臭氧-曝氣生物濾池深度處理垃圾焚燒滲濾液實(shí)驗(yàn)
來(lái)源： btjedfk.cn 發(fā)布時(shí)間：2020-02-07 瀏覽次數(shù)：
我國(guó)城市生活垃圾在進(jìn)行焚燒處理的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的滲濾液[1-4].垃圾焚燒滲濾液水質(zhì)水量變化大、成分復(fù)雜、有機(jī)污染物濃度高,營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào),屬于高污染、難處理有機(jī)廢水[2-4].目前垃圾焚燒滲濾液的處理工藝多為“預(yù)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(shù)具有出水水質(zhì)好,安全可靠,操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[17],但是只是物理分離過(guò)程,污染物總量并未減少,在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生原水量30%左右高有機(jī)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(wèn)題[18-21],導(dǎo)致運(yùn)行成本也很高.
臭氧氧化能夠使廢水中的部分有機(jī)污染物徹底礦化,還能改變有機(jī)污染物分子結(jié)構(gòu),將難生物降解的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾男》肿游镔|(zhì),從而改善廢水的可生化性,提高后續(xù)生物處理效率[22-25].將臭氧氧化和生物處理相結(jié)合,用于深度處理垃圾焚燒滲濾液,可以避免產(chǎn)生膜分離濃液,徹底解決垃圾焚燒滲濾液中膜過(guò)濾濃液污染治理的難題,而且有可能節(jié)約因NF-RO 而產(chǎn)生的高額初期投資與運(yùn)行成本[26-27].從20 世紀(jì)90年代開(kāi)始,發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)者對(duì)使用臭氧組合技術(shù)處理垃圾滲濾液展開(kāi)大量研究,并且在德國(guó)已經(jīng)有了很多工程應(yīng)用.國(guó)內(nèi)對(duì)使用臭氧技術(shù)處理垃圾滲濾液也有研究,但對(duì)于我國(guó)特有的垃圾焚燒滲濾液處理問(wèn)題,還鮮有運(yùn)用臭氧及其組合技術(shù)進(jìn)行處理的報(bào)道.本文以某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的二級(jí)生物處理出水為對(duì)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(shù)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的可行性.
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)用水水質(zhì)
江蘇省某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液采用“調(diào)節(jié)池+初沉池+上流式厭氧復(fù)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(shè)計(jì)處理規(guī)模為1200m3/d,實(shí)際處理水量約1000~1200m3/d,其中納濾系統(tǒng)回收率不低于85%,反滲透系統(tǒng)回收率不低于70%.設(shè)計(jì)超濾出水COD濃度為500mg/L,經(jīng)納濾和反滲透處理后,膜透過(guò)液回用于鍋爐冷卻系統(tǒng)補(bǔ)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(jī)用水,噴嘴冷卻用水等回用水點(diǎn).試驗(yàn)用水取自處理廠工藝中超濾出水,水質(zhì)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(dǎo)率 13.81~15.94mS/cm, Cl-4936~5292mg/L, 碳酸鹽堿度(以CaCO3 計(jì))45~175mg/L, 碳酸氫鹽堿度(以CaCO3計(jì))803~2789mg/L.排放標(biāo)準(zhǔn)參照《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2008)》[28].
1.2 半間歇式臭氧氧化試驗(yàn)
采用圖1 所示的半間歇式臭氧氧化試驗(yàn)裝置,研究不同氧化時(shí)間下臭氧對(duì)不同水質(zhì)指標(biāo)的改善效果.臭氧接觸氧化柱為有機(jī)玻璃材質(zhì),φ10cm×150cm,有效體積10L.臭氧接觸氧化柱尾氣經(jīng)二氧化錳氧化銅顆粒催化劑破壞分解后排放.向反應(yīng)器內(nèi)加入10L試驗(yàn)用水,用臭氧發(fā)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?dú)獯得?min 去除殘余臭氧后,測(cè)定COD,可生化性,色度和波長(zhǎng)254nm 處的吸光度(UV254).
