MBR处理垃圾渗滤液性能及有机污染物的分子量分布外文翻译资料

 2022-07-31 17:29:31

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

MBR处理垃圾渗滤液性能及有机污染物的分子量分布

陈少华和刘俊新

中国科学院生态环境研究中心，北京100085，中国通信地址为刘俊鑫（电子邮件：jxliu@rcees.ac.cn），文章由2006年3月7日收到；于2006年7月20日接受。

摘要：采用气升式生物反应器和重力流膜生物反应器（MBR）处理垃圾渗滤液，超过99%的BOD5（五日生化需氧量）的去除率达到低于35mg/L，出水BOD5小于1.71公斤BOD5/m3sdot;DBOD5负荷率。当溶解氧保持在2.3～2.8mg/L时，铵态氮（铵态氮）的负荷率保持在0.16～0.24公斤每天之间。铵态氮在出水小于15mg/L，然而，与BOD5和铵态氮的高去除率相比较，可溶性化学需氧量的去除效率（SCOD）则在70%和96%之间变化。关于分子量（MW）分布的调查已通过凝胶渗透色谱法在进行中，凝胶渗透色谱（GPC）研究可以帮助弄懂MBR处理垃圾渗滤液中有机物的去向。结果表明，垃圾渗滤液中有机物是由一部分高分子量的有机物（分子量的峰值，MWp=11480―13182DA）和一些低分子量的有机物（MWP=158―275Da）组成。高分子量组分不具有生物降解性，但是可通过微滤膜降低其浓度。大部分的低分子量的馏分是可生物降解的，但低分子量馏分的残留物是能够渗透通过膜，从而导致在MBR出水有一个较高的SCOD值。

关键词：垃圾渗滤液，膜生物反应器，分子量分布，废水处理。

填埋是城市固体废弃物（MSW）的最流行的方式处理，并且已在世界范围内被广泛。仅在2003年，在中国大约有1亿4800万吨的城市固体废弃物采用卫生填埋的方式进行处理。在填埋过程中就会产生的垃圾渗滤液，这其中含有大量的溶解或悬浮有机物，当铵态氮和无机离子没有得到适当的收集，处理和安全处置时，他们可能会对相邻的其他物质产生干扰，从而造成严重的环境危害。因此，渗滤液的处理是垃圾填埋场管理的关键因素之一。

生物处理方法，比如好氧和厌氧技术，已在过去的几十年里被用于处理渗滤液。厌氧过程已被证明在高BOD5的新鲜的渗滤液处理中是有效的，而活性污泥系统和曝气氧化塘系统广泛用于垃圾渗滤液处理。适当延长曝气活性污泥相对较长的水力停留时间（3至10天）能对C和N的去除中取得了良好的效果。在英国和爱尔兰通过现场处理渗滤液的曝气塘植物表明，出水BOD5是很少超过50毫克/升，并且COD去除率往往超过了97%，同时还对氨，铁，锰和锌有着优良的去除率。这也证明了序批式反应器（SBR）是一种可靠的处理垃圾渗滤液的方法。

众所周知，用生物技术处理垃圾渗滤液，对其中的生化需氧量和氨氮的有很好的去除效果。然而，COD去除是相当具有挑战性的，因为它的去除效率可以从20%到上至90%之间变化，其变化主要根据渗滤液的特性，类型和操作方面的过程而决定。为了满足更严格的处置条例，目前使用的垃圾渗滤液处理的过程是生物和物理和或化学处理技术的组合起来，一般来说，生物技术首先应用于去除氨，COD和BOD，其次是一个额外的物理化学处理，以除去不可生物降解的有机成分。

