垃圾滲濾液處理工藝,塗山環保

2020-12-03 塗山汙水處理設備

1階段

垃圾滲濾液的性質隨著填埋場的運行時間的不同而發生變化,這主要是由填埋場中垃圾的穩定化過程所決定的。垃圾填埋場的穩定化過程通常分為五個階段,即初始化調整階段(Initial adjustment phase)、過渡階段(Transition phase)、酸化階段(Acid phase)、甲烷發酵階段(Methane fermentation phase)和成熟階段(Maturation phase)。

2階段內容

1、初始調節階段:垃圾填入填埋場內,填埋場穩定化階段即進入初始調節階段。此階段內垃圾中易降解組分迅速與垃圾中所夾帶的氧氣發生好氧生物降解反應,生成二氧化碳(CO2)和水,同時釋放一定的熱量。

2、過渡階段:此階段填埋場內氧氣被消耗盡,填埋場內開始形成厭氧條件,垃圾降解由好氧降解過渡到兼性厭氧降解。此階段垃圾中的硝酸鹽和硫酸鹽分別被還原成氮氣(N2)和硫化氫(H2S),滲濾液PH開始下降。

3、酸化階段:當填埋場中持續產生氫氣(H2)時,意味著填埋場穩定化進入酸化階段。在此階段對垃圾降解起主要作用的微生物是兼性和專性厭氧細菌,填埋氣的主要成分是二氧化碳(CO2)、滲濾液COD、VFA和金屬離子濃度繼續上升至中期達到最大值,此後逐漸下降;PH繼續下降到達最低值,此後逐漸上升。

4、甲烷發酵階段:當填埋場H2含量下降達到最低點時,填埋場進入甲烷發酵階段,此時產甲烷菌把有機酸以及H2轉化為甲烷。有機物濃度、金屬離子濃度和電導率都迅速下降,BOD/COD下降,可生化性下降,同時PH值開始上升。

5、成熟階段:當填埋場垃圾中易生物降解組分基本被降解完後,垃圾填埋場即進入成熟階段。此階段由於垃圾中絕大部分營養物質已隨滲濾液排除,只有少量微生物對垃圾中的一些難降解物質進行降解,此時PH維持在偏鹼狀態,滲濾液可生化性進一步下降,BOD/COD會小於0.1。但是滲濾液濃度已經很低。

3處理工藝

比較選擇

城市垃圾填埋場滲濾液的處理一直是填埋場設計、運行和管理中非常棘手的問題。滲濾液是液體在填埋場重力流動的產物,主要來源於降水和垃圾本身的內含水。由於液體在流動過程中有許多因素可能影響到滲濾液的性質,包括物理因素、化學因素以及生物因素等,所以滲濾液的性質在一個相當大的範圍內變動。一般來說,其pH值在4~9之間,COD在2000~62000mg/L的範圍內,BOD5從60~45000mg/L,重金屬濃度和市政汙水中重金屬的濃度基本一致。城市垃圾填埋場滲濾液是一種成分複雜的高濃度有機廢水,若不加處理而直接排入環境,會造成嚴重的環境汙染。以保護環境為目的,對滲濾液進行處理是必不可少的。

1 滲濾液處理工藝的現狀

垃圾滲濾液的處理方法包括物理化學法和生物法。物理化學法主要有活性炭吸附、化學沉澱、密度分離、化學氧化、化學還原、離子交換、膜滲析、氣提及溼式氧化法等多種方法,在COD為2000~4000?mg/L時,物化方法的COD去除率可達50%~87%。和生物處理相比,物化處理不受水質水量變動的影響,出水水質比較穩定,尤其是對BOD5/COD比值較低(0.07~0.20)難以生物處理的垃圾滲濾液,有較好的處理效果。但物化方法處理成本較高,不適於大水量垃圾滲濾液的處理,因此垃圾滲濾液主要是採用生物法。

生物法分為好氧生物處理、厭氧生物處理以及二者的結合。好氧處理包括活性汙泥法、曝氣氧化池、好氧穩定塘、生物轉盤和滴濾池等。厭氧處理包括上向流汙泥床、厭氧固定化生物反應器、混合反應器及厭氧穩定塘。

2 滲濾液處理介紹

垃圾滲濾液具有不同於一般城市汙水的特點:BOD5和COD濃度高、金屬含量較高、水質水量變化大、氨氮的含量較高,微生物營養元素比例失調等。在滲濾液的處理方法中,將滲濾液與城市汙水合併處理是最簡便的方法。但是填埋場通常遠離城鎮,因此其滲濾液與城市汙水合併處理有一定的具體困難,往往不得不自己單獨處理。常用的處理方法如下。

2.1 好氧處理

用活性汙泥法、氧化溝、好氧穩定塘、生物轉盤等好氧法處理滲濾液都有成功的經驗,好氧處理可有效地降低BOD5、COD和氨氮,還可以去除另一些汙染物質如鐵、錳等金屬。在好氧法中又以延時曝氣法用得最多,還有曝氣穩定塘和生物轉盤(主要用以去除氮)。下面將分別予以介紹。

