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1概述
对于实行填埋、焚烧和回收同步运行综合处理处置策略的城市而言,其垃圾填埋场的处置对象一般仅限于生活垃圾,不包括工业垃圾、医疗垃圾和其它有毒、有害废弃物。垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液,是垃圾填埋场的主要废水污染源。渗滤液含污染物浓度高,以有机污染物为主,若不进行治理将会造成水域的污染影响。渗滤液的收集系统是垃圾填埋场主体工程之一,收集系统采取底层纵横网盲沟导流和垂直立管的组合收集,能够达到有效收集渗滤液的目的。收集后的渗滤液采用UASB―综合物化法联合处理,经处理后的渗滤液重金属可满足《生活垃圾填埋污染控制标准》(GBl6889―2008)表2中浓度限值,其它污染物指标可以满足城镇污水处理厂进水水质要求,可排入城市二级污水处理厂。
2垃圾渗滤液处理工艺的选择
2.1垃圾渗滤液水质
渗滤液与城市生活污水相类似,但污染物浓度远比一般城市生活污水要高得多。另外渗滤液的污染物含量也随填埋场运行状况而存在较大差异。渗滤液的污染物来源,主要是由有机物在微生物作用下,将原垃圾中分子量大、结构较复杂的不溶于水的有机物,降解为分子量较低、结构较简单的易溶于水的有机成份而产生的。垃圾渗滤液具有水质复杂,水质水量变化大且不呈周期性,COD、BOD5、NH3-N、重金属浓度高及微生物营养元素比例失调等特点。其各种成份变化主要取决于填埋场的年龄、深度、微生物环境以及所填埋的垃圾的组成等,其中填埋场的场龄是影响垃圾渗滤液水质的最重要因素。
垃圾渗滤液水质指标详见表1。
表1 垃圾填埋场渗滤液水质浓度
项目名称 COD(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) NH3-H(mg/L) pH
浓度值 10000-20000 6000-12000 300-500 500-2000 6-9
2.2垃圾渗滤液产生量计算
垃圾填埋场渗滤液产生量受垃圾本身含水量、场地水文地质条件、气候条件、填埋方式等诸多因素影响,其产生量呈明显的无周期性,渗滤液产量可以下式估算:
Q=(W2―W2―W3―W4―W5)×A
式中:Q―渗滤液水量 A―填埋场汇水面积 W1―降雨量
W2―单位面积地下水渗入量 W3―单位面积垃圾及覆土的含水量
W4―单位面积地表径流量
W5―单位面积自然蒸发量
根据以上计算公式,同时参考德国对多个垃圾填埋场的统计(渗滤液量为降水量的25%―58%),综合以上两种估算方法确定垃圾填埋场建成运行垃圾渗滤液产生量。根据垃圾填埋场渗滤液产生量可确定污水处理规模。
2.3处理工艺的选择
2.3.1垃圾渗滤液处理工艺
处理工艺充分考虑了垃圾渗滤液水质、水量特点,综合各种因素及现有垃圾渗滤液处理的经验教训,确定采用UASB一综合物化处理工艺流程(工艺流程如图1所示)。填埋场垃圾渗滤液自调蓄池流入渗液处理厂格栅区池,格栅出水后经调理槽提升至UASB反应池,然后渗滤液自流至分解池、置换反应池、絮凝反应池、沉淀池出水排出。在气温高,厌氧反应良好且出水达标时,可超越物化分解池,直接进入下一个处理单元进行处理。
图1 工艺流程图
经上述工艺处理后的垃圾填埋场渗滤液中重金属可满足《生活垃圾填埋污染控制标准》(GBl6889―2008)表2中浓度限值,其它污染物指标可以满足城镇污水处理厂进水水质要求,排入城市二级污水处理厂进行最终处理。
2.3.2渗滤液处理工艺特点
污水调蓄池不仅具有调蓄水量、均匀水质的作用,而且具有沉淀、厌氧酸化水解等作用,COD、BOD5、TN的去除率均可达50%左右,其容量和处理规模是卫生填埋场的重要设计参数。
UASB系统主要靠厌氧微生物来降解垃圾渗滤液中有机污染物,有较高污染物去除效率,同时具有较高的容积负荷率和去除率,同时可去除氮、磷,大幅度消灭虫卵及致病菌,且运行费用底,工艺比较成熟,管理方便,操作简单。
综合物化法是通过超声波系统、负氧离子发生器、水中放电和絮凝沉淀等一系列物理发生器,使渗滤液产生一系列物理化学作用,氧化各种有机物并使之矿化。其技术特点是:
①对水质及环境变化的适应性强,抗冲击负荷能力高;
②处理设施自动化程度高,且运行可靠、操作简便;
③对填埋场后期可生化性差、氨氮高的渗滤液有很好的处理效果;
④污泥稳定性强,粘度低,沉降性能好,易处理。
从总体思路上分析,选用厌氧UASB―综合物化处理工艺流程是可行的,首先经过厌氧菌的作用,将渗滤液中长链大分子难降解有机物转变为小分子有机物,可进一步提高综合废水的可生化性,消耗废水中的N、P等污染物质,然后通过综合物化作用,使出水有机物浓度达标。
3注意问题
考虑到垃圾渗滤液废水的特殊性,应注意以下几个问题:
1、随着填埋时间的延长,特别是在终场后,废水可生化性将明显降低,原有工艺参数可能无法满足新的水质要求,效果变差,因此在处理过程中,应不断研究调整,使处理工艺保持较高的处理效果:
2、加强清污分流工作,尽可能削减垃圾渗滤液的产生量,以减少对处理工艺的负荷冲击;同样,过多的截流洪水进入垃圾渗滤液将会造成水质的巨大波动,影响最终出水水质:
3、渗滤液集水池、调蓄池对于稳定水质,降低污染负荷具有明显作用,应充分发挥调蓄池的调蓄作用,尽可能延长废水在池中的停留时间,削减污水处理厂的污染负荷:
4、回灌法与物化和生物法相比,能更好适应渗滤液水质、水量的变化,是一种投资省、运行费用低且能加速城市垃圾填埋场稳定的方法,建议在采用生物处理工艺基础上,配套进行垃圾渗滤液的回灌处理,利用垃圾本身对污染物进行吸附降解处理,将明显降低污水负荷,提高后续处理工艺的效果。
4参考文献:
[1] 高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1999,5.
