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0 引言
目前,我国城市生活垃圾主要处置方法是卫生填埋和焚烧,卫生填埋方式在我市使用更加广泛,在填埋阶段以及填埋场封场后期会产生大量垃圾渗滤液,渗滤液易于渗透进入未经防渗处理的岩土层和表土层,它是一种黑臭的高浓度有机废水,含有大量的悬浮物(SS)、化学需要量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮、大肠杆菌及铬、镉、汞、铅重金属等多种污染物,如不作处理,在几十年甚至上百年对附近公众健康和周围环境仍然产生危害。
1 渗滤液的变化过程及危害
1.1 垃圾渗滤液的产生
垃圾渗滤液主要来自以下三个方面:(1)大气降雨进入填埋场的雨水;(2)垃圾自身含水;(3)微生物对生活垃圾的厌氧分解而产生的水。
1.2 渗滤液的变化过程
同一个填埋场随着时间的变化滤液有很大不同,可以用五个阶段来概括:
(1)调整期。尚有氧气存在的条件下,由于厌氧和兼氧微生物生长缓慢,渗滤液相对较少,主要源于雨水的冲刷。
(2)过渡期。本阶段水分达到饱和容量,渗滤液中的微生物逐渐在选择压下富集出厌氧和兼氧微生物,在缺氧厌氧条件下电子受体自O2转变为NO3-及SO42-,此阶段尚无甲烷产生。
(3)酸形成期。水解酸化作用下,渗滤液中的有机质迅速转化分解为脂肪酸,含N、P的有机质经氨化和磷酸盐化转化为氨氮和磷酸盐,同时一些金属(Fe、Mn)会和有机质发生络合作用使滤液变成深褐色,此期间产生的滤液COD极高,BOD5/COD为0.4-0.6,可生化性好,滤液深颜色属于早期滤液。
(4)甲烷形成期。在第三阶段产生的没有流出填埋场的有机酸在甲烷菌等微生物作用下转化为CO2和CH4甚至一些H2。该阶段由于重碳酸盐缓冲系统维持在6-8,BOD5/COD为0.1-0.01,其可生化性降低,滤液进入晚期。
(5)成熟期。可生化性极差,细菌的生物稳定作用趋于停止,不再产生气体,不可生物降解的腐殖质与重金属离子发生络合形成深色的混合液体,该阶段滤液中氧气和氯化物增加。
1.3 渗滤液的危害
垃圾渗滤液作为一种高浓度、多组分、多变化的污水,其性质主要取决于垃圾成分、垃圾的粒径、现场气候和填埋时间等因素。一个渗滤液没有得到有效处理的垃圾处理厂,就是一个更大的再生污染源,其污染可长达数十年甚至上百年。
(1)水质复杂,含有致癌物1种,促癌物、辅致癌物4种,致突变物1种,被列入我国环境优先污染物“黑名单”的有6种。
(2)含有多种有机物,成分复杂,难降解,难处理。
(3)含有多种重金属,特别是其中的有毒金属。隔离措施不当则会渗入到地下,影响地下水,对周围的居民和植物生存有很大的影响。
(4)味道十分难闻,会产生沼气,影响大气环境。
2 渗滤液处理方法及工艺
2.1 渗滤液处理方法
垃圾填埋场渗滤液的处理技术既有与常规废水处理技术的共性,也有其极为显著的特殊性。渗滤液的处理一般有如下几种形式:
(1)直接排入或运输至城市污水处理厂进行合并处理。
(2)渗滤液循环回喷填埋场。
(3)经必要的预处理后汇入城市污水处理厂合并处理。
(4)在填埋场建设污水处理站(厂)进行现场处理。
这些处理方案需在充分的技术经济比较和处理可行性研究的基础上合理而慎重地选用。
2.2 渗滤液处理工艺
目前国内外渗滤液的处理工艺有生物处理、物化处理、土地处理等多种。一般情况下必须将两种以上处理技术合理组合,才能使处理后渗滤液达标排放。表1是国内常用垃圾渗滤液处理工艺的比较。
表1 部分垃圾渗滤液(污水)处理工艺比较
注:“(1)”生物法;“(2)”膜法.
由表1可看出,单独采用厌氧或好氧工艺均不能把垃圾渗滤液处理达标,而国内多家填埋场的实际经验证明,即使采用厌氧―好氧结合的工艺也很难使渗滤液处理出水达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》。因而,在经济条件允许的情况下,垃圾渗滤液的处理应首先选择膜法工艺。膜法工艺虽然一次性建设投资高于生物法,但运行费用若以处理单位质量COD计,则与城市污水处理厂基本持平,经济上是合理的,而且出水水质稳定可靠,受水质波动影响较少,管理方便。除了表1中列出的工艺外,还有如上提及的土地处理(主要指人工湿地处理系统)、循环回灌等其他处理工艺。土地处理由于存在恶臭、潜在的重金属二次污染等问题,应用较少。其次,一些单位开发的微波、磁化、高级氧化等技术尚处于实验研究阶段。
2.3 建议
根据上述对垃圾渗滤液水质和处理方案、工艺的介绍、分析,提出如下建议:
(1)由于垃圾渗滤液的特殊性质,无论采用哪种处理方案都存在一定的问题。在目前采用较多的现场处理的各工艺中也存在各种问题,所以除对处理方案进行研究外,还应当考虑如何减少渗滤液的产生量,宜发展可减少渗滤液产生量的填埋技术。
(2)从各工艺的比较可以看出,膜法处理可取得比较好的效果,在经济条件允许的情况下应首先考虑使用。
(3)在条件允许的情况下,可将填埋场早期生化性比较好的渗滤液运输至附近城市污水处理厂进行合并处理,后期可生化性差的渗滤液采用膜法处理以降低总处理费用。
3 结语
垃圾渗滤液的处理是垃圾填埋场防治二次污染的关键问题。当前正在运行的垃圾填埋场以及服务期满封场的垃圾填埋场渗滤液的处理,应根据具体情况,确定设立防治措置,确保处理后水质达标的基础上优先选用投资运行费用较低的处理技术,以达到环境效益和经济效益的统一。
【参考文献】
[1]宋建华.垃圾渗涟液及其处理技术[J].农业与技术,2007,27(4):134-137.