2.1.1 活性汙泥法

2.1.1.1 傳統活性汙泥法

滲濾液可用生物法、化學絮凝、炭吸附、膜過濾、脂吸附、氣提等方法單獨或聯合處理,其中活性汙泥法因其費用低、效率高而得到最廣泛的應用。美國和德國的幾個活性汙泥法汙水處理廠的運行結果表明,通過提高汙泥濃度來降低汙泥有機負荷,活性汙泥法可以獲得令人滿意的垃圾滲濾液處理效果。例如美國賓州Fall Township汙水處理廠,其垃圾滲濾液進水的CODCr為6000~21000mg/L,BOD5為?3000~13000mg/L,氨氮為200~2000mg/L。曝氣池的汙泥濃度(MLVSS)為6000~12000mg/L,是一般汙泥濃度的3~6倍。在體積有機負荷為1.87kgBOD5/(m3·d)時,F/M為0.15~0.31kgBOD5/(kgMLSS·d),BOD5 的去除率為97%;在體積有機負荷為0.3kgBOD5/(m3·d)時,F/M為0.03~0.05kg BOD5/(kgMLSS·d),BOD5的去除率為92%。該廠的數據說明,只要適當提高活性汙泥法濃度,使F/M在0.03~0.31kgBOD5/(kgMLSS·d)之間(不宜再高),採用活性汙泥法能夠有效地處理垃圾滲濾液。

許多學者也發現活性汙泥能去除滲濾液中99%的BOD5,80%以上的有機碳能被活性汙泥去除,即使進水中有機碳高達1000mg/L,汙泥生物相也能很快適應並起降解作用。在低負荷下運行的活性汙泥系統,能去除滲濾液中80%~90%的COD,出水BOD5<20mg/L。對於COD? 4000~13000?mg/L、BOD51600~11000mg/L、NH3-N 87~590mg/L的滲濾液,混合式好氧活性汙泥法對COD的去除率可穩定在90%以上。眾多實際運行的垃圾滲濾液處理系統表明,活性汙泥法比化學氧化法等其它方法的處理效果更佳。

2.1.1.2 低氧好氧活性汙泥法

低氧?好氧活性汙泥法及SBR法等改進型活性汙泥流程,因其具有能維持較高運轉負荷,耗時短等特點,比常規活性汙泥法更有效。同濟大學徐迪民等用低氧?好氧活性汙泥法處理垃圾填埋場滲濾液,試驗證明:在控制運行條件下,垃圾填埋場滲濾液通過低氧?好氧活性汙泥法處理,效果卓越。最終出水的平均CODCr、BOD5、SS分別從原來的6466mg/L、3502mg/L以及239.6mg/L相應降低到CODCr<300mg/L、BOD5<50mg/L(平均為13.3mg/L)以及SS<100mg/L(平均為27.8mg/L)。總去除率分別為CODCr 96.4%、BOD5 99.6%、SS 83.4%。

處理後的出水若進一步用鹼式氯化鋁進行化學混凝處理,可使出水的CODCr下降到1 00mg/L以下。

兩段法處理滲濾液的氮、磷也均較一般生物法為佳。磷的平均去除率為90.5%;氮的平均去除率為67.5%。此外該法運行彌補厭氧?好氧兩段生物處理法第一段形成NH3-N較多,導致第二段難以進行和兩次好氧處理歷時太長的不足。

2.1.1.3 物化活性汙泥複合處理系統

由於滲濾水中難以降解的高分子化合物所佔的比例高,存在的重金屬產生的抑制作用,所以常用生物法和物理?化學法相結合的複合系統來處理垃圾滲濾液。對於BOD5?1500m g/L、Cl-800mg/L、硬度(以CaCO3計)800mg/L、總鐵600mg/L、有機氮100mg/L、TSS 300mg/L、 SO2-4300mg/L的滲濾液,有學者採用該方法進行處理,發現效果很好,其BOD5 、COD、NH3-N、Fe的去除率分別達99%、95%、90%、99.2%。該系統中的進水通過調節池後,可以避免毒性物質出現瞬時的高濃度而對活性汙泥生物產生抑制作用;在澄清池中加入石灰,可去除重金屬和部分有機質;氣提池(進行曝氣,溫度低時加入NaOH)能去除進水NH3-N的50%,從而使NH3的濃度處於抑制水平之下;由於廢水中磷被加入的石灰所沉澱,且 pH值過高,因而需添加磷和酸性物質;活性汙泥系統可以串聯或並聯使用,運行時可通過調節回流汙泥比來選用常規法或延時曝氣法處理,具有較大的操作靈活性。