[2] 唐受印,戴友芝,汪大.废水处理工程[M].北京:化学工业出版社,2004,7.
[3] 胡纪萃. 废水厌氧生物处理理论与技术[M]. 中国建筑工业出版社, 2003,5.
关键词:城市垃圾;渗滤液;处理技术
中图分类号:G202文献标识码: A
在我国,垃圾填埋法是目前广泛使用的处理生活垃圾、工业垃圾的方法 。而且随着城市填埋技术二次污染相关问题的深入研究,作为防治二次污染问题的渗滤液处理技术也引起了越来越多的人和相关部门的重视。今后,符合我国基本国情的、经济的、具有针对性的并切实可行的垃圾填埋工艺和渗滤液处理技术的研究,将是我国研究的重点课题。
1垃圾渗滤液的特点
垃圾填埋场中重力流动的产物液体即是垃圾填埋场渗滤液,渗滤液主要包括外来水(如地下水渗入、地表水、大气降水)和垃圾分解产生的源水。能够影响垃圾场渗滤液性质的主要原因包括:填埋场条件、填埋地点的水文地质条件、填埋地点的气候条件、垃圾的主要成分、垃圾填埋的条件等。在以上多种因素的影响下,形成的垃圾填埋场渗滤液的以下特点:
1.1渗滤液水质复杂
影响垃圾填埋场渗滤液水质的主要因素是垃圾的组成成分。渗滤液是高浓度的有机废水,且不同地方垃圾的组成不同,渗滤液的水质也可能相差很大。据我国相关部门测定,国内几大城市垃圾填埋场渗滤液水质的调查显示,渗滤液中含有94种有机化合物,其中5种可诱导致癌,1种可致癌,20余种进入美国和我国EPA环境优先控制的污染物黑名单。其次,填埋的时间也会影响垃圾渗滤液的水质。一般情况下,垃圾填埋时间越长,渗滤液水质的可生化性就越差。同时随着垃圾填埋时间的增长,渗滤液中金属离子的含量降低,氨氮含量、PH值增加。除以上原因影响渗滤液水质外,填埋场的降水量、土质等也是其影响原因。由此可见渗滤液水质的变化规律是极其复杂的。
1.2渗滤液金属含量高
在垃圾的降解过程中产生的二氧化碳溶入垃圾渗滤液中,极易造成渗滤液水质呈微酸性,即加剧了垃圾中金属、金属氧化物和不溶于水的碳酸盐发生溶解,最终造成渗滤液中金属含量升高。垃圾填埋场渗滤液中主要金属离子包括:钙离子、铝离子、锌离子和铁离子等。
1.3渗滤液中氨氮含量高
垃圾填埋场渗滤液中垃圾的组成成分和垃圾的填埋方式的不同,造成渗滤液中氨氮质量浓度从数千毫克每升到几千毫克每升的变化。并且,随着垃圾的填埋时间的增长,垃圾中的有机氮不断转换为无机氮,使得氨氮的含量不断的升高。
2垃圾填埋场渗滤液的处理建议
2.1运用合并处理法
合并处理法是指垃圾渗滤液和一定规模的城市污水厂的污水合并处理,合并处理法是一种最为简便的处理方法。合并处理法的优点是:其一,节省大量单独建立垃圾渗滤液处理系统的费用,降低渗滤液处理成本。其二,能够利用污水处理厂污水对垃圾渗滤液达到稀释、缓冲的作用,实现城市污水和垃圾渗滤液同时处理的目的。合并处理法也有其缺点,包括:第一,因城市污水厂与垃圾填埋场间距离的问题,造成渗滤液的输送成为巨大的经济问题。第二,渗滤液水质复杂、组成多变容易对城市污水处理厂造成冲击负荷,甚至影响到城市污水厂的正常运行。综合合并处理法的优缺点,想在利用合并处理方法时得到效益最大化,那么必须考察其工艺的可行性。
2.2场内循环喷洒处理法
场内循环喷洒处理法是一种比较简单有效的处理方法。场内循环喷洒处理法优点包括:第一,通过回喷将垃圾的含水率由20%-25%提高到60%-70%,明显增加垃圾的湿度,提高垃圾中微生物的活性,使甲烷产生增加,以达到加速有机物的分解和污染物溶出的目的。第二,循环喷洒处理可降低渗滤液的浓度。第三,喷洒过程的挥发作用可减少垃圾渗滤液的产生,对水质及组成起到稳定作用,便于废水处理系统的正常运行及节省费用。第四,加速垃圾中有机物的分解,使垃圾场的稳定化进程由原需的15-20a缩短到2-3a。循环喷洒法存在的问题:(1)不能够完全消除渗滤液。(2)循环喷洒后的渗滤液仍需处理才可排放。
2.3渗滤液的预处理法
渗滤液中的SS污染物、色度、氨氮和金属离子通过设定在垃圾填埋场的预处理设备进行首处理,则可以得到有效的减少。又或者首先通过厌氧处理,使其生化性得到改善,降低处理负荷。渗滤液的预处理可为垃圾渗滤液的再次处理创造良好的运行条件。
渗滤液有着不同的处理方法,就方法的选则来说,应符合我国基本经济国情且达到保护环境的目的。另外,为了更好的研究垃圾渗滤液的处理技术应全面考察垃圾填埋场周边的有关因素及相应的处理技术的支持,使得垃圾渗滤液得到有效可行的处理。
参考文献
[1]常有锋,唐杰.人工湿地在城市垃圾渗滤液处理中的应用.《西安文理学院学报(自然科学版)》.2013年3期
关键词:垃圾渗滤液;处理;技术
中图分类号:R124.3
随着我国城市的迅速发展, 城市垃圾产量不断增加。目前城市垃圾处理方法主要有焚烧、堆肥和填埋等。其中卫生填埋由于处理量大、成本低廉、技术成熟等优点而被国内外广泛应用。但填埋场产生的渗滤液危害极大, 它主要来源于降水和垃圾内部的内含水。若处理不当,会严重危害周边环境和污染地下水。因而渗滤液的收集和处理已成为急待解决的问题,成为国内外研究的热点之一。
1 滤液的产生
