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Abstract: Conditions for quick start-up of UASB reactor treating landfill leachate have been studied. The results show: at the embient water temptemperature in summer (25~ 30℃), when inoculated with surplus sludge from municipal wastewater treatment plant (which uses conventional activated sludge process) and cultivated step-by-step, and by controlling the liquid up-flowing speed at 3.0m/d, the UASB reactor can be started-up within 50 days in treating landfll leachate, with the organic loading rate (as CODcr) up to 10 kg/(m3.d).and the CODcr removal rate over 70%. Granulation of the sludge in this reactor can he completed within 90 days, which is 1~ 4 months shorter than with conventional start-up.
Key words: UASB reactor; landfill leachate; quick start-up
目前,在处理城市生活垃圾填埋场的渗滤液方面,世界上一些国家如新西兰、美国、澳大利亚等采用了UASB艺,运行效果良好[1]。我国也有实例,如福州、武汉、昆山等地在处理垃圾渗滤液时也有采用UASB工艺。但由于我国对这方面研究不足,使得相当一部分处理垃圾渗滤液的UASB反应器启动十分困难。为此,本研究侧重于为实现处理垃圾渗滤液的UASB反应器的快速启动提供实验依据和科学方法。
1 实验方法
1.1 实验装置
实验用UASB反应器采用内径为200 mm有机玻璃圆柱,高2.1m,总容积55L,有效容积50L,在高度方向上每隔300mm开一取样孔。
1.2 实验步骤及条件
①投加接种污泥,接种污泥投加量为UASB反应器有效容积的25%左右:接种污泥来自上海市某生活污水处理厂二沉池的剩余污泥,ρ(MLVSS)=5350mg/L。沉降性能良好。
②第一周将UASB反应器的有机负荷(以CODcr计)控制在0.5kg/(m3.d),以后每隔7d增加一次有机负荷,即有机负荷为1,2,4,7,10kg/(m3.d)。
③通过调节回流水量而控制整个启动期间液体上升流速(也即表面水力负荷)在3.0m周左右。
④考虑到高污泥停留时间是厌氧反应器高效运行的保证,本启动期间并未进行排泥,从而保持高污泥浓度和高污泥停留时间。
⑤由于厌氧细菌在30-40℃活性较高,而实际工程加温费用较为昂贵,故水温选夏季室内水温25-30℃进行启动实验。
⑥垃圾渗滤液来自上海市老港城市生活垃圾填埋场调节池渗滤液原水,本实验在启动阶段对此原水进行了稀释,使产(CODcr)-2500mg/L,p(NH3-N)≈200mg/L,ρ(TP)≈3.5mg/L,在工程中可以通过出水回流来稀释较高浓度的渗滤液。
2 结果与讨论
2.1 选择压与污泥颗粒化
已有的研究表明,当温度等外界条件一定时,对UASB反应区内的颗粒污泥的形成影响最大的是基质的种类、浓度以及液体上升流速(也即表面水力负荷)和表面产气负荷(合称选择压)。由Hickey[2],Letting G.[3],Driessen[4]等人的研究表明基质的质量浓度(CODcr)在4000mg/L以下为宜。同时在Riitta[5]等人的研究中认为液体上升流速在 2.5-3.0m/d(甚至0.72-0.96 m/d[6])之间时,最有利于UASB反应器内污泥的颗粒化。鉴于以上原因,本实验的液体上升流速控制在3.0±0.2m/d,较国内的报道(一般为10m/d以上)要低得多。图1反映了反应区内污泥平均粒径与选择压(以液体上升流速与表面产气负荷之和计)随时间的变化。由图1可见,在表面产气负荷快速增长期(第30天至第60天)污泥粒径增长迅速,平均增长了1.0mm,不仅充分说明了选择压对于污泥平均粒径有显著的影响,而且还从另一侧面证明了充气搅拌确实可以加快污泥颗粒化进程[7]。
2.2 有机负荷
有机负荷与CODcr去除率随时间的变化情况如图2所示。由图2可见,随着运行时间的增长CODcr去除率总体上是逐步增长的,且每次有机负荷突增后,CODcr去除率有所下降但又会马上回升;同时进水浓度对UASB反应器也有一定的影响,如在第44天时进水CODcr的质量浓度从原来的约2500mg/L升到约 3500mg/L时,CODcr去除率下降到54.9%,但第46大又达到了63.4%,说明UASB反应器抗冲击负荷能力比较强。对于UASB反应器处理垃圾渗滤液而言,只经过50d的启动,有机负荷(以CODcr计)就高达10kg/(m3.d),且CODcr去除率高达70%以上,这显然比常规所需的启动时间4-6个月[4]要短得多。究其原因,是因为在CODcr去除率较低(30%-60%)时,底部进水口的乙酸质量浓度较高(1000-1500mg/L),充分发挥7以巴氏甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污泥(又称A型颗粒污泥)在乙酸浓度较高时比增殖速度快的生理特性;而常规启动为了避免酸化,常在CODcr去除率达80%-90%后才提高有机负荷,其结果是从一开始即维持体系中较低水平的乙酸浓度,而无法培养起A型颗粒污泥[7]。
2.3 出水挥发性脂肪酸VFA与叫值
出水挥发性脂肪酸VFA在厌氧反应器控制中被认为是最重要的参数,这是因为VFA的去除程度可直接反映甲烷菌的活性,在正常情况下,底物先由酸化菌转化为VFA,而VFA又易被甲烷菌转化为甲烷气体,因此甲烷菌活跃时,出水VFA浓度较低。一般认为出水VFA的质量浓度低于200mg/L时,说明反应器运行良好,反之当VFA的质量浓度高于800mg/L,就有“酸化”的危险[6]。而对于连续流厌氧工艺,一般认为当pH值在7.0-7.2时的有机负荷是比较理想的,而只要温度及进水水质不变,出水的pH值主要取决于有机负荷。有机负荷一定时,消化液的pH值很快就趋向某一固定值。已有经验证明:有机负荷低时,pH值较高;反之亦然。由此可知,VFA与pH值在某种程度上有较为直接的关系,这一点在本启动中也得到了很好的反映,详见图3。
大多数研究者认为:pH值的测定较VFA测定方便得多,所以当条件有限时,可以利用VFA与pH值这种较为直接的关系,通过出水的pH值间接指示出水的VFA质量浓度。由图3可见,只要pH值在7.15以上(本启动进水PH值在7.0-7.1之间),就可以较好地将VFA的质量浓度控制在400mg/L以下。
2.4 碱度与氨氮(NH3-N)
厌氧工艺出水的碱度通常是由其中的共轭酸碱对(主要有NH4+/NH3,H2CO3/HCO3-,HCO3-/CO32-,H2S/HS-,HS-/S2-,HAC/AC-等)决定的。因而厌氧体系的总碱度可粗略地由下式计算:
总碱度=[HS-]+[HCO3-]+2[CO32-]+[NH3]+[Ac-]
McCarty建议总碱度应维持在2000-5000mg/L的范围内,如果反应器总碱度小于1000mg/L就会导致pH值的下降,H2S的质量浓度不应高于150mg/L、NH3-N的质量浓度不应高于1000mg/L[8]。本启动实验期间,UASB反应器内总碱度平均值约为2100mg/L,而NH3-N的质量浓度在180-300mg/L变化,运行情况良好。
转贴于 3 结论
①采用城市生活污水厂的剩余污泥接种,在夏季自然水温25-30℃左右时,经逐步培养法,可以在50d的时间里完成UASB反应器处理垃圾渗滤液的启动,使其有机负荷(以CODcr计)高达10kg/(m3.d),且CODcr去除率高达70%以上(较常规启动少用1-4个月的时间),进而在90d里完成污泥的颗粒化。
②可以通过利用A型颗粒污泥在较高的乙酸质量浓度(1000-1500mg/L)下比增殖速度快的生理特性而达到缩短启动时间的目的。
③UASB反应器处理垃圾渗滤液,较低的液体上升流速(本实验在3.0m/d左右)有利于加速污泥颗粒化进程。
④为了保证厌氧微生物有较高的增殖速度,应保持较高的启动温度(25-35℃)为宜。
⑤适当的碱度(约2100mg/L)有利于维持UASB反应器内pH值的稳定。
参考文献:
[1] Glas H, Notenboon G J, Liem G H. High rate biological leachate treatment[C]. In Proc. Sardinia 93, Fourt international landfill symposium. Cagliari Italy. 1993.
[2] Hickey R F, Wu W M. Veiga M C, et al. Start-up, operation, monitioring and control of high-rate anaerobic treatment systems[J]. Wat Sci Technol, 1991,24(8):207-225.
