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中图分类号:R124.3文献标识码:A文章编号:16749944(2013)04021703
1引言
恶臭作为大气污染公害之一,在全球范围内受到了各国广泛重视,国内外研究学者对恶臭治理技术进行了长期的研究与探索。在不同恶臭源中,垃圾填埋场恶臭处理是目前研究的难点和热点。垃圾填埋过程中所产生的种类繁多,成分复杂,垃圾渗滤液含有较高浓度的氨气、硫化氢、甲烷等多种成分的恶臭气体,对周边的环境造成极大的污染,严重影响人们的正常生活[1]。如何有效控制垃圾渗滤所产生的恶臭,关键是对垃圾渗滤液源头调节池的恶臭和污泥恶臭处理,然而目前还没有开发出能够广泛应用于垃圾渗滤液恶臭处理的技术[2]。因此,笔者根据垃圾渗滤液产生臭味的特点,采用新型复合微生物除臭剂从垃圾处理填埋和垃圾渗滤处理不同阶段投加使用,探索复合微生物菌剂对垃圾渗滤液臭味去除效果,以待提高生化处理垃圾渗滤液的效率和质量,为除臭剂推广使用和垃圾渗滤除臭工程治理提供理论依据。
2材料与方法
2.1实验材料
新型复合微生物除臭剂:来源于江苏碧程环保设备有限公司。
2.2实验方法
2.2.1实验室内检测
采集垃圾渗滤液于实验室密封容器内,新型生物除臭剂按垃圾渗滤液10%添加量加入到盛有新鲜垃圾渗滤液250mL的锥形瓶(500mL)中,于28℃,转速为180 r/min的恒温振荡培养3d,然后恒温静止培养2d,每12h测定垃圾渗滤液氨态氮的数值,测定方法采用HJ-537-2009《水质-氨氮的测定 蒸馏-中和滴定法》。同时,每天采用嗅阈值法测定恶臭嗅阈值。
垃圾渗滤液的嗅阈值的测定,采用美国颁布的《水质检测方法中的嗅阈值测定方法》 (2000年),即用无臭水稀释水样,直至闻出最低可辨别臭气的浓度(嗅阈浓度),用其表示臭气的阈限,水样稀释到刚好闻出臭味的稀释倍数成为嗅阈值[3]:
嗅阈值=水样体积(mL)+无臭水样体积(mL)水样体积(mL)。
2.2.2垃圾渗滤液周围恶臭气体检测和水质特征检测
浙江某垃圾渗滤液处理厂,垃圾渗滤液调节池是开放式的,有着强烈的恶臭气味,表1是该垃圾渗滤液的水质特征。新型生物除臭剂与垃圾渗滤液按照1∶500比例喷洒到垃圾渗滤液调节池,在调节池风口选择3个位置采集恶臭气体样品带回实验室检测。臭气采样方案依据GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》附录C和GB 14554-1993《恶臭污染物排放标准》执行,氨气浓度依据HJ534-2009《环境空气-氨的测定 次氯酸钠-水杨酸分光光度法》,硫化氢依据GB/T11742-1989《居民区大气中硫化氢卫生检验标准方法亚甲蓝分光光度法》[4]。
表1垃圾处理厂垃圾渗滤水质特征
COD/(mg·L-1)BOD/(mg·L-1)NH3N/(mg·L-1)颜色SS/(mg·L-1)pH值嗅阈值32361126680暗褐色5466.8625
3结果与分析
3.1实验室检测新型复合微生物除臭剂对垃圾渗滤液
处理效果垃圾渗滤液中NH3N含量较高,是产生臭味和影响垃圾渗滤液可生化性的重要原因[5]。因此,对垃圾渗滤液中NH3N的去除,是新型复合微生物除臭剂功效最为突出的特征。从垃圾渗滤液现场采集回来的渗滤液中添加10%复合微生物除臭剂,在实验室培养条件下,其NH3N变化趋势如图1所示。由图1可以看出在28℃培养条件下,培养初期垃圾渗滤液NH3N变化较慢,在12h之后,NH3N出现快速的下降,表明复合微生物制剂消耗部分NH3N转化为其他成分,后期对NH3N的降解趋势逐渐平缓,最后培养102h,垃圾渗滤液NH3N的最终含量为473.21mg/L,降解率为26.11%。
图1复合微生物除臭剂对垃圾渗滤液
氨态氮去除效果垃圾渗滤液中产生异味的物质种类较多,除了产生氨气,还有硫化氢、烃类等异味物质,嗅阈值较高是其主要的特点,也是评定垃圾处理厂的重要指标[6]。挑选实验室嗅觉敏感且实验前不吃异味食物的6个人测试,效果选择4个人以上闻不出异味而定。在实验室对垃圾渗滤液去除一个效果如图2所示。由图2可以看出,垃圾渗滤液初始嗅阈值为885,在初期培养阶段,嗅阈值降低很慢,主要由于细菌初期的生长阶段,在培养第1天后,菌剂中的优势菌种达到对数生长期,开始快速降解垃圾渗滤液中的氨态氮和有机质及其他异味物质,随着菌群的生长和营养物质的限制,嗅阈值的降低幅度逐渐减小,培养5d后,嗅阈值达到357,新型微生物除臭剂对垃圾渗滤液异味去除率达到59.67%。
图2新型微生物除臭剂对垃圾渗滤液异味去除效果2013年4月绿色科技第4期
李南华,等: 新型生物除臭剂对垃圾渗滤液除臭效果评估环境与安全
3.2现场测定新型生物除臭剂对垃圾渗滤液处理效果
垃圾渗滤液处理过程中,调节池恶臭是填埋场恶臭的最为主要的组成部分之一,其成分主要是厌氧微生物对有机质降解所产生的恶臭气体,而氨气和硫化氢是最为主要的部分,也是判断恶臭排放标准的主要指标[7]。通过把新型复合微生物除臭剂喷洒在调节池中,在不同时间段检测垃圾渗滤液调节池旁空气中氨气和硫化氢的标准,分别在调节池的下风口距离调节池10m处采集恶臭气体,选择3个采样点,计算出平均值,结果如图3所示。
图3新型微生物除臭剂对垃圾渗滤液主要恶臭
气体去除效实验检测得出在未使用新型生物除臭剂时,氨气的浓度为184.25mg/m3,硫化氢的浓度为15.24mg/m3,喷洒生物除臭剂2~8d,氨气和硫化氢得到充分的降解,随后降解速度逐渐减少,在使用15d后,调节池周围空气中氨气的质量浓度达到1.35mg/m3,硫化氢的质量浓度达到0.048mg/m3,符合国家恶臭污染物厂界标准值的二级标准(新扩改建)。