2.1.2 曝氣穩定塘

與活性汙泥法相比,曝氣穩定塘體積大,有機負荷低,儘管降解進度較慢,但由於其工程簡單,在土地不貴的地區,是最省錢的垃圾滲濾液好氧生物處理方法。美國、加拿大、英國、澳大利亞和德國的小試、中試及生產規模的研究都表明,採用曝氣穩定塘能獲得較好的垃圾滲濾液處理效果。

例如英國在Bryn Posteg Landfill投資60000英鎊建立一座1000m3的曝氣氧化塘,設2臺表面曝氣裝置,最小水力停留時間為10d,氧化塘出水經沉澱後流經3km長的管道入城市下水道。此系統1983年開始運行,滲濾液最大CODCr為24000mg/L,最大BOD5為10000mg/L,F/M=0.05~0.3kgCOD/(kgMLSS·d),水量變化範圍0~150m3/d,出水BOD5平均為 24mg/L,但偶然有超過50mg/L的時候,COD去除率達97%,但在運行過程中需投加P,考慮到日常運行費用,投資償還及其利息,與滲濾液直接排至市政管網相比,每年可節約750英鎊。

英國水研究中心(Water Research Center)對東南部New Park Landfill的CODCr> 15000mg/L的滲濾液也做了曝氣穩定塘的中試,當負荷為0.28~0.32kgCOD/(kgMLSS·d)或者說為0.04~0.64kgCOD/(kgMLSS·d),泥齡為10d時,COD和BOD5去除率分別為98%和91%以上。在運行過程中也需要投加磷酸。

2.1.3 生物膜

與活性汙泥法相比,生物膜法具有抗水量、水質衝擊負荷的優點,而且生物膜上能生長世代時間較長的微生物,如硝化菌之類。加拿大British Columbia大學的C.Peddie和J.Atwater用直徑0.9m的生物轉盤處理CODCr<1 000mg/L,NH3-N<50m g/L的弱性滲濾液,其出水BOD5<25mg/L,當溫度回升,微生物的硝化能力隨即恢復。但是應當指出,這種滲濾液的性質與城市汙水相近,對於較強的滲濾液此方法是否適用還待研究。

2.2 厭氧生物處理

厭氧生物處理的有目的運用已有近百年的歷史。但直到近20年來,隨著微生物學、生物化學等學科發展和工程實踐的積累,不斷開發出新的厭氧處理工藝,克服了傳統工藝的水力停留時間長,有機負荷低等特點,使它在理論和實踐上有了很大進步,在處理高濃度(BOD5 ≥2000?mg/L)有機廢水方面取得了良好效果。

厭氧生物處理有許多優點,最主要的是能耗少,操作簡單,因此投資及運行費用低廉,而且由於產生的剩餘汙泥量少,所需的營養物質也少,如其BOD5/P只需為4000∶1,雖然滲濾液中P的含量通常少於1mg/L,但仍能滿足微生物對P的要求。用普通的厭氧硝化,35℃ 、負荷為1kgCOD/(m3·d),停留時間10d,滲濾液中COD去除率可達90%。

開發的厭氧生物處理方法有:厭氧生物濾池、厭氧接觸池、上流式厭氧汙泥床反應器及分段厭氧硝化等。

2.2.1 厭氧生物濾池

厭氧濾池適於處理溶解性有機物,加拿大Halifax Highway101填埋場滲濾液平均COD為12850mg/L、BOD5/COD為0.7,pH為5.6。將此滲濾液先經石灰水調節至pH=7.8,沉澱1h後進厭氧濾池(此工序還起到去除Zn等重金屬的作用),當負荷為4kgCOD/(m3·d)時,COD去除率可達92%以上;當負荷再增加時,其去除率急劇下降。

加拿大Toronto大學的J.G.Henry等也在室溫條件下成功地用厭氧濾池分別處理年齡為1.5 年和8年的填埋場滲濾液,它們的COD各為14000mg/L和4000?mg/L,BOD5/COD各為0.7和0.5,當負荷為1.26~1.45kgCOD/(m3·d),水力停留時間為24~96h時,COD去除率均可達90%以上。當負荷再增加,其去除率也急劇下降。由此可見,雖然厭氧濾池處理高濃度有機汙水時負荷可達5~20kgCOD/(m3·d),但對於滲濾液其負荷必須保持較低水平才能得到理想的處理效果。

2.2.2 上向流式厭氧汙泥床

英國的水研究中心報導用上向流式厭氧汙泥床(UASB)處理COD>10000mg/L的滲濾液,當負荷為3.6~19.7kgCOD/(m3·d),平均泥齡為1.0~4.3d,溫度為30℃時COD和BOD5的去除率各為82%和85%,它們的負荷比厭氧濾池要大得多。

在厭氧分解時,有機氮轉為氨氮,且存在NH4+?NH3+H?+反應。若pH>7時,平衡中的NH3佔優勢,可用吹脫法去除。但厭氧分解時pH近似等於7,因此出水中可能含有較多的NH4+,將會消耗接納水體的溶解氧。

