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Abstraction Based on the Leachate Treatment Discharge Requirement, the Optimum Expansion Proposal for LTP Is Chosen From Several Feasible Options after Comprehensive Consideration.
Key words Landfill Leachate; technology; Proposal Selection
广州市兴丰垃圾卫生填埋场位于广州市中心东北方向约38km的丘陵山地中,占地面积84公顷,填埋库容达2000万m3。是我国第一座在技术和管理上全面与国际接轨的垃圾填埋场,它采用了高标准的建设,并将其营运承包给知名的境外专业公司。该场于2000年11月开始建设,于2002年8月一期工程建成并投入营运,运行一年多来,取得了良好的环境效益和社会效益。兴丰场原设计的进场垃圾接纳量平均为3000 T/d,垃圾渗滤液处理能力为565 m3/d,主要工艺设计参数如表1所示。由于广州市规划中的其它垃圾处理设施不能如期建成,在相当长的一段时间内兴丰场将承担6000 T/d的处理任务,因此渗滤液处理设施的扩建势在必行。扩建后渗滤液总处理能力必须达到1200 m3 /d,场区自北向南流水经谷口排入金坑河,再流至兴丰填埋场东南方向大约900 m的总库容达1850万m3的金坑水库。由于下游金坑水库功能环境较为敏感,因此兴丰场渗滤液处理出水必须达到回用水标准。
类别
CODCr
BOD5
SS
NH3-N
TP
进水
20000
12000
2000
2100
60
出水*
50
10
5
10
--
*注:实际处理后水质均达到回用水标准。
1 扩建工程渗滤液水量水质标准
1.1 渗滤液水量
根据兴丰场运行1年多来渗滤液产生量、广州降雨量和垃圾填埋方式等综合考虑确定垃圾量增加至6000 t以上时,渗滤液处理水量将增加 650 m3/d。
1.2 渗滤液进水水质和出水水质
渗滤液进水水质和出水水质采用采用表1中的参数。
2 扩建工程处理方案选择原则
(1)扩建工程工艺必须达到现有渗滤液处理厂的处理能力和处理效果,保持最终出水稳定地达到回用水水质标准;
(2)选择工艺尽可能简单、技术可靠、管理方便、运行高效低耗的处理流程,并尽可能降低工程投资。
(3)由于渗滤液水质变化幅度大,选取的工艺必须有较强的适应性和操作上的灵活性,具有一定的抗冲击负荷能力,并且能够容易进行改造,以适应水质的变化。
3 扩建工程处理工艺方案介绍
3.1方案一:UASB+SBR+CMF+RO处理工艺
3.1.1 工艺流程
现渗滤液处理采用的工艺方案为UASB+SBR+CMF+RO,见图1。
3.1.2 工艺说明
渗滤液由调节池泵入均衡池,进行水质水量的均衡和pH调节,均衡池出水进入UASB反应池中,在反应池中COD负荷为10~15 kgCOD/m3d ,BOD降解可达75%,COD降解可达70%。经厌氧后渗滤液进入SBR池,在此利用生物反应进行BOD5、COD以及NH3-N的去除,停留时间为10.5d,反硝率:4.51gNO3/kgVSS.h (20°C)。
SBR 反应期的操作以好氧,缺氧交替运作,在好氧情况下,微生物会产生硝化作用;在缺氧情况下,微生物会进行反硝化作用以去除氨氮[3]。