4结语
(1)研制的新型生物除臭剂在垃圾渗滤液调节池喷洒使用,提高了垃圾渗滤液中生物系统对氨态氮和有机质的降解,减少了氨气、硫化氢等恶臭气体的产生。
(2)垃圾渗滤液调节池旁空气中氨气和硫化氢的质量浓度与气温和水面蒸发量相关,所测的氨气和硫化氢的质量浓度受到气温和蒸发量的影响。
(3)在调节池的下风口测定空气中的氨气和硫化氢的质量浓度,氨气的质量浓度为1.35mg/m3,硫化氢的质量浓度为0.048mg/m3,符合GB14554-93《恶臭污染物排放标准》二级新改扩建标准,极大地改善了垃圾渗滤液处理厂的恶臭环境。
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【关键词】垃圾填埋;垃圾渗滤液;控制与处理;渗滤液回灌
一、垃圾渗滤液的产生
垃圾渗滤液产生的主要来源有:
(1)降水的渗入 降水包括降雨和降雪,它是渗滤液产 生的主要来源。
(2)外部地表水的流入 这包括地表径流和地表灌溉。
(3)地下水的渗入当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位,并没有设置防渗系统时,地下水就有可能渗入填埋场内。
(4)垃圾本身含有的水分这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量。
(5)垃圾在降解过程中产生的水分 垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分。
二、垃圾渗滤液的产生量
垃圾渗滤液的产生量是受多种因素的影响,一般与下列因素有关:气候、季节条件(包括降雨量及蒸发量等);地面流失、地下水渗入、垃圾的特性、地下层结构、表层覆土和下层排水设施的设置情况等,但降雨量和蒸发量是影响渗滤液产生的重要因素,渗沥液的产量估算方法很多,有理论法、实测法和经验公式法。确切估算是比较困难的,因此,一般采用经验公式计算,比较简便的计算公式为:
Q=10-3·C·I·A
式中:
Q——日平均渗沥液量,m3/d;
C——流出系数,%;
I——设计日降水量,mm/d;
A——填埋场集水面积,m2。
流出系数(C)与填埋场表面特性、植被、坡度等因素有关,一般为0.2-0.8,设计日降水量可根据当地的气象资料来获得,填埋场集水面积可由填埋场的实际面积确定
三、垃圾渗滤液的水质特征
由于垃圾渗滤液的来源使得垃圾渗滤液的水质具有与城市污水所不同的特点:
(1)有机物浓度高 垃圾渗滤液中的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达到或略低于7,BOD5和COD比值为0.5~0.6。
(2)金属含量高 垃圾渗滤液中含有十多种金属离子,其中铁和锌在酸性发酵阶段较高,铁的浓度可达2000mg/L左右,锌的浓度可达130mg/L左右。
(3)水质变化大 垃圾渗滤液的水质取决于填埋场的构造方式、垃圾的种类、质量、数量以及填埋年数的长短,其中构造方式是最主要的。
(4)氨氮含量高垃圾渗滤液中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数的增加而增加,可高达1700mg/L左右,氨氮浓度过高时,会影响微生物的活性,降低生物处理的效果。
(5)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大都大于300,与微生物所需的磷元素相差较大。
(6)其他特点 渗滤液在进行生化处理时会产生大量泡沫,不利于处理系统正常运行。由于渗滤液中含有较多难降解有机物,一般在生化处理后,COD浓度仍在500~2000mg/L范围内。
四、控制垃圾渗滤液的工程措施
控制垃圾渗滤液的工程措施主要有:
(1)入场垃圾含水率的控制 垃圾填埋过程中随填埋垃圾带入的水分,相当部分会在垃圾压实过程中渗滤出来,其量在渗滤液产生量中占相当大的比例。为此,必须控制入场填埋垃圾的含水率,一般要求小于30%(质量分数)。
(2)控制地表水的渗入量 由于地表水的渗入是渗滤液的主要来源,因此消除或者减少地表水的渗入量是填埋场设计的最为重要的方面。
(3)控制地下水的渗入量 控制地下水渗入就是控制浅层地下水的横向流动,使之不进入填埋区。主要方法有设置隔离层、设置地下水排水管和抽取地下等。
(4)在平缓的斜坡上,水易于集结,因而大量渗滤,而在较陡的斜坡上,水容易流掉,从而减少了到达垃圾中的水量。因此常控制填埋场场底有不小于2%的纵横坡,且将垃圾填埋的最终覆土层做成中心高、四周低的拱型,保持不小于5%的坡度,这样可使部分降雨沿地表流走。但当表面斜坡大于8%左右时,表面径流量就有可能侵蚀垃圾的顶部覆盖物,使填埋场暴露,因此,表面斜坡应小得足以预防表面侵蚀。
(5)填埋最终覆土后,斜坡上常覆盖不小于20cm的营养土和其他适合植被生长的土质,以利植被的生长,可以通过植物根系吸收水分,并通过叶面蒸发作用减少渗滤液发生量。
总体来讲渗滤液产生量波动较大,但对于同一地区填埋场,其单位面积的年平均产生量在一定范围内变化。
五、垃圾渗滤液处理工艺
常用的垃圾渗沥液处理方式有以下四种:
(1)将渗沥液输送至城市污水处理厂进行合并处理;
合并处理是垃圾渗沥液与适当规模的城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方式。合并处理可以节省单独处理所需要的投资费用;但由于垃圾填埋场往往远离城市污水处理厂,渗沥液的输送将需要许多费用,不同污染物浓度的渗沥液量与污水处理厂处理规模的比例要适当。据资料介绍,为保证城市污水处理厂的正常运行,避免渗沥液对城市污水处理厂造成的冲击负荷,要严格控制渗沥液与城市污水的混合比,这一点很难作到。