渗滤液是指城市垃圾在填埋和堆放过程中由于垃圾中有机物的分解产生的水和垃圾中的游离水、降水以及入渗的地下水,通过淋溶作用形成的污水。渗滤液主要来源[1]:(1)垃圾自身的水分;(2)垃圾中有机组分在填埋场内经厌氧、好氧分解产生的水分,产生量与垃圾的组成、pH、温度和菌种等因素有关;(3)填埋场内的自然降雨与径流。其中降水是渗滤液的主要来源,这些水分渗过成分复杂的垃圾时,使垃圾发生分解、溶出、发酵等反应,从而使渗滤液中含有大量的有机污染物、氮、磷和种类繁多的重金属类物质。
2 渗滤液的特点
渗滤液的水质随垃圾的组分、当地气候、水文地质、填埋时间和填埋方式等因素的影响而有显著的不同。其显著特征[2]:
2.1 有机物浓度高
渗滤液中的BOD5 和COD 浓度最高可达几万mg/L,主要是在酸性发酵阶段产生,pH 值一般在6.0 左右( 显弱酸性),BOD5 与COD 比值在0.5- 0.6。
2.2 水质变化大
渗滤液的水质取决于填埋场的构造方式和垃圾种类、质量、数量以及填埋年数的长短,其中构造方式是最主要的。
2.3 氨氮含量高
城市垃圾渗滤液中氨氮浓度很高,且氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高,主要是因为有机氮转化为氨氮造成的。在中晚期填埋场中,氨氮浓度高是垃圾渗滤液的重要特征之一,也是导致处理难度增大的一个重要原因。由于目前多采用厌氧填埋技术,导致渗滤液中的氨氮浓度在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升,达到高峰值后延续很长的时间直至最后封场,甚至当填埋场稳定后仍可达到相当高的浓度。
2.4 微生物营养儿素比例失调
对于生物处理,垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的, 一般垃圾渗滤液中的BOD/TP 都大于300。此值与微生物生长所需要的碳磷比(100:1)相差甚远。在不同场龄的垃圾渗滤液中,碳氮比有很大的差异,也会出现比例失调现象。
3 圾渗滤液的处理方式
3.1 合并处理
合并处理就是将城市垃圾渗滤液就近引入城市污水处理厂与城市污水合并进行处理的方式。城市污水量较大,可对渗滤液起到稀释作用,但需控制好比例,以避免对城市污水处理厂造成冲击负荷。
3.2 土地处理
土地处理是利用土壤的自净作用进行处理的方法。目前应用于垃圾渗滤液土地处理的方法主要有人工湿地和回灌处理两种。用人工湿地处理垃圾渗滤液具有费用低、管理方便等优点,但处理效果随季节变化较大,处理有机物的浓度也较低。它适应植物生长期长、生长旺盛的南方地区,不适应北方寒冷地区。回灌处理渗滤液易造成土壤堵塞,氨氮累积,回灌处理后的渗滤液仍有较高的浓度,还需要做进一步处理,因此回灌处理很少单独作为渗滤液的处理工艺。
3.3 就地处理合并处理与土地处理比较经济、简单,但受各种客观因素的限制,大部分城市只能在填埋场建立独立的渗滤液处理系统进行就地处理。
4 垃圾渗滤液的处理技术
4.1 生物处理法
生物处理包括好氧处理、厌氧处理及两者的结合。当垃圾渗滤液的BOD5/COD>0.3 时,渗滤液的可生化性较好,可以采用生物处理法,包括好氧处理、厌氧处理及好氧一厌氧结合的方法。
4.2 物化处理法
对于老龄渗滤液,必须采用以物化为主的深度处理技术。常见的物理化学方法包括光催化氧化、Fenton 法、吸附法、化学沉淀法、膜过滤等。由于物化法处理费用较高,一般用于渗滤液预处理或深度处理。
4.3 化学法
和生化法相比,化学法不受水质水量变化的影响,出水水质稳定,尤其是对BOD5/COD 值比较低(0.02~0.20),难以生物处理的渗滤液的处理效果较好。但成木较高,所以通常只作为预处理或后续处理。
4.4 回灌法
回灌处理法是20 世纪70 年代由美国的Pohland 最先提出的,我国同济大学在20 世纪90 年代也开始对垃圾渗滤液进行了研究。渗滤液回灌实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大生物滤床,将渗滤液收集后,再返回到填埋场中,通过自然蒸发减少滤液量,并经过垃圾层和埋土层生物、物理、化学等作用达到处理渗滤液的目的。回灌处理方式主要有填埋期问渗滤液直接回灌至垃圾层、表面喷灌或浇灌至填埋场表面、地表下回灌和内层回灌。
5 结语
(1)在选择垃圾渗滤液的处理工艺时,由于渗滤液水质复杂性,就需要测定渗滤液的成分,因地制宜,选择最为适合的处理方式。在有条件的情况下,通过一些模拟试验来取得可靠优化的工艺参数,并进行处理工艺的技术经济评价,对实践起指导作用。
(2)城市垃圾渗滤液中氨氮浓度较高,不利于生物处理,因此要开发高效的脱氮技术,其中生物脱氮技术可作深入研究。
(3)根据我国国情,宜发展投资省、效果好的渗滤液处理技术,处理工艺的研究和应用以多种方法的结合为方向,在开发组合工艺时要研究易于管理运行又同时达到处理要求的新型组合工艺。
(4)目前,城市垃圾渗滤液处理研究仍处于起步阶段,对处理工艺,建设标准化的城市垃圾填埋场,渗滤液处理的设计及运行参数等都还有待于进一步探索。
参考文献
[1] 赵由才。生活垃圾卫生填理技术[M]北京:化学工业出版社,2004.