为了防止高氨氮浓度对生化系统可能产生的抑制,SBR系统采用了高污泥龄设计(30d),这较生活污水处理厂的设计为长,可保证反应器中数量足够且性能隐定的硝化和反硝化菌,使微生物在反应器中的停留时间大于硝化和反硝化菌的最小世代期。高污泥龄设计还可去除较难生化的有机物。
经生化处理后的渗滤液进入连续微滤(CMF)系统,此系统作为反渗透系统的前处理,采用0.2μm中空纤维膜,隔除渗滤液中大于0.2μm的固体、细菌和不溶性的有机物。经生化和微滤处理的渗滤液进入RO反渗透系统,RO系统采用宽幅螺旋卷式复合膜,设计最大工作压力: 35 Bar,最大回收率为80%,清洗周期为1~2星期,预期膜的工作寿命为1~2年。RO出水可直接进行回用,浓缩液经化学沉淀后形成稳定的絮凝体再运至填埋场进行填埋处理。
该工艺的技术特点是:
(1)UASB能耗低效率高,与SBR相结合的工艺是既经济又灵活去除有机物及氨氮的有效方式;
(2)高效的SBR处理体系是生物脱氮的关键,它将各种形态的氮最终转化为N2,彻底解决了渗滤液中的氮污染问题;
(3)CMF+RO深度处理系统可确保出水水质稳定达标;
(4)剩余污泥量小。
3.1.3 各阶段的出水水质
水质指标
原水
UASB
SBR
微滤
反渗透
COD (mg/l)
20,000
6,000
40
BOD5 (mg/l)
12,000
3,000
8
TSS (mg/l)
2,000
500
1
NH3-N (mg/l)
2,100
1,890
8
3.2 方案二:蒸发+RO处理工艺
3.2.1 工艺流程
3.2.2 工艺说明
渗滤液由调节池泵入预处理池,通过投加臭氧对氨氮与低分子有机物进行预处理,出水经沉淀后进入热交换器。预处理后渗滤液用泵送入两个热交换器进行预热,交换器同时作为蒸发器浓缩液和冷凝水的冷却器。预热后的渗滤液进入进水池,然后提升进入蒸发器。在蒸发器内,渗滤液通过喷头喷洒在高温的管束外表面而蒸发成蒸气,蒸气经收集后通过离心压缩机压缩进入管束,从而产生持续的蒸发循环。同时渗滤液喷洒到管束外表面对管束中的蒸气起到降温作用而使管道内蒸气冷凝。管道中形成的冷凝水收集后进入脱气器中,减少易挥发有机成分,冷凝液用泵从脱气器经过冷凝液冷却器进入暂存池。
经蒸发处理的渗滤液进入RO反渗透系统,RO系统采用宽幅螺旋卷式复合膜,设计最大工作压力为35 Bar,最大回收率为80%,清洗周期为1~2星期,预期膜的工作寿命为1~2年。RO出水可直接进行回用。
蒸发器底部所收集的浓缩液及RO浓缩液用循环泵输送入浓缩液冷却器对进水进行预热,冷却后的浓缩液进入焚烧炉焚烧。
该工艺的技术特点是:
(1)全部采用物化工艺处理,进水水质波动对处理效果基本无影响;
(2)剩余污泥量小;
(3)浓缩液可以得到彻底的处置,无须回灌。
3.2.3 各阶段的出水水质和处理效率
12000
3.3 方案三:MBR+UF+NF处理工艺方案
3.3.1 工艺流程
3.3.2 工艺说明
渗滤液由调节池泵入生化池,生化池包括硝化池和反硝化池,在硝化池中,通过高活性的好氧微生物作用,降解大部分有机物,并使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐,回流到反硝化池,在缺氧环境中还原成氮气排出,达到脱氮的目的。MBR反应器通过超滤膜分离净化水和菌体,污泥回流可使生化反应器中的污泥浓度达到20g/l,经过不断驯化形成的微生物菌群,对渗滤液中难生物降解的有机物逐步降解。MBR生化系统COD设计去除率90%,NH3-N设计去除率99%。