2.3 厭氧與好氧的結合方式

雖然實踐已經證明厭氧生物法對高濃度有機廢水處理的有效性,但單獨採用厭氧法處理滲濾液也很少見。對高濃度的垃圾滲濾液採用厭氧好氧處理工藝既經濟合理,處理效率又高。COD和BOD的去除率分別達86.8%和97.2%。

2.3.1 厭氧?好氧生物氧化工藝(厭氧硝化和生物氧化塘)

西南師大生物系對pH為8.0~8.6,COD為16124mg/L,BOD5為214~406mg/L、NH3- N為475mg/L的滲濾液採用厭氧好氧生物化學法處理,取得出水pH為7.1~7.9,COD為170.33~314.8mg/L,BOD5為91.4mg/L、NH3-N為29.1mg/L的良好效果。

2.3.2 厭氧?氧化溝?兼性塘工藝

下面結合廣州市李坑垃圾填埋場作以下說明及分析。李坑垃圾填埋場汙水處理廠按流量300m3/d設計,進水BOD5為2500mg/L、CODCr為4000mg/L、NH3-N 為1000mg/L、SS為600mg/L、色度為1000倍;出水BOD5為30mg/L、CODCr為80mg/L 、NH3-N為10mg/L、SS為70mg/L、色度為40倍。選用工藝流程為:厭氧氧化溝兼性塘絮凝沉澱。當進水水質較好,兼性塘出水達標時,即可直接將兼性塘水向外排放;而當進水水質較差,兼性塘出水達不到排放標準時,則啟用混凝沉澱系統,再排放沉澱池上清液。

從該套工藝的運行情況來看,當進水的COD較高時,出水水質良好;一旦COD 降低,特別是冬季低溫少雨,COD降低到不利於生化處理時,出水各水質成分均偏高難以達標,出水呈棕褐色,儘管啟用絮凝沉澱系統,效果仍不理想。由此可見,對於滲濾液的色度和NH3-N的有效去除,對生化處理將產生有利影響。

2.3.3 厭氧?氣浮?好氧工藝

大田山垃圾衛生填埋場滲濾液處理採用的是此工藝。根據廣州市環境衛生研究所對類似垃圾填埋場滲濾液檢測資料及模擬試驗,結合本場實際情況定出滲濾液汙水處理設計參數。進水水質CODCr為8000mg/L、BOD5為5000mg/L、SS為700mg/L、pH值為7.5 ;出水水質CODCr為100mg/L、BOD5為60mg/L、SS為500mg/L、pH值為6.5~7.5。?針對該場遠離市區的特點,為便於管理和節省能耗,經比較後選用厭氧和好氧聯合處理工藝。厭氧段為上向流式厭氧汙泥床反應器,好氧段為生物接觸氧化法,加化學混凝沉澱和生物氧化塘,淨化處理達標後排放。剩餘汙泥經濃縮後送回填埋場處理。

考慮到滲濾液水質變幅較大的特點,在厭氧段後加入氣浮工藝,提高處理能力以應付進水水質偏高的情況。

2.3.4 UASB?氧化溝穩定塘

福州市於1995年建成全國最大的現代化的城市垃圾綜合處理場--福州市紅廟嶺垃圾衛生填埋場。處理垃圾滲濾液水量為1000m3/d;垃圾滲濾液水質(入口)為CODCr為 8000mg/L、BOD5為5500mg/L;處理水質要求(出口)為CODCr去除率95%、 BOD5去除率97%。

設計採用上向流式厭氧汙泥床?奧貝爾氧化溝?穩定塘工藝流程。垃圾填埋場的垃圾滲濾液集中到貯存庫,依靠庫址的較高地形,自流到集水池、格柵,經巴式計量槽計量後,靠勢能流至配水池,再依靠靜水頭壓至上向流式厭氧汙泥床。經厭氧處理後的汙水流至一沉池進行固液分離,上清液自流到奧貝爾氧化溝,沉澱汙泥靠重力排至汙泥池,汙泥定期用罐車送到垃圾填埋場或堆肥利用。

汙水在奧貝爾氧化溝進行好氧生化處理,奧貝爾氧化溝採用三溝式A/O工藝,具有先進的汙水脫氮處理效果。該工藝突出的優點是在第一溝中既能對氨氮進行硝化,又能以BOD為碳源對硝酸鹽進行反硝化,總氮去除率可達80%,由於利用了汙水中BOD作碳源,導致汙水中的 BOD5被去除,減少了汙水中的需氧量。為了提高氧化溝脫氮效果,把第三溝的出水用潛水泵再抽至第一溝進行內回流,在第一溝中進行反硝化。

經氧化溝處理的汙水流入二沉池進行固液分離,澄清水自流至穩定塘進行生物處理。二沉池的剩餘汙泥靠重力排至濃縮池。濃縮池中的上清液回流至氧化溝處理,其濃縮後的汙泥用潛水泵抽至罐車輸送到垃圾填埋場填埋,或進行堆肥處理。?