(2)经预处理后输送至城市污水处理厂合并处理,即预处理——合并处理;
垃圾渗滤液预处理的目的是保证生物处理过程中微生物处于良好的生长繁殖环境,即生物可降解的有机基质、适量的营养物质和铜、镍、锌等微量元素。 预处理-合并处理无论是在经济、运转方式的灵活性或在对出水水质的保证方面,是一种比较理想的处理方式。
(3)在填埋场建设污水处理厂进行单独处理;
单独处理与城市污水处理厂规模相比,渗沥液的产量较小,因此单独设置小规模的处理系统在单方水投资及运转费用方面缺乏经济上的优势。而且垃圾渗沥液中的营养比例(C:N:P)失调,主要表现在氮含量过高,而磷含量不足,在处理过程中需要花费削减氮及补充磷的费用。此外,对于渗沥液中的多种重金属离子和较高浓度的NH3-N,需要采用化学等方法进行必须的预处理乃至后处理,故其运转费用较高。
(4)渗沥液回灌至填埋场的循环喷洒处理。
渗滤液回灌就是将在填埋场底部收集的渗滤液从其覆盖层表面或覆盖层下部重新灌入填埋场,利用填埋场垃圾层这个"生物滤床"净化渗滤液。回灌缩短垃圾降解所需时间,增加垃圾压实密度,进而增加垃圾填埋量,同时增加渗滤液在填埋场中的停留时间,使得渗滤液污染物充分降解而浓度大为降低。回灌法主要适用于气候干旱、渗滤液产生量较少的情况。
从以上几种垃圾渗滤液的处理方式可以看出前三种渗滤液的的处理方法工程造价过高,运行管理不便。尤其是对垃圾产量比较小,产生渗沥液较少地区更不适宜选用。
而垃圾循环喷洒处理具有以下优点:垃圾填埋场进行渗滤液回灌不仅在降解渗滤液本身的污染负荷,而且可以通过蒸发和蒸腾作用达到渗滤液减量化目的,增加垃圾降解速率和降解程度,加速垃圾填埋场的稳定化进程,缩短填埋场对周围环境影响的时间;减少封场后填埋场的监测、管理费用;增加填埋场土地重新利用的可能性。总之,回灌法与物化和生化法相比,能较好地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。
六、建议
(1)城市垃圾渗滤液处理问题越来越受到关注,渗率液回灌技术因其投资省、运行费用低、抗水质水量冲击负荷能力强、可以加快填埋场稳定等优势而具有广阔的应用前景。尤其对气候比较干燥的新疆地区来讲是更加适合的。应该推广运用。
(2)渗滤液回灌技术的作用不仅仅是降解渗滤液中的污染物,因此研究应着眼于对垃圾填埋场整体污染物的管理和控制;渗滤液回灌的应用应在垃圾填埋场的设计建造的同时予以考虑。
参考文献:
[1]中华人民共和国建设部.城市生活垃圾卫生填埋技术规范 CJJ17-88.
关键词:城市垃圾;垃圾渗滤液;处理工艺
1引言
随着我国城市化发展进程的加快,城市人口的不断增加,城市垃圾也越来越多,垃圾的成份也日趋复杂,因此造成的环境污染也日益严重,城市垃圾的处理已经成为目前亟待解决的首要问题。目前比较经济和环保的处置方法是卫生土地填埋,它能够长期、安全、可靠地处理无再利用价值的固体废弃物[1]。因此,近年来垃圾卫生填埋场在各个城市兴建起来。填埋场设计和管理的一项主要内容就是垃圾渗滤液的控制和处理,如果垃圾渗滤液处理不当就会对环境造成二次污染,致使垃圾的卫生填埋失去应有的价值和意义[2]。故垃圾渗滤液处理是否达标排放是衡量一个填埋场是否为卫生填埋场的重要指标之一[3]。渗滤液的成分相对比较复杂,含有很多污染物质,如果不经过处理直接排放将会对城市环境造成巨大的危害。并且由于垃圾渗滤液的水质和水量变化较大,给处理工艺的选择和运行带来困难。因此,垃圾渗滤液是一种处理难度较大的废水[4]。
2垃圾渗滤液的性质
2.1渗滤液的来源
垃圾填埋场的渗滤液主要有以下来源:自然降水、废物中自身含有的水分、地表径流、有机物分解生成的水分、地下水等。
2.2渗滤液的特征
影响垃圾渗滤液水质的因素包括水分供给情况、填埋场表面情况、垃圾性质、填埋场底部情况、填埋场操作运行方式和填埋的时间等[5]。正因为影响垃圾渗滤液的因素多种多样,才会使得渗滤液中污染物质的种类、浓度变化很大,所表现出来的特征是水质波动较大、成分相对复杂、生物可降解性随着填埋场的场龄增加而逐渐降低、金属离子含量低、污染物浓度高、持续时间长、流量小且不均匀等[6]。城市垃圾渗滤液污染物含量的典型指标见表1[7~12]。
从表1中可知,垃圾渗滤液分为年轻渗滤液、中位年龄和老龄渗滤液,渗滤液中有机污染物质很多,且含有10多种重金属离子,水质很复杂。并且渗滤液的COD、BOD和氨氮含量很高。除此之外,垃圾渗滤液的水量变化很大,填埋场中产生的渗滤液量的多少会受很多因素的影响,如降雨量、蒸发量、地下水的渗入量、垃圾自身的特性、地表径流量和填埋场的结构等等[13]。
3垃圾渗滤液的处理技术
近年来,国内外对于垃圾渗滤液处理技术的研究取得了很大的进步。尤其是在欧美等经济发达的国家,对垃圾渗滤液的研究已经取得了一些成果,在处理垃圾渗滤液的方法上,现在比较常见的有:物理化学处理法、生物处理法、土地过滤法等。
3.1物理化学处理法
物理化学法就是通过一系列物理、化学反应去除垃圾渗滤液中的不可溶组分和可吸附有机物,同时将垃圾渗滤液中的难生物降解有机物转化为易生物降解的有机物并将其去除[1]。物理化学法主要有混凝沉淀法、活性炭吸附法、化学沉淀法、化学氧化法、密度分离法等。物理化学处理法受水质水量变化影响较小,出水水质相对比较稳定,尤其是对BOD/COD比值介于007~020之间含有毒、有害的难以生化处理的渗滤液处理效果比较好[14]。
3.1.1混凝沉淀法
