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投稿指南随着人民生活水平的逐步提高，城市生活垃圾成分发生较大变化，其中有机物含量大幅度提高，导致垃圾渗滤液中的氨氮浓度随之增高。本次试验的原水氨氮浓度就高达20OOmg/L。对于如此高氨氮的渗滤液，为确保后续好氧系统稳定运行并保证较低的出水NH3-N,TN浓度，在生物处理系统之前高效、经济地去除渗滤液中的氨氮是必需的。
根据污水中总氮浓度的高低、氮化合物的组分不同，工程上常见的几种脱氮方法有:微生物法、氨吹脱(气提)法、折点加氯法、离子交换法、土地处理法等。但对于高氨氮的垃圾渗滤液，较为经济、有效的方法为吹脱法。而且渗滤液经氨吹脱后，不仅脱掉了大量的游离氨，还去除了部分苯酚、氰化物、硫化物及其他难生化的、对生化有抑制作用的、毒性大的挥发性物质，对后续生化处理较为有利。氨吹脱法包括空气吹脱法和蒸汽吹脱法两种，蒸汽吹脱法虽然效率较高，但能耗较大，需增设蒸汽锅炉，设备复杂，维护维修工作量大;其次，对于年平均气温较高的地区，由于不存在空气吹脱法常见的低温条件下吹脱无法正常运行和冬季吹脱塔结冰的问题，因此采用蒸汽吹脱的必要性也不大。
国内采用严格意义上的吹脱塔来处理垃圾渗滤液还未见报道。邹莲花和沈耀良等采用鼓风曝气池吹脱氨氮。邹莲花等用石灰将渗滤液pH值调到9.1,吹脱5h，氨氮的去除率为67.8%。沈耀良在渗滤液pH为11、温度为22.5C，气液比为666，经5h曝气吹脱，获得66.7%一82.5%的氨氮去除率[2]。广州大田山垃圾填理场采用敞开式冷却塔吹脱氨氮。采用以上方法时，如果渗滤液中的氨氮浓度较高(2000一3000mg/L以上)则吹脱出水氨氮仍较高，C/N比偏低，将影响到后续好氧处理。同时还都存在一定程度的二次污染，因大气中的氨氮大约平均一周发生一次总氨量的位移，大气中的氨将通过气体沉积(60%)、气溶胶沉积(22%)、降雨(18%)等途径回归大地[4];且大气中的氨氮富集后对人畜有刺激、毒害作用;当附近有二氧化硫排放点时，氨能与大气中的SO2和水作用生成硫酸铵的气溶胶，从而污染环境。因此对垃圾渗滤液处理系统，如何提高吹脱效率，并防止吹脱时的二次污染是一个急待解决的问题。
1 试验方法
1.1 试验水质
本试验原水来自沿海某市固体废物填理场的垃圾渗滤液，试验期间水质波动较大，主要水质指标变化范围如表1。
表1 试验期间渗滤液水质 水质指标 浓度范围
COD(mg/L) 6006.0 -17690.8
NH3-N(mg/L) 1946.4-2347.7
Ca2+(mg/L) 76.05-300.0
Mg2+(mg/L) 32.5-94.6
碱度(mol/L)，以HCO3计 0.0845-0.1937
pH 7.77-8.0
1.2 试验流程
本试验用石灰粉调pH值，同时也进行用NaOH调pH值的对照试验。用石灰粉调pH值时，投加高分子助凝剂，以加强混凝效果。吹脱出水经工业硫酸回调pH值至7.0左右(根据厌氧滤池运行状况调整)后进行后续处理。吹脱出的氨用工业硫酸吸收。试验流程见图1.
