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中转站渗滤液季节性变化特征及生物气循环回曝预处理

陆雪琴  
【摘要】:以上海浦东新区生活垃圾分流转运中心为考察对象,系统监测和分析该垃圾中转站渗滤液特性(pH、COD、TOC、氮分布、电导率、氧化还原电位等)的季节性变化规律,为不同季节(冬季和夏季)渗滤液的EGSB生物处置提供基础数据和工程指导。同时,针对EGSB处理新鲜高钙渗滤液过程的易结垢堵塞等技术难题,探究以反应器生物气为CO2源来改善高钙对EGSB反应器运行性能不利影响的可行性,系统构建生物气(Biogas)循环回曝高钙渗滤液碳化预处理技术新体系,以达到EGSB反应器低垢、高效和稳定运行协同生物气提纯的双赢目的;采用三维荧光光谱(3D-EEM)、X-ray衍生(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等现代分析手段探索和揭示生物气循环回曝的防垢机理。主要取得了如下成果: (1)冬季和夏季渗滤液均呈酸性(冬季pH3.65~4.99;夏季pH2.69~4.47);总体而言,夏季pH较冬季偏低;电导率分别在4410~13820和780~3760μs/cm范围内波动;COD(冬季和夏季32640~140000和15000~80000mg/L)和TOC(14500~80000和9000~11000mg/L)浓度高达数万,环境和健康危害不容小觑。 (2)冬季渗滤液的TN和NO_2(分别为697~5332和0~144mg/L)浓度明显较夏季(分别为396~1699和0~47mg/L)偏高,而NH3-N和NO3趋势相反,夏季(分别为363.03和617~1255mg/L)高于冬季(分别为320.48和267~880mg/L)。TN、NH3-N、NO_2和NO3均表现出较为明显的季节性差异,可能与不同季节生活垃圾组分、微生物活性等不同存在紧密联系。 (3)渗滤液Ca和Mg含量较高,Ca和Mg会导致大量含Ca、Mg碳酸盐结垢物生成,造成渗滤液处理操作过程难度增大;TSS(冬季和夏季2000~5500和3000mg/L)和VSS(1500~4500和~2000mg/L)含量普遍较高,高含量TSS和VSS易导致渗滤液收集、运输管道和处理系统堵塞和结垢,进而整体处理效率。 (4)渗滤液中溶解性有机物的3D-EEM图谱主要由2个荧光特征峰组成(PeaksA和B),PeakA为色氨酸类蛋白物质,与渗滤液中的芳环氨基酸有关;Peak B为腐殖酸类物质。冬季荧光峰Peak A和B峰强度随时间呈明显的上升趋势,夏季变化较为缓和。 (5)生物气循环回曝碳化预处理的采用明显提高EGSB反应器整体运行性能。COD去除率维持在80~85%,增加6.25%;反应器A(无碳化单元)TN去除率为30~48%,第13d去除率仅3%,而反应器B(有碳化单元)TN去除效率在第7d达50~60%,较反应器A高41.03%;反应器A和B出水NH4+–N均较进水高,但反应器B的NH4+–N为900mg/L,明显低于反应器A(1000~1600mg/L)。 (6)3D-EEM荧光光谱分析揭示渗滤液样品3种特征荧光峰(PeakA~C):色氨酸类蛋白荧光物(PeakA,Ex/Em275–280/355–365nm)、芳香族类蛋白荧光物(Peak B,Ex/Em230–235/350–370nm)和腐殖质类物质(Peak C,Ex/Em315–335/405–425nm);反应器出水的色氨酸和芳香族类蛋白荧光物的荧光峰强度均较进水明显降低,而腐殖质类物质保持相对稳定,揭示类蛋白荧光物而非腐殖质类物质更易被产甲烷菌利用。 (7)反应器A甲烷产量为0.31L CH4/g CODremoved,约88.6%的CODremoved被转化为甲烷,11.4%的CODremoved用于生物体(Biomass)合成;反应器B甲烷产量为0.33L CH4/g CODremoved,CODremoved的甲烷转化率达94.3%,仅5.7%的CODremoved为生物体所摄取。 (8)反应器A出水Ca~(2+)为800~1400mg/L,截留约4000mg Ca~(2+)/L·d;碳化(反应器B)预处理后,Ca~(2+)大幅削减,仅280~650mg/L,削减率达91.40%;预处理渗滤液进入反应器B后,Ca~(2+)进一步去除,去除率最终维持在88.24~94.48%,较反应器A高近12.09%。 (9)XRD、FTIR和SEM分析揭示,沉淀垢物的晶体矿物主要为CaCO3、Mg0.064Ca0.936CO3和Mg0.03Ca0.97CO3;生物气循环回曝碳化预处理捕获和络合渗滤液中Ca~(2+),减小其向菌胶团内部的渗透和侵入,降低对Methanosaeta-like菌种及颗粒污泥的毒害作用,为EGSB的稳定运行提供保障。


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