[3] Lettinga G, Hulshoffeol L. W. UASB-process design for various types of wastewaters [J]. Wat Sci Technolm,1991,24(8)87-107
[4] Driessn, W J B M. Habets L, H A, et al. New developments in the design of Upflow Anaerobic Sludge Bed reactors[C].2rd Special-ized IAWQ confereNCE on Pretreatment of Industrial Wastewaters,1996.
[5] Riitta H Kettunen, Jukka A R. Performance of an on-site UASB re-actor treating leachate at low temperature[J]. Wat Res, 1998, 32(3): 537 -- 546.
[6] C M M Campos, G K Anderson. The effect of the liquid upflow ve-locity and the subatrate concentration on the start-up and steady-state periods of lab-scale UASB reactors[J]. Wat Sci Technol, 1992, 25 (7): 41--50.
关键词:垃圾渗滤液 处理 方法
引言:
由于垃圾渗滤液对环境和人类的严重危害性,因此必须有效的处理,达到国家排放标准。但是由于渗滤液的性质特点,与一般工业废水和生活污水来对比,其处理难度和成本都要高很多,还没有完善出经济高效的处理工艺,这使得垃圾渗滤液的处理成为污水处理方面的一个世界性技术难题,受到了广泛关注和深入研究。
一、与城市污水的合并处理
合并处理是把未经处理的垃圾渗滤液引入到填埋场附近的污水处理厂,数量较大的城市污水缓冲和稀释渗滤液,以及利用城市生活污水里的营养物质,使垃圾渗滤液与城市生活污水同时进行处理。但是,城市污水处理厂可以接纳的垃圾渗滤液是非常有限的。经国外学者研究显示,垃圾渗滤液与污水的比例超过0.5%,活性污泥的负荷量会增加一倍。而且,由于垃圾渗滤液本身特有的水质及变化特点,用合并处理这种方案时,应该加以控制,否则易给城市污水处理系统带来严重的冲击负荷,甚至会影响或破坏其正常运行。加之,合并处理受到填埋场附近有无污水厂的条件限制,还要考虑渗滤液在运输工程中的运费和运输工具等,因此合并处理未能得到广泛推广应用。
二、土地处理法
土地处理法是指利用土壤颗粒的过滤作用以及通过吸附、离子交换或沉淀作用,将垃圾渗滤液中的悬浮固体及溶解成分去除的处理方法。目前主要有两种处理方法:回灌处理法及人工湿地。
1.回灌处理法
最早是由美国Poh land在上世纪70年代提出的,主要是利用垃圾填埋层这个“生物滤床”净化垃圾渗滤液。垃圾渗滤液通过覆土层、垃圾层后会发生物理反应、化学反应和生物反应,使其被降解、截留及减少。回灌处理方式其优点主要有设施简化、运行费用低、基建投资省、耐冲击负荷等。据估计,英国约有50%、美国也近200多座填埋场用的是回灌技术,Delaware州固体废弃物管理局已将渗滤液循环处理技术应用于许多城市垃圾填埋场。
国内学者利用回灌处理+铁促电化学氧化工艺对渗滤液进行处理,结果表明:处理后COD和NH4+-N浓度值分别降低到300ing/L以下和15mg/L以下,该工艺能够处理可生化性较好的渗滤液。但回灌处理不足之处是容易堵塞土壤,氨氮大量积累,处理后的浓度较高,需再处理等,所以很少用回灌处理单独处理渗滤液,此项技术在我国的应用并不普遍。
2.人工湿地
它是近几年出现了的一种新工艺,就是人为制造出的适合水生或湿地植物生长的“环境”,其中有大量的多种活性微生物。水中可溶性固体、有机物、COD、BOD5、氮、磷及重金属等污染物经这些微生物的生化反应,转变成为植物生长所需的营养物质,从而降解污染物。其优点是管理方便、费用低等,缺点是处理效果跟季节变化有关,且处理有机物的浓度也较低。人工湿地不适应北方寒冷的地区,而适应在植物生长茂盛且生长期长的南方地区人工湿地系统多用于渗滤液的深度处理中。
三、单独处理
单独处理,就是在垃圾填埋场外建立独立的处理系统,其处理方法主要有:生物处理法、物理化学法以及物化一生物组合工艺。单独处理的优点是能够根据水质、水量不同的渗滤液,合理选择处理运行工艺,易于获得和控制运行参数,不受限于污水混合比,而且能大量处理渗滤液,是目前国内外广泛用的处理方案。
1.生物处理法
垃圾渗滤液的生物处理法就是利用微生物在一定条件下可以大量繁殖的特点,及其自身的新陈代谢作用,吸附降解污染物,从而分离和去除污染物的方法。根据微生物的呼吸类型,生物处理一般主要包括有好氧、厌氧和厌氧-好氧生物结合处理(兼性处理)三种。有些学者认为COD浓度在5000mg/L以上的高浓度渗滤液建议采用厌氧方法进行前段预处理,然后用好氧或其他后续处理方法;COD浓度在500mg/L以下的渗滤液建议使用好氧生物处理法;COD浓度在500-5000mg/L之间的渗滤液可以根据实际情况选择好氧或厌氧处理。
2.物理化学法
物理化学法是利用物理化学的原理和化工单元操作设计处理工艺,它与生物处理法相比,在投资和运行费用上要多出10多倍,一般都是与生物处理相结合,作为渗滤液的预处理或深度处理工艺,其主要处理方法有吸附法、化学沉淀法、吹脱法、高级氧化技术、膜分离处理技术等。
2.1吸附法
吸附法作为一种高效的物化处理手段,主要是通过使用各种不同类型的吸附剂,如活性炭、高岭土、焦炭、焚烧炉底灰、沸石、硅藻土、粉煤灰、蒙脱石等多孔性固体物质,目前该方法在广泛应用在化工废水、重金属污染、印染废水等的污水处理领域。蹄选出一种合适而低廉的吸附剂,是吸附法处理废水的关键。在垃圾渗滤液的处理中,吸附法主要作用是去除渗滤液的色度、金属离子和难降解的有机物污染物等。
2.2化学沉淀法
它主要利用加入某种化学沉淀剂,发生化学反应,将溶解性离子转化成不溶性固体,达到去除难降解有机物、COD、NH4+-N和重金属。絮凝沉淀是常用也是最重要的一种化学沉淀方法,它主要是加入絮凝剂,使悬浮物及胶体颗粒加速沉降。
3.物化-生物结合工艺
渗滤液是高浓度、高分子化合物多、高毒性的废水,只是采用单一的处理工艺很难使其处理后达标排放,越来越多的学者着眼与研究采用物化法和生物法组合的处理工艺处理渗滤液,且处理效果很好。
①对渗滤液利用厌氧-SBR-混凝沉淀Q合工艺进行处理,处理后渗滤液中COD和氨氮可达到148. 4mg/L和2. 2 mg/L, COD和氨氮的去除率分别为91. 2%和90.4%,有机物和氨氮去除效果较好。②对渗滤液用混凝吸附-两段SBR法进行处理。预处理使用的混凝剂是聚合硫酸氯化银铁,对SS的去除率为84%,对色度的去除率为92%,对化学需氧量的去除率为53%,B滤液的可生化性同时得到提高。
四、结语:
近几年,我国加大了对渗滤液处理的投资力度,北京市的阿苏卫填埋场、深圳下坪垃圾填埋、浙江杭州天子岭垃圾填埋场等不断引进国外先进技术,使我国的渗滤液处理水平迈入了新的时期。但是,由于考虑经济和运行费用的考虑,我国的渗滤液处理仍以生物技术为主,国外的渗滤液处理则以物理化学处理技术的研究和应用为主,而对于渗滤液这种有机污染物、氨氮、重金属浓度较高的高污染废水来说,仅仅靠单一的生物、物理化学的处理技术无法将其处理达标排放,渗滤液的处理应从提高处理效果,降低处理成本的角度考虑,灵活用生物法与物化法结合的多种复合方法进行处理。
参考文献:
【关键词】垃圾;填埋;渗滤液;处理
0.前言