采用特殊设计的高效内循环射流曝气系统,氧利用率可高达25%。MBR的剩余污泥量小,每天排泥量按不同运行期(前,中,后)为110 ~50 m3/d左右。MBR出水无菌体和悬浮物,进入纳滤系统进一步深化处理,出水稳定达标排放,浓缩液则回灌至填埋场。
纳滤系统采用特殊纳滤膜和工艺设计,可使盐随净化水排出,不会出现盐富积现象,纳滤净化水回收率可达到85%。纳滤浓缩液量3.7 m3/h,为节省投资及运行费用可将浓缩液回灌至填埋场处置。
采用该工艺处理渗滤液,适应性强,能确保不同季节不同水质条件下,出水稳定达标。在国外大量工程实例中发现,即使对于BOD/COD小于0.2的老填埋场渗滤液,经过MBR与纳滤后也能使COD、BOD和NH4-N达标排放。
该工艺主要特点:
(1)反应器体系中生物浓度高,达到20g/L,对难生物降解的有机物及氨氮的去除效率高;
(2)污泥稳定性强,粘度低,易脱水,不易腐败变质。
(3)出水不存在致病菌污染问题。
3.3.3 各阶段的出水水质和处理效率
100
3.4 方案四:DT-RO处理工艺
3.4.1 工艺流程
3.4.2 工艺说明
渗滤液由调节池泵入储罐中进行pH调节,控制pH在6~6.5之间。经pH调节的渗滤液加压泵入砂滤器,砂滤器可根据压差自动进行反冲洗,反冲洗水进入浓缩液储存池。经过砂滤的渗滤液泵入筒式过滤器,经过滤后的渗滤液由柱塞泵输入第一级反渗透(RO)系统。一级RO系统膜通量为12L/m2·h,净水回收率为80%,设计操作压力为60bar。渗出液进入二级RO装置,浓缩液排至浓缩液储存池。二级RO系统回收率为90%,膜通量为34.6L/m2·h,设计操作压力为50bar。渗出液进入脱气装置,浓缩液则排至砂滤器的进水端。膜组的反冲洗在每次系统关闭时进行,清洗由系统自动控制,清洗后的液体排入浓缩液储存池中。
为避免浓缩液回灌时长期将高浓度的氨氮在垃圾填埋场不断积累循环,在浓缩液储存池设置脱氮系统,通过化学沉淀法将渗滤液中的NH3-N转化为MgNH3PO4.6H2O沉淀,沉淀后形成的结晶性状稳定,可以直接随浓缩液回灌到填埋场,也可以分离出来做肥料。
该工艺的技术特点是:
(1)预处理比较简单,且不需设生化处理单元;
(2)DT-RO膜组的结垢较少,膜污染减轻,使反渗透膜的寿命延长;
(3)安装、维修简单,操作方便,自动化程度高;
(4)DT-RO系统可扩充性强,可根据需要增加一级、二级或高压膜组。
3.4.3 各阶段的出水水质和处理效率
BOD(mg/L)
COD(mg/L)
20000
NH3-N(mg/L)
SS(mg/L)
4 扩建工程处理工艺方案选择
4.1 方案比较
以上四个渗滤液扩建工程处理工艺方案汇总比较详见表6。
项目
方案一
UASB+SBR+CMF+RO EV+RO
一、工艺技术比较
基本工艺流程
原水—PH调节—UASB—SBR—反渗透—生产回用
原水—EV蒸发器—反渗透—生产回用
原水—MBR生物膜反应器—超滤-纳滤—生产回用
原水—砂滤器—二级反渗透—生产回用
生化处理与反渗透相结合
物理处理与反渗透相结合
生化处理与纳滤相结合
采用单纯反渗透工艺
进水水质影响
抗冲击负荷能力强,进水水质对其影响较小,厌氧后出水有机物浓度大幅降低,对SBR池的处理冲击较小。