Abstract:According to the principle of different treatment process, respectively, biochemical and introduced physico-chemical treatment technique, membrane processing technology, land treatment technologies and evaporation process such as processing technology research and application of progress, at the same time, according to our country the landfill leachate generation principle and disposal of the present situation, discussed leachate treatment technology in our country the development trend.
关键词:填埋场渗滤液;反渗透;浸没燃烧;蒸发。
中图分类号:R124.3 文献标识码:A 文章编号:
0引言
填理场渗滤液是世界上公认的污染威胁大、性质复杂、难于处理的高浓度有机废水,从填埋场的运行到封场后管理,都需要对渗滤液的产生进行有效控制,对排出的渗滤液进行妥善处理。目前,在国内外填埋场得到应用的各种渗滤液处理工艺在处理能力、处理效果和适用范围等方面各有其优缺点。笔者对目前应用的各种渗滤液处理技术进行了简单的归纳总结,并根据我国填埋场渗滤液的产生特点和处理处置现状,对我国渗滤液处理工艺的发展趋势做了简单的探讨,以供各位有兴趣的专家或读者参考。
1 渗滤液水质特点
影响渗滤液水质的主要因素有垃圾成分、填埋时间和填埋工艺等。渗滤液不仅有机物浓度高,而且NH・N浓度也很高,重金属离子和有毒有机物可能对微生物产生毒性抑制作用。渗滤液的水质随填埋场的填埋时间和稳定程度而不断变化,从而给渗滤液的处理带来额外的困难。我国城市生活垃圾中厨余类所占比例较大,有机物含量较高,导致渗滤液COD、BOD浓度较高。针对渗滤液污染物浓度高、水质多变的特点,渗滤液处理方案、方法及工艺的研究受到普遍的重视,并取得了一定的进展。目前,国内外填埋场应用的渗滤液处理技术主要有:生物处理技术、物化处理技术、膜处理技术、土地处理技术、蒸发处理技术及上述技术的各种组合形式等。
2 生物处理和物化处理技术
2.1 生物处理技术
生物处理可大致分为厌氧生物处理和好氧生物处理两种技术。在厌氧生物处理装置中,渗滤液中的复杂有机分子被产生的甲烷细菌转化成甲烷和二氧化碳,产生极少量的需要处理的污泥,同时还具有低能耗、低运行费和所需营养物少等优点 。厌氧生物处理的出水类似于填埋场长时间运行后自然产生的渗滤液,它的BOD:COD 0.5的早期渗滤液,含有大量易于生物降解的脂肪酸,好氧系统是非常有效的。
微生物在氧气存在的条件下作用于有机物质,为保持好氧阶段生物活性,特别是处理含有高浓度有机物的早期渗滤液时,提供大量的氧气是非常必要的,当渗滤液有机负荷随时间变化时,系统可通过改变氧气供应来调整。好氧生物处理方法包括活性污泥法、生物转盘、滴滤池和氧化塘等。早期渗滤液在生物降解之后,仍含有许多污染物质(重金属以及难降解的有机物和卤代物等),必须经过物化处理才可能使出水达到排放要求。此外,填埋场稳定后,易生物降解的有机物质在渗滤液中的比例下降,渗滤液生物处理工艺的有效性随填埋垃圾的稳定而降低,需对渗滤液进行深度处理。无论是好氧处理还是厌氧处理,为减少冲击负荷及有毒有害物质的影响,保证处理工艺的效果,进行物化预处理和深度处理是必要的。
2.2 物化处理技术
物化处理的主要目的是去除渗滤液中的有毒有害重金属离子及NH-N,虽然物化处理不能完全代替生物处理,但某些方法,如:混凝沉淀、吸附、吹脱和氧化等,则可作为预处理或深度处理而为渗滤液的达标排放和生物处理系统有效运行创造良好的条件。但物化处理技术针对性太强,处理效果单一,需要复杂的工艺才能对渗滤液进行全面处理。
2.3 研究进展
目前世界上填埋场渗滤液的处理方法中生物法与物化法联合工艺运用最广泛,但渗滤液中高浓度的NH-N不利于生物降解的进行,限制了生物处理技术的发展。因此,近几年的研究多集中于脱氮方面。
国内填埋场多采用活性污泥法处理渗滤液,配以混凝沉淀、气浮及吹脱等工艺作为预处理和深度处理。由于生物处理工艺与物化处理工艺不能适应渗滤液随时间和空间多变的特点,抗冲击负荷能力弱,在实际工程应用中有被新型技术所取代的趋势。
3 膜处理技术
自从1960年醋酸纤维素不对称膜问世以来。膜分离技术得到了迅速的发展。目前,在废水处理领域也得到了广泛应用。膜处理包括反渗透、纳滤、超滤和微滤等分离技术。处理率均达98% 以上,但最终出水还需进行耗氧处理才能达标排放。反渗透由于工艺简单、占地面积小和处理效果好而得到广泛应用,目前,国内一些大型垃圾填埋场已经开始应用或筹划应用,如北京市的安定填埋场与北神树填埋场等。但反渗透工艺的关键处理单元― ― 膜的成本很高,且易损耗。为了防止膜表面污染、结垢及受机械化学损伤,必须对渗滤液进行一定的预处理,以使膜有良好的性能和足够长的使用寿命。此外,渗滤液经过反渗透处理后遗留的浓缩液污染物浓度非常高,必须进行安全处置,有回灌、蒸发和固化后填埋等方法。
4 土地处理技术
关键词:垃圾渗滤液;废水处理;垃圾填埋场
Abstract: Landfill leach ate landfill has the characteristics of high COD concentration, high ammonia concentration, low BOD5 concentration, through to the Guangxi province Nanning MSW landfill leach ate treatment project of the station, according to the characteristics of landfill leach ate and treatment degree requirements, garbage infiltration of choice of treatment process of leach ate.