[2] 杨秀环,牛冬杰,陶红。垃圾渗滤液处理技术进展[J]。环境卫生工程,2006,14(1):46- 49.
[3] 赵宗升,刘鸿亮,李炳伟,等。垃圾填埋场渗滤液污染的控制技术
[J]。中国给水排水,2000, 16(6): 20- 23.
关键词:垃圾渗滤液 物理 化学法 生物法
0 概述
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物,主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等,所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说,其pH值在4~9之间,COD在2000~62000mg/L的范围内,BOD5从60~45000mg/L,重金属浓度和市政污水中重金属的浓度基本一致。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排入环境,会造成严重的环境污染。以保护环境为目的,对渗滤液进行处理是必不可少的。
1 渗滤液处理工艺的现状
垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法,在COD为2000~4000mg/L时,物化方法的COD去除率可达50%~87%。和生物处理相比,物化处理不受水质水量变动的影响,出水水质比较稳定,尤其是对BOD5/COD比值较低(0.07~0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液,有较好的处理效果。但物化方法处理成本较高,不适于大水量垃圾渗滤液的处理,因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。
生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的结合。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等。厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器及厌氧稳定塘。
2 渗滤液处理介绍
垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点:BOD5和COD浓度高、金属含量较高、水质水量变化大、氨氮的含量较高,微生物营养元素比例失调等。在渗滤液的处理方法中,将渗滤液与城市污水合并处理是最简便的方法。但是填埋场通常远离城镇,因此其渗滤液与城市污水合并处理有一定的具体困难,往往不得不自己单独处理。常用的处理方法如下。
2.1 好氧处理
用活性污泥法、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘等好氧法处理渗滤液都有成功的经验,好氧处理可有效地降低BOD5、COD和氨氮,还可以去除另一些污染物质如铁、锰等金属。在好氧法中又以延时曝气法用得最多,还有曝气稳定塘和生物转盘(主要用以去除氮)。下面将分别予以介绍。
2.1.1 活性污泥法
2.1.1.1 传统活性污泥法
渗滤液可用生物法、化学絮凝、炭吸附、膜过滤、脂吸附、气提等方法单独或联合处理,其中活性污泥法因其费用低、效率高而得到最广泛的应用。美国和德国的几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明,通过提高污泥浓度来降低污泥有机负荷,活性污泥法可以获得令人满意的垃圾渗滤液处理效果。例如美国宾州Fall Township污水处理厂,其垃圾渗滤液进水的CODCr为6000~21000mg/L,BOD5为3000~13000mg/L,氨氮为200~2000mg/L。曝气池的污泥浓度(MLVSS)为6000~12000mg/L,是一般污泥浓度的3~6倍。在体积有机负荷为1.87kgBOD5/(m3·d)时,F/M为0.15~0.31kgBOD5/(kgMLSS·d),BOD5 的去除率为97%;在体积有机负荷为0.3kgBOD5/(m3·d)时,F/M为0.03~0.05kg BOD5/(kgMLSS·d),BOD5的去除率为92%。该厂的数据说明,只要适当提高活性污泥法浓度,使F/M在0.03~0.31kgBOD5/(kgMLSS·d)之间(不宜再高),采用活性污泥法能够有效地处理垃圾渗滤液。
许多学者也发现活性污泥能去除渗滤液中99%的BOD5,80%以上的有机碳能被活性污泥去除,即使进水中有机碳高达1000mg/L,污泥生物相也能很快适应并起降解作用。在低负荷下运行的活性污泥系统,能去除渗滤液中80%~90%的COD,出水BOD5<20mg/L。对于COD 4000~13000mg/L、BOD51600~11000mg/L、NH3-N 87~590mg/L的渗滤液,混合式好氧活性污泥法对COD的去除率可稳定在90%以上。众多实际运行的垃圾渗滤液处理系统表明,活性污泥法比化学氧化法等其它方法的处理效果更佳。
2.1.1.2 低氧好氧活性污泥法
低氧好氧活性污泥法及SBR法等改进型活性污泥流程,因其具有能维持较高运转负荷,耗时短等特点,比常规活性污泥法更有效。同济大学徐迪民等用低氧好氧活性污泥法处理垃圾填埋场渗滤液,试验证明:在控制运行条件下,垃圾填埋场渗滤液通过低氧好氧活性污泥法处理,效果卓越。最终出水的平均CODCr、BOD5、SS分别从原来的6466 mg/L、3502mg/L以及239.6mg/L相应降低到CODCr<300mg/L、BOD5<50mg/L(平均为13.3mg/L)以及SS<100mg/L(平均为27.8mg/L)。总去除率分别为CODCr 96.4%、BOD5 99.6%、SS 83.4%。