本文根据对城市生活垃圾进行探讨,分析了垃圾填埋场渗滤液处理的情况,同时,根据对各个先进技术工艺进行深入了解,分析出先进的工艺技术能够更好的进行垃圾处理,使其适合我国经济的发展与环境的保护。文章还探讨了对于生活垃圾填埋场渗滤液问题的处理及解决,为我国环境保护提供资料参考。
1.垃圾填埋场渗滤液特征
1.1渗滤液来源
(1)降水。由于气候的变化,经常产生降雨或者降雪的天气,雨水或者雪融化形成的水分渗入到地表,形成降水渗漏。(2)地表水流渗入。地表水主要包括对于地层表面的灌溉,使地表上的水流入地下,渗入到填埋垃圾中。(3)地下水渗入,填埋垃圾产生空缺会使地下水渗入。(4)自身水分。生活垃圾中,自身自带的水分。(5)分解。垃圾经过分解变化形成水分。
1.2渗滤液水质特征
(1)水分渗入量小,大但是存在不同类型的水质。与城市中废水、污水的胖放量来说,量比较小,但是收到土质及各个渠道的影响水质不同,同时水质变化也很大。(2)污染物浓度高。垃圾渗滤液中的污染物主要BOD、COD有机污染以及N污染等等,污染物浓度与垃圾中含有的易腐有机物呈正比例关系;氮物质越多,垃圾渗滤液的NH3N含量就越高;(3)金属含量高。垃圾填埋场中产生的垃圾渗滤液含有十多种金属离子,如铁、铅、锌、汞等等;(4)可生化性。在垃圾填埋场,垃圾不断填埋、不断增加,随着垃圾的堆积,早期垃圾因为积压产生降解,受到空气的流通有机物质会出现变质现象。在填埋完成后降解几率会逐渐减小。在变质过程中,一些不容易降解的有机物质会随着时间的增加而在填埋区域占主要位置,使渗滤液的可生化性降低。
1.3主要成分
垃圾的来源渠道较广,由此导致的垃圾组成成分十分复杂多样,既含有有机物,也含有无机物,还含有大量的重金属。
2.垃圾填埋场渗滤液处理方法
目前,垃圾渗滤液的处理方法主要是生化法、物化法,以及新的一些技术和方法。
2.1物化法
物化法主是对垃圾渗滤液进行预处理和深度处理。其主要功能是要去.圾渗滤液中的SS、NH-N、色度以及那些难以降解的有机物。当前,物化法主要有化学沉淀法、吹脱法、电化学氧化法、电催化氧化法、光助Fenton法、臭氧催化氧化法等等多种方法,当COD为2000-4000mg/L时,物化法可以将COD浓度去掉50%-87%。而且,经过物化法处理后,出水水质也将为稳定,尤其对生物处理难度较大的低值COD、BDO有较为理想的处理效果。但物化法也有一些弊端,主要表现在处理的成本较高,不适合对那些大水量的垃圾渗滤液的处理。
2.2生化法
生化法则通常担负起垃圾渗滤液处理系统中的主体工艺的角色,用于去除垃圾中的大部分可以生化降解的有机物和营养物。目前,使用较多的生化法主要有厌氧一好氧法、SBR法、MBR法等等。目前,国内外多数的垃圾渗滤液的处理工艺选择r以生化法为主体,生化法的经济性、易管理等特点使得该类方法得到了普遍应用
2.3其他技术
经济的发展以及科学技术的不断提高,在垃圾渗滤液的处理方面也在不断的创新,研制出污染性小、有效的分解垃圾的技术,同时应用到实践生活当中,为省市环境保护与人类健康提供基础工艺。
3.废水处理工艺
3.1工程概况及工艺流程
3.1.1工程概况。
某垃圾填埋场主要接受县城周边20万人口的日常生活垃圾,平均填埋量为500rid,渗滤液的产生量约为20-120m3/d,设计处理能力为150m3/d,执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)标准。
3.1.2工艺流程。
考虑垃圾填埋场建设初期,渗滤液的生化性较好,可以通过将调节池中的渗滤液用泵进行提升,进入到UASB厌氧中,在去除大部分有机物之后,出水再流入到A/O-MBR池中,通过好氧生物的进一步作用后达到去除渗滤液中有机物的目的,最后经过硝化和反硝化达到去除渗滤液中的氨氮的效果。出水经过增压泵的增压,进行纳滤处理后以达到进一步去除氨氮和有机物的目的,最终达到出水达标排放。对于那些后期进入填埋场的垃圾,由于渗滤液生化性较差,渗滤液中的碳氮含量浓度较低,可以直接进入A/O-MBR处理系统。
3.2高效节能管理。
对于垃圾渗滤液中水分的质量及水量容易发生变化,因此,为垃圾的处理与渗滤液的处理措施中增加了管理难度,因此,在处理垃圾渗滤液过程中,必须将渗滤液的水质及水量进行控制,控制机械设备的工作效率,有效改善垃圾填埋场的污染。在机械设备管理中,首先要进行机械质量的检查,注意各个结构设计及材料质量的标准,应用先进技术,保证机械运行的高效性与稳定性。其次,要注意对机械进行良好的管理与监督,加大管理力度,将一些新技术应用到垃圾渗滤液的改善中,其中(1)需要专门的人员进行监督,定期检查垃圾量,控制垃圾的投放;(2)提高创新意识,加大科技投入,将先进的技术应用到垃圾管理的运行中,使新技术得到利用同时良好的控制垃圾渗滤液的问题;(3)引进专业人才进行管理,提高管理人员素质,采取培训的手段将管理人员进行管理,并且提高人员素质与职业道德,使工作人员认真对待垃圾处理问题,提高其环境保护意识。
4.结论与建议
(1)不同处理方案的选择,应在对填埋场渗滤液进行分析预测后,考虑处理系统运行的稳定性和可靠性及耐冲击负荷能力,进行技术经济以及环境效益分析后慎重选择;(2)渗滤液回灌技术因其技术、经济优势,可以作为合并处理和单独处理工艺方案的预处理,达到削减水量和污染物,并加速渗滤液水质稳定化的作用;(3)对渗滤液回灌技术应加强对水量平衡的研究,在解决渗滤液恶臭污染物对大气环境质量影响等问题的条件下,应采用蒸发量大的回灌技术;(4)对渗滤液生化出水中难降解的腐殖质类物质,从目前来看,采用高级氧化去除技术也存在经济性的问题。除在超临界水氧化技术等高级氧化技术方面深入研究外,还应对渗滤液膜处理技术进行研究。
【参考文献】
[关键词]垃圾渗滤液FEO技术应用
垃圾渗滤液是在垃圾填埋过程中产生的一种成份十分复杂的高浓度的有机废水,目前还没有特别有效的治理方法。传统的生化处理法虽然常常用来处理渗滤液,但由于渗滤液中含有多种有毒有害的难降解有机物且水质水量变化很大,生化法的处理效果远不及其对城市污水的处理。“FEO技术”是我公司专门针对垃圾渗滤液开发的处理技术,在BOD5 CODcr比值低和很低时,使渗滤液达标的关键性技术。
1垃圾渗滤液的特性
垃圾渗滤液的来源主要有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、垃圾自身的水分、覆盖材料中的水分和垃圾生化反应的生成水等。其具有负荷高、水质成份复杂、浓度随季节变化大、色度高、氨氮高、有毒性物质较多、可生化性逐渐降低等特征。渗滤液水质特征见表1。
表1 垃圾渗滤液水质特性表
项目 特 性
色味 呈淡茶色或暗褐色,色度一般在2000~4000倍之间,有较浓的腐臭味。
pH值 填埋初期pH为6-7,呈弱酸性;随着时间的推移,pH可提高到7-8.5,呈弱碱性。若垃圾中煤灰多,呈弱碱性;煤灰成分少,有机物多,呈弱酸性。
BOD5 随着时间和微生物活动的增加,浸出液中的BOD5也逐渐增加,一般填埋6个月至2.5年,达到最高峰值,随后BOD5开始下降。
CODcr 填埋初期CODcr略高于BOD5,随着时间的推移,BOD5急速下降,而CODcr下降缓慢,从而CODcr高于BOD5。浸出液中的BOD5/CODcr的比值比较高,说明浸出液较易生物降解,当填埋场填满封场后的2~5年中BOD5/CODcr逐步降至0.1,则认为后期浸出液中难于生化降解的成分占主要。
TOC BOD5/CODcr值可反映浸出液中有机碳可生化状态。填埋初期,BOD5/TOC值高,随时间推移,填埋场趋于稳定,浸出液中的有机碳以氧化状态存在,则BOD5/TOC值降低。
溶解总固体 浸出液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化。填埋初期,溶解性盐的浓度可达10000mg/l,同时具有相当高的钠、钙、氯化物、硫酸盐和铁等,填埋6~24个月达到峰值,此后随时间的增长无机物浓度降低。