Keywords: Landfill leach ate;wastewater treatment; landfill
中图分类号:X703
前言
圾渗滤液水质浓度高,变化幅度大,其水质的变化情况与填埋场垃圾成份、垃圾处理规模、降雨量、温度、地形地质情况、填埋年限、垃圾降解状况等多因素密切相关。如不及时对其进行收集、处理,将造成对地下水、地表水及垃圾填埋场周围环境的污染和影响,尤其是它对地下水源和土壤的污染更为严重。根据我国垃圾处理"无害化、减量化、资源化"的原则,防止填埋过程中造成二次污染,必须对垃圾渗滤液进行处理,要求渗滤液处理后排放的水质达到国家《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-1997)的相关要求。
1.工程背景
广西省南宁某生活垃圾填埋场渗滤液处理规模为出水150m3/d。最终出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)的排放标准。本工程采用的工艺为絮凝+氨吹脱+厌氧+好氧+膜处理,设计范围主要为垃圾渗滤液处理站范围内的水质分析,工艺单元设计。
其中进出水水质如下:
表1生活垃圾渗滤液设计进站水质
2.水质分析
垃圾渗滤液的特性如下:
(1)有机污染物种类繁多,水质复杂。垃圾渗滤液中含有大量的有机物,含量较多的有机烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等。
(2)污染物浓度高和变化范围大。垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无法比拟的,其中的BOD5和COD浓度最高可达每升几万亳克,主要是在酸性发酵阶段产生,pH达到或略低于7,此时BOD5和COD比值为0.5~0.6。一般而言,COD、BOD5、BOD5/COD随填埋场的“年龄”增长而降低,碱度则升高。
(3)水质水量变化大。垃圾渗滤液水质水量变化大,主要体现在以下方面:产生量随季节变化大,雨季明显大于旱季;污染物组成及其浓度也随季节变化;污染物组成及其浓度随填埋时间变化。
(4)金属含量高。垃圾渗滤液中含有10多种金属离子,由于国内垃圾不像国外某些城市那样经过严格的分类和筛选,所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度与国外某些城市垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异。
(5)氨氮含量高。城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废水,其中高NH3-N浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一。
(6)营养元素比例失调。对于生化处理,污水中适宜的营养元素比例是BOD5:N:P=100:5:1,而一般的垃圾渗滤液中的BOD5/P都大于300,与微生物生长所需的磷元素相差较大。
3.处理工艺选择
垃圾渗滤液处理的工艺组合有多种选择,目前国内外垃圾渗滤液的主要工艺路线有以下三种:(1)生化处理工艺为主,结合一定深度处理技术,这是最广泛采用的处理工艺组合。生化处理工艺中,各种厌/好氧和兼氧生化工艺组合可去除绝大多数有机物和氨氮,但由于渗滤液中污染物浓度高以及生化工艺对难降解有机物去除的局限性,生化处理渗滤液不能直接处理达标,必须结合相应的深度处理工艺才能满足较高的排放要求。根据现行垃圾渗滤液处理排放标准,较可靠的深度处理工艺以膜处理工艺为主。可供比选的膜系统有纳滤膜和反渗透膜。根据应用研究和类似工程经验,只有反渗透膜处理能满足新标准中对污水中所有种类污染物的去除要求因此,工艺方案采用了成熟的,具有稳定的物理截留去除能力的膜处理单元,以确保对污染物的去除效果。
4.工艺流程设计
通过以上对垃圾渗滤液的各污染物分析及其水质水量的影响,特采用以下工艺:废水原水调节池氨氮吹脱装置UASB高效厌氧沉淀池曝气池絮凝反应滤膜池次氯酸钠消毒处理达标排放本污水处理系统充分考虑了垃圾渗滤液的各污染物的成分及其水质水量受当地气候和垃圾填埋场“年龄”的影响,此系统抗冲击负荷强,保证被治理废水达标排放,资源的再次利用,污泥量小、无臭味、低能耗、基建成本及运行费用低等优点。
工艺流程如下:
图1工艺流程图
5流程说明
5.1调节池
由于垃圾渗滤液的水量受季节变化明显,枯水期水量少,而丰水期水量大且渗滤液的水质情况受垃圾填埋场的“年龄”影响,因此,为使后续处理设施正常,在此设置调节池,并在调节池内设置曝气机进行曝气,以使水质水量得到调节、均匀、水量相对稳定。
5.2混凝沉淀池
调节池出水进入混凝沉淀池,进行絮凝反应,进一步去除水中的细小悬浮物、胶体微粒、有机物、重金属物质,以及水中的色度,并且还具有去除水中的微生物、病原菌、病毒和除磷作用。所需药剂根据水中SS含量及水质特性而定,可选用三氯化铁[FeCl3]、硫酸铁[Fe¬2(SO4)3]、聚丙烯酰胺[PAM]、聚合氯化铝[PAC]。根据实验确定,该垃圾渗滤液采用三氯化铁[FeCl3]、聚合氯化铝[PAC]效果显著。