混凝沉淀法是将混凝剂投加在废水当中,使废水中的悬浮物和胶体聚集形成絮凝体,再加以分离的方法。在目前,常采用的混凝剂多为AL2(SO4)3、FeSO4、FeCl3以及聚铁、聚铝等[15~17](表2)。
3.1.2化学氧化法
化学氧化法是利用强氧化剂氧化分解废水中的污染物质,以达到净化废水的目的,是最终去除废水中污染物质的有效方法之一[18]。化学氧化法主要去除渗滤液中的色度和硫化物,对COD的去除率通常为20%~50%[19]。处理垃圾渗滤液方面应用的化学氧化法主要有Fenton法、光化学氧化法、电化学氧化法等(表3)[21~29]。
(1)Fenton法。Fenton 试剂是一种由H2O2、Fe2+组成的均相催化氧化体系,氧化和絮凝作用是其去除有机污染物的2 个主要途径。选用Fenton工艺对经过生化处理的城市垃圾渗滤液进行深度处理,结果表明:该工艺具有氧化和混凝的双重作用,其最优工艺条件为:[H2O2]=38.8mol/L、初始pH值=3、混凝pH值=8,反应时间60min,H2O2为一次投加。在此条件下,COD和TOC的去除率分别达63.43%和80.58%[20]。郭劲松等[21]对垃圾渗滤液进行实验,在最佳的实验条件下,考察了Fenton试剂对渗滤液中不同表观分子质量和不同种类有机物的去处效果。结果表明,进水COD为4500mg/L,去除率可达76%,且Fenton试剂对富里酸和腐殖酸的去除率分别为85%和68.4%。王杰等[22]以颗粒活性炭为催化剂,建立活性炭-Fenton催化氧化体系,对垃圾渗滤液进行有效处理,分别考察了反应时间、pH值、活性炭用量和过氧化氢用量对废水处理效果的影响,结果表明:在反应时间为30min、pH值=3、活性炭用量20g/L、硫酸亚铁用量0.02mol/L和过氧化氢用量2ml/L的条件下,可使废水的COD从3000mg/L降至1522.2mg/L,COD去除率达到48.26%。
(2)光催化氧化法。光催化氧化法是一种能耗低、易操作、工艺较为简单、没有二次污染的技术,并且对于一些特殊的污染物质的处理比其他方法要好,因此该法应用前景良好。其原理是在废水中加入一定数量的催化剂,在光的照射下产生自由基,利用自由基的强氧化性达到处理目的[23]。光催化化学采用的半导体有二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁。D E Meeroff等[24]用TiO2作催化剂进行光催化氧化垃圾渗滤液实验,垃圾渗滤液经过4h的紫外光催化氧化后,COD去除率达到86%,BOD/COD从0.09提升到0.14,氨氮去除率为71%,色度去除率为90%;反应完成后85%可被回收。黄本生[25]等以城市生活垃圾为研究对象,采用悬浮态半导体催化剂对渗滤液进行处理实验。研究表明,在一定的实验条件下,用ZnO/TiO2复合半导体催化剂处理垃圾渗滤液效果较好,用光催化氧化法处理垃圾渗滤液,COD的去除率可达84.48%。T I Qureshi[26]等用紫外光-光催化氧化法处理垃圾渗滤液,在最佳的实验条件下,TOC和颜色的去除率分别为61%和87.2%,BOD/COD显著增加,从0.112提升至0.32,COD的去除率也达到63%。
(3)电化学氧化法。电解氧化法处理废水的实质就是利用电解作用把水中有毒物质变成无毒或是低毒物质的过程[27]。E Turro等 [28]对影响垃圾渗滤液电解氧化处理的因素进行了研究,以Ti/IrO2-RuO2为电极,HCLO4为电解质,结果表明:反应时间、反应温度、电流密度和pH值是影响处理效果的主要因素,在温度为80℃、电流密度为0.032A/cm2、pH值=3的条件下反应4h,COD由2960mg/L降至294mg/L,TOC由1150mg/L降至402mg/L,色度去除率可达100%。魏平方[29]等用电化学氧化法处理垃圾渗滤液,研究表明,电化学氧化过程可有效的去除垃圾渗滤液中的污染物。当电流密度为12A/dm2,氯化物浓度为6000mg/L时,用SPR阳极电解240min,可去除90%COD、3000mg/L氨氮。
2014年7月绿色科技第7期3.1.3吸附法
吸附法是利用吸附材料的巨大表面积和不规则的网孔结构,使垃圾渗滤液中的污染物质吸附在其表面而被去除。吸附法应用于垃圾渗滤液的处理中,主要去除的是渗滤液中难降解的有机物、金属离子和色度等[30~32]。
3.2生物处理法
生物处理法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及厌氧~好氧组合生物处理。生物处理法处理效果好、运行成本低,适合于处理生化较好的渗滤液。目前为止,生物处理法是目前最有效、应用最多的处理方法,该法可以有效的降低渗滤液中的COD、BOD和氨氮,还可以去除铁、锰等金属。
3.2.1好氧和厌氧生物处理法
好氧生物处理法常用的处理方法有活性污泥法、曝气稳定塘、生物膜法、生物滤池和生物流化床。好氧生物处理能够有效的降低水中的BOD、COD和氨氮。O.N.Agdag[33]等对垃圾渗滤液进行处理,研究了一个两阶段的顺序升流式厌氧污泥反应器(UASB)和好氧完全搅拌式反应器(CSTR)。结果表明,COD的去除率一直在稳步提升,最终可高达90%。A.Uygur[34]等进行的垃圾渗滤液处理研究实验,在pH值=12时用石灰石进行预处理,再用序批式反应器(SBR)进行深度处理,最后可去除62%的COD。