SS 一般在1000mg/l以下,垃圾填埋高度增加,SS值下降。
氨氮 氨氮浓度较高,以氨态为主。
磷 浸出液中含磷量少,生化处理中应适当增加与BOD5相当比例的磷。
重金属 生活垃圾单独填埋时,重金属含量很低,一般不会超过环保标准,但若渗混入工业废物或污泥混埋时,重金属含量增加,超标可能性大。
细菌 浸出液含有毒有害物质及细菌病毒、寄生虫等,其中大肠杆菌含量最大。
2垃圾渗滤液的处理技术
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甲烷细菌转化成甲烷和二氧化碳,产生极少数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。成熟的工艺有厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥床(UASB)、高效厌氧反应器(UBF)等。
对于BOD与COD比值远大于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。
2.2 物化处理技术
物化处理技术是指通过物理化学的方法去除渗滤液中的C0D、SS、色度、重金属等。相对于生物法,物理化学法不受渗滤液水质水量的影响,抗冲击负荷能力较强,出水水质比较稳定,尤其在废水可生化性较差的时候有比较好的处理效果。近年来,用于渗滤液处理的物化法主要有活性炭吸附、化学沉淀法、吸附法、化学氧化法、反渗透法、电渗析、FEO技术等多种方法。其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。
2.3 组合式工艺处理垃圾渗滤液
渗滤液成分复杂,仅采用普通的生物处理工艺难以达到理想的效果,因此需采用合适的预处理措施来提高它的可生化性,以改善后续工艺的运行环境。对于处理垃圾渗滤液采用物化和生化组合式的处理工艺,可以避免这两种方法的缺点。我公司积累近十年的工程实践经验,成功地开发了“厌氧+FEO+氨吹脱+好氧”的处理工艺,该处理工艺已经成功应用于十几个垃圾渗滤液处理工程。实践证明该工艺处理高浓度的垃圾渗滤液是目前确保出水稳定达标的最可行技术路线之一,CODcr、BOD5、氨氮和色度的去除率均很高,是目前较先进和比较可靠的方法之一。
3FEO处理技术介绍
“FEO处理技术”是我公司专门针对垃圾渗滤液开发的渗滤液处理技术,在BOD5/CODcr比值低和很低时,使渗滤液达标的关键性技术。我公司将该技术应用于漳州市九龙岭生活垃圾填埋场渗滤液处理工程,湛江生活垃圾填埋场渗滤液处理工程、阳江生活垃圾填埋场渗滤液处理工程、福安垃圾填埋场渗滤液处理工程、合肥市龙泉山垃圾填埋场渗滤液处理工程等工程均获得成功,净化效果十分显著。
其作用如下:FEO反应器中填料主要由Fe、Al、C、Mn、Zn、石墨等二十几种物质按一定的配比均匀混合而成。FEO反应器由FE罐及高级氧化罐两部分组成,“FE”指反应器中的主要填料铁(Fe),而“O”表示氧化反应。它主要利用电解质溶液中铁屑及其它金属晶体结构与碳之间形成的许多局部微电池,来处理工业废水的一种电化学处理技术。FEO反应器在没有外加电能条件下,充分利用金属-金属、金属-非金属之间的电位差而产生的无数微小电池的作用,使废水中的污染物通过电化氧化-还原反应、凝聚、气浮和沉降等作用,达到净化的目的。其电极反应式如下:
阳极反应:FeFe2++2e,E0(Fe/ Fe2+)=-0.44V
阴极反应:2H++2e2[H]H2,E0(H+/ H2)=0.00V(酸性介质)
O2+2H2O+4e4OH-,E0(O2/ OH-)=0.41V(碱性介质)
O2+4H++4e2H2O,E0(O2/ H+)=1.23V
FEO反应器特点是作用机制多、协同效应强、适用范围广、去除效果好、运行费用低、脱色效率高。它采用多组合工业混合原料及多元催化剂,进行多种生物化学反应、电化学反应和凝絮吸附共沉淀效应,从而分解难生化和不可生化的有机物,降低色度,为后续生化处理提供良好保障。
4FEO技术处理垃圾渗滤液工程案例
合肥龙泉山垃圾填埋场渗滤液处理站为我公司于2004年设计施工,并于2005年投入运营。合肥龙泉山垃圾填埋场位于合肥市肥东县桥头集镇,该渗滤液处理站是垃圾填埋场的主要配套工程,设在填埋库区的西北面,该项目由我公司设计施工,合肥市建设投资公司负责工程建设,华夏监理公司负责工程监理。垃圾渗滤液污水调节池容积为5万m3,渗滤液处理站设计处理规模为600m3/d,处理达标后的污水,由一条约10km的管线排入店埠河,最终进入巢湖。
垃圾渗滤液处理站设计进水水质如下:
CODcr≤6000mg/L BOD5≤3000mg/L,
SS≤500mg/LNH3-N≤800mg/L
垃圾渗滤液处理站出水排放标准如下:
渗滤液处理出水水质执行《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-1997标准中的二级标准,即:CODcr≤300mg/L,BOD5≤150mg/L,SS≤200mg/L,NH3-N≤25mg/L,pH=6~9。
本处理站工艺主体路线:UASB+FEO+氨吹脱+CASS是不同于其它传统处理工艺,其是以先进的专利技术及工艺处理理论为依托,以大量的工程实例为基础逐步发展改进确立起来的,具有高度的针对性及先进性,是目前垃圾渗滤液处理的成熟的处理工艺。而FEO技术作为我公司的专利工艺更是在该工艺主体线路中起到关键的作用。
经过这几年的运营实践,FEO对经过厌氧处理以后的垃圾渗滤液处理平均效果见表2。
表2FEO进出水水质对比表
水质指标 CODcr
(mg/L) BOD5
(mg/L) 氨氮
(mg/L) 色度
(倍)
进水水质 3000 1200 800 3000
出水水质 2250 1020 640 150
由此可见FEO对 CODcr有25%的去除率,对BOD5有15%的去除率,氨氮也有20%的去除率,而对色度的去除率达95%。通过测量进出水的B/C也得到了提高。实践证明,FEO有如下优势:
4.1 垃圾渗滤液的色度很高,可达2000倍以上,工艺流程的主体系统采用生化为主的处理工艺,生化处理对色度的去除能力较弱,而“FEO处理技术”对有机色度的去除率可达95%以上。
4.2 垃圾渗滤液含有10%~35%难生化降解的有机物质,特别是填埋场到中后期或封场后,难生化和不可生化物质将占主导成份,只通过生化处理无法有效去除。“FEO处理技术”中因加入特殊的催化氧化剂,可使垃圾渗滤液中的大分子难生化物质断链为小分子,同时可改变一些难生化物质的分子结构,通过投加药剂反应可生成沉淀去除。
4.3 FEO处理技术可以去除相当一部分CODcr、NH3-N,减少后续生化处理的负荷。缩短生化时间,降低运行成本。
4.4 生活垃圾中可能混入一些工业垃圾,增加垃圾渗滤液中重金属的含量,采用FEO处理技术,能有效地去除垃圾渗滤液中的重金属离子,确保处理后的重金属达标排放。
5结论
垃圾填埋场因所处地区气候(降水)、水文特点,也与填埋场运行时间密切相关,渗滤液水质是连续变化的,所以对渗滤液的处理,不仅要考虑工艺方法对渗滤液的处理效果,而且更要考虑该工艺方法对水质、水量变化的适应性。物化法控制条件灵活、调整参数方便可靠,而生物法则对连续变化的渗滤液水质具有较好的适应性,结合两者各自特点,采用组合式工艺“厌氧+FEO+氨吹脱+好氧”处理垃圾渗滤液。FEO技术对于水质水量的变化有很好的适应性,在其水质水量变化时均能够稳定的运行。FEO技术处理垃圾渗滤液将是一个发展方向,有着广阔的应用前景。
参考文献:
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【关键词】卫生填埋;渗滤液处理;沼气处理
1.背景及设计参数