5.3氨氮吹脱装置
该装置是在碱性条件下,利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离的一种方法。该装置对去除垃圾渗滤液中的氨氮有极好的效果。经过该装置处理后,出水中的氨氮可降低50%以上。
5.4 UASB高效厌氧池
经脱氨氮装置进行脱氨氮处理后,出水进入UASB高效厌氧池,在厌氧工况下,发生酸化和腐化反应,使污水中大分子物质降解为小分子物质,难降解物质转化为易降解的物质,同时产生甲烷和二氧化碳。
由于废水在厌氧池进行厌氧反应后产生沼气,若进行处理后回收利用,则投资大,收效甚微,在此,我公司建议对厌氧池产生的沼气进行自行燃放处理,从而节省成本且避免二次污染。
5.5沉淀池
UASB厌氧池出水中含有厌氧污泥需经沉淀池进行沉淀去除, 以保证后续水泵和管道免受堵塞,并缓解后续好氧生物接触氧化反应负荷。沉淀池为自由沉淀,污泥部分回流至UASB厌氧反应池,部分定期由污泥泵提升至污泥浓缩池。该沉淀池具有处理水量大小不限,沉淀效果好;对水量和温度变化的适应能力强;平面布置紧凑,施工方便,造价低等优点。
5.6 曝气池
从厌氧处理到好氧处理,是两种完全不同的生物菌种反应。曝气池的功能主要是去除废水水中大部分有机物,曝气池中填料采用新型的立体弹性填料,其具有使用寿命长、不堵塞、充氧性能好、耗电小、启动挂膜快、脱膜易、耐高负荷冲击、耐酸耐压,处理效果显著等优点。
5.7滤膜池
好氧出水进入滤膜池,滤膜池除能有效的吸附悬浮物、重金属离子,去除部分色度降低水中的BOD和COD。
5.8消毒池
滤膜池出水进入次氯酸钠氧化单元进行杀毒灭菌处理,以降低废水中的致病细菌如大肠杆菌等的残留量。并且加入次氯酸钠消毒剂还具有脱色和去除有机物的作用。
经以上工艺处理后的垃圾渗滤液的各项指标完全达标出水排放。
5.9污泥浓缩池
污泥浓缩池将收集各沉淀池的污泥,污泥浓缩池内的污泥将通过污泥泵抽回填埋场进行处理,上清液回到调节池中继续处理。
6.工程总结
采用絮凝+氨吹脱+厌氧+好氧+膜处理工艺处理垃圾渗滤液,效果良好,出水能达标排放,但渗滤液作为一种特殊高浓度难处理废水,主要原因是渗滤液中有机物、氨氮浓度极高,生化性能较差,营养物比例失衡,从而导致生物处置的停留时间较长,处理设施、设备投资大。而垃圾渗滤液处理量一般较小,导致折旧维修费用极高。本工程总造价925万元,其中设备部分约680万元,土建造价245万元/吨,运营成本4.2元/吨。
参考文献:
[ 1]董春松,樊耀波, 李刚, 等. 我国垃圾渗滤液的特点和处理技术探讨[ J]. 中国给水排水, 2006, 21(12): 27-31.
关键词:垃圾渗滤液;处理工艺;中水回用
收稿日期:20120405
作者简介:冯小杰(1972—),男,浙江嘉兴人,硕士,工程师,主要从事生活垃圾焚烧发电处理、餐厨垃圾处理、污泥干化焚烧处理等项目建设及经营工作。中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:16749944(2012)05017104
1引言
相对于卫生填埋法、堆肥法,生活垃圾焚烧处理技术在减量化、无害化、资源化等方面具有很大优势。近年来在人口高度密集、土地资源紧张、垃圾热值较高的大中型城市和沿海经济发达地区,生活垃圾焚烧处理技术具有较快的发展。
但由于生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液水质复杂多变,传统的处理工艺很难将其有效地处理。厌氧法比较适用于高浓度有机废水包括垃圾渗滤液的处理。废水厌氧处理技术因其产生可利用资源、产泥量少、对无机营养元素要求低、可生物降解卤素多环芳烃等难好氧降解有机物及占地面积小等而得到较快的发展,并出现以UASB、厌氧滤池(AF)、厌氧折流板反应器(ABR)等为代表的第二代厌氧反应器处理技术。Maris等人应用UASB在常温下(30℃左右)处理垃圾渗滤液,CODCr的去除率在85%以上{Maris,1985 #24}。UASB工艺在处理垃圾渗滤液中得到了广泛的应用。综合国内生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理项目的运行情况,厌氧和MBR组合工艺逐渐发展成为主流工艺。
本文以福建某垃圾焚烧发电厂渗滤液处理工程为例,介绍升流式厌氧污泥反应床(UASB)、膜生化反应器(MBR)和纳滤膜过滤工艺组合处理工艺在焚烧厂渗滤液处理中的应用情况。
2工程概述
2.1水质指标
污水经处理后,水质应达到城市污水管网纳管标准(《CJ343-2010 污水排入城镇下水道水质标准》)之后排入下水道,最终进入市政污水处理厂进一步处理必须达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。经污水厂处理后,必须达到《污水综合排放标准》的一级标准,工程设计进出水主要指标见表1。