2.4 土地處理

土地處理法亦即土壤灌溉法,是人類最早採用的汙水處理法,但是土地處理系統的應用多見於城市汙水處理。對於滲濾液的處理方法,將滲濾液收集起來,通過噴灌使之回流到填埋場。循環填埋場的滲濾液由於增加垃圾溼度,從而提高了生物活性,加速甲烷生產和廢物分解。其次由於噴灌中的蒸發作用,使滲濾液體積減小,有利於廢水處理系統的運轉,且可節約能源費用。北英格蘭的Seamer Carr垃圾填埋場,有一部分採用滲濾液再循環,20個月後再循環區滲濾液的COD值降低較多,金屬濃度有較大幅度下降,而NH3 -N、Cl-濃度變化較小。說明金屬濃度的下降不僅是由於稀釋作用引起的,也可能是垃圾中無機成分對其吸附造成的。

由於再循環滲濾液具有諸多優點,所以設計填埋場時頂部不要全部封閉,而應設立規則性排列的溝道以免對周圍水源的汙染。低濃度滲濾液不能直接排放,因NH3-N、Cl-濃度仍較高,溫度較低季節,蒸發少,生物活性弱,再循環滲濾液的效果有待進一步研究。

2.5 硝化和反硝化

"老"的填埋場往往處於甲烷發酵階段,其滲濾液中氨氮含量較高,通常為100~1000mg /L。去除氨氮主要有兩種方法:一是硝化和反硝化;另一種是提高pH值至9以上,再用空氣吹脫。Robinson和Maris將年齡為20年的填埋場滲濾液在溫度為10℃,泥齡為60d的條件下曝氣(實際上此與氧化塘運行條件相仿),可完全硝化。其它用生物轉盤等好氧方法也都取得了成功,因此普遍認為滲濾液的硝化是不成問題的。

常見的處理工藝:

(1)硝化/反硝化系統+MBR+RO

硝化/反硝化工藝是針對氨氮去除的生化處理方法,經硝化段和反硝化段的聯合作用,實現對COD和氨氮的同時徹底去除,出水通過MBR泥水分離和RO對離子的深度截留最終達到國家排放標準。

(2)兩級反滲透工藝(或兩級DTRO工藝或全膜法處理工藝)

該工藝為純物理的處理方法,佔地面積較小,施工和調試周期短,但很容易造成汙染物質的富集,很難實現出水長期穩定達標,且一次性投資和運行費用很高。

(3)絮凝沉澱+硝化/反硝化系統+MBR+NF+RO

採用該工藝大多做成集成設備,前端增加化學法進行預處理,工藝路線較長,增加整體的控制難度,集成設備對水質水量波動適應能力差,很容易出現池容偏小,生化效果差的問題。

(4)中溫厭氧系統+硝化/反硝化+MBR+RO

對高濃度COD去除效果較好,常應用在垃圾焚燒廠、垃圾中轉站等新鮮垃圾滲濾液的處理中,該工藝對進水的穩定性要求很高,且厭氧系統要保持35°C,投資和運行成本高。

2.6 英Rochem's反滲透處理廠

在英國垃圾滲濾液處理廠使用Rochem's專利圓盤管反滲透系統對初級滲濾液進行處理。這種處理技術是由南亨伯賽德郡溫特頓填埋場所設計和生產的Rochem's離析膜系統。

這個系統的心臟是Rochem's專利圓盤管。這個圓柱體的組成包括板片、八角型鋼和一個圓管內的耐磨膜墊層,它能處理那些快速堵塞普通的反滲透膜系統的滲濾液。在膜的壓力下滲濾液進入Rochem's處理系統進行曝氣和pH校正。當含有汙染物的滲濾液流經圓柱體內膜表面時,滲濾液中的汙染物質由於反滲透作用而分離出來並經膜排出。整個系統清理的操作是自動化的,當需要對該系統進行化學清洗時,控制指示器就會顯示出信息來,同時自動清洗系統就會用已經程式化的化學製劑對該系統進行內部清洗,使其恢復到最初的功能。因為滲濾液在封閉情況下,在膜的表面形成湍流,減少氧化,產生惡臭,所以到一定時間要進行內部清洗,但這種清洗的間隔時間較長,Rochem's 離析膜系統能夠去除重金屬、固體懸浮物、氨氮和有害的難降解的有機物,處理後的水滿足嚴格的排放標準。

德國的Ihlenbery填埋場安裝投入使用的Rochem's處理系統,其處理能力的汙水量為50m3/h,水的回收率為90%。

城市垃圾滲濾液處理工藝介紹 來自: 免費論文網

3 處理工藝的分析比較

與好氧方法相比,厭氧生物處理具有以下優點。

(1)好氧方法需消耗能量(空氣壓縮機、轉刷等),而厭氧處理卻可產生能量(產生甲烷氣) 。COD濃度越高,好氧方法耗能越多;厭氧方法產能越多,兩者的差異就越明顯。

(2)厭氧處理時有機物轉化成汙泥的比例(0.1kgMLSS/kgCODCr)遠小於好氧處理的比例(0.5kgMLSS/kgCODCr),因此汙泥處理和處置的費用大為降低。