最近，在垃圾填埋场渗滤液处理中由于其效率和小型化技术从而引起了对MBR更多的关注。对垃圾渗滤液的处理一些性能列于表1中。与低于0.25kgCOD/m3.D常规活性污泥工艺相比，这些膜生物反应器有较高的负荷率（0.75-9.0kgCOD/m3sdot;D）并且能在较短的水力停留时间（HRT）取得了超过94%的BOD5的去除率。然而，与传统活性污泥法相似，MBR生物膜反应器的出水中仍然有较高的COD浓度（表一），其原因可能是由于垃圾渗滤液中的一些难溶化合物所造成的。为了弄清楚这一现象的原因，彻底分析渗滤液中的有机污染物是必要的，但它实行是非常困难的，因为垃圾渗滤液的性质的极其复杂。而另一种可行的方法是GPC法分析渗滤液中有机物的分子量分布。

在这项研究中，与气升式反应器和重力流MBR应用于垃圾渗滤液的处理对其BOD5，SCOD和氮去除性能的探讨。本研究的另一个目的是用GPC法研究有机污染物分子量分布的变化以进一步了解在MBR的垃圾渗滤液的操作期间中COD的去除途径。

1材料与方法

1.1具有气升式生物反应器和重力流的MBR

MBR是由80升工作容积和两个膜组件组成的生物反应器（图1）。膜组件是由0.22micro;m中空纤维聚偏氟乙烯构成的（PVDF）。每个膜组件的面积为0.1平方米并被放置在生物反应器外，并通过两个管道与阀门连接到生物反应器。空气由空气泵从模块底部供给。曝气生物反应器有三个功能：将氧气输送到微生物，混合和清洗膜组件。进水由抽水泵送入生物反应器，渗透压是由在生物反应器中的混合液与渗透口之间的9kPa的液压压头驱动。将混合液经空气输送到生物反应器的中心轴管内，然后在管内上升在管外下降。所以进水经过混合和再循环的混合液的稀释，由于膜模块连接到生物反应器与管道阀门，所以在生物膜反应器的维护中，不需要从生物反应器中直接排出混合液。通过关闭阀门停止MBR运行，在清洗或更换膜组件时，膜组件与生物反应器断开。如上所述，这种具有气升式生物反应器和重力流的膜生物反应器具有容易清洗和维护膜组件的优点，并且节约能量。该膜生物反应器已成功应用于城市污水和印染废水的处理。

1.2垃圾渗滤液

我们分别在2002年的十二月和2003年的四月至七月在中国北京的a#39;suwei圾填埋场取了六份垃圾填埋场渗滤液样品。这个垃圾填埋场始于1996，在研究期间仍在使用。渗滤液从垃圾填埋场取来后，先存储在室温下的贮存罐内然后才进入MBR反应系统。一些典型的渗滤液特性（我取样的样品分别为在2002年十二月的渗滤液1，在2003年5月采的渗滤液II和在2003年七月采的渗滤液III）表2表明，随季节变化垃圾渗滤液的特点随季节变化而变化，污染物的浓度（如COD、NH4＋-N）在春季和夏季的渗沥液比冬季高多了。值得注意的是，垃圾填埋场渗滤液的特性在贮藏期间由于渗沥液中的微生物发生了改变，在贮藏期间内，在春季和夏季的渗滤液BOD5与SCOD的变化比在冬天因为春季和夏季的渗滤液有更高得BOD5/SCOD，但在所有样品中NH4 -N和TN（总氮）相比较BOD5和SCOD来说变化并不大（表3）。

1.3长期运行试验

从城市污水处理厂的活性污泥接种在MBR中，在MBR启动的60d内，MBR依次与废水相混合，渗滤液I和生活污水相混合比例为4/1，3/1，2/1，1/2，1/V（体积/体积），硝化效率的急剧增加（每天的效率从13%至55%增至到48.4%至60%）意味着MBR启动的成功，然后开始长期运行测试。实验在一定的温度下进行（启动期的温度为14～19°C和长期运行周期的温度为19～27°C进行)。两个膜组件的操作如下：一个是除空气喷射清洗外都在连续运行中（曝气强度600立方米/平方米sdot;h），每20天都要连续运行12h。在最开始的75天內其渗透流量保持在6.7―9.5升每平方米每小时的范围。其他模块作为附件，以调节液压加载速率。水力停留时间在开始的75天之前，在渗透流量的变化基础上，在1.8天至6天之间变化，在D75后，因为渗滤液的高COD，水力停留时间控制在6天-12.9天的范围内。