表1工程设计进出水主要指标
水质指标CODCr/(mg/L)BOD5/(mg/L)NH+4-N/(mg/L)pH值SS渗滤液60 00030 0001 5006~94 000《污水排入城镇下水道水质标准》三级标准≤500≤300≤356~9≤400《污水综合排放标准》一级标准≤100≤30≤156~9≤70
2.2工艺流程
工程工艺流程见图1,主要工艺可分为以下5个部分:预处理系统、UASB厌氧反应器、膜生化反应器(反硝化、硝化、超滤系统)、深度处理系统(纳滤系统)、污泥处理系统。
针对垃圾渗滤液的有机负荷高的特点,厌氧工艺是一个较为合适的选择,其原因在于:厌氧工艺不需要曝气,从而节省能源;产生的污泥量低;进水水质水量可以通过调节池稳定。由于厌氧生物处理工艺具有节能、运行费低、能产生沼气等特点,所以一般认为针对高浓度有机废水处理较宜先采用厌氧工艺,然后再采用好氧工艺作进一步处理。
2.2.1预处理系统
来自垃圾储存坑的垃圾渗滤液收集后用泵抽至过滤池,过滤池内安装一套间隙为5mm的滤网,渗滤液经过滤后,大颗粒杂质及悬浮物被清除,再用泵经3mm过滤器、1mm过滤器抽进初沉池(设计渗滤液原水泵旁路直接进初沉池),较重的颗粒杂质进一步在初沉池沉淀,澄清后的渗滤液溢流到调节池。初沉池的初沉污泥用污泥泵抽到污泥处理间处理。
调节池的设计约7d(1 588m3)的停留时间,且在内部增设导流隔板,使污水在池内成迂回流动,调节池底部铺设填料增强预处理效果,有机污染物的去除率约为30%。同时考虑到池内气体需及时排除,调节池上设置排气孔,气体由引风机引至垃圾坑负压区。调节池内装设液位计。
2.2.2厌氧反应器(UASB)
厌氧进水泵进水和厌氧循环泵出水混合进入反应器底部,混合液以一定流速自下而上流动,厌氧过程产生的大量沼气也起到搅拌作用,使污水与污泥充分混合,有机质被吸附分解;所产沼气经由厌氧反应器上部三相分离器的集气室排出,含有悬浮污泥的污水进入三相分离器的沉降区,沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分,含有少量较轻污泥的污水从反应器上部排出。
图1渗滤液处理工艺流程简图
该厌氧反应器有一个很大的特点,就是能使反应器内的污泥颗粒化,且具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。这使反应器内的污泥浓度更高,泥龄更长,大大提高了COD容积负荷,实现了泥水之间的良好接触。由于采用了高COD负荷,所以沼气产量高,使污泥处于膨胀流化状态,强化了传质效果,达到了泥水充分接触的目的。
厌氧系统采用最新的多点布水管混合工艺技术,可有效避免管道堵塞现象的产生。为了保证冬季时厌氧系统的反应温度,设置一套采用蒸汽加热方式(混合加热器)的加热装置对污水进行加热,加热管线充分考虑耐温性能,加热器前加现场温度计,加热器后加远传测温点(信号送控制室)。
经厌氧反应器处理后的出水,进入MBR系统进行进一步的处理。厌氧产沼气由引风机(在管道加负压表,并设报警等安全措施)通过管道引到垃圾坑负压区。厌氧池设置多个取样点,方便取样分析。所有预埋件都做防腐处理。
2.2.3膜生化反应器(MBR)
近年来,膜生化反应器(MBR)技术在渗滤液处理方面得到成功应用,其中分体式膜生化反应器已成功应用于佛山、中山、郴州、太仓、上海等地的垃圾渗滤液处理。
MBR是生化反应器和膜分离相结合的高效废水处理系统,用膜分离(通常为超滤)替代了常规生化工艺的二沉池。与传统活性污泥法相比,MBR对有机物的去除率要高得多,因为在传统活性污泥法中,由于受二沉池对污泥沉降特性要求的影响,当生物处理达到一定程度时,要继续提高系统的去除效率很困难,往往延长很长的水力停留时间也只能少量提高总的去除效率,而在膜生化反应器中,由于分离效率大大提高,生化反应器内微生物浓度可从常规法的3~5g/L提高到15~30g/L,可以在比传统活性污泥法更短的水力停留时间内达到更好的去除效果,减小了生化反应器体积,提高了生化反应效率,出水无菌体和悬浮物,因此在提高系统处理能力和出水水质方面表现出很大的优势。错流式膜分离技术的开发,特别是膜材料和膜产品不断发展,以及近年来膜价格的大幅度下降,使膜分离技术在水和废水处理中的应用得到了迅速发展。本方案采用的MBR是一种分体式膜生化反应器,包括生化反应池和超滤UF两个单元。
(1)生化反应池。经厌氧反应器处理后的渗滤液与硝化池回流液混合后进入反硝化反应器,在液下搅拌器的作用下与反硝化污泥充分混合。硝化池回流液由于已通过高活性好氧微生物的硝化作用,使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐,在反硝化反应器缺氧环境中,在反硝化污泥的作用下还原成氮气排出,达到脱氮的目的。
反硝化池的出水直接进入硝化池,污水、空气、活性污泥充分混合与包容,并在反应池循环往复运动,通过高活性的好氧微生物作用,污水中含有碳、氮和磷等元素的有机物得到有效去除。