齐齐哈尔市位于黑龙江省西北部的嫩江平原。地势北高南低,土地总面积为42289平方公里.人口561.1万,其中市区人口143.9万[1]。
设计参数:以主市区人口20万人为例,平均每人每天产生垃圾2.0kg。处理规模为400t/d,总服务年限20年,垃圾经过小型垃圾压缩中转站压缩后运至填埋场,填埋场垃圾渗滤液处理后的出水水质要求达到《国家污水综合排放标准》。
2.生活垃圾的处理原则
生活垃圾应按减量化无害化资源化有机结合的原则处理, 同时, 还应考虑地区经济的发展水平, 对于中小城镇还应考虑尽量减少基建投资费用以及运行费用。减量化的基本任务是通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积,垃圾处理需占用大量的土地, 尽管各种处理方法的用地指标不同, 但都有不同程度的减容效果。无害化的基本任务是将固体废物通过工程处理,达到不损害人体健康,不污染周围的自然环境。无害化是垃圾处理的基本要求。无论何种处理方法, 均应有消毒灭菌等防止对环境造成二次污染的设施。资源化的基本任务是采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源,垃圾中分选出的废旧物资的回收利用,垃圾处理中的余热、沼气的回收利用, 堆肥产生的肥料, 堆肥中止后复垦造地等, 都是垃圾资源化的内容。
3.工程概况
垃圾填埋场依所在场址自然地形条件的不同, 大致可分为山谷型填埋场、平原型填埋场和坡地型填埋场三种类型。山谷型填埋场一般填埋区库容量大, 单位用地处理垃圾量最多, 考虑齐齐哈尔的自然地形因素,选则平原型填埋场。主要设计和建设内容由进场区、填埋区、渗滤液处理区、沼气导排区四大部分组成。主体工程包括填埋库场地平整和构建、截洪沟、防渗系统、渗滤液集排系统和调节池、渗滤液处理系统、沼气收集及处理系统、以及配套的道路系统等
4.填埋工艺
生活垃圾的填埋有厌氧性填埋和好氧性填埋两大类,普通厌氧性填埋和厌氧卫生填埋由于未设置或只设置简单的排渗导气系统,不符合我国现行城市生活垃圾卫生填埋的有关标准,目前已不采用[2]。改良型厌氧卫生填埋通过设置完善的排渗导气系统可有效防止垃圾产生的渗滤液和有害气体污染周围环境,其卫生标准高,填埋作业简便,但这种填埋类型也存在产生的渗滤液浓度,渗滤液处理效果难以达到高标准要求的缺点。好氧性填埋主要是利用机械向填埋垃圾中鼓风,从而使垃圾快速腐熟,达到早期稳定有机物的效果,由于通气管路多,作业繁杂,投资费用高,目前也较少用。半好氧性填埋主要是利用渗滤液收集管和填埋气体导气石笼向垃圾中排入自然风,使填埋场部分区域处于有氧状态,从而加速有机物分解,降低渗滤液浓度,其填埋作业方式与改良型厌氧卫生填埋类似,但所产生的渗滤液水质的稳定性和可生化性却有较大的改善,可在一定程度上降低渗滤液的处理难度。考虑到本设计中的填埋场对处理后的渗滤液的出水水质要求较高,故采用了准好氧性填埋形式。在设计中为实现准好氧性填埋,还采取了如下措施。在满足渗滤液导排要求的情况下适当加大渗滤液导排管管径使其处于非满流状态;适当抬高场底标高,将加入调节池得到排管管底标高控制在调节池最高水位以上,在垃圾体中设置导气盲沟;适当加大导气石笼直径,提早设置沼气收集设施。通过采取上述措施,空气可由渗滤液导气管、导气石笼,导气盲沟进入库区填埋堆层,并随着垃圾体的不断堆高和沼气逐渐被收集,使垃圾堆体内部形成一定的负压,空气不断进入填埋体内,达到准好氧填埋的目的。
5.填埋场渗滤液控制及防渗处理
5.1 渗滤液
垃圾渗滤液是垃圾场运行过程中产生的主要污染物,渗滤液中含有大量的各种有机、无机污染物、重金属、细菌等有毒有害物质,并且COD、BOD 浓度较高,如果任其排放,对周围环境的污染及破坏程度是难以估量的,因此,必须严格控制垃圾渗滤液产量,它是卫生垃圾填埋场设计成功与否的关键所在。影响渗滤液的主要因素:渗滤液主要来源于垃圾填埋场范围内的降水渗透、地下水侵入、垃圾本身所含水分及其堆放过程中产生的腐熟液。影响渗滤液产量的因素十分复杂,主要有降水、地下水侵入、垃圾成分、垃圾填埋过程中地表水的径流情况及水分蒸发等。垃圾填埋场一般不会建造在承压地下水有可能侵入的地方,因此,“地下水的侵入”是指地表的潜水,这部分潜水的量与降水密切相关,在北方地区除夏季的瓜果等垃圾富含水分外,其余季节富含水分垃圾较少,所以降水是渗滤液的主要来源。渗滤液调节池的功能, 是蓄水和调节渗滤液处理站进水水质、水量。调节池的容积主要取决于降雨量,其优点是:(1) 最大限度地减少雨季时垃圾渗滤水向下游污染的可能性;(2) 利于渗滤水的自净功能, 减少污水处理的进水负荷;(3) 利于渗滤水的反灌喷淋措施的实现。所设计的垃圾处理场日处理量为400 t , 考虑各方面因数, 调节池容积为1800 m3 。
5.2 垃圾渗滤的防渗处理
考虑到垃圾渗滤液的特点和受城市污水厂处理总量的限制等多方面因素的影响,在卫生填埋场现场建设渗滤液处理设施. 目前,国内外采用的垃圾渗滤液处理技术主要包括:物化处理、生物处理等[3]。 渗滤液的生物处理① 好氧处理法. 好氧处理主要包括:活性污泥法、曝气氧化塘、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池. 好氧处理不仅可以有效去除BOD5 、COD 和氨氮,还可以去除一部分锰、铁等金属元素. 例如:广州大田山垃圾填埋场采用的“活性污泥—氧化塘”相结合的处理工艺,处理效果良好; ② 厌氧处理法. 厌氧处理法包括:厌氧污泥床、厌氧式生物滤池、厌氧接触池、混合反应池、分段厌氧硝化、厌氧稳定塘等方法. 大量实验表明,厌氧生物处理特点是能耗低,剩余污泥产生量少,所需的营养物质也较少,对高浓度有机废水处理效果良好,但单独采用厌氧法进行处理的较少,一般再用好氧生物处理进一步确保其出水水质.③ 好氧、厌氧、物理化学结合处理法. 根据北京市政设计研究院的试验表明,采用厌氧—好氧工艺处理垃圾渗滤液,处理工艺经济合理、效果较好,对COD 和BOD5 的去除率分别达到86 %和97 %。
6.结语
随着生活水平的提高和环境保护技术的发展, 生活垃圾的处理已成为经济可持续发展要解决的基本问题。由于中小城镇经济实力较差, 生活垃圾成分中无机物含量高, 热值低, 可燃成分少, 卫生填埋将是主要的处理方式。在卫生填埋中, 又以半好氧型卫生填埋法处理比较适合。但卫生填埋场的总体设计是一个非常复杂的问题,相关的影响因素很多。由于经济能力的原因,我们不可能一开始就制定出 “完美”的卫生填埋场。但在我力所能及的范围内,充分考虑了填埋场的各项影响因素和有针对性地加强填埋场的安全设计了这样一个填埋场。希望 既能处理好生活垃圾, 又能投资省、见效快。
参考文献
[1]沈耀良,杨铨大,王宝贞,王学华,张建平;垃圾填埋场污染物溶出负荷的估算及实例分析[J];苏州城建环保学院学报;1999年02期
关键词:垃圾填埋场;渗滤液;处理技术
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2011)-07-0276-2
随着我国经济的快速发展,城市垃圾量也随之增加,垃圾的妥善处理已成为人们急需解决的问题。我国大多数城市采用卫生填埋或焚烧的方式处理垃圾,由此产生了大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液中含有多种污染物,包括重金属离子和有机物,不仅在水中存在时间长,范围广,而且危害极大,若不妥善处理将对环境造成严重污染。有效收集和处理垃圾渗滤液已成为城市环境急需解决的问题,垃圾渗滤液的处理技术成为研究者关注的热点和难点。
1 垃圾渗滤液的产生及特点
垃圾渗滤液,又称浸出液或渗沥水,是垃圾填埋场中不可避免的二次污染物[1],主要来源于降水、垃圾含有的水和微生物厌氧分解产生的有机废水[2]。垃圾渗滤液是高浓度有机废水,若未经处理直接排放或未达标排放,会对周围的地下水、地表水和土壤造成严重的污染。