处理后的出水若进一步用碱式氯化铝进行化学混凝处理,可使出水的CODCr下降到1 00mg/L以下。
两段法处理渗滤液的氮、磷也均较一般生物法为佳。磷的平均去除率为90.5%;氮的平均去除率为67.5%。此外该法运行弥补厌氧好氧两段生物处理法第一段形成NH3-N较多,导致第二段难以进行和两次好氧处理历时太长的不足。
2.1.1.3 物化活性污泥复合处理系统
由于渗滤水中难以降解的高分子化合物所占的比例高,存在的重金属产生的抑制作用,所以常用生物法和物理化学法相结合的复合系统来处理垃圾渗滤液。对于BOD51500m g/L、Cl-800mg/L、硬度(以CaCO3计)800mg/L、总铁600mg/L、有机氮100mg/L、TSS 300mg/L、 SO2-4300mg/L的渗滤液,有学者采用该方法进行处理,发现效果很好,其BOD5 、COD、NH3-N、Fe的去除率分别达99%、95%、90%、99.2%。该系统中的进水通过调节池后,可以避免毒性物质出现瞬时的高浓度而对活性污泥生物产生抑制作用;在澄清池中加入石灰,可去除重金属和部分有机质;气提池(进行曝气,温度低时加入NaOH)能去除进水NH3-N的50%,从而使NH3的浓度处于抑制水平之下;由于废水中磷被加入的石灰所沉淀,且 pH值过高,因而需添加磷和酸性物质;活性污泥系统可以串联或并联使用,运行时可通过调节回流污泥比来选用常规法或延时曝气法处理,具有较大的操作灵活性。
2.1.2 曝气稳定塘
与活性污泥法相比,曝气稳定塘体积大,有机负荷低,尽管降解进度较慢,但由于其工程简单,在土地不贵的地区,是最省钱的垃圾渗滤液好氧生物处理方法。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试、中试及生产规模的研究都表明,采用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。
例如英国在Bryn Posteg Landfill投资60000英镑建立一座1000m3的曝气氧化塘,设2台表面曝气装置,最小水力停留时间为10d,氧化塘出水经沉淀后流经3km长的管道入城市下水道。此系统1983年开始运行,渗滤液最大CODCr为24000mg/L,最大BOD5为10000mg/L,F/M=0.05~0.3kgCOD/(kgMLSS·d),水量变化范围0~150m3/d,出水BOD5平均为 24mg/L,但偶然有超过50mg/L的时候,COD去除率达97%,但在运行过程中需投加P,考虑到日常运行费用,投资偿还及其利息,与渗滤液直接排至市政管网相比,每年可节约750英镑。
英国水研究中心(Water Research Center)对东南部New Park Landfill的CODCr> 15000mg/L的渗滤液也做了曝气稳定塘的中试,当负荷为0.28~0.32kgCOD/(kgMLSS·d)或者说为0.04~0.64kgCOD/(kgMLSS·d),泥龄为10d时,COD和BOD5去除率分别为98%和91%以上。在运行过程中也需要投加磷酸。
2.1.3 生物膜法
与活性污泥法相比,生物膜法具有抗水量、水质冲击负荷的优点,而且生物膜上能生长世代时间较长的微生物,如硝化菌之类。加拿大British Columbia大学的C.Peddie和J.Atwater用直径0.9m的生物转盘处理CODCr<1 000mg/L,NH3-N<50m g/L的弱性渗滤液,其出水BOD5<25mg/L,当温度回升,微生物的硝化能力随即恢复。但是应当指出,这种渗滤液的性质与城市污水相近,对于较强的渗滤液此方法是否适用还待研究。
2.2 厌氧生物处理
厌氧生物处理的有目的运用已有近百年的历史。但直到近20年来,随着微生物学、生物化学等学科发展和工程实践的积累,不断开发出新的厌氧处理工艺,克服了传统工艺的水力停留时间长,有机负荷低等特点,使它在理论和实践上有了很大进步,在处理高浓度(BOD5 ≥2000mg/L)有机废水方面取得了良好效果。
厌氧生物处理有许多优点,最主要的是能耗少,操作简单,因此投资及运行费用低廉,而且由于产生的剩余污泥量少,所需的营养物质也少,如其BOD5/P只需为4000∶1,虽然渗滤液中P的含量通常少于1mg/L,但仍能满足微生物对P的要求。用普通的厌氧硝化,35℃ 、负荷为1kgCOD/(m3·d),停留时间10d,渗滤液中COD去除率可达90%。
近年来,开发的厌氧生物处理方法有:厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧硝化等。
2.2.1 厌氧生物滤池
厌氧滤池适于处理溶解性有机物,加拿大Halifax Highway101填埋场渗滤液平均COD为12850mg/L、BOD5/COD为0.7,pH为5.6。将此渗滤液先经石灰水调节至pH=7.8,沉淀1h后进厌氧滤池(此工序还起到去除Zn等重金属的作用),当负荷为4kgCOD/(m3·d)时,COD去除率可达92%以上;当负荷再增加时,其去除率急剧下降。