(3)厭氧處理時汙泥的生長量小,對無機營養元素的要求遠低於好氧處理,因此適於處理磷含量比較低的垃圾滲濾液。

(4)根據報導,許多在好氧條件下難於處理的滷素有機物在厭氧時可以被生物降解。

(5)厭氧處理的有機負荷高,佔地面積比較小。

但是,厭氧處理出水中的COD濃度和氨氮濃度仍比較高,溶解氧很低,不宜直接排放到河流或湖泊中,一般需要進行後續的好氧處理。另外,世界上大多數垃圾滲濾液多是偏酸性的 (pH值一般在5.5~7.0)。pH在7以下,產甲烷菌將會受到抑制甚至死亡,不利於厭氧處理,而好氧處理對pH的要求就沒有這麼嚴格。再者,厭氧處理的最適溫度是35℃,低於這個溫度時,處理效率迅速降低。比較而言,好氧處理對溫度要求不高,在冬季時即使不控制水溫,仍能達到較好的出水水質。

鑑於以上原因,對COD濃度在50 000mg/L以上的高濃度垃圾滲濾液建議採用厭氧方法 (後接好氧處理)進行處理,對COD濃度在5 000mg/L以下的垃圾滲濾液建議採用好氧生物處理法。對於COD在5 000~50 000mg/L之間的垃圾滲濾液,好氧或厭氧方法均可,選擇工藝時主要考慮其它因素。

4 結論和建議

通過對上述幾種處理方法及處理工藝的分析比較可得以下結論,並提出水質、水量等方面的建議和意見:

(1)垃圾滲濾液具有成分複雜,水質水量變化巨大,有機物和氨氮濃度高,微生物營養元素比例失調等特點,因此在選擇垃圾滲濾液生物處理工藝時,必須詳細測定垃圾滲濾液的各種成分,分析其特點,以便採取相應的對策。還應通過小試和中試,取得可靠優化的工藝參數,以獲得理想的處理效果。

(2)多種方法應用於滲濾液的處理是可行的。在有條件的地方修築生物塘,同時採用水生植物系統處理滲濾液,不僅投資省,而且運行費用低。土地處理也受到人們的重視,但在滲濾液的處理中選用尚少。生物膜法和活性汙泥法有成熟的運行管理經驗,結合採用厭氧好氧工藝生物處理滲濾液較多。但修建專用的滲濾液處理廠投資大,運行管理費用高,而且隨著填埋場的關閉,最終使水處理設施報廢,故應慎重選用。

(3)我國真正能滿足衛生填埋標準的填埋場並不多,許多填埋場因為投資所限無法按設計要求建造能達到環境保護要求的滲濾液收集系統。因此,宜發展投資省,效果好的滲濾液處理技術。垃圾填埋場滲濾液向填埋場回灌,利用土地吸附,土壤生物降解及垃圾填埋層的厭氧濾床作用使滲濾液降解,具有投資省、效果好,無需專門處理設施投資等特點。而且滲濾液的回灌可使垃圾保持溼潤,加速填埋場的穩定。回灌法採用較少,可作深入研究,以明確回灌法的使用條件,處理效率及回灌處理的工程設計參數。

(4)對垃圾填埋場滲濾液進行處理是問題的一個方面,另一方面應當考慮減少滲濾液產生量。宜發展可減少滲濾液產生量的填埋技術,如好氧填埋或準好氧填埋。

(5)對垃圾滲濾液的處理,我國尚處於研究探索階段,為了建設標準化的城市垃圾衛生填埋場,對其滲濾液的處理應作更深入的研究。

4處理方案

我國大部分城市以衛生填埋作為垃圾處理的基本方式,在今後一段時期,衛生填埋處理仍將是國內城市生活垃圾處理的基本方式。衛生填埋作為最常見的垃圾處理方法,也存在著諸多汙染問題,特別是填埋過程中產生的大量垃圾滲濾液,如不妥善處理,會對周圍的水體和土壤造成嚴重汙染。

1 垃圾滲濾液及其汙染特性

垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋過程中由於發酵、雨水衝刷和地表水、地下水浸泡而滲濾出來的汙水。來源主要有四個方面:垃圾自身含水、垃圾生化反應產生的水、地下潛水的反滲和大氣降水,其中大氣降水具有集中性、短時性和反覆性,佔滲濾液總量的大部分。

滲濾液是一種成分複雜的高濃度有機廢水,其性質取決於垃圾成分、垃圾的粒徑、壓實程度、現場的氣候、水文條件和填埋時間等因素,一般來說有以下特點:

1.1 水質複雜,危害性大。有研究表明,運用GC-MS聯用技術對垃圾滲濾液中有機汙染物成分進行分析,共檢測出垃圾滲濾液中主要有機汙染物63種,可信度在60%以上的有34種。其中,烷烯烴6種,羧酸類19種,酯類5種,醇、酚類10種,醛、酮類10種,醯胺類7種,芳烴類1種,其他5種。其中已被確認為致癌物1種,促癌物、輔致癌物4種,致突變物1種,被列入我國環境優先汙染物「黑名單」的有6種。

1.2 CODcr和BOD5濃度高。滲濾液中CODcr和BOD5最高分別可達90000 mg/L、38000mg/L甚至更高

1.3 氨氮含量高,並且隨填埋時間的延長而升高,最高可達1700mg/L。滲濾液中的氮多以氨氮形式存在,約佔TNK40%-50%。

1.4 水質變化大。根據填埋場的年齡,垃圾滲濾液分為兩類:一類是填埋時間在5年以下的年輕滲濾液,其特點是CODcr、BOD5濃度高,可生化性強;另一類是填埋時間在5年以上的年老滲濾液,由於新鮮垃圾逐漸變為陳腐垃圾,其pH值接近中性,CODcr和BOD5濃度有所降低,BOD5/CODcr比值減小,氨氮濃度增加。

1.5 金屬含量較高。垃圾滲濾液中含有十多種金屬離子,其中鐵和鋅在酸性發酵階段較高,鐵的濃度可達2000mg/L左右;鋅的濃度可達130mg/L左右,鉛的濃度可達12.3mg/L,鈣的濃度甚至達到4300mg/L

1.6 滲濾液中的微生物營養元素比例失調,主要是C、N、P的比例失調。一般的垃圾滲濾液中的BOD5:P大都大於300。

2 垃圾滲濾液對環境的影響

通過對某填埋場的滲濾液處理情況進行調查發現,填埋場運行至今,大約處理了約80萬噸的滲濾液,同時約有32萬噸的滲濾液從汙水庫中溢出直接進入納汙水域,並且還有9.6萬噸滲濾液存儲於汙水庫內。經過化學分析,在汙水庫出口處的滲濾液CODcr平均值為2800mg/l,BOD5平均值為1750mg/l,氨氮708mg/l,總氮平均濃度達700mg/l,平均色度達251度,金屬含量不高,以色質聯機對有機物定性分析,發現滲濾液中有機物最高含碳數可達12,主要為環烷烴、酯類、羧酸類、苯酚和硫磺等。經過處理後排入納汙水域的水質CODcr值為283mg/l,仍超標1.83倍,BOD5值為108mg/l,超標2.6倍,NH3-N值為190mg/l,超標11.67倍,總氮679mg/l,色度133度,並且含有大量有機物,說明了該場汙水處理過程還未能滿足汙水達標排放,受此影響,該填埋場的一級納汙水體的水質已經明顯惡化。這一情況已經引起當地部門的高度重視。

3 滲濾液的處理工藝改進

針對該垃圾填埋場存在的問題,對該場汙水處理設施提出以下改進建議:

(l)改革處理工藝,增加「FEO」前處理工段;

(2)完善厭氧反應器的配套設施;

(3)對奧貝爾氧化溝進行改造;

(4)加強對氧化塘的運行管理。希望通過此次改進能是處理後的廢水達標排放,有效控制滲濾液對周邊環境造成的汙染。

4發展趨勢

垃圾填埋場滲濾液的控制和處理是保證垃圾的長期、安全處置的關鍵。因此,對滲濾液處理的研究至關重要。通過分析和總結滲濾液處理現狀,今後滲濾液處理研究應把重點放在以下幾個方面。

首先,現有的滲濾液處理方法多種多樣,各具特色,因此,運用時不能生搬硬套,而要因地制宜。不同地域的地理位置、地理結構、氣象條件以及垃圾成分等因素的差別都會導致滲濾液質和量的差異。如針對北方降雨量少而蒸發量大的特點,滲濾液回灌法就比較經濟有效;而南方溫暖溼潤的氣候就有利於應用土壤-植物法處理滲濾液的開發和應用。

其次,垃圾填埋的穩定化研究也是必要的。促進填埋垃圾的穩定化,不僅可以縮短填埋垃圾的穩定化時間,提高產氣速率,而且可以縮短垃圾滲濾液產生的周期,在一定程度和範圍內改善滲濾液的處理難度。

第三,滲濾液的主要兩大特點和難點就是其氨氮濃度高以及可生化性差。對於其產生機理,只是基於一定的定性認識,還缺乏對於其動力學特徵等深層次機理的研究。而這些問題的研究,將有助於對滲濾液處理方法的研究和開發,找出更為經濟有效的處理滲濾液的新方法。