图1 试验流程
1.3 主要试验装置
本次试验采用某化工院设计的化工规整填料塔，该吹脱塔设有吸收段。吸收段为塑料填料，吹脱段为不锈钢填料。配水、配酸一级为喷淋，二级为填料配水，并且填料内设有多级布水装置，布水较为均匀，水气不短路。塔径30Omm，总高lOm，其中吸收段3m，吹脱段5.2m。设计风量>=300m3/h风压>=0.0OlMPa。
1.4 试验检测指标及分析方法
COD:重铬酸钾法;NH3-N:纳氏试剂光度法;Ca2+，Mg2+:原子吸收;碱度:电位滴定;风速:YJ-O2测风仪。
2 试验结果与讨论
影响吹脱效果的因素主要有:气液比、水温、气温、大气压、接触时间(塔高)、pH值、水量负荷、接触面积(填料表面积)、填料种类以及布水方式、水粒、水膜大小厚薄等。本试验主要针对气液比、pH值、水量负荷与吹脱效率的关系进行一系列的试验。
2.1 石灰粉的投加量
吹脱前需根据渗滤液氨氮的浓度将pH值调至10.0一11.0(气温低时更高)，同时还需控制水中钙镁离子的浓度。原水pH值为7.7-8.0之间，故碱度基本上以HCO3的形式存在，若能控制石灰粉投加量使[HCO3-]>1/2([Ca2+]+[Mg2+])(Ca2+为原水含有的钙离子和投加石灰加入的钙离子，Mg2+为原水中的镁离子)，钙镁离子生成CaCO3，和Mg(OH)2沉淀被去除，则水中钙镁离子浓度大为降低。若石灰粉投加量使[HCO3-]之1/2([Ca2+]+[Mg2+])，则水中出现非碳酸盐硬度，则水中钙离子浓度随石灰投加量快速增大。
CaCO3和Mg(OH)2沉淀仍然有一定的溶解度(25C时CaCO3的溶解度为12.Omg/L, Mg(OH)2的溶解度为13.5mg/L，实际值因同离子效应可能低于此值)，而且渗滤液中含有大量的有机胶体，影响CaCO3晶体的生长，钙离子的去除率随之降低。此外，当Mg(OH)2沉淀物相当多时，所形成的Mg(OH)2絮体沉速很慢，引起镁离子的去除效率的降低[3]。在本次试验中调完pH值后钙镁离子的最低浓度Ca2+为16.2mg/L,Mg2+为23.8mg/L(pH为9.97，水温为28C)。
静态试验石灰粉的投加量与pH值、钙镁离子浓度的关系见图2。从图2可知随着石灰投加量的增加，渗滤液pH值逐渐升高。当石灰投加量达到15g/L以上时，渗滤液pH值升高变缓。当pH值调到10.0-11.3时，对应的石灰粉投加量为9.25g/L-12.0g/L之间。同时石灰粉的投加量与渗滤液碱度和石灰粉有效成分有关。
图2 石灰粉的投加量与pH值、钙镁离子浓度的关系
当渗滤液pH值在10.0以下时([HCO3-]>1/2([Ca2+]+[Mg2+]))，随着渗滤液pH值逐渐升高，其中Ca2+浓度逐渐降低;当渗滤液pH值在l0.0以上时([HCO3-]之1/2([Ca2+]+[Mg2+]))，随着渗滤液pH值逐渐升高，其中Ca2+浓度急剧上升。随着渗滤液pH值逐渐升高，其中Mg2+浓度逐渐降低。
动态试验钙离子的浓度范围为16.2-52.8mg/L，镁离子的浓度范围为14.4-67.5mg/L，没有出现静态试验高钙离子浓度的情况，这主要有两个原因:一是动态试验混凝条件、沉淀效果比静态试验好(烧杯试验为保证石灰粉的充分溶解和缩短反应时间，搅拌强度偏大，沉淀完后上清液中含大量的细小絮体，而动态试验为石灰乳投加，不存在此问题;「二是调节渗滤液到相同的pH值动态试验比静态试验所需石灰粉的量小，动态试验石灰粉投加量基本上使[HCO3-]>1/2([Ca2+]+[Mg2+])。
2.2气液比与吹脱效率的关系
在pH为10.7一11.15，水温为24一27C，气温为22一25C的条件下，测定气液比与吹脱效率的关系，其结果见图3。
图3 气液比与吹脱效率的关系
试验结果表明，在试验条件下，随着气液比的升高，氨吹脱效率逐渐升高。当气液比达到4000以上时，氨吹脱效率升高变缓。当pH值=10.8，水温为24C，气温22C，气液比为3100-3900，吹脱效率可达95%以上。
2.3 pH值与吹脱效率的关系
在水温为24-27C，气温为22-25C条件下，分别固定气液比为3756.7和2828.3，测定pH值与氨吹脱效率的关系，其结果见图4。
图4 pH值与吹脱效率的关最