加拿大Toronto大学的J.G.Henry等也在室温条件下成功地用厌氧滤池分别处理年龄为1.5 年和8年的填埋场渗滤液,它们的COD各为14000mg/L和4000mg/L,BOD5/COD各为0.7和0.5,当负荷为1.26~1.45kgCOD/(m3·d),水力停留时间为24~96h时,COD去除率均可达90%以上。当负荷再增加,其去除率也急剧下降。由此可见,虽然厌氧滤池处理高浓度有机污水时负荷可达5~20kgCOD/(m3·d),但对于渗滤液其负荷必须保持较低水平才能得到理想的处理效果。
2.2.2 上向流式厌氧污泥床
英国的水研究中心报道用上向流式厌氧污泥床(UASB)处理COD>10000mg/L的渗滤液,当负荷为3.6~19.7kgCOD/(m3·d),平均泥龄为1.0~4.3d,温度为30℃时COD和BOD5的去除率各为82%和85%,它们的负荷比厌氧滤池要大得多。
在厌氧分解时,有机氮转为氨氮,且存在NH4+NH3+H+反应。若pH>7时,平衡中的NH3占优势,可用吹脱法去除。但厌氧分解时pH近似等于7,因此出水中可能含有较多的NH4+,将会消耗接纳水体的溶解氧。
2.3 厌氧与好氧的结合方式
虽然实践已经证明厌氧生物法对高浓度有机废水处理的有效性,但单独采用厌氧法处理渗滤液也很少见。对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧好氧处理工艺既经济合理,处理效率又高。COD和BOD的去除率分别达86.8%和97.2%。
2.3.1 厌氧好氧生物氧化工艺(厌氧硝化和生物氧化塘)
西南师大生物系对pH为8.0~8.6,COD为16124mg/L,BOD5为214~406mg/L、NH3- N为475mg/L的渗滤液采用厌氧好氧生物化学法处理,取得出水pH为7.1~7.9,COD为170.33~314.8mg/L,BOD5为91.4mg/L、NH3-N为29.1mg/L的良好效果。
2.3.2 厌氧氧化沟兼性塘工艺
下面结合广州市李坑垃圾填埋场作以下说明及分析。李坑垃圾填埋场污水处理厂按流量300m3/d设计,进水BOD5为2500mg/L、CODCr为4000mg/L、NH3-N 为1000mg/L、SS为600mg/L、色度为1000倍;出水BOD5为30mg/L、CODCr为80mg/L 、NH3-N为10mg/L、SS为70mg/L、色度为40倍。选用工艺流程为:厌氧氧化沟兼性塘絮凝沉淀。当进水水质较好,兼性塘出水达标时,即可直接将兼性塘水向外排放;而当进水水质较差,兼性塘出水达不到排放标准时,则启用混凝沉淀系统,再排放沉淀池上清液。
从目前该套工艺的运行情况来看,当进水的COD较高时,出水水质良好;一旦COD 降低,特别是冬季低温少雨,COD降低到不利于生化处理时,出水各水质成分均偏高难以达标,出水呈棕褐色,尽管启用絮凝沉淀系统,效果仍不理想。由此可见,对于渗滤液的色度和NH3-N的有效去除,对生化处理将产生有利影响。
2.3.3 厌氧气浮好氧工艺
大田山垃圾卫生填埋场渗滤液处理采用的是此工艺。根据广州市环境卫生研究所对类似垃圾填埋场渗滤液检测资料及模拟试验,结合本场实际情况定出渗滤液污水处理设计参数。进水水质CODCr为8000mg/L、BOD5为5000mg/L、SS为700mg/L、pH值为7.5 ;出水水质CODCr为100mg/L、BOD5为60mg/L、SS为500mg/L、pH值为6.5~7.5。针对该场远离市区的特点,为便于管理和节省能耗,经比较后选用厌氧和好氧联合处理工艺。厌氧段为上向流式厌氧污泥床反应器,好氧段为生物接触氧化法,加化学混凝沉淀和生物氧化塘,净化处理达标后排放。剩余污泥经浓缩后送回填埋场处理。
考虑到渗滤液水质变幅较大的特点,在厌氧段后加入气浮工艺,提高处理能力以应付进水水质偏高的情况。目前深圳下坪垃圾填埋场设计采用厌氧气浮好氧工艺处理渗滤液。
2.3.4 UASB氧化沟稳定塘
福州市于1995年建成全国最大的现代化的城市垃圾综合处理场--福州市红庙岭垃圾卫生填埋场。处理垃圾渗滤液水量为1000m3/d;垃圾渗滤液水质(入口)为CODCr为 8000mg/L、BOD5为5500mg/L;处理水质要求(出口)为CODCr去除率95%、 BOD5去除率97%。
设计采用上向流式厌氧污泥床奥贝尔氧化沟稳定塘工艺流程。垃圾填埋场的垃圾渗滤液集中到贮存库,依靠库址的较高地形,自流到集水池、格栅,经巴式计量槽计量后,靠势能流至配水池,再依靠静水头压至上向流式厌氧污泥床。经厌氧处理后的污水流至一沉池进行固液分离,上清液自流到奥贝尔氧化沟,沉淀污泥靠重力排至污泥池,污泥定期用罐车送到垃圾填埋场或堆肥利用。
污水在奥贝尔氧化沟进行好氧生化处理,奥贝尔氧化沟采用三沟式A/O工艺,具有先进的污水脱氮处理效果。该工艺突出的优点是在第一沟中既能对氨氮进行硝化,又能以BOD为碳源对硝酸盐进行反硝化,总氮去除率可达80%,由于利用了污水中BOD作碳源,导致污水中的 BOD5被去除,减少了污水中的需氧量。为了提高氧化沟脱氮效果,把第三沟的出水用潜水泵再抽至第一沟进行内回流,在第一沟中进行反硝化。
经氧化沟处理的污水流入二沉池进行固液分离,澄清水自流至稳定塘进行生物处理。二沉池的剩余污泥靠重力排至浓缩池。浓缩池中的上清液回流至氧化沟处理,其浓缩后的污泥用潜水泵抽至罐车输送到垃圾填埋场填埋,或进行堆肥处理。
2.4 土地处理
土地处理法亦即土壤灌溉法,是人类最早采用的污水处理法,但是土地处理系统的应用多见于城市污水处理。对于渗滤液的处理方法,将渗滤液收集起来,通过喷灌使之回流到填埋场。循环填埋场的渗滤液由于增加垃圾湿度,从而提高了生物活性,加速甲烷生产和废物分解。其次由于喷灌中的蒸发作用,使渗滤液体积减小,有利于废水处理系统的运转,且可节约能源费用。北英格兰的Seamer Carr垃圾填埋场,有一部分采用渗滤液再循环,20个月后再循环区渗滤液的COD值降低较多,金属浓度有较大幅度下降,而NH3 -N、Cl-浓度变化较小。说明金属浓度的下降不仅是由于稀释作用引起的,也可能是垃圾中无机成分对其吸附造成的。