结果表明,在平均进水氨氮,TN质量浓度和COD分别为2315,2422,13800mg/L的条件下,去除率分别可达99%,87%,92%,能同时实现有机物和氨氮的有效深度去除。高锋[40]等利用ASBR和SBR组合工艺对垃圾渗滤液进行实验。ASBR 反应器作为厌氧消化反应器,主要完成初步降解有机物的目的,并且处理后的渗滤液对后续的好氧生物处理较为有利,经SBR处理后的渗滤液COD的去除率可达92%左右。
3.3土地处理法
土地处理技术利用土壤、微生物和植物组成的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能处理填埋场渗滤液,常见的渗滤液土地处理方式有人工湿地和回灌两种。土地处理投资少、运行费用低,但受气候条件限制,一般只应用于干旱地区。王传英[41]采用回灌技术处理城市生活填埋场渗滤液,结果表明,渗滤液的回灌对COD和氨氮有一定的去除效果。土地处理技术与其他处理系统相比,是一种便宜去除填埋场渗滤液污染物的途径,但从长远看来,该系统存在重金属及盐类在土壤中积累与饱和问题,这会对土壤结构及植物的生长带来负面影响。另外,随着使用时间的延长,其处理效率会下降。
4结语
最佳的渗滤液的处理方法要求充分降低对环境的影响,这也正是现代垃圾渗滤液处理方法面临的主要问题。生活垃圾渗滤液作为一种高浓度、成分复杂和水质变化大的有机废水,采用单纯的生化法、物化法及土地法等无法实现渗滤液的最终无害化处理。虽然近年来各种垃圾渗滤液处理技术不断涌现出来,取得了较好的效果,但是仍然存在一定问题。因此选择垃圾渗滤液处理工艺的时候,应根据渗滤液的特性以及各地实际情况,因地制宜地选用处理方法,并通过实验取得优化的工艺参数,用于指导实践。
垃圾渗滤液处理首先应该在源头上进行有效控制,减少渗滤液量,并且加快污水处理的先进技术在渗滤液处理上的研究和应用,探寻渗滤液高浓度有机废水资源化处理利用的新途径,争取化害为利,变废为宝。
在垃圾渗滤液的处理过程中,选择何种工艺最适合还得依赖于渗滤液废水的性质。根据废水中COD、BOD以及氨氮和重金属的浓度,选择适当的工艺进行处理,并且应该在处理过程中考虑整体的因素,如填埋场的年龄、厂房的灵活性和可靠性、季节变化、投资和运营成本以及对周围环境的影响等,因此,选择恰当的处理方法应考虑诸多因素,以选择最有效、最经济并且对周围环境影响最小为原则。
综合考虑经济和处理效果等诸多因素,今后垃圾渗滤液的处理方法中将有可能更多的采纳过滤-混凝沉淀法,采用常用的混凝剂及活性炭吸附过滤就能达到很好的处理效果,并且投入成本相对较低。
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关键词:CAST工艺;活性污泥;同步培养驯化;垃圾渗滤液;污水厂 文献标识码:A
中图分类号:X703 文章编号:1009-2374(2017)02-0077-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2017.02.037
1 概况
南方某污水处理厂负责处理工业园区内的生产废水及生活污水。工业废水比率达90%,生活污水为10%。日处理能力为2.3万吨/天,采用CAST工艺,设计出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准。而工业园区污水量仅达到设计能力40%~60%,进水浓度基本偏低,但偶尔突高,这就意味着实际运行中,既要能低负荷运行,又要能抗冲击,才能应对这样的水量和水质,这对工艺控制和调整的要求很高,对活性污泥的要求也就很高。
1.1 CAST工艺简介
CAST工艺是在一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离过程。反应器分为三个区,即生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区在厌氧和兼氧条件下运行,是污水与回流污泥接触区,充分利用活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除,并对难降解的有机物起到酸化水解作用,同时可使污泥中过量吸收的磷在厌氧条件下得到有效释放。兼氧区主要是通过再生污泥的吸附作用去除有机物,同时促进磷的进一步释放和强化氮的硝化/反硝化,并通过曝气和闲置还可以恢复污泥活性。
CAST工艺具有技术先进可靠、占地面积小、投资较低、运行管理方便等优势。
图1 CAST工艺方案流程图
CAST工艺运行周期一般包括进水阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段、闲置阶段。根据该厂4年的实际运行经验,结合工业园区来水的情况,在同步培养和驯化时期内,该厂以一组CAST池(日处理能力5000吨)进行实验,按照6小时/周期,每天4个周期来运行。
1.2 活性污泥对CAST工艺的意义
CAST工艺中起主要作用的是好氧活性污泥微生物。活性污泥中的细菌、真菌、原生动物、微型后生动物等多种微生物群体相结合组成一个小生态体系,只有在满足微生物的营养要求和环境条件下,好氧活性污泥微生物才能得到生长繁殖,在到达一个稳定阶段之后才能实现对污水的有效处理。
2 城市生活垃圾填埋场渗滤液来源及分析
2.1 城市生活垃圾填埋场渗滤液来源
城市生活垃圾填埋场渗滤液为城市生活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,主要来源为:(1)降水的渗入,包括降雨和降雪;(2)外部地表水的流入;(3)地下水的渗入;(4)垃圾本身所含水分;(5)垃圾降解过程中产生的水分。
2.2 城市生活垃圾填埋场渗滤液组分、主要检测数据分析