不依赖于生物处理,抗冲击负荷能力强,可通过调节蒸气压力适应进水负荷的变化。
环境因素和进水参数变化对生物系统影响较大,可通过调节回流量适应进水负荷的变化。
不依赖于生物处理,抗冲击负荷能力强,可通过调节反渗透压力适应进水负荷的变化。
浓缩液处理
浓缩液回灌或燃烧处理,较彻底,对环境及填埋场运行影响较小。
浓缩液回灌或燃烧处理,较彻底,对环境及填埋场运行影响较小。
浓缩液回灌或化学沉淀形成稳定的结晶而去除,残留物对环境及填埋场运行有一定的影响。
浓缩液回灌或化学沉淀形成稳定的结晶而去除,残留物对环境及填埋场运行有较大的影响。
工艺运行比较
有较多的工程及运行经验,运行管理较为复杂。
有较多的工程及运行经验,运行管理较为方便。
有较多的工程及运行经验,运行管理比较复杂。
有较多的工程及运行经验,运行管理较为简单。
环境效益
渗滤液在生化阶段会产生一定的有害气体及臭味,对大气环境有一定的影响。
渗滤液在蒸发阶段会产生一定的有害气体及臭味,对大气环境有一定的影响。
渗滤液在生化阶段会产生一定的有害气体及臭味,对大气环境有一定的影响。
对大气环境影响较小。
二、经济比较
工程总投资
运行费用分析
21.52元/ m3
4.2 推荐方案
从各方案的工艺特点、对水质波动的适应性、总投资以及单位运行成本等方面进行分析,并考虑各方案的环境效益、经济效益等综合因素,经过综合比选后认为方案一为优选推荐方案。其理由如下:
(1)渗滤液先进行生化处理,该工艺具有较强的适应性和操作上的灵活性,可以适应不同时期的处理需要,经生化处理后的渗滤液进入微滤及反渗滤系统进行深度处理,出水达到回用水标准后可在填埋场内作生产性回用水。
(2)采用UASB+SBR工艺,有机负荷高,抗冲击负荷能力强,进水水质对其影响较小,厌氧后出水有机物浓度大幅降低,对SBR池的处理冲击较小,充氧设备的能耗较小。
(3)采用生化处理与反渗透相结合,处理后出水可以达到回用水水质标准,在填埋场内作生产性回用,具有良好的环境效益,节省了生产用水的费用,降低了填埋场的直接运行成本。
(4)此工艺已有丰富的工程及运行经验,运行管理、设备配件供应及人员调配都可与现有工程配套进行。
(5)该方案虽然投资较高,但运行稳定,出水有保证,且可根据现有工程的经验通过一定的措施降低造价,此外本方案运行成本较低,在经济指标上具有较大的优越性。
5 结论
(1) 从广州市兴丰填埋场的渗滤液处理要求以及环境敏感性、经济技术综合效益等方面进行综合评估,认为方案一即pH调节+UASB+SBR+CMF+RO工艺技术先进、可操作性强,完全符合扩建工程项目提出的要求,为优选推荐方案。
(2) 填埋场建设单位及营运商对本工艺方案有丰富的建设及运行经验,可以提供充足的技术与管理支持。
参考文献
1 沈东升 生活垃圾填埋生物处理技术. 北京: 化学工业出版社, 2003
关键词:矿化垃圾;城市生活垃圾;填埋场利用
1 引言
截至2013年,全国658个设市城市生活垃圾清运量1.72亿t/a,有各类生活垃圾处理设施765座,其中填埋场有580座,处理量为1.05亿t/a[1]。垃圾填埋场封场数年后,垃圾中易降解物质完全或接近完全降解,垃圾填埋场达到稳定化状态即无害化状态,此时的垃圾称为矿化垃圾[2]。近年来随着我国城市化进程的加快,原有垃圾堆场的搬迁和卫生填埋场的选址问题迫在眉睫。生活垃圾的填埋、开采资源化、再填埋既可有效解决原填埋场垃圾的出路问题,又可以实现现有填埋场的改造再利用。常熟南湖垃圾填埋场自20世纪90年代起开始启用,初期建设标准较低,存在环境风险;以目前常熟市的发展,飞灰的处置和生活垃圾应急处置均需要垃圾填埋场,在目前土地资源紧缺,垃圾填埋场选址尤其困难的情况下,对现有的南湖垃圾填埋场进行复原改造是必要和紧迫需要的;根据有关研究成果和前期对南湖垃圾填埋场的实地试探,当地10年前的垃圾可以予以挖掘进行填埋外的处置和利用。