由于再循环渗滤液具有诸多优点,所以设计填埋场时顶部不要全部封闭,而应设立规则性排列的沟道以免对周围水源的污染。低浓度渗滤液不能直接排放,因NH3-N、Cl-浓度仍较高,温度较低季节,蒸发少,生物活性弱,再循环渗滤液的效果有待进一步研究。
2.5 硝化和反硝化
"老"的填埋场往往处于甲烷发酵阶段,其渗滤液中氨氮含量较高,通常为100~1000mg /L。去除氨氮主要有两种方法:一是硝化和反硝化;另一种是提高pH值至9以上,再用空气吹脱。Robinson和Maris将年龄为20年的填埋场渗滤液在温度为10℃,泥龄为60d的条件下曝气(实际上此与氧化塘运行条件相仿),可完全硝化。其它用生物转盘等好氧方法也都取得了成功,因此普遍认为渗滤液的硝化是不成问题的。
2.6 英Rochem's反渗透处理厂
在英国垃圾渗滤液处理厂使用Rochem's专利圆盘管反渗透系统对初级渗滤液进行处理。这种处理技术是由南亨伯赛德郡温特顿填埋场所设计和生产的Rochem's离析膜系统。
这个系统的心脏是Rochem's专利圆盘管。这个圆柱体的组成包括板片、八角型钢和一个圆管内的耐磨膜垫层,它能处理那些快速堵塞普通的反渗透膜系统的渗滤液。在膜的压力下渗滤液进入Rochem's处理系统进行曝气和pH校正。当含有污染物的渗滤液流经圆柱体内膜表面时,渗滤液中的污染物质由于反渗透作用而分离出来并经膜排出。整个系统清理的操作是自动化的,当需要对该系统进行化学清洗时,控制指示器就会显示出信息来,同时自动清洗系统就会用已经程式化的化学制剂对该系统进行内部清洗,使其恢复到最初的功能。因为渗滤液在封闭情况下,在膜的表面形成湍流,减少氧化,产生恶臭,所以到一定时间要进行内部清洗,但这种清洗的间隔时间较长,Rochem's 离析膜系统能够去除重金属、固体悬浮物、氨氮和有害的难降解的有机物,处理后的水满足严格的排放标准。
现在德国的Ihlenbery填埋场安装投入使用的Rochem's处理系统,其处理能力的污水量为50m3/h,水的回收率为90%。
3 处理工艺的分析比较
与好氧方法相比,厌氧生物处理具有以下优点。
(1)好氧方法需消耗能量(空气压缩机、转刷等),而厌氧处理却可产生能量(产生甲烷气) 。COD浓度越高,好氧方法耗能越多;厌氧方法产能越多,两者的差异就越明显。
(2)厌氧处理时有机物转化成污泥的比例(0.1kgMLSS/kgCODCr)远小于好氧处理的比例(0.5kgMLSS/kgCODCr),因此污泥处理和处置的费用大为降低。
(3)厌氧处理时污泥的生长量小,对无机营养元素的要求远低于好氧处理,因此适于处理磷含量比较低的垃圾渗滤液。
(4)根据报道,许多在好氧条件下难于处理的卤素有机物在厌氧时可以被生物降解。
(5)厌氧处理的有机负荷高,占地面积比较小。
但是,厌氧处理出水中的COD浓度和氨氮浓度仍比较高,溶解氧很低,不宜直接排放到河流或湖泊中,一般需要进行后续的好氧处理。另外,世界上大多数垃圾渗滤液多是偏酸性的 (pH值一般在5.5~7.0)。pH在7以下,产甲烷菌将会受到抑制甚至死亡,不利于厌氧处理,而好氧处理对pH的要求就没有这么严格。再者,厌氧处理的最适温度是35℃,低于这个温度时,处理效率迅速降低。比较而言,好氧处理对温度要求不高,在冬季时即使不控制水温,仍能达到较好的出水水质。
鉴于以上原因,目前对COD浓度在50 000mg/L以上的高浓度垃圾渗滤液建议采用厌氧方法 (后接好氧处理)进行处理,对COD浓度在5 000mg/L以下的垃圾渗滤液建议采用好氧生物处理法。对于COD在5 000~50 000mg/L之间的垃圾渗滤液,好氧或厌氧方法均可,选择工艺时主要考虑其它因素。
4 结论和建议
通过对上述几种处理方法及处理工艺的分析比较可得以下结论,并提出水质、水量等方面的建议和意见:
(1)垃圾渗滤液具有成分复杂,水质水量变化巨大,有机物和氨氮浓度高,微生物营养元素比例失调等特点,因此在选择垃圾渗滤液生物处理工艺时,必须详细测定垃圾渗滤液的各种成分,分析其特点,以便采取相应的对策。还应通过小试和中试,取得可靠优化的工艺参数,以获得理想的处理效果。
(2)多种方法应用于渗滤液的处理是可行的。在有条件的地方修筑生物塘,同时采用水生植物系统处理渗滤液,不仅投资省,而且运行费用低。土地处理也受到人们的重视,但在渗滤液的处理中选用尚少。生物膜法和活性污泥法有成熟的运行管理经验,近年来结合采用厌氧好氧工艺生物处理渗滤液较多。但修建专用的渗滤液处理厂投资大,运行管理费用高,而且随着填埋场的关闭,最终使水处理设施报废,故应慎重选用。
(3)我国目前真正能满足卫生填埋标准的填埋场并不多,许多填埋场因为投资所限无法按设计要求建造能达到环境保护要求的渗滤液收集系统。因此,宜发展投资省,效果好的渗滤液处理技术。垃圾填埋场渗滤液向填埋场回灌,利用土地吸附,土壤生物降解及垃圾填埋层的厌氧滤床作用使渗滤液降解,具有投资省、效果好,无需专门处理设施投资等特点。而且渗滤液的回灌可使垃圾保持湿润,加速填埋场的稳定。回灌法目前采用较少,可作深入研究,以明确回灌法的使用条件,处理效率及回灌处理的工程设计参数。
1引言
随着经济的不断发展,生产规模的不断扩大,人来需求的不断提高,随之而来的固体废物产生量也不断增加。目前,工业发达国家的工业固体废物每年平均以2%—4%的增长率增加,同样的,生活垃圾的产生量也在不断增长。目前,我国城市生活垃圾的年增长率平均为10%。