渗滤液含有大量的有机物、氨氮、磷等,一般城市生活垃圾填埋场渗滤液中重金属离子的浓度通常比较低,BOD5值较高,具有较好的可生化性。渗滤液的pH值接近中性。渗滤液中含有大量微生物,填埋场的条件比较适合微生物的生长繁殖,所以渗滤液中含有大量的微生物,其中许多微生物对渗滤液的降解起着重要的作用,主要有亚硝化细菌、反硝化细菌、脱硫杆菌、脱氮硫杆菌、铁细菌、硫酸盐还原菌以及产甲烷菌7类细菌。但微生物由于氨氮等含量过高,使得微生物营养元素比例失调,在一定程度上抑制了微生物的生长繁殖。
3 CAST池活性污泥的同步培养驯化的实践
3.1 城市生活垃圾填埋场渗滤液投加量的确定
污水厂选用该市生活垃圾填埋场的渗滤液作为污泥培养驯化的营养物质。在开始使用前,对渗滤液进行了长期大量的跟踪检测,发现该场渗滤液COD一般是2500~3100mg/L、总磷16~25mg/L、氨氮150~450mg/L、pH一般为6.5~8.5。使用期前几天及使用期2016年4月的检测结果见表1:
表1 某生活垃圾填埋场渗滤液主要指标检测数据
时段 日期 COD BOD5 TP NH3-N PH
存贮备用期(使用前) 1月4日 2833.9 1356.0 23.2 192.1 7.91
1月7日 2898.6 1425.7 20.4 186.8 7.94
1月10日 2738.3 1321.4 20.7 189.3 7.93
开始使用 1月12日 2609.0 1287.9 19.8 184.5 7.98
补充及
使用期 1月17日 2636.5 1317.4 20.2 196.7 7.88
1月22日 2837.8 1410.1 18.7 201.6 7.94
1月27日 2765.5 1368.4 19.4 184.8 7.96
2月1日 2893.6 1452.5 19.8 179.9 8.02
2月6日 2588.4 1246.0 23.4 187.8 7.97
2月11日 2987.7 1497.3 19.8 194.3 7.98
2月16日 2846.1 1401.2 20.2 192.4 7.95
2016年4月12日检测了渗滤液中重金属含量,结果Cu为0.114mg/L、Ni为0.268mg/L、Cr为0.296mg/L、Zn为0.34mg/L。重金属含量都没有超过进水标准。
同时为较好地把握加入的量,污水S对前半年的进水水质进行了统计分析,具体见表2:
表2 污水厂进水检测数据前半年月度均值
日期 月均COD 月均BOD5 B/C比 月均总磷 月均总氮 月均氨氮
15年7月 138.4 20.8 0.15 1.13 9.0 4.5
15年8月 144.3 23.0 0.16 0.94 7.8 4.1
15年9月 127.7 21.8 0.17 1.13 7.9 3.9
15年10月 119.2 17.9 0.15 1.35 9.3 4.5
15年11月 130.0 20.8 0.16 1.45 8.5 4.4
15年12月 124.8 18.8 0.15 1.00 8.3 4.3
根据对城市生活垃圾填埋场渗滤液定期取样检测分析,可以看出数据是基本稳定的,波动范围不大,C∶N∶P的比值基本在100∶7∶0.8左右。污水厂近期进水月度均值COD在130mg/L、BOD5在20mg/L左右、总磷月度均值在1.2mg/L左右、总氮月度均值在8.0mg/L左右、氨氮月度均值在4.3mg/L左右,B/C比在0.15左右。按照通常污泥培养营养液C∶N∶P的比例100∶5∶1计算,得出以进水总量的1/20的量投加渗滤液较为合适。
3.2 同步培养驯化法的工艺调整
同步培养驯化法就是在选用渗滤液作为营养液进行培泥的同时CAST池也正常进水,使得活性污泥在快速生长增殖的同时也得到了驯化,另外也适当提高和保证进水浓度,提高污泥的有机负荷和抗冲击能力,从而保障了出水水质。冬季污泥的培养难、活性差,且CAST污泥浓度可以相对保持要高,因此该厂在2016年1月开始进行污泥的同步培养驯化,是实际运行的需要,但难度更大。实验从2016年1月12日正式开始,具体安排如下:
第一,1月12日由4#CAST(MLSS为6436mg/L,液位为4.8m)池排泥至2#CAST池0.68m,然后水解调节池进水至4.8m,同时按照进水总量的1/20的量投加渗滤液共149.6m3。进水后2#CASTMLSS为900mg/L,闷曝48小时。
第二,1月14日周期改为12小时/周期,曝气2小时/周期,滗水至最低液位3.48m,进水至最高液位4.8m,进水时按照进水总量的1/20的量投加渗滤液共41.1m3。按12小时/周期运行6天。
第三,1月20日周期改为10小时/周期,曝气时间为1.5小时/周期,滗水最低液位、进水最高液位不变,进水总量及投加的渗滤液量不变。按照此周期运行5天。
第四,2月1日周期改为8小时/周期,曝气时间为1小时/周期,滗水最低液位、进水最高液位不变,进水总量及投加的渗滤液量不变。按照此周期运行4天。
第五,2月16日周期改为6小时/周期,曝气时间为50分钟/周期,滗水最低液位、进水最高液位不变,进水总量及投加的渗滤液量不变。具体见表3:
表3 污泥同步培养驯化具体操作
时间 运行时间 周期 曝气时间 进水量 渗滤液投加量/总进水量
1月12日~1月13日 2天 48h/周期 闷曝48小时 822.8m? 1/20
1月14日~1月19日 6天 12h/周期 2小时/周期 822.8m? 1/20
1月20日~1月31日 12天 10h/周期 1.5小时/周期 822.8m? 1/20
2月1日~1月15日 15天 8h/周期 1小时/周期 822.8m? 1/20
2月16日开始 正常运行 6h/周期 50分钟/周期 822.8m? 1/20