试验结果表明，当试验气液比为3756.7时，随着pH值的升高，氨吹脱效率逐渐升高。pH值在9.0-10.0之间，氨吹脱效率急剧升高。当pH值达到lO.5以上时，氨吹脱效率升高变缓。继续提高渗滤液的pH值，氨吹脱效率升高不明显。当试验气液比为2828.3时，随着pH值的升高，氨吹脱效率逐渐升高。当pH值达到11.3以上时，氨吹脱效率升高变缓。继续提高渗滤液的pH值，氨吹脱效率升高不明显。气液比为2828.3时，要达到同气液比为3756.7相同的吹脱效率，前者需提高pH值O.5-1.O，但当pH值调到12.0以上时，二者吹脱效率则较为接近。
2.4 水温、气温对吹脱效率的影响
水温降低，会使氨吹脱效率明显降低。当水温降低时，水中氨的溶解度增加，减少了氨吹脱的推动力，从而降低氨吹脱的效率。在吹脱塔的运行中，气温是影响塔内污水温度的关键因素，吹脱过程中塔内水的蒸发也会使污水温度降低。本试验当气温为28.5C，迸塔水温为29.OC时，出塔水温为26C。本试验所在地属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温22C，月平均气温1月最低，为14.1C。填理场全年渗滤液水温在16一33C之间。这对吹脱塔的运行较为有利，不存在寒冷地区低温条件下吹脱无法正常运行和冬季吹脱塔结冰问题。本次试验历时一年，夏季吹脱效率高于冬季。但冬季pH值调至11.O，气液比在3600一4000之间仍能保证吹脱效率在90%以上。
2.5 水力负荷与吹脱效率的关系
水在吹脱塔中反复生成水滴有助于氨的吹脱。当水力负荷过人时，高效吹脱所需的点滴状况被破坏，而形成水幕。而当水力负荷过小，则填料湿润不够，会因填料上生成水垢影响运行效果问。为了考察水力负荷对氨吹脱效率的影响，进行了两组试验。试验一条件为:气温为19C，水温为22C,pH值为10.1(用NaOH调pH值)，进水氨氮浓度为2347.7mg/L鼓风机稳定工作(不控制风量)，结果如表2。试验二条件为:气温为24C，水温为27C,pH值为10.5(石灰调pH值)，进水氨氮浓度为3851.0mg/L，鼓风机稳定工作(不控制风量)，结果如表3。本次试验装置设计水力负荷为2.34m3/(m2·h)，实际运行在3.51m3/(m2·h)时效率较为稳定。当气温、水温较高，pH值调在lO.5-l0.8，气液比>3000，水力负荷提高到4.09-4.68m3/(m2·h)时，吹脱效率仍能达90%以上。
2.6 氨吹脱氨氮负荷试验
随着垃圾填埋场场龄延长，渗滤液的BOD/COD值逐渐降低，氨氮浓度逐渐增高。因此在处理老化的垃圾渗滤液时，作为生物处理预处理的氨吹脱，为生化系统提供适当的营养比，将需在更高氨氮浓度的情况下有更高的去除率。为验证高浓度氨氮条件下吹脱塔的吹脱效率，试验中技加工业氨水，配制高浓度氨氮的渗滤液，测定吹脱前后的氨氮浓度，其结果见表4。
表2 水力负荷与氨吹脱效率的关系 试验编号 水力负荷
m3/(m2·h) 风量
m3/h 气液比 出水氨氮浓度
mg/l 吹脱效率
%
1 1.17 615.69 12313.8 48.2 97.9
2 1.75 615.69 8209.2 92.6 96.1
3 2.34 584.90 5849.0 134.5 94.3
4 3.51 554.12 3694.1 357.6 85.6
5 4.68 523.33 2616.7 361.7 84.6
6 5.85 369.41 1477.7 818.5 65.1
平均 3.22 543.66 5693.4 298.9 87.3
表3 水力负荷与氨吹脱效率的关系 试验编号 水力负荷
m3/(m2·h) 风量
m3/h 气液比 出水氨氮浓度
mg/l 吹脱效率
%
1 1.75 615.69 8209.2 11.6 99.7
2 2.92 569.51 4556.1 58.7 98.5
3 4.09 538.73 3078.4 127.5 96.7
4 5.26 492.55 2189.1 257.6 93.3
平均 3.51 554.12 4508.2 113.9 97.1
表4 氨吹脱负荷试验 项目 1 2 3 4
进水氨氮(mg/l) 2723.3 3851.0 4457.1 4989.0
出水氨氮(mg/l) 108.6 127.5 101.0 166.7
水温(C) 26.0 27.0 27.5 29.0
气温(C) 21.0 24.0 25.0 31.0
