垃圾渗滤液与酸性矿山排水混合处理配比的优化
酸性矿山排水和垃圾渗滤液这两种废水均对环境污染严重,且对人类危害极大.垃圾渗滤液的突出特点是有机污染物种类多且浓度高、生物降解性差、氨氮浓度高.矿山酸性排水特点是水量大、pH较低(一般为2～3),硫酸盐和可溶性重金属离子的浓度高.生物法在对这两种废水处理中都有着广泛的应用,但目前对这两种废水都是采用单独处理方法,其工艺复杂且处理成本高.有国内学者以生活污水与酸性矿山排水进行混合厌氧处理的可行性探究,发现混合法处理比单独处理两种废水能实现污染物更好的去除.考虑到垃圾渗滤液中有机物含量高和氨氮浓度高等特点,理论上以垃圾渗滤液中有机物作为碳源,将垃圾渗滤液与酸性矿山排水混合后进行生物处理是可行的.因此本实验研究在不同m(COD)/m(SO42-)配比下,即不同垃圾渗滤液和酸性矿山排水配比下,混合液中各种污染物的降解情况,主要是以硫酸盐和COD去除率为指标来优化两种废水的配比. 本实验中所用垃圾渗滤液取自合肥市龙泉山垃圾填埋场渗滤液原液,酸性矿山排水取自马鞍山向山尾矿库的酸水坑.实验设计4组不同的配比,以只含垃圾渗滤液的实验组为对照组,其余3组将垃圾渗滤液和酸性矿山排水混合,使其m(COD)/m(SO42-)比分别为0.5、1和3.实验以500mL血清瓶作为反应器,每组做3个平行样以减少实验误差.两种废水混合后用1mol/L的NaOH溶液调节pH至中性,鼓入氩气以置换瓶中的空气,使反应环境保持厌氧.所有实验组均置于35℃恒温培养箱培养,间隔一定时间进行产气情况及水质指标的测定,测试指标主要有CODCr、硫酸盐、氨氮和总氮等. 实验结果表明,m(COD)/m(SO42-)比显著影响混合液中硫酸盐的还原和有机物的厌氧消化效率.对比4个实验组的结果,发现所有实验组中的硫酸盐和COD都有所降解,但降解效果不同.只含垃圾渗滤液的对照组和m(COD)/m(SO42-)分别为0.5、1、3的实验组中,硫酸盐去除率分别为和83.23％、12.62％、22.84％、60.31％,COD去除率分别为68.23％、43.35％、29.66％、66.04％.对照组中的硫酸盐去除率最大是因为垃圾渗滤液中硫酸盐含量低,硫酸盐还原生成的S2-相对也少,对体系的毒害作用就小,所以反应进行得相对彻底.m(COD)/m(SO42-)值为3的实验组中硫酸盐去除率为60.31％,显著高于m(COD)/m(SO42-)值为0.5和1的实验组.因此,确定在m(COD)/m(SO42-)比为3的条件下,混合液中的硫酸盐和COD可以同时得到较好的去除. 在本实验的厌氧消化体系中,存在多种厌氧微生物,如硫酸盐还原菌(SRB)和产甲烷菌(MPA)等.前人研究表明,在m(COD)/m(SO42-)值大于2.7的情况下,MPA占优势,其受抑制作用小;m(COD)/m(SO42-)值小于1.7的情况下,SRB占优势,而MPA受抑制作用大.m(COD)/m(SO42-)值在1.7～2.7之间时,SRB与MPA之间存在着激烈的竞争,但相较而言,SRB比与MPA更具有竞争优势,因为:1)反应热力学有利于硫酸盐还原作用.硫酸盐还原反应比产甲烷过程更容易进行,因为硫酸盐还原作用所释放的能量比产甲烷反应所释放的能量要多;2)SRB对于产甲烷的前体H2和乙酸具有更高的亲和力,即较低的Km值;3)MPA反应过程中所要求的氧化还原电位比SRB更低.在本实验中,m(COD)/m(SO42-)值为0.5和1的两个反应组,由于m(COD)/m(SO42-)值小于1.7,因此SRB占优势,但硫酸盐还原率较低,可能的原因包括:1)SRB在与MPA的竞争中,虽有热力学优势,但它增殖速率缓慢,基质不足时需要较长时间才能成为优势菌种;2)发生SO42-还原反应的理论m(COD)/m(SO42-)值是0.67,该反应在SRB体内进行,但由于COD和SO42-的渗透能力不同,使得在其体内要比体外的低,小于理论值0.67,所以SO42-不能达到很高的还原率.3)反应体系中硫化物含量很高,对微生物有毒害作用.尤其以H2S对SRB的毒害作用最大,硫化物严重抑制了微生物在体系中的生长及作用.m(COD)/m(SO42-)值为3的反应组,SO42-去除效果较好,这说明在环境为SRB提供了充分基质的情况下,SRB也能在短时间内占优势.垃圾渗滤液与酸性矿山排水混合处理过程中的具体机制还需要进一步的深入研究.
垃圾渗滤液 酸性矿山排水 混合厌氧处理 配比优化 硫酸盐 化学需氧量
徐诚 李玉龙 岳正波 王进 陈天虎
合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009
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2015-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）