圖1 半間歇式臭氧氧化試驗(yàn)示意
臭氧發(fā)生器以氧氣為氣源,通過(guò)調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器的進(jìn)氣流量和電流,使發(fā)生器出口臭氧濃度為78.8mg/L.產(chǎn)生的臭氧用高溫?zé)Y(jié)鋼砂氣泡石從臭氧接觸氧化柱的底部通入水中.臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體濃度通過(guò)臭氧濃度測(cè)定儀測(cè)定,測(cè)定前先用過(guò)濾器去除氣體中的顆粒物,測(cè)定后通過(guò)臭氧破壞器將臭氧去除后排放.試驗(yàn)室溫24℃.氧化60 min 時(shí)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(xù)流試驗(yàn)
臭氧-BAF的連續(xù)流試驗(yàn)裝置如圖2所示,共包括兩級(jí)串聯(lián)的臭氧接觸氧化柱和兩級(jí)串聯(lián)的BAF.試驗(yàn)用水用泵連續(xù)輸入臭氧接觸氧化柱,同時(shí)連續(xù)通入臭氧,經(jīng)過(guò)臭氧氧化后的水排入儲(chǔ)水桶(有效容積1000L)進(jìn)行暫時(shí)儲(chǔ)存并去除殘余臭氧,之后經(jīng)兩級(jí)串聯(lián)的BAF 凈化后出水.
圖2 臭氧-BAF連續(xù)流試驗(yàn)裝置示意
臭氧的產(chǎn)生,測(cè)定和通入接觸氧化反應(yīng)柱的方式與1.2 節(jié)相同,臭氧發(fā)生濃度為78.8mg/L,兩級(jí)臭氧氧化的總時(shí)間為1h,臭氧投加量相當(dāng)于0.29gO3/L 水(0.68gO3/gCOD).臭氧接觸氧化柱為PVC材質(zhì),長(zhǎng)×寬×高為0.2m×0.12m×1.5m,單池有效容積31L;第一級(jí)氧化采用氣液逆向,第二級(jí)氧化采用氣液同向.臭氧接觸氧化柱尾氣經(jīng)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(zhì),長(zhǎng)×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(jí)濾池為下向流,第二級(jí)濾池為上向流.進(jìn)水流量控制在240L/d左右,單級(jí)濾池的實(shí)際水力停留時(shí)間(HRT)4.3h,進(jìn)水COD 容積負(fù)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(yàn)用水,并逐漸提高試驗(yàn)用水的比例,同時(shí)逐漸提高流量至240L/d,掛膜完成及活性炭吸附飽和共歷時(shí)40 d.然后開(kāi)展臭氧-BAF 試驗(yàn).
1.4 分析方法
COD,總氮,總磷,氨氮,堿度的測(cè)定參照《水和廢水監(jiān)測(cè)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(shí)COD 值低于50mg/L,因此測(cè)定時(shí)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(hào)SD9011),電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率測(cè)試儀(Jenco Instruments, Inc.,型號(hào)MODEL3173),pH值采用酸度計(jì)(Mettler-Toledo AutoChem, Inc.,型號(hào)LE438),TOC 采用TOC 分析儀(島津(中國(guó))有限公司,型號(hào)TOC-VCSN),離子濃度采用離子色譜儀(戴安(中國(guó))有限公司,型號(hào)ICS-90)測(cè)定,氣相中臭氧濃度用臭氧分析儀測(cè)定.可生化性試驗(yàn):臭氧氧化過(guò)程中水樣的可生化性變化情況通過(guò)搖瓶試驗(yàn)測(cè)定[30-33].有機(jī)組分的定性分析采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(安捷倫,GC,MS型號(hào)分別為7890A,5975C)),樣品前處理參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[29]中半揮發(fā)性有機(jī)化合物的氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)定方法.測(cè)試完畢后通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5975GCMS譜庫(kù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)譜圖解析,給出有機(jī)組分的結(jié)構(gòu)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(yùn)行41min.進(jìn)樣口溫度250℃;分流進(jìn)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(jí)桿溫度為150℃,采用全掃描,掃描范圍m/z為35~500.
2 結(jié)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(guò)程存在快速反應(yīng)和慢速反應(yīng)兩個(gè)階段,色度及UV254, 15min 內(nèi)去除率分別達(dá)91%和64%,45min 內(nèi)COD 去除率59%,此后COD 去除較慢, 120min 時(shí)去除率77%.
2.2 臭氧投加量0.29gO3/L 水,BAF 停留時(shí)間為4.3h 時(shí),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(yùn)行時(shí)間里低于排放標(biāo)準(zhǔn)100mg/L,色度可穩(wěn)定達(dá)標(biāo),總氮去除率13%~26%.
2.3 試驗(yàn)用水中烷烴,芳香族化合物及含氮雜環(huán)化合物是主要污染物.臭氧-BAF 能夠有效去除含氮雜環(huán)化合物,芳香族化合物,腈類(lèi),醚,有機(jī)酸及烯烴類(lèi)化合物,但難以去除烷烴類(lèi)化合物.
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