pH 10.6 10.5 10.9 11.15
水力负荷(m3/(m2·h)) 4.09 4.09 4.09 4.09
气液比 3078.4 3078.4 2902.5 2902.5
去除率(%) 96.0 96.7 97.7 96.7
试验结果可以表明，进塔氨氮浓度高达近5000mg/L时，仍能获得较高的去除率(>95%)。故用本次脱塔处理老化渗滤液时不存在吹脱效率偏低的问题。
2.7 出水氨氮浓度及其去除率与原水氨氮浓度之间的关系
在水力负荷为4.O9m3/(m2·h)，气液比为3078.4,pH值为10.50-11.15，气温为26一29C和水温22一25C的条件下进行试验，结果见图5。从图5中可以看出，在其它条件一定时，去除率与原水的氨氮浓度无关。因此，当渗滤液中氨氮浓度发生变化而所需氨氮去除率不变时，则氨吹脱运行参数不变。
图5 出水氨氮浓度及去除率与原水氨氮浓度的关系
2.8 吹脱前后pH值变化及回调酸用量
吹脱出水pH值在8.3-10.8之间(根据原水水质吹脱进水pH值调为9.5-11.6)，在进入下一步厌氧处理之前将吹脱出水pH值调为7.0左右。试验发现用石灰或NaOH调pH值时，吹脱前后pH值变化差距较大，而且回调酸的用量相差很大。当用NaOH调pH值时，吹脱前后pH值下降0.4-0.6;当用石灰调pH值时，吹脱前后pH值下降0.85-1.7。用浓度为98%的工业硫酸回调pH值。当用NaOH调pH值时，H2SO4用量为3.2L/m3吹脱出水(原水碱度为0.lgmol/L，吹脱前pH值为9.97，吹脱后pH值为9.7，回调pH值至7.09);当用石灰调pH值时，H2SO4用量为0.1-0.2L/m3吹脱出水(原水碱度为0.17-0.19mol/L,吹脱前pH值为9.7-10.8，吹脱后pH值为8.7-9.7，回调pH值至6.8-7.2)。
初步分析二者差距主要是渗滤液中碳酸盐的平衡造成的，用石灰调pH值时原水中HCO3-以CaCO3沉淀的形式去除(投加的石灰能使渗滤液中[HCO3-]<1/2([Ca2+]+[Mg2+])，而用NaOH调pH值时，只有少量HCO3-与渗滤液中钙离子生成CaCO3沉淀而去除，剩余HCO3-以CO32-形式存在。而渗滤液中碳酸根离子的浓度直接影响吹脱时碳酸化的程度和回调酸的用量。而碳酸化的程度的差异影响吹脱前后pH值降低幅度的高低。
结语
(1)用石灰调渗滤液pH值吹脱氨氮主要存在的问题是吹脱塔内的结垢。本次试验中发现初期洗塔水较为浑浊，说明渗滤液中有一部分悬浮物沉积在吹脱塔中。为控制进塔渗滤液中钙镁离子的浓度和悬浮物浓度，应在调pH值之前加混凝工艺，以去除渗滤液中的有机胶体，提高渗滤液中CaCO3和Mg(OH)2沉淀效率，同时还能去除一部分渗滤液中的重金属离子、油类、其他不溶性物质以及相当一部分的SS、COD、色度、氰化物、硫化物等。另外采用石灰粉和Na2CO3组合投加或次脱采用密闭循环系统都可较好解决吹脱塔结垢的问题。
(2)用NaOH调渗滤液pH值，吹脱氨氮主要存在的问题是回调酸用量太大，往渗滤液中增加大量的SO42-离子，回调pH值后进入厌氧系统，SO42-离子被还原为H2S，而硫化物对厌氧系统有毒害作用。回调pH值时还产生大量气泡，气泡较为细腻，水力消泡很难奏效，给现场操作带来不便。而且NaOH的投加量为8.4一10.Okg/m3渗滤液，造成处理成本太高。当进塔渗滤液pH值>10.8和气液比>3000时，吹脱塔内产生大量的气泡，造成塔阻增大，影响吹脱塔的正常运行。
(3)影响氨吹脱效率的因素很多，且渗滤液水质波动又较大，实际运行中应根据渗滤液水质和后续生化处理要求的营养比来确定合适的氨去除率，并依此来控制氨吹脱的各项参数。冬季要达到与夏季相当的去除率需适当提高渗滤液PH值和气液比。
(4)在做氨吸收试验时，发现一部分碱液被带至吸收段，增加吸收酸的用量。故吹脱段和吸收段之间应设精致除水器。
参考文献
1 邹莲花，王宝贞，居德金，李军．城市生活垃圾填理场渗滤液的试验研，给水排水，1996,22(5):13-14
2沈耀良等．吹脱法去除渗滤液中氨的动力学机理．污染防治技术，1999,12(2):67一70
3 许保玖，安鼎年著．给水处理理论与设计 北京:中国建筑工业出版社，1992
4 郑兴灿，李亚新编著．污水除磷脱氮技术．北京中国建筑工业出版社,1998
⊙作者通讯处：71005长沙交通学院河海工程系