垃圾渗滤液污染物含量受垃圾成分、填埋年限、气候条件和填埋场设计等多种因素的影响[3]。垃圾渗滤液水质特点可以概括为:①污染物种类多,成分复杂,浓度高。刘军等使用GC-MS 对垃圾渗滤液中有机组分进行分析,共有63种有机化合物,大多是难以生物降解的有机化合物,如酚类、杂环类、杂环芳烃、多环芳烃类化合物,约占渗滤液中有机组分的70%以上[3];有机物浓度高,COD和BOD5浓度高,最高可达几万mg/L。②水质、水量变化复杂。垃圾填埋场的水文气候条件、地质条件、地理位置、构造方式、填埋时间等不同,垃圾渗滤液的成分和产量也发生变化。而且生物可降解性随填埋龄的增加而逐渐降低。③营养比例失衡。渗滤液中氨氮含量高,C/N值常出现失调情况,同时p缺乏,微营养比例不能满足水处理的要求。
2 垃圾渗滤液处理工艺技术
在《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 于2008年7月1日颁布实施后,对垃圾渗滤液的处理控制提出了更严格的要求。渗滤液水质水量受各种因素影响而变得非常复杂,存在大量生物难以降解的有机物,目前渗滤液的处理工艺主要有土地处理、物理处理、化学处理、生物处理等,但采用单一工艺处理,往往只能在某些指标上取得好效果,很难使出水达到排放标准。因此渗滤液的处理工艺不是一种方法能够完成的,而是多种方法的组合工艺。
目前,渗滤液处理的组合工艺主要有两种,一种是以生化反应为主的“生物法+膜法(纳滤/反渗透)”处理系统;另外一种是以DT盘式膜组件为主的高压膜过滤工艺。DT盘式膜组件是独家工艺,过滤原理即为常见卷式反渗透膜过滤的原理,在此不多作介绍,本文重点介绍“生物法+膜法”的处理系统。生化法处理设备和运行管理简单,成本低,对水质和水量的变化有很好的适应能力,适合我国生化垃圾有机物含量高、渗滤液可生化能力较高的特点,当前得到了广泛应用。
2.1 早期生物处理工艺
早期的渗滤液处理工艺缺乏设计经验,对渗滤液的水质特性考虑不够充分,处理工艺主要参照城市污水处理工艺,选择生物法中的氧化沟,SBR及接触氧化工艺的比较多,由于这些工艺在曝气量、停留时间上考虑的不足,最后导致了运行的失败。
例如北京阿苏卫渗滤液处理厂选择“厌氧+氧化沟+沉淀池”的处理工艺,要求出水达到GB16889-1997二级标准,但是由于渗滤液水质水量随时间变化大,尤其随着填埋场时间的增长,可生化性低,导致出水不能稳定达标;昆山市第三垃圾填埋场渗滤液处理采用的是“厌氧+生物接触氧化”工艺,运行过程中进水水质远低于设计值,结果造成厌氧效果大幅下降,整个系统出水无法达标。
另外,早期渗滤液生化处理工艺选择沉淀池进行泥水分离,但是由于高污泥浓度的污水在沉淀池中的沉降性差,抗污泥膨胀的能力差,从而造成生化池中的污泥浓度偏低,出水水质不稳定。
2.2 膜生物反应器(MBR)应用
针对早期生化法在渗滤液处理上的不足,MBR系统在设计生化反应部分时充分考虑渗滤液的水质特性,以反硝化池和硝化池为主,在停留时间、池体深度以及曝气量方面,充分满足渗滤液中有机物降解的需要。
膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用引起了我国学者的极大关注。膜生物法(MBR)是近些年发展起来的一种集膜过滤和生物处理于一体的新型、高效的处理技术,在处理高浓度难降解有机物废水方面有着广泛的应用前景。在MF和UF基础上研发的MBR系统已经广泛应用于生化反应末端的泥水分离过程,利用膜的截留作用使微生物完全被截留在生物反应器中,实现水力停留时间和污泥龄的完全分离,使生化反应器内的污泥浓度从3-5g/L提高到10-20g/L,从而提高了反应器的容积负荷,使反应器容积减小,大大提高了生化系统的运行效果。
据相关实例数据表明,MBR系统对COD的去除率在90%以上,NH3-N在95%以上。任鹤云等采用MBR法处理渗滤液,生化部分采用硝化/反硝化工艺,膜部分采用的超滤+纳滤膜,出水COD小于60mg/L,SS小于50mg/L,氨氮小于18.8mg/L重金属等未检出[4];康建雄等应用UASB-A/O-膜工艺处理垃圾渗滤液取得良好效果,CODcr,BOD5和氨氮的去除率分别达97.3%、98.6%和92.8%,出水水质优于国家排放标准[5]。
2.3 膜处理技术
膜处理技术包括微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)等,常用于二级处理后的深度处理,多以微滤(MF)、超滤(UF)代替沉淀、过滤、吸附、除菌等常规深度处理中的预处理,以纳滤(NF)、反渗透(RO)进行水的软化和脱盐。在垃圾渗滤液处理系统中,由于渗滤液的生化性较差,单独依靠生化反应和MBR系统并不能完全实现水质达标排放,因此MBR的出水需要进一步深度处理。根据目前的处理技术,MBR出水还可通过NF或RO系统进一步处理,RO和NF都能去除细菌、微生物、溶解盐等,但RO效果更好。一般RO和NF之前的进水都必须进行预处理,对SS及浊度都有明确的要求,一般SS≤1mg/L,浊度≤5NTU,pH控制在中性左右。对RO、NF影响比较大的环境因素除进水水质外,还有压力、温度等,这些因素是可控的,因此系统运行的稳定性有了一定保证。
苏也研究表明,MBR-NF工艺经过4个多月的运行,运行稳定,在进水CODcr远高于设计值的情况下,出水状况仍然良好,满足设计要求[6]。
2.4 组合工艺流程
目前由于环境污染的不断加重,国家从加强环保的角度出发,颁布了《生活垃圾填埋场污染控制标准排放标准》(GB16889-2008),其中出水总氮成为一个重要的指标(非敏感地区40mg/L,敏感地区20mg/L)。为了满足新的垃圾渗滤液排放标准中对总氮的要求,原有MBR工艺进一步优化,增加一个二级硝化反硝化环节,如图1所示,MBR工艺优化为A/O/O+A/O+外置超滤膜(UF)可以保证出水总氮达标排放。
图1 工艺流程图
综上所述,渗滤液处理的工艺以“生物法+膜处理”为主,该工艺技术处理渗滤液可以达到2008年《生活垃圾填埋场污染控制标准排放标准》的排放要求。其中,生化处理过程可以有效地降解、消除污染物,膜分离处理过程可以有效地分离去除不可生化降解的残余污染物。
3 结论和建议
垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,其处理技术各有利弊,单独采用任何一种处理技术很难使渗滤液达标排放。因此,必须将处理工艺由单一化向多元化发展,通过组合工艺充分发挥各工艺的优势,以达到满意的处理效果。“生物法+膜处理”工艺技术处理渗滤液可以达到2008年《生活垃圾填埋场污染控制标准排放标准》的排放要求,但在垃圾渗滤液的处理过程中仍存在一些问题。
3.1 老龄化填埋场渗滤液可生化性差
渗滤液的可生化性差,新生渗滤液用生化法处理是可行的,但是随着填埋场时间的延长,渗滤液的可生化性降低,尤其是在填埋后期,可生化性很差,B/C不足0.1,生化法使用受到限制。应根据填埋场所处阶段来选择合适的工艺进行渗滤液处理。
3.2 浓缩液处理
膜分离过程可以有效地分离去除不可生化降解的残余污染物,但同时会产生浓缩液,浓缩液的最终处理也是目前水处理行业中一个亟待解决的问题。目前浓缩液的处理方法主要有回灌法、蒸发法、高级氧化+混凝沉降组合法、活性碳吸附和离子交换法等,但是回灌法势必造成盐的累积;蒸发法能耗相当大,而且蒸发器要有很强的抗腐蚀能力;高级氧化+混凝沉降法对有机物有很好的去除效果,但是对总氮去除效果不明显;活性碳吸附和离子交换法用来处理浓缩液很容易达到饱和容量,再生困难,运行费用昂贵。
渗滤液水质如果可生化性好的话,优先选择生化法,但是渗滤液中含有大量难降解的物质和毒性物质,生化出水仍需要深度处理,膜技术的应用解决了深度处理的问题,但是膜处理也存在膜污染和浓缩液处理的问题,如何通过技术改进和工艺组合降低运行成本和减少膜污染是今后研究的方向。
