opposite; COD removal rate was evidently decreasedwith the increase in NH 4-N COD of influent. The COD SO2- 4 was ranged from 5. 52to 11. 41, the sulfate reduction efficiency could reach to 77, so there was not only methane production but also sulfate reduction in ASBR. Keywords landfill leachate, anaerobic sequencing batch reactor ASBR , COD, NH 4-N and COD SO 2 - 4 APPLICATION OF SCREW PRESS DEWATERER INWASTEWATER TREATMENT Ren Tie Sun Xiao Zhang Xiaodong 84 Abstract It is introduced the selection of the technical conditions of a screw press dewaterer and the check of its running effect, it is concluded that the screw press dewaterer can be used to dispose remaining sluge instead of frame pressfilter system, and the application has good prospects. Keywords screw press dewaterer, wastewater, sluge and dewater DOMESTICATION AND MICROORGANISMS OF HIGH SALINITY ACTIVATED SLUDGE Yu Deshuang Zhang Yong Leng Dongdong 86 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008