近来,城市垃圾的处理方法主要有焚烧、堆肥和填埋等。其中垃圾卫生填埋法由于成本低、技术相对简单、处理迅速,是目前国内外应用最为广泛的垃圾处置方式。填埋法处理城市生活垃圾会产生大量的污染物浓度高、持续时间长、流量极不均匀且水质变化大的渗滤液,这些渗滤液不加处理则会对周围环境水体产生严重的二次污染。城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常迫切而棘手的问题。
2渗滤液的污染特性
2.1营养元素比例失衡
相对于生物处理,渗滤液C∶N∶P的比例不合适。
2.2渗滤液水质的易变性
(1)渗滤液水质随水量变化而变化;
(2)渗滤液水质在日、时尺度内变化较大;
(3)渗滤液水质随填埋阶段改变而改变。填埋初期,渗滤液呈黑色,可生化性较好,易于处理,而随着填埋时间的延长,渗滤液逐渐呈褐色,可生化性变差,且C∶N∶P比例失调更加严重。
2.3金属离子含量不高
渗滤液中含有多种金属离子,其浓度与所填埋垃圾的类型、组分和时间等密切相关。不同类型填埋场渗滤液种所含的金属含量并不相同,但大都不超过排放标准。
2.4微生物含量及病毒
填埋场作为“生物反应器”,其出水中含有大量的微生物种群,其中微生物主要是杆菌、大肠杆菌、大肠链球菌等,并且随填埋时间和渗滤液中的化学成分不同而发生较大变化。虽然很多市政垃圾填埋场中含有粪便,但在渗滤液中很少能发现肠道病菌。
2.5渗滤液的生物毒性
渗滤液的毒性与其所含的有机污染物含量有关。Assmuth对芬兰的3个填埋场的研究标明,渗滤液的致死性与渗滤液中所含的离子,特别是Cl-、NH3-N和轻金属含量有一定的关联性,同时发现其致死性还与反映硬度的指标(Ca2+、Mg2+等)有关。在酸性条件下,渗滤液中的金属和S对鱼的毒害作用更强,所含的悬浮物也将增加毒性,但温度的升高对毒性影响不大。垃圾渗滤液对大麦的毒性作用与渗滤液中CODCr含量有直接的关系。
3当前垃圾渗滤液处理工艺现状及问题
当前,垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化等多种;生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的结合。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等;厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器及厌氧稳定塘。垃圾渗滤液处理的投资、运行成本远远高于一般城市污水和工业废水,由于在垃圾体已经经历了厌氧过程,其生化性相对较差,生物处理的停留时间较长,导致设施设备的投资较大,同时垃圾渗滤液处理量一般相对较小,导致折旧、维修费较高。
各种处理垃圾渗滤液的工艺所存在的问题可归纳为如下方面:技术上可行的工艺在经济性上均较差,如膜处理,投资和运行费用均很高,且还有原液体积1/5—1/4的浓缩液需进一步处理;活性炭吸附和化学氧化,运行成本基本无法承受;经济性好的工艺在处理效果上无法达标,如生物处理,投资和运行费用均较低,但通常情况下处理出水无法达标。
4垃圾渗滤液新工艺简介
4.1电化学处理法
电化学处理法作为一种“环境友好”技术已广泛用于垃圾渗滤液的处理。利用金属腐蚀原理,以Fe、C形成原电池对废水进行处理。废铁屑是铁和炭的合金,由纯铁和Fe3C及一些杂质组成,当铁屑加入废水中则形成成千上万个细小的微电池,由于渗滤液内存在着稳定的胶体,当这些胶体处于电场中将产生电泳作用而被富集,从而沉降出来。在开展这方面研究的过程中,许多学者已对电流密度、pH值、不同电解质、氯离子浓度等因素对处理效果的影响进行了探讨,取得了较大的成果。
4.2Fenton试剂法
目前垃圾渗滤液的处理方法中生化法应用最为广泛,但由于其含有高度难降解有机物,不利于活性污泥法的运行。Fenton氧化法可以解决这一问题,它可使带有苯环、羟基、-COOH-S03-H、-NO2等取代基的有机化合物氧化分解,从而提高废水的可生化性,降低废水的毒性,改变其溶解性、混凝沉淀性,有利于后续的生化或混凝处理。
4.3高压脉冲放电技术
高压脉冲放电技术利用高功率脉冲电源对放电电极间的液体介质进行高电压、大电流的脉冲放电,本质是把较大的能量在空间和时间上进行压缩,使水介质在极短的时间内集聚极高的能量密度,形成等离子体通道,产生高温、高压、高密度活性粒子、强烈紫外光和超声波,实现对高浓度有机污染物的活性粒子氧化、光化学氧化、空化降解和超临界水氧化降解。该技术是一种降解能力高、无二次污染、适用范围广的有机污染物处理技术。
4.4蒸发处理
蒸发法主要在废水尤其是放射性废水的处理领域有较广泛的应用。它是利用外加能量蒸发废水中的水份,使其体积大大缩小。国内外关于渗滤液蒸发技术公开发表的文献很少。与传统处理工艺相比,渗滤液蒸发工艺对渗滤液的性质变化适应性强,包括BOD、COD、悬浮固体,溶解固体及进料温度等的变化。一般来说,渗滤液蒸发系统只对pH值较敏感,目前开发的蒸发器主要有热交换器式、浸没燃烧式和喷淋式三类。
5结语
显然,应进一步摸索各种技术可行、经济性又较佳的渗滤液处理新颖工艺,且主要应体现以下特点:降低运行费用;满足更严格的排放标准要求;适应渗滤液水质随时间的变化;去除难于处理的污染物,如总溶解性残渣;减少因渗滤液回灌或填埋场生物反应器运行方式而引起氨氮浓度的积累。
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