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关键词:垃圾填埋场;水环境;污染控制
引言
随着我国城市的快速发展,城市规模日益扩大、人民生活水平也在不断提升,城市垃圾产量也随之不断增长,城市垃圾处理已经成为了重要的城市发展问题。城市垃圾卫生填埋已经成为了我国城市垃圾集中处理的主要方式,垃圾地下填埋成本较低、工艺简单,在国内得到了广泛应用,但在垃圾填埋的过程中,其渗滤液却可能会对水环境造成一定的污染,因此必须要针对垃圾填埋场水环境污染控制问题进行深入研究[1]。
1我国城市垃圾填埋场建设情况与渗滤液处理水平分析
我国城市垃圾填埋场卫生填埋工作发展较晚,从上世纪80年代才真正展开对卫生填埋场的建设,而对垃圾渗滤液的处理建设则要更晚。我国在垃圾卫生填埋场建设方面投入了大量的财力与物力,获得了较多成果,例如上海、北京等地区已经初步实现了对生活垃圾的无害化处理,反渗透出水也已经达到一级排放标准,但整体而言我国城市来及填埋场建设与渗滤液处理的发展仍然存在较多不足,许多垃圾填埋场在建设之初没有严格按照设计图进行建设,存在垃圾渗透液直接排放、防渗设施不达标等多个问题,给周围水环境带来了极大的负面影响。
2垃圾填埋场渗滤液对水环境存在的影响
城市垃圾填埋场在建设过程中必须采取有效措施对垃圾渗滤液进行处理,从而防止其向场外扩散,进而对周围水环境带来不可挽回的污染影响。根据中国环境科学研究院对此的研究,垃圾渗滤液中的污染物质主要包括以下几个方面:一是垃圾自身含有的有害物质;二是垃圾在地下发酵过程中产生的水分以及有害物质;三是地下水浸泡垃圾而产生的废水;四是回灌水。这些渗滤液是潜入地下的污染源,因此将给周围水环境以及人体健康都带来极大的损害,且这种危害是很难被及时发觉的,一旦污染问题开始凸显时,实际造成的损害将已经到了难以弥补的地步,因此必须要在垃圾填埋场的建设时就充分重视对水环境污染的控制,从而较好的防范这类污染问题[2]。
3城市垃圾填埋场水环境污染控制研究
3.1填埋场防渗层设置
城市来及填埋场在建设时必须重视对防渗层的设置,从而有效防止垃圾渗透液对周围水环境造成不可挽回的污染问题。垃圾填埋场的防渗层需要分为以下几个部分:基础、地下水导流层、膜下防渗保护层、土工膜、膜上保护层、渗滤液导流层以及土工织物层。其中土工膜自身的反渗透性较强,但是其缺点在于抗刺穿性能较差,因此在填埋场的垃圾填埋过程中极易出现破损而造成垃圾渗滤液的泄露,而膜下黏土保护层则具有较强的抗刺穿性能,因此即使土工膜出现破损也能够较好的维持防渗透层的防护功能。值得注意的时,在铺设土工膜层时,必须要对垃圾填埋场进行土壤渗透试验,确保其渗透系数符合施工要求。
3.2排水系统设置
垃圾填埋场的排水系统主要包括以下三个部分:地下水、渗滤液以及雨水。在进行排水系统设置时,要将地下水疏排系统设置在防渗膜之下,并通过设置树枝状穿孔的PVC管道来进行地下水的排除工作;而渗滤液导渗系统则要设置在防渗膜之上,与地下水疏排系统实施分流处理;雨水排除系统则需要结合当地的地理风貌等因素进行设置,根据当地的自然地形来设置分区,从而最大可能的降低进入到垃圾填埋区的降雨量,从而进一步降低了渗滤液水量。
3.3提高渗滤液处理水平
垃圾渗滤液的处理水平在一定程度上能够决定垃圾填埋场的卫生等级,垃圾渗滤液对周围水环境将造成极大的影响,因此必须要充分重视对垃圾填埋场渗滤液的处理工作。一般的垃圾渗滤液处理方法主要包括物理化学处理方式已经以及生物处理方式。物理化学处理又包含混凝沉淀、过滤、活性炭吸附以及离子交换等,而物理化学处理方法能够较为显著的去除渗滤液中的污染物质,且其处理效果相对较为稳定,但也存在处理成本较高的问题,因此必须有效结合生物法进行渗滤液的处理。在进行渗滤液的处理过程中,应该重视水质、水量对处理方法的影响,并尽可能的采用生化与物化方法相结合的形式,从而有效提升垃圾填埋场的渗滤液处理水平[3]。同时人工湿地处理技术在处理老化渗滤液方面也存在较多优势,因此也可以结合当地的自然地形、成本等因素选择最佳的渗滤液处理方法。
结语
本文首先简要分析了目前我国城市来及填埋场的建设情况以及对渗滤液的处理情况,同时也分析了垃圾填埋场渗滤液对水环境存在的影响,针对这些污染问题,本文对加强城市垃圾填埋场水污染控制问题展开了分析,认为要从填埋场防渗层设置、排水系统设置以及提高渗滤液处理水平这三个方面进行城市垃圾填埋场水污染控制。希望本文对垃圾填埋水污染问题的研究能够对降低垃圾填埋对水环境的污染影响提供一定的帮助。
参考文献
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关键词:矿化垃圾反应床;渗滤液处理;生活垃圾
中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0053-02
一、矿化垃圾反应床工艺简介
(一)工艺概况
矿化垃圾生物反应床工艺是同济大学提出的一种适用于垃圾渗滤液废水处理的以废治废的低成本工艺。该工艺曾获得2007年教育部技术发明二等奖和2008年上海市科技进步一等奖。
该工艺的突出特点是抗冲击负荷性能优越和运行费用较低。矿化垃圾含有大量的高活性微生物种群,具有高效处理渗滤液的能力,不需要固液分离装置,即可达到较高的耐COD和NH3-N负荷冲击能力。COD和氨氮去除效果大,去除率分别能达到95.8%和99.4%。合理控制水力负荷和进水间隔时间是保持相对稳定的去除率关键。同时,由于矿化垃圾资源充足,无需曝气,投资和运行成本低,系统运行费用约为
3元/m3,一般仅占常规处理方法的10%~30%。
(二)机理
矿化垃圾生物反应床净化渗滤液的机理主要是配水期的截留、吸附及落干期的生物降解。在矿化垃圾里大部分可降解有机物已被去除,形成一些具有吸附和络合能力的腐殖质类物质,并留下了很多微小的孔道,这些微孔适合微生物的附着生长。与此同时,在厌氧、缺氧或微氧的条件下,经过含有重金属、高浓度盐类、高浓度氨氮和其他有毒有害物质的渗滤液冲刷或浸泡,生长于垃圾中的微生物经过驯化、选择和变异等作用,逐渐形成一个适应于这种环境的微生物群体。因此,相对于传统生物处理法中的微生物种群,矿化垃圾中的微生物种群对渗滤液具有更强的适应性和处理能力。矿化垃圾反应床就是利用矿化垃圾本身的吸附和络合性能,以及其中的微生物来处理渗滤液的。
二、工程设计实例
(一)工程概况
广西隆林生活垃圾渗滤液处理工程位于县城新州镇内,废水源自隆林生活垃圾填埋场,渗滤液处理工程规模为
60m3/d,占地面积约2400m2。考虑到该地区雨水季节时间长,渗滤液水质水量不稳定,变化幅度大以及无力承担高运行费等特点,选择“厌氧调节池-矿化垃圾反应床-NF-RO”作为渗滤液处理工艺。
(二)设计进出水水质
表2隆林县填埋场渗滤液进出水水质指标比较表
时间
项目 进水水质 出水水质
水质指标 设计值 水质指标 排放指标
CODCr (mg/L) 15000~25000 20000 96.7 ≤100
BOD5 (mg/L) 10000~15000 12000 29.1 ≤30
NH3-N (mg/L) 400~1500 800 23.1 ≤25
SS (mg/L) 1000~7000 5000 26 ≤40
(三)流程说明
图1渗滤液处理流程图
填埋场产生的渗滤液流进加盖调节池进行厌氧处理,可以有效降低进入矿化床的污染负荷,之后渗滤液进入矿化垃圾反应器进行处理。矿化垃圾反应床分为三级,在三级生化作用下,可有效降低原水中的有机物、悬浮物及氨氮的含量,为后段的物化处理提供保障,减少膜处理的压力,最后经纳滤和反渗透达标排放。
(四)反应床的设计
1.反应床的分级。本工程中矿化垃圾反应床一共分为3级,第一级面积约为800m2,第二级面积约为600m2,第三级面积约为600m2,床高3m。需要注意的是,由于垃圾渗滤液浓度较高,前处理负荷较大,一级反应床需要比后两级大1/3,以保证后续处理的正常运行。
