超磁混凝工艺应急垃圾渗滤液预处理实验研究

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摘要：【摘 要】垃圾渗滤液是一类性质复杂、水质成分波动大、富含难降解有机物的高污染废水。我国南方降雨丰沛，雨季渗滤液产生量往往超过常规设计处理量，增加了垃圾渗滤液处理站压力，给周边环境带来较大的生态安全隐患。文章采用超磁混凝技术对垃圾渗滤液进行实

　　【摘 要】垃圾渗滤液是一类性质复杂、水质成分波动大、富含难降解有机物的高污染废水。我国南方降雨丰沛，雨季渗滤液产生量往往超过常规设计处理量，增加了垃圾渗滤液处理站压力，给周边环境带来较大的生态安全隐患。文章采用超磁混凝技术对垃圾渗滤液进行实验，筛选最佳混凝剂、优化工艺条件、磁种混凝条件。结果表明，在优化条件下中试应急设备处理垃圾渗滤液，COD、BOD5、氨氮去除率分别达到为86%、70%、73%，磁种回收率达96%以上，HRT仅为60 min，达到快速应急处理目的，设备出水水质稳定，可生化性显著提高(BOD5/COD≥0.58)，为后续深度达标处理提供了稳定预处理水质保障。超磁混凝工艺技术能有效去除垃圾渗滤液中的COD、氨氮含量，提高处理尾水可生化性能，具有处理效率高、设备简单、占地面积少、效果稳定等特点，为垃圾渗滤液应急处理提供了很好的解决方案。

　　【关键词】垃圾渗滤液;超磁混凝;中试;磁种回收

　　随着人民生活水平的提高，生活垃圾的产生量也日益增加，据统计，自2016年起全国生活垃圾处理量已超过2亿t/年，且该数据呈逐年递增的趋势[1]。卫生填埋是我国处理生活垃圾的主要方式，垃圾处理量占50%以上，其产生的垃圾渗滤液具有污染物浓度高、水质组分复杂、毒害性强和难处理等特点，随着填埋场年限延长，其产出的老龄渗滤液难降解有机物比例增大，微生物营养元素比例严重失调，生化处理难度越来越大[1，2]。目前，我国已应用的垃圾渗滤液处理主流工艺有“UASB厌氧+MBR+纳滤/反渗滤”和“两级DTRO工艺”两种，但经长期运行实践分析，该两种工艺存在系统设备投资大、建设周期长、操作复杂、设备维护费用高昂等问题，一旦设施出现问题或处理水量波动变化大，很难适应垃圾渗滤液处理需求，尤其在雨季，我国南方的许多垃圾渗滤液处理站常满负荷运转处理仍未能满足其产生量的处理要求，必须额外增加处理设施进行协同处理才能确保降低外溢的风险[2，3]。因此，研发处理效率高、用时短、成本低、占地少、适用范围广、能满足应急处理的垃圾渗滤液处理技术工艺及相关处理设备十分必要。

　　磁混凝技术是近几年热门的新兴水处理技术，具有占地面积小、水力负荷高、节省药剂投加量、产水水质好、启动快、成本低廉等优点[4，5]，越来越多地应用在包括黑臭水体、重金属废水、含油废水等废水应急处理领域，但其在垃圾渗滤液处理方面仍处于实验室研究阶段[6]。因此，本研究采用磁混凝技术处理垃圾渗滤液，通过小试和中试设备实验研究，优化磁混凝、絮凝、磁种回收等工艺条件和设备参数，以期为城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理提供一套经济、可行、高效的处理工艺设备。

　　1 实验部分

　　1.1 试验材料

　　试验所使用的垃圾渗滤液原液由广西某县生活垃圾卫生填埋场提供，废水外观呈黑褐色，带有恶臭味，其主要水质特征如下：pH值为6.8～8.2，COD为4 031～4 410 mg/L，氨氮为1 868～2 180 mg/L，BOD5为1 017～1 360 mg/L，色度为1 360～2 160倍，生化指标BOD5/COD平均约0.27，表明垃圾渗滤液可生化性能较差，直接利用生化法难以有效去除难降解有机物。

　　渗滤液处理主要用到的试验药剂材料包括硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM配置成1%溶液)、氢氧化钠和磁种(专利产品为ZL201510960137.6，主要成分为Fe3O4)。

　　1.2 实验方法

　　(1)小试实验：通过烧杯实验确定设备混凝反应优化条件，包括混凝剂种类、投加量、PAM用量、磁种投加量、初始pH值等。试验步骤如下：取200 mL垃圾渗滤液原水调节pH值，在一定搅拌方式下加入混凝剂混凝，然后加入磁种磁化，最后加入0.5 mL的PAM絮凝，反应完成后静置沉淀5 min，取上清液过滤分析检测COD和氨氮浓度。

　　(2)中试实验：主要针对超磁混凝应急设备处理垃圾渗滤液进行调试优化，将垃圾渗滤液原液以一定流量流速泵入磁混凝反应系统进行处理，参照前期小试实验条件优化参数，经加药系统连续投加一定量的pH调节剂、混凝剂、磁种(通过磁回收系统投加)和絮凝剂，处理后废水经磁混凝沉淀后进入中间水池，污泥经过磁回收系统回收磁种后经污泥沉降池沉降、压滤机深度脱水处理，整个系统连续运行12 h，每隔1 h取进出水水样测定COD、BOD5和氨氮浓度。

　　(3)磁种回收实验：主要是检测超磁混凝应急设备对磁种的回收效率，降低磁种损耗以降低药剂使用量。以磁回收系统入口及磁粉循环出口取样测定磁回收系统分离磁种效率，具体操作如下：试验设备稳定处理1 h后，每隔20 min分别在磁回收设备进出水口处用量筒取水样500 mL，参考阳旭等人[7]的研究方法将水样清洗→过滤→烘干→称重，将进水口磁粉的量减去出水口磁粉的量作为回收的磁粉的量，最终取样次数为3次。

　　1.3 分析方法

　　BOD5采用稀釋与接种法(GB 7488—87)测定，COD 采用重铬酸钾法(GB 11914—8)测定，氨氮采用纳式剂比色法(GB 7479—87)测定，pH值采用玻璃电极法(GB 6920—86)测定，色度采用稀释倍数法(GB 11903—89)测定。

　　2 结果与讨论

　　2.1 超磁混凝小试实验研究

　　2.1.1 常规混凝实验

　　混凝剂种类和投加量在磁混凝反应中起决定性作用。通过前期探索，确定硫酸铝、氯化铁、PAC、PFS 4种混凝剂的投加量在2.5、5、10、15、20、25 mg/L范围内进行实验。当4种混凝剂的投加量超过10 g/L时，COD的去除率的变化幅度有所减小，其中PFS对COD和氨氮的去除效果最明显，当投加量大于15 g/L时，COD、氨氮的去除率分别达到80.0%和71.0%(如图1所示)。此外，在实验过程中发现，PFS混凝形成的絮体比其他3种混凝剂更为粗大，絮体的沉降速度更快，污泥量产生较少。因此，选择PFS作为处理垃圾渗滤液的混凝剂。

　　推荐阅读：《混凝土》(月刊)创刊于1979年，由中华人民共和国建设部主管，中国建筑东北设计研究院与中国建筑业协会混凝土分会主办,是全国中文核心期刊和中国核心期刊(遴选)数据库、万方数据—数字化期刊群、中国科学引文数据库统计源期刊、剑桥科学文摘(工程技术)源期刊、美国化学文摘(CA)源期刊。

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