硝化池出水通过超滤进水泵进入超滤系统,在超滤循环泵的作用下,大部分活性污泥(超滤浓水)回流到反硝化反应器,进而又回到硝化反应器。剩余污泥(部分超滤浓水)排到污泥浓缩池。
(2)超滤。垃圾渗滤液经过硝化、反硝化反应后,由超滤装置进行过滤处理。超滤代替了常规生化工艺中的二沉池,使微生物被迅速、完全截留在生化反应器内,保持生化反应器的高生物浓度,有效控制泥龄,避免了污泥的流失,确保硝化效果,提高出水质量。
超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程,其分离机理是机械筛分原理,超滤膜具有选择性分离的特点。超滤过程如下:在压力作用下,料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料侧透过超滤膜到达低压侧,从而得到透过液;而尺寸比膜孔大的溶质分子被膜截留成为浓缩液。
2.2.4NF系统
为了使出水能保证达到一级排放标准,垃圾渗滤液经过MBR处理后,MBR的出水要经过纳滤进一步处理。
纳滤膜和反渗透膜均属于致密膜范畴,二者的分离机理也相同。但纳滤的截留界限仅为分子大小约为1nm的溶解组分,与反渗透相比,纳滤的最大优点是能将小分子盐随出水排出,避免盐富集带来的不利影响。如用来进一步处理经过超滤的水,可降低COD、重金属离子及多价非金属离子(如磷等),达到出水要求。渗透水量在85%~90%之间。操作压力为0.5~2.0MPa。
在膜生化反应器系统后加上纳滤系统,纳滤的作用是截留那些难生化的大分子有机物COD。经纳滤系统进一步深化处理,可以使纳滤出水COD降到400mg/L以下。
纳滤净化水回收率80%,同时产生20%的回流液(浓水),浓水可外运进一步处理。为了达到一级排放标准,处理方案增加二级纳滤装置,对二级纳滤浓水外运做进一步处理。清洗水和废酸碱液经收集后通过泵送至调节池进一步处理。
2.2.5污泥处理系统
渗滤液处理系统的污泥来自进水初沉污泥(在污泥泵前加装反冲洗装置)、厌氧池剩余污泥、生物处理剩余污泥三部分。为了发挥生物处理的剩余污泥的生物吸附作用和改善污泥的脱水性能,设计中把三部分污泥集中排到污泥浓缩池(在污泥泵前加装反冲洗装置),经过混凝沉淀和污泥浓缩,上清液溢流回调节池,浓缩污泥通过螺杆泵抽送到垃圾坑喷洒到新垃圾上面,经自然干燥后污泥随垃圾进入焚烧炉焚烧处置,或者经过离心机脱水后将干污泥运至焚烧炉焚烧(或外运填埋)。
2012年5月绿色科技第5期3运行效果
在整个处理流程中,各工艺出水CODCr、NH+4-N变化见图2。从图中可以看出,调节池、厌氧池对CODCr的去除作用最为明显,从原水33 400mg/L降低到5 328mg/L,去除率达84.0%,但NH+4-N稍微有所增加。而MBR工艺除对CODCr有作用外,对NH+4-N的去除作用尤为显著,从1677 mg/L降低到未能检出水平。NF工艺对CODCr持续具有去除作用,最后去除为53.1 mg/L,可达标排放。结果运行较为稳定,效果较好。
图2各工艺出水CODCr、NH+4-N变化(n=7)
图3给出了工艺2个月对CODCr的运行数据。生活垃圾渗滤液经过UASB-MBR处理后,尽管原水水质变化幅度较大,但 CODCr除去个别天数外,基本小于500 mg/L,对CODCr的去除率介于97.9%~98.8%之间,平均去除率为98.5%,可以达标排放。
图3UASBMBR 工艺对CODCr处理效果
图4给出了工艺2个月对NH+4-N去除的运行数据。生活垃圾渗滤液经过UASBMBR处理后,NH+4-N均小于30 mg/L,对NH+4-N的去除率介于989%~99.7%之间,平均去除率为99.3%,可以达标排放。
图4UASBMBR 工艺对NH+4-N处理效果
4结语
采用UASB工艺,能够有效地降低焚烧厂生活垃圾渗滤液的有机负荷,调节池、厌氧池对CODCr的去除作用最为明显;MBR工艺对NH+4-N作用尤为显著。
经过 UASBMBR工艺,CODCr基本小于500 mg/L,对CODCr平均去除率为98.5%;NH+4-N均小于30 mg/L,对NH+4-N平均去除率为99.3%,可以达标排放。
经过 UASBMBRNF工艺处理后,可达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的一级标准,可实现纳滤净化水回收。
参考文献:
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[3] Lin C Y,Chang F Y,Chang C H.Co-digestion of leachate with septage using a UASB reactor[J].Bioresource Technology,2000,73(2):175~178.
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[7] 袁江,夏明,黄兴,等.UASB 和 MBR 组合工艺处理生活垃圾焚烧发电厂渗滤液[J].工业安全与环保,2010,36(4):21~22.