2.反应床结构设计。(1)防渗层。防渗层的作用是阻止床内渗滤液流到床外,或阻止床外水渗入床内。设计防渗层结构与填埋场的单层水平防渗层类似,由下往上依次为750 mm左右的黏土层、2 mm厚的HDPE膜、600 g/m2的土工布。防渗材料在反应床平台进行锚固,保证不被扯拉下滑,该做法可以替代一般的混凝土结构防渗,大大降低工程的费用。(2)集水系统。集水系统由厚度300 mm左右的碎石或卵石平铺而成,中间设有集水盲管,在防渗层的坡度的作用下,渗滤液经处理后在集水管得到收集,进入下一级的处理。同时在集水管安装有底层垂直通风复氧管,保证多余气体的外排。(3)填料层。一定厚度的矿化垃圾细料,可有效过滤垃圾渗滤液的悬浮物颗粒,并为在反应床起主要生化反应作用的微生物提供生活场所。此外在填料层中间,安装有通风复氧系统的水平和垂直花管。复氧管与外部空气向联通,保证反应床局部的通气性,尽而实现反应床内部间歇厌氧好氧的反应过程。(4)配水系统的控制。国内矿化垃圾反应床布水方式上多采用移动式布水器布水,本工程设计采用旋转喷头取代穿孔管,能够更均匀的将渗滤液均匀分布在矿化床的各个角落,同时利用控制提升泵的停启,实现间歇布水方式,每三个小时布水器运行一次,一次运行布水30min。
同时为了保证反应床能够正常运行,设计提升泵增加筛网装置,滤去渗滤液中渗滤液中较大的杂质及颗粒物,有效防止旋转喷头堵塞的现象发生。
三、投资估算分析
表3垃圾渗滤液处理站工程投资表
序号 名称 工程投资(万元)
建筑工程 安装工程 其他费用 合 计
1 土石方开挖及回填 4.78 4.78
2 调节池 50.29 50.29
3 矿化垃圾反应床及大棚 147.29 147.29
4 NF+RO系统 177.04 177.04
7 给水系统 16.21 16.21
8 排水系统 3.16 3.16
9 绿化工程 2.53 2.53
10 通透式围墙工程 5.84 5.84
11 道路工程 2.72 2.72
合计 409.86
四、结论
1.就对渗滤液处理方法的选择而言,采用生物处理为主体的工艺的投资和运行费用相对较低。矿化垃圾反应床工艺以矿化垃圾为主体的生物处理工艺,无论是在工程投资,还是运行费用上都比较低,并且在填埋场的渗滤液处理中得到广泛应用,且效果良好。
2.矿化垃圾本身含有大量的高活性微生物种群,具有高效处理渗滤液的能力和抗冲击负荷能力,对于隆林及其他广西地区雨水季节时间长,渗滤液水质水量不稳定,变化幅度大等特点有很强的适应能力,该工艺的推广将有助于今后广西生活垃圾填埋场渗滤液处理工程的实施和合理化建设。
参考文献
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目前,我国已有大约三分之二的城市陷入到垃圾的围城中,我国垃圾渗滤液的处理已成为不容忽视的问题,本人就目前我国垃圾渗滤液处理现状和发展趋势做出一些分析。
一、我国垃圾渗滤液处理现状
目前,不同的生活垃圾处理,渗滤液的处理情况也是不相同的。例如堆肥厂的渗滤液处理,大部分都可以通过好氧堆肥的增加,或是利用生物的吸收来全部消纳掉;而相对来说,焚烧厂的渗滤液处理就较为复杂,由于焚烧厂的渗滤液中污染物浓度较高,因此很难达到国家的排放标准。
据调查,目前我国的焚烧厂中能够达到国家标准的厂子不足百分之二十,还有很多能够达到国家标准的焚烧厂采用反渗透技术处理,这种技术能够保证水质,但是不能够保证出水率。据调查,部分焚烧厂即使水质达到了国家的标准,但是出水率仅仅在70%~80%左右。除此之外,生活垃圾填埋场渗滤液处理问题也是十分重要的,据调查,现在我国城市垃圾填埋场每日能产生6.4万吨,而其中能够达到一级排量标准的还不足百分之十,还有我们上文所说的反渗透技术处理,虽然能够使出水达到一级标准,但是这种技术投资量较大,且运行费用高、出水率较低,并且存在着浓缩液无法进行彻底处理等问题。根据调查显示,在我国生活垃圾处理设施中,每年都会有不少于2000万吨的渗滤液没有得到有效的处理,我们可以根据调查来进行一项计算,我国每天未处理的渗滤液大约是2209万吨,加上上文提到的2000万吨没有得到有效处理的渗滤液,一共为4209万吨。4200万吨的渗滤液大约等同于22亿吨城市污水。
综上所述,我国垃圾渗滤液的排放及迁移转化的过程,已经对生态环境和地下水的安全造成严重影响,严重的威胁到了公共卫生安全。
二、我国垃圾渗滤液处理技术上存在的误区
就目前我国的情况来看,如果垃圾渗滤液处理想要达到国家一级标准,使用的工艺一般为直接反渗透和生化处理反渗透;如果仅仅想要达到国家三级标准,采用的工艺一般为氨吹脱生化处理工艺或是厌氧生物硝化、反硝化。个人认为,以上这些工艺都存在着误区,下面来详细的进行说明。
1.反渗透处理技术
渗滤液是污染浓度较高的废水,如果采用反渗透技术对其进行处理,渗滤液原液会对反渗透膜造成污染,如果时间一长,渗滤液原液对渗透膜的污染就会导致反渗透膜的回收率降低。在最初反渗透处理技术研发的初期,经过两三年的运行使用后,调查显示:反渗透工艺的回收率从最初的80%下降到了50%左右。除此之外,利用反渗透工艺产生的浓缩液无法得到有效的处理,尤其是渗滤液中的高浓度氨氮,高浓度氨氮是无法通过回灌来妥善解决的,因为回灌只是通过垃圾体来进行厌氧处理,而高浓度的氨氮是无法去除的。因此,个人认为,高浓度浓缩液的处理和反渗透工艺材料的使用回收问题,是反渗透处理技术的一个误区。
2.氨吹脱工艺技术
氨吹脱工艺技术就目前的发展来讲,已经算是较为落后的一种技术了。因为氨吹脱技术需要大量的石灰,不断调整PH值(最初PH值要调整到11左右,在处理过程中要调整为中性,并且控制在中性的范围内),处理的成本较高。据调查,氨吹脱技术和反渗透技术的成本相当,而且氨吹脱技术的成本还有进一步上升的趋势。
3.生物脱氮技术
目前,高浓度氨氮的处理逐渐引起广大关注,而生物脱氮的方法,由于其需氧量过大,反应速率过慢,也无法妥善的处理高浓度氨氮的问题。有的学者提出采用亚硝酸硝化—厌氧氨氧工艺,这种工艺的原理是利用亚硝酸硝化,将氨氮转化为亚硝酸氮,采用厌氧氨氧工艺,将剩余的氮气转化为氨氮,且经过学者计算,如果采用亚硝酸硝化—厌氧氨氧工艺出来的话,渗滤液的处理水力停留时间大概在2d内,每立方米的成本大概在3~5元之间,是传统脱氮技术工艺的三分之一。因此,我认为这种方法应该是比较可行的。
三、我国垃圾渗滤液处理过程中存在的问题
个人认为,就我国目前垃圾渗滤液处理的现状来将,存在的主要问题有以下几个方面:
1.我国渗滤液处理工艺的处理效果不理想
由于在垃圾处理工程中,调节池的容量不足,会对处理系统产生冲击,从而导致处理效果不佳;另外,随着填埋时间的流逝,渗滤液碳氮比失调,令其可生化性逐渐降低,并且在我国有大量的餐厨垃圾,在这些垃圾的处理过程中,会导致渗滤液中的含盐量失调,且大量的难降解物质,导致脱盐和脱色的效果都比较差。
2.水质指标处理不达标
由于我国垃圾渗滤液成分复杂、可生化性差等各种特点,导致常规的工业处理并不能够达到国家的相关标准,而先进的技术一般需要大量的人力和财力支持,容易造成严重的浪费。在处理过程中,高浓度氨氮的问题占据重要地位。渗滤液的水质的重要特征之一就是高浓度的氨氮,垃圾中的有机氮会随着掩埋时间的延长而转化成为无机氮,且氨氮的浓度也会越来越高。
四、结论
经过对我国垃圾渗滤液处理的现状分析,个人认为,要想彻底解决目前存在的问题,就一定要从源头开始做起,也就是说从最初的垃圾的分类开始,如果垃圾能够被正确的分类回收,不仅能够节约资源,减少填埋的有毒有害的物质,还能够延长垃圾填满场的使用时间,降低处理难度,从根本上减少渗滤液处理量,降低渗滤液处理资金的投入。
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