5水氧化法

超臨界水氧化法處理垃圾滲濾液

對於垃圾滲濾液來說,生物法處理效果往往不夠理想,滲濾液處理出水要達到國家日益嚴格的排放標準,深度處理是一項迫切需要的技術。國內外常用的有光催化技術、電解處理技術、Fenton處理技術、溼法氧化(WAO)/催化溼法氧化(CWAO)、膜分離法、化學混凝技術等,經過深度處理,能保證出水達到GB16889-1997一級排放標準。

超臨界水氧化(SCWO)作為一種可以完全清除有毒有機廢水的新技術,垃圾滲濾液處理技術是20世紀80年代中期由美國麻省理工學院的ModeU教授提出的閣。超臨界水具有極強的溶解能力,高度的可壓縮性,粘度接近水蒸汽,而密度接近於液態水。其粘度為水的1/100,密度可達到水蒸汽的100倍,水的介電常數為80,而超臨界水的介電常數為210左右,由於其極強的溶解能力,可與氧氣、有機物互溶,可使有機物的分子鏈斷裂。也就是說它可分解有機物,因此可應用於廢棄物及有害物質的處理嘲。馬承愚等採用超臨界水氧化反應中試裝置對石家莊市某垃圾填埋場的高濃度垃圾滲濾液進行處理。試驗結果表明:在反應溫度為400~(2、反應壓力為26MPa、氧化反應時間為250s時,對COD的去除率達到99.61%,處理出水的各項指標均達到國家排放標準。作為環境友好的廢水處理方法,SCWO仍然不能工業化推廣,主要有以下的原因:由於SCWO處於高溫、高壓條件下,尤其是有機物含有滷素、硫或磷,在超臨界水氧化過程中會產生酸,引起設備的強烈腐蝕,所以造成SCWO裝置放大到工業時成本較高,需從反應器的材料、結構等方面對反應器進行改進;反應中的鹽沉澱問題會降低換熱率而影響傳熱,增加系統壓力,嚴重時將堵塞管路,是SCWO裝置迫切需要解決的問題;反應動力學問題,由於有機物在超臨界水的分解需要在一定溫度和壓力下進行。因此對不同的有機物尋找其最適宜的反應條件是非常必要的,需要進一步的開展這方面的工作。

6國內突出問題

垃圾自身含水的貢獻較大

我國生活垃圾中廚餘組分含量高達60%左右、水分含量高達50%以上,與發達國家以紙塑類為主、低含水率的垃圾迥然不同。據統計,我國北方地區垃圾自身含水對填埋場滲濾液產生量的貢獻超過22%-45%,南方地區甚至超過50%。發達國家填埋場噸垃圾滲濾液產生量約150升,而我國填埋場噸垃圾滲濾液產生量可達500-800升。

填埋場雨汙分流不夠精細

我國是多山型國家,三分之二左右的填埋場是山谷型填埋場。部分填埋場防洪系統不完善、截洪溝設計不合理、雨水無法順利排出填埋庫區,垃圾填埋場匯水面積過大,暴雨情況下雨水大量進入填埋場成為滲濾液。同時,由於我國垃圾中易降解有機質含量高,填埋堆體容易發生不均勻沉降,膜覆蓋區無法形成統一的排水坡度,膜上匯集的雨水可能沿覆蓋膜銜接處下滲進入堆體,進一步增加滲濾液產生量。

填埋堆體水分下滲困難

我國生活垃圾填埋場填埋高度大多在40米以上。隨著填埋高度的增加,堆體不斷壓密,孔隙度減小,同時垃圾逐步降解也使堆體發生沉降。據研究,填埋堆體滲透係數隨填埋深度的增加而下降,最低可達到10-6釐米/秒,近似不透水層。

滲濾液導排系統堵塞

滲濾液導排系統堵塞是填埋場內物理、生物、化學綜合作用的結果。由於我國生活垃圾組分複雜,滲濾液中懸浮顆粒物含量較高。攜帶高懸浮顆粒物的滲濾液流經導排層時,懸浮顆粒物被攔截沉積,導排層孔隙度降低,形成物理堵塞。特別是導排層上部鋪設有無紡布保護層時,懸浮顆粒物被高效攔截,迅速堵塞無紡布結構孔隙,在其上發生沉積,數月之內就可能形成一層不透水層。另外,填埋堆體不均勻沉降可能導致滲濾液排水管強烈變形扭曲,進一步降低導排效率。

汙泥飛灰與生活垃圾共填埋

我國部分生活垃圾填埋場還接受汙水處理廠脫水汙泥入場填埋。汙泥中細顆粒物含量較高,與生活垃圾混合填埋加大了滲濾液導排系統物理堵塞的風險。為達到入場含水率和抗剪強度等指標要求,汙泥填埋前通常需要添加石灰等含鈣物質進行固化穩定化,而大量含鈣物質的加入又增加了導排系統化學堵塞的風險。

目前,飛灰主要的處理方式是固化穩定化達到一定入場標準後進入生活垃圾填埋場處置。飛灰在填埋場被滲濾液衝刷釋放出大量細顆粒物,加速了物理堵塞的發生。

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