3.3 培泥过程中每日检测数据记录
表4 实验过程中进出水指标检测数据
日期 COD
进水 COD
出水 总氮
进水 总氮
出水 氨氮
进水 氨氮
出水 总P
进水 总P
出水 MLSS(mg/L)
1月12日 900
1月14日 252.3 57.1 21.2 12.8 12.6 7.4 2.1 0.8 989
1月17日 252.3 51.4 22.6 12.3 11.5 6.2 2.1 0.7 1126
1月20日 229.2 48.2 20.0 11.7 12.1 5.6 1.9 0.7 1292
1月23日 220.9 45.4 19.6 10.5 12.7 3.8 2.0 0.7 1458
1月26日 250.7 46.4 21.4 9.2 12.3 2.9 2.0 0.6 1731
1月29日 202.5 40.4 20.3 8.9 11.4 3.2 1.9 0.6 2013
2月1日 248.2 36.9 22.1 7.3 12.6 2.8 2.4 0.4 2436
2月4日 225.8 32.1 19.8 6.8 11.6 2.7 2.1 0.4 2804
2月7日 231.2 24.4 20.2 6.4 11.9 2.4 2.5 0.2 3257
2月10日 218.2 22.6 20.5 5.6 11.2 2.2 2.0 0.1 3734
2月13日 231.7 21.4 20.9 6.1 13.5 1.9 2.2 0.1 4121
2月16日 236.4 20.7 21.4 5.8 13.4 1.8 2.1 0.1 4543
另:BOD5M水基本在95mg/L左右,BOD5进水基本在10mg/L左右。
注:进水COD、氨氮、总P均为投加渗滤液之后混合液检测数据。
图2
随着同步培养驯化天数的增加,活性污泥逐渐呈现褐色,具有土壤的气味,池中污泥不断成熟,絮体不断清晰,混合上清液也逐渐清澈,污泥中的原生动物(如钟虫、累枝虫、鞘居虫、盖纤虫等)的数量渐多,出水各项指标逐渐降低。培泥的第35天(2月16日)后污泥浓度达到4500mg/L以上,2016年2月16日,COD等各项出水指标见表4,出水重金属含量总Cu为0.014mg/L、总Ni为0.025mg/L、总Cr为0.012mg/L。总Zn为0.045mg/L。至此,出水水质各项数据达到理想的稳定状态,可以断定CAST池的活性污泥同步培养驯化取得成功。
4 城市生活垃圾填埋场渗滤液作为营养液的特点
第一,由于城市生活垃圾填埋场渗滤液中本身就含有大量微生物,包括亚硝化细菌、反硝化细菌、脱硫杆菌、脱氮硫杆菌、铁细菌、硫酸盐还原菌以及产甲烷菌等,即为污泥的培养提供了大量的活性菌种。
第二,常规培泥一般会投加面粉等作为营养剂,可能会发生溶解效果较差,在水体中出现浑浊难沉降的现象。此时静置4个小时以上的上清液亦不清澈,对出水的COD、SS等指标影响很大。
第三,城市生活垃圾填埋场渗滤液中所含COD部分较难降解,在进水中长期投加一定浓度的渗滤液有助于提高CAST池中活性污泥的抗冲击能力,降低进水水质波动时对出水的影响。
第四,城市生活垃圾填埋场渗滤液为不含固体和废渣的液体,使用潜水泵或者离心泵即可投加,操作简单便捷,同时渗滤液的来源广泛、成本低廉。
第五,目前,我国垃圾分类处理执行得并不是很好,生活垃圾填埋场垃圾渗滤液的成分也可能复杂,因此在使用的过程中需严密关注COD、pH以及重金属含量,控制好加入量,防止对设备造成腐蚀,对活性污泥造成伤害,关键是要保证出水的各项指标稳定、达标。
5 结语
城市生活垃圾填埋场渗滤液以合适的比例投加到CAST池进水中,优于常规营养剂。使用同步培养驯化法进行培泥的过程同时也是污水正常处理的过程,取得了较理想的出水效果。渗滤液的使用适当地提高了进水浓度,也进一步提高了活性污泥的抗冲击能力。城市生活垃圾填埋场渗滤液作为营养液在CAST工艺活性污泥培养中的应用,所需费用较少,大大缩短了污泥驯化时间。与传统方法相比,节省了开支,降低了成本,节约了时间。
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关键字:垃圾渗滤液;生物处理技术; 厌氧-好氧组合法
中图分类号:R124文献标识码: A
一.目前垃圾渗滤液生物处理技术的研究现状
1.渗滤液的来源,组成及特点
垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水。它主要来源于降水,地下水的反渗,细胞生物反应产生的水,以及垃圾自身的水分和垃圾在进行填埋后,由微生物的厌氧分解产生的水分。
垃圾渗滤液水质复杂,目前被确认的有机污染物有150多种,其中致癌物以及辅助致癌物达5种。还有难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物,磷酸酯,酚类化合物和苯胺类化合物等。其中浓度最高的化合物比城市污水的浓度还要高出很多,比如BOD、COD。此外,垃圾渗滤液还含有十多种金属离子,其中有些浓度很高,这个会严重影响生物处理过程的进程,并对其产生抑制作用。总之,当这些污染物达到一定的规模时,影响的不仅是环境,更重要的是会严重影响居民的生活和身体健康。
影响垃圾渗滤液的因素很多,其中包括水分供给情况、垃圾性质、填埋场表面情况、填埋场底部情况等。正所谓有因必有果,其带来的影响也是多种多样的,比如水质波动大、成分复杂、金属离子含量高、污染物浓度高、持续时间长、流量小且不均匀。它的成分很复杂,一般来说,降雨量对其有更深的影响,降雨量越大,垃圾渗滤液也越大,且随着季节、气象等因素的变化而变化。