1.4分子量分级

确定垃圾填埋场渗滤液中有机成分的分子量分离过程类似于Leidner等人和Millot等人提出的过程。一根色谱柱（2.6times;100厘米）挤满了预膨胀的交联葡聚糖凝胶G-50（中）（阿默舍姆，瑞典）。色谱柱是由七-乙烯乙二醇（PEG）（默克，德国）和铬酸钾（北京化学试剂有限公司，中国）与分子量分别为（MW）20000，10000，3000，1000，400，200，和194.2大的钼等校准。之后在MW等于分子量（Da）时可得到线性方程组的日志（MW）=5.26―0.006ve（R2=0.98），VE是洗脱体积（毫升）。样品通过色谱柱之前，要先经过0.45micro;M膜。10毫升滤液连续异构组分在柱出口馏分收集器收集得到（中国bsz-100、上海青浦沪西仪器有限公司）。这些馏分的DOC（溶解有机碳）的浓度确定是在一个TOC分析仪中测定的（凤凰8000紫外硫酸盐TOC分析仪，TekmarDohrmann，美国）。样品吸光度的测量是在波长为254nm（UV254）的紫外或者可见光的分光光度计下测量（模型752、上海精密科学仪器有限公司，中国）。洗脱液则采用磷酸盐缓冲溶液（pH=8），流速为30毫升/小时。

1.5分析过程

采用一个COD分析仪为过滤样品（0.45micro;m过滤器）测定SCOD值（中国12，承德华通仪器有限公司）。铵态氮、硝态氮minus;-N，NO2minus;-N，以及TN过滤样品测定则使用紫外/可见光分光光度计测量（模型752、上海精密科学仪器有限公司，中国）。用沼气池消化完成后进行总氮分析（varioklav蒸汽灭菌器，H Plabortechnik，德国）。通过BOD分析仪测定BOD5（OxiTop，WTW，德国）。在生物反应器的溶解氧（DO）是由一个DO测量计进行测量（OXI330IWTW，德国）。

2结果与讨论

2.1BOD5和COD的去除

在MBR运行过程中能够得到很高的BOD5的去除率，一般都在99%以上。其分解速率分别在2.43和1.71kgOD5／m3sdot;D，在出水BOD5小于60和35毫克/升。在生物反应中的混合液表面的BOD5稍高于出水的上清液BOD5（图2（a））。超过99%的BOD5去除率表明，在MBR反应器中BOD5的去除率仍有提高的潜力。

虽然在MBR中BOD5有着较高的去除率，但是COD的去除却不像BOD5那样令人满意，图2（b）在出水中仍有较高的SCOD值（550―1790mg/L）。SCOD的去除率相对应于进水SCOD的变化在72.3%和96.2%之间变化，但对于进水SCOD的负荷冲击对SCOD再去除率没有明显的影响。结果表明，5%―65%的SCOD可通过生物反应器的膜截留去除。因此，尽管由于在不同的季节垃圾填埋场渗滤液进水SCOD会发生很大的变化（4200―15900mg/L），无论是在生物反应器中的上清液还是在出水中，二者的SCOD值相对稳定。结果表明，出水COD浓度与垃圾渗滤液中有机物的性质和分子量分布有关。

2.2氮的去除

由于渗滤液中氨氮浓度较高（表2），因此生物脱氨氮是垃圾渗滤液处理的主要目标之一。溶解氧（DO）差异主要存在于沿轴向气流的中心轴管外升式反应器，在其中做在上层高于下层，特别是膜生物反应器在高BOD5负荷率和低曝气强度下运行时尤为明显。因此，硝化和反硝化同时发生在生物反应器中成为可能，但由于进水浓度波动剧烈，难以实现同步硝化反硝化。