第一章设计参数
1.1
设计规模
日处理垃圾渗滤液720m3,小时处理量30m3/h。
1.2设计原水水质
表1-1
单位:毫克/升(pH除外)
项目
CODcr
BOD5
PH
SS
NH3-N
浓度
4500
2000
8.3
10260
1800
1.3
设计出水水质
表1-2
单位:毫克/升(pH除外)
项目
CODcr
BOD5
pH
SS
NH3-N
限值
≤200
≤100
6~9
≤300
20
第二章
污水处理站设计原则
2.1
污水处理设计原则
(1)认真贯彻国家关于环境保护工作的方针和政策,使设计符合国家的有关法规、规范、标准。
(2)综合考虑废水水质、水量随季节性变化的特征,选用的工艺流程技术先进、稳妥可靠、经济合理、运转灵活、安全适用。
(3)污水处理站总平面布置力求紧凑,减少占地和投资。
(4)妥善处置污水处理过程中产生的污泥和其他栅渣、沉淀物,避免造成二次污染。
(5)污水处理过程中的自动控制,力求管理方便、安全可靠、经济实用,提高管理水平,降低劳动强度。
(6)污水处理设备,要求采用技术成熟、高效率低能耗、运行可靠的产品,部分关键设备可考虑从国外知名品牌。
(7)优化处理工艺,减少投加药剂量,节约运行成本。
(8)严格按照招标文件界定条件进行设计,适应项目实际情况要求。
(9)积极创造一个良好的生产和生活环境,把污水处理站设计成一个花园式的处理厂,绿化面积超过40%。
2.2
污泥处理设计原则
(1)根据污水处理工艺,按其产生的污泥量、污泥性质,结合自然环境及处置条件选用符合实际的污泥处理工艺。
(2)采用合适的脱水、浓缩方法,脱水后送填埋场填埋。
(3)妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、垃圾、沉砂和污泥,避免二次污染。
第三章
渗滤液处理工艺
3.1工艺流程
针对本工程垃圾渗滤液水质特点,经精心计算,优化设计,本初设方案选用的处理流程图(见下页)。
3.2工艺流程简述
垃圾填埋区产生的垃圾渗滤液经专用的收集管道汇入调节池,调节池前设细格栅,对渗滤液中的部分颗粒物质进行过滤,渗滤液在调节池中得到均质均量。从调节池中流出的污水经提升泵提升至混凝沉淀池,在混凝沉淀池加混凝剂和絮凝剂,使SS得到大量的去除。混凝沉淀池出水进入氨氮吹脱池,将pH调制碱性,并控制一定的温度,可以使氨氮去除率达到较高水平。出水需调节pH值至6.5~7.8,然后进入UASB厌氧反应器。污水经UASB厌氧反应器厌氧处理后,进入A/O反应器。A/O生物接触氧化池充分实现去除有机物和脱氮的功能。MBR系统内置于A/O池后,MBR出水达到排放标准后排放。
UASB厌氧反应器、A/O生物接触氧化池产生的剩余污泥进入污泥浓缩他,经浓缩处理后的污泥由螺杆泵统一送到填埋区填埋。浓缩池上清液回流至调节池。
第四章
主要构筑物、设备工艺技术参数
4.1
细格栅
水量总变化系数KZ为2.1,设计水量为30/3600*2.1=0.0174m/s。
栅条间隙取e=1mm,安装倾角а=75度,栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s。
栅条数n==38条
栅槽有效宽度:B=S(n-1)+en=0.01*37+0.001*38=0.408m,取0.41m,栅槽宽度取0.5m。
过栅水头损失:=0.385m
栅槽高度:H=h+h1+h2=0.5+0.385+0.3=1.185m,其中h2为栅前渠道超高,取0.3m。
栅槽总长度:L=l1+l2+1.0+0.5+,l1=,l2=。
其中,l1——进水渠道渐宽部分长度,m。
l2——栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度,m。
H1——栅前槽高,m,
——进水渠展开角,一般用
B1——进水渠道宽度,m,这里取0.3m。
则,L=++1.0+0.5+=++1.5+≈2.13m
设计格栅渠尺寸:2.13*0.5*1.185m。
4.2
调节池
4.2.1
调节池
停留时间:48h
池体尺寸:12*12*10.5m,有效水深10m。数量:1座。
4.2.2
潜水搅拌机
1台,直径:10m
4.2.3
提升泵:
流量:35m3/h
扬程:20m
数量:2台(1用1备)
4.3两级混凝沉淀池
混凝沉淀设计两级,两级相同。每级设计如下:
4.3.1反应区
添加药剂:PFS、PAM、PAC
接触时间:60min
V=30*1=30m3
反应区分三格,每格尺寸2.0*3.5*2.2m,有效水深1.8m。
三格每格添加一种药剂,每种药剂接触时间为60*(2.0*3.5*1.8)/30=28min
4.3.2沉淀区
采用竖流沉淀池。
参数选取:
中心管流速ν0:20mm/s
中心管面积f1:q/ν0=0.42m2
中心管直径d1:0.73m
污水在沉淀区上升流速ν:0.5mm/s
沉淀时间:2h
沉淀池有效高度:h=3600*0.0005*2=3.6m
间隙流出速度ν1:30mm/s
中心管到反射板之间的间隙高度:q/(ν1*π*d1)=0.09m
缓冲层高:0.4m
沉淀池面积f2:q/ν=30/3600/0.0005=16.67m2
沉淀池面积A:f1+f2=17.09m2
沉淀池直径D:4.67m