2.研究现状
目前的垃圾渗滤液生物处理技术主要有好氧处理,厌氧处理,和好氧厌氧结合处理三种方法。
好氧处理
好氧处理工艺是利用微生物在好氧条件下的代谢作用,以废水中的有机物作为原料进行新陈代谢,合成生命物质,同时将污染物进行降解或还原的过程。好氧处理的处理方法主要有活性污泥、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘法、MBR及SBR处理工艺等。目前最新的活性污泥法是低氧-好氧活性污泥法及间歇式活性污泥法,它们是经过改进的活性污泥法,具有高校性,低费时的特点。众多的垃圾处理数据表明,活性污泥法是最有效的垃圾渗滤液处理方法,体积小,有机负荷高。相比之下,曝气稳定塘这种垃圾渗滤液的处理方法占地面积大,体积大,且有机负荷低,降解进度较慢,但是由于其工程简单,在土地资源丰富,土地价格低的地区,比如青藏高原,云贵高原,曝气稳定塘不失为一种最省钱的垃圾渗滤液好氧生物处理方法。国外早在80年代就有人运用稳定塘技术建立处理厂,并成功处理了垃圾渗滤液。实践表明,如果非得选择一种最好,最实用的处理办法,活性污泥法仍为上选。
厌氧处理
厌氧生物处理有许多优点,最主要的是能耗少,操作简单,运行费用低等。因此也是垃圾处理者比较喜爱的垃圾渗滤液处理方法。厌氧生物处理的运用可谓历史悠久了,至少也有几百年的历史。近年来随着微生物学、生物化学等学科发展和工程实践的不断发展,使垃圾渗滤液生物处理技术在理论和实践上有了迅猛发展,大量新的厌氧处理工艺相继出现,它们相比于传统工艺的处理方法,具有水力停留时间短,有机负荷高等特点,特别是在处理高浓度(BOD5≥2000mg/L)有机废水方面取得了良好效果。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%。
厌氧与好氧相结合的处理技术
其一,厌氧―好氧生物氧化工艺。
经各种工艺组合的试验得出如下结论: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BOD5去除率分别达86.8%和97.2%。
其二,厌氧-氧化沟-兼性塘工艺。
当进水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,就会导致出水水质中各种水质成分含量均偏高,从而难以达到标准要求。若是启用絮凝沉淀系统,效果能好一点,但是仍达不到理想状态。
其三,厌氧―气浮―好氧工艺。
将上流式厌氧污泥床反应器和生物接触氧化法相结合的处理工艺,前半段上流式厌氧污泥床反应器为厌氧装置,后半段生物接触氧化法为好氧装置。在厌氧段完成处理后再加入气浮工艺,就可处理渗滤液变化幅度大的问题,从而提高渗滤液处理能力。
其他生物处理技术
生物炭处理技术:A.Imai等采用生物活性炭流动床(BACFB)技术处理垃圾渗滤液。当HRT为96h,COD去除率将达到58%,活性炭可吸附部分小分子有机物和微生物的代谢产物。这种方法可去除70%的腐殖质。
土地处理法:此法处理渗滤液是将渗滤液收集起来,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,从而达到处理渗滤液的目的。
硝化和反硝化处理:生活垃圾填埋场的渗滤液中,含有高浓度的有机污染物和氨氮。为使有机物和氨氮同时去除,垃圾填埋场在填埋垃圾时可采用混凝剂用铁盐和高分子聚合物的反硝化-硝化的工艺。
二、存在的问题
随着科技的进步,各个学科取得突破性进展,各种垃圾渗滤液处理技术取得良好效果,但仍然存在很多的问题。比如说好氧工艺的活性污泥法和生物转盘工程投资大、运行管理费用高,处理效果受温度影响较大;厌氧处理技术特别适合高浓度的有机废水,但它的停留时间长,且对温度的要求高,去污率很低;厌氧-好氧工艺生物处理渗滤液较好,但渗滤液处理厂的修建投资大,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。所以,要使垃圾渗滤液生物处理技术应用前景广阔,许多问题还有待深入研究。
因为垃圾渗滤液的水质不稳定,如果我们在处理时只采用那些单纯使用生物处理技术,那么对于解决技术达标问题是很难的。所以我们应该在技术上、经济上寻找可行的工艺方案,可以将不同的工艺搭配协调使用。
此外可以从开源的角度去研究,这也是最有效的一种办法,我们可以开展减少渗滤液产生量填埋技术的研究,在工业制造上尽量采用无毒的材料,加之先进的生产工艺,减少渗滤液的产生量。
结语:
实践证明, 厌氧法具有有机负荷高、低耗能、低污泥产率、且对无机营养元素含量要求较低等特点,它比较适合用来处理有机物浓度高、磷含量低、可生化性差的垃圾渗滤液。它可以用来处理大量的有机污染物,因此, 厌氧法可以作为垃圾渗滤液的核心处理单元。
与厌氧法相比, 好氧处理耗能高, 且 COD 浓度越高, 好氧法耗能越多; 好氧处理可以将大量的有机物转化成污泥, 但它也有自己的缺点和局限性,那就是的污泥处理和处置的费用远高于低耗能的厌氧法; 而且好氧处理因为处理时污泥的生长量大,相对应的对无机营养元素的需求高,因此处理含磷浓度较低的垃圾渗滤液时需要投加必要的磷, 这样也就增加了运行费用。
综上所述,将好氧处理和厌氧处理结合无疑是最好的垃圾渗滤液处理方法。它既经济合理, 处理效率又高。此外,要进一步提高科学技术的发展以及其在垃圾处理上的应用,变废为宝,为环保做贡献,也为资源利用做贡献。
参考文献:
[ 1] 刘可.城市垃圾渗滤液的特性分析及厌氧处理试验研究.硕
西安建筑科技大学.2006.
[2] 蒋海涛.周恭明.高延耀.城市垃圾填埋场垃圾渗滤液的性质特