在长期运行试验中，出水中的铵浓度的三个峰值可在以下三个不同的因素中观察到（图3（a））。首先，铵态氮负荷突然从第6天的0.37公斤NH4 —ND/立方米sdot;D增涨至第16天的0.95公斤NH4 —N/立方米sdot;D。但在相应的时间内曝气强度并没有增加，然后导致在中央区以外的中央轴管生物反应器（DO传感器的位置如图1所示）中的DO小于0.5毫克/升。溶解氧的体积展示与表3（b）中。因此硝化作用受到严重抑制。其次，铵态氮负荷率大幅增加，从第48天的0.40公斤NH4 —N/立方米sdot;D到第64天的0.81公斤NH4 —N/立方米sdot;D，而在生物反应器的中间区域的DO是在1至2毫克/升的范围内变化。在这种情况下，MBR面临着超载的NH4 和硝化再次被抑制。因此，在出水中仍然有较高浓度的NH4 N（超过1000毫克/升），只有20%-TN30%被去除。此外，控制溶解氧达到同时硝化反硝化在第85-102天可能实现，是因为第三峰值的出现（出水中NH4 N浓度为129-704毫克/升）。其中出水中TN浓度为611―750mg/L，去除率为55.5%―70.8%，在溶解氧0.5―1.5mg/L和铵态氮负荷率0.17―0.28公斤NH4 -N/立方米sdot;D的情况下。在106天后，当溶解氧和铵态N负荷率分别控制在2.3―2.8毫克/升和0.16―0.24公斤NH4 -N/立方米sdot;D范围内，出水中铵态氮低于15毫克/升，并且硝化产物几乎是硝酸盐。另一方面，由于在MBR中较高的溶解氧，脱氮率因此下降，与此同时，TN去除效率从第116天的55.5%下降至第114天的44.5%（图3（b））。

众所周知，氧是硝化反硝化的关键因素之一。如果溶解氧浓度低，铵只能被氧化为亚硝酸盐或硝化过程甚至停止。相反的，当溶解氧浓度很高时会抑制反硝化作用。另一个关键因素是氨氮负荷率。在小于0.24公斤NH4 —N/立方米sdot;D时，两个事件在此研究中应当被关注。一个是，同步硝化和反硝化在溶解氧为1毫克/升时进行明显，另一个是，在溶解氧超过2毫克/升时，NH4 N被氧化完全为硝酸盐。

2.3分子量分级

如上所述，当渗滤液在MBR中以最佳条件下处理时BOD5和NH4 -N有很好的去除率优秀。然而，尽管经过了膜过滤，但在出水SCOD仍然很高。 为了研究这一现象，我们通过GPC的方法研究了MBR处理垃圾渗滤液中有机物分子量的变化，并用这个方法研究了渗滤液1，渗滤液2（由实验第34天到第61天送入MBR）和渗滤液3（由实验第75天至第98天送入MBR）。渗滤液的GPC剖面图见图4。渗滤液II在DOC和UV254的MBR处理的GPC谱特征。（a）原渗滤液；（b）的MBR上清液；和（c）废水。双峰分布特征的DOC和UV254（图4（a）），这是类似于链和DeWalle和哈姆森的结果。这些垃圾填埋场渗沥液通过GPC方法可分为三个分子量组分如下：1）组分A，Ve = 100―250毫升，MWgt; 5754兆瓦，MWp= 11480―13182时；2）组分B，Ve = 260―340毫升时，MW = 1445―5754；和3）组分C，Ve = 350―700毫升，MW＜1445年的时候，mwp=158―275兆瓦=（图4（a））。如图5（a）所示， 垃圾渗滤液在分子量分布的基础上主要包括

全文共6065字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[142755]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章