污泥斗:倾斜角取60度,截头直径0.2m
污泥斗高度:(D-0.2)/2*tan60=3.87m
沉淀池总高度:0.3+3.6+0.09+0.3+3.87=8.16m
4.4吹脱塔
4.4.1进水pH调节池
停留时间:1h,将pH调制11左右。
直径3.6m,有效深度3m,超高0.5m。
潜水搅拌机:
直径:1.5m
加药:CaO
加药泵:1台。
提升泵:流量:30m3/h,扬程:10m,数量:2台(1用1备)
4.4.2吹脱塔
吹脱塔是利用吹脱去除水中的氨氮,在塔体重,使气液相互接触,使水中的游离氨分子穿过气液界面向气体转移,从而达到脱氮的目的。要想使更多的氨被吹脱出来,必须使游离氨的量增加,则必须将进入吹脱塔的pH调制碱性,所以在进入吹脱塔之前将pH调制11。吹脱塔内水从塔顶送入,向下喷淋,空气从塔底送入。
设计参数:设计淋水密度为100m3/m2.d,汽水比为2500m3/m3。
设计计算:
(1)
吹脱塔截面积=设计流量/设计淋水密度=7.2m2
(2)
吹脱塔直径=3m
(3)
空气量=30*2500/3600=21m3/s
(4)
填料高度:采用填料高度5m,考虑安全系数1.5,填料高度为7.5m。
4.4.3出水pH调节池
停留时间:1h,将pH将至8左右。
直径3.6m,有效深度3m,超高0.5m。
潜水搅拌机:直径:1.5m
加药:盐酸或硫酸。
加药泵:1台。
4.5
UASB厌氧反应器
4.5.1
UASB厌氧反应器
有效容积计算:
采用颗粒污泥,设计容积负荷:NV=6kgCOD/m3.d
预计去除率80%
有效容积:设计流量*(进水COD-出水COD)/容积负荷=432m3
设置有效高度为4m,两座,则有效面积为432/2/4=54m2。设置长宽比为2:1,则长和宽分别为:10.4m、5.2m。
顶隙约为总体积的10%,则有效高度为总高度的90%,总高度为:4/0.9≈4.45m。
设计尺寸:10.4×5.2×4.45m。
结构:钢砼。
数量:
2座。
水力停留时间:16h。
三相分离器。
4.5.2沼气回收利用系统
阻火柜:2套
脱硫器:1套
储气罐:按每去除1kgCOD产生0.5m3沼气计算,每天沼气产量为4.5*30*24*0.5=1152m3,按0.5d储气量设计储气罐,每套290m3,2套。
气水分离器:1套。
沼气、油两用锅炉:
1台
4.6缺氧接触氧化池
缺氧池停留时间按1.2d设计。
有效池容为:30*1.2*24=864m3
设计尺寸:10*10*9m。
4.7好氧接触氧化池
1.
按脱氮计算:(氨氮吹脱去除率按80%计算)
好氧接触氧化池进水氨氮浓度约为360mg/l,氨氮去除率按90%设计,则出水氨氮浓度为36mg/l。其中凯氏氮浓度和氨氮浓度的比例约为0.6:1。设计填料容积负荷MN为0.7kgTKN/(m3填料.d),选择悬挂填充,填充率为50%。
则好氧接触氧化池的有效容积为:
=1064.7m3
取1065m3
停留时间:=1.48d
2.按去除有机物计算:
UASB出水BOD5按800mg/l,好氧池设计去除率90%,则出水BOD5为80mg/l。设计五日生化需氧量容积负荷为2kgBOD5/(m3填料.d),悬挂填充率为50%。
则好氧池有效容积为:=518.4m3。
二者相比按脱氮所需池容更大,因此取好氧接触氧化池有效容积为1065m3。
设计尺寸:10*10*11m,有效高度10.65m。
混合液回流比:300%。
混合液回流泵:1台,100m3/h。
曝气机1台。
4.8
MBR膜池
1.池容计算
设计进出水BOD5分别为200mg/l、100mg/l。五日生化需氧量污泥负荷0.1kgBOD5/(kgMLSS.d),混合液挥发性悬浮固体浓度为8000mg/l。
则MBR有效容积为:
=128.6m3
取值130m3
设计尺寸:5.0*5.0*6.0m。
4.9
污泥浓缩池
污泥的产生主要在混凝沉淀池和生物反应池后,生物反应UASB产生的污泥量,MBR产生的污泥量极少。
4.9.1混凝沉淀池污泥量计算
P2——污泥含水率,取95%。
=138.24m3/d
≈6m3/h
4.9.2
UASB污泥量计算
(1)反应器中污泥总量计算
厌氧污泥平均浓度按15VSS/l,则污泥总量为:427*15=6405kg/d
(2)
产泥量计算
污泥产量取0.08kgVSS/kgCOD,进水COD浓度4500mg/l,去除率70%,污泥含水率为98%,污泥浓度为1000kg/m3。
产泥量为:0.08*30*24*4.5*0.7=181.44kg。
则污泥产量为:181.44/(1000*(1-0.98))=9.1m3/d≈0.38m3/h。
4.9.3MBR污泥量计算
因进水COD很小,MBR污泥量产生量可基本忽略。
4.9.2污泥浓缩池设计
设计浓缩时间6h,则浓缩池池容为:6*(6+0.38)=38.28m3
设计有效池容40m3
C0取96%,污泥固体通量采用40kg/m2.d。
则,浓缩池面积为:S==14.7m2
(二)
浓缩池直径
D==4.33m
(三)
浓缩池深度
浓缩时间t:6h
有效高度h2===2.51m
设超高h1=0.3m,缓冲层高h3=0.3m,池底坡度1/20,污泥斗上底池径2.0m,下底池径1.0m,则池底坡度造成的深度h4为:h4==0.058m
污泥斗高度h5:=0.71m