2 方案与方法
城市生活垃圾理化特性主要包括容重、物理成分、含水率、发热量、灰分和元素六个方面。以上因素受经济发展水平,城市基础建设、能源结构、季节和气候、废品回收、居民生活习惯影响。
方案首先根据填埋年代主要分为4个区间:2000年以前、2000~2005年、2006~2009年;2010至今。分析不同区间的生活垃圾主要成分、密度、不同埋深的含水率以及各单成分的物理特性,进行各组分的热值、热灼减率试验。进一步研究垃圾腐殖质的可提取率。其次设计开采方案,包括临时道路、运输、堆放、临时处置方案。准备开采所需机械设备、材料、各种检测仪器及人员准备;然后开采组织施工,主要工艺为:填埋场垃圾开挖-临时处置-运输-资源化利用(包括焚烧、改良土)-渗滤液处理;开采过程中做好气体监测等环境保护工作。
开挖采用反铲挖掘机,铺设临时道路;每个剖面分3层取样,即表层(0~80 cm)、中层(80~ 150 cm)和下层(150~1500 cm)。每层取垃圾样重约50 kg,对样品进行烘干,然后分为可燃及不可燃两大类,进一步试验再多次采用四分法得到样品带回实验室烘干。所取样品进行容重、含水率、细菌总数、有机质含量,总氮、总磷、热值等测定,同时对渗滤液取样测定,根据测定结果具体分析其处置方案及用途。
3 结果与讨论
对取样品进行分类,可燃部分主要是布条、塑料、橡胶、木块等(图1),这部分可以进焚烧厂焚烧发电处理;不可燃部分主要是砖头、玻璃、以及部分细颗料土类固体(图2);同时对渗滤液取样测定,根据测定结果具体分析其处置方案及用途。
3.1 用作填埋场覆盖材料
卫生填埋场需要采用土壤作为表面覆盖物,需要大量的土源。吴军等[3]认为将填埋龄超过10 年的矿化垃圾可用作日覆盖材料,可以实现就地取材,并且价格低廉的优势。徐勤等在经过对国内外终场覆盖情况与标准的比较后,提出在终场覆盖系统中,可将矿化垃圾作为其中的营养层[4]。
3.2 土地及园林利用
生活垃圾在填埋场内经过多年的生化反应,大部分有机物都得到了充分降解,经一定的筛分后可得到含有丰富有机质和营养元素的腐殖土。可广泛地应用于农田、园林绿化以及土壤的改良和修复等。但在使用过程中应充分考虑到其中的有害重金属含量等,因地制宜,最大限度地l挥矿化垃圾的土地效用。
3.3 加工成建筑材料
经分类挑选的固体物质可用作一般性的建筑材料。如作为土工填料进行回填,加入胶结材料作为道路路基原料,加工制作成墙体材料。如代替泥土作制砖原料,用矿化垃圾中的煤灰、砖头、瓦石等经粉碎后与辅料混合,可压制成路面砖[5]。
4 结论与展望
生活垃圾填埋场中矿化垃圾开采后经分选等预处理后,可得到合理的综合利用,如作为填埋场覆盖材料、土地利用、处理废水、处理废气以及作为建筑材料等,且其中一部分已经进入工程实践的阶段。我国目前许多填埋场快要到达使用年限,土地资源面临枯竭,开挖矿化垃圾,增加现有填埋场库容的方法是最经济有效的方法。未来需要研究出先进适用的机械设备,用以提高开采和筛分矿化垃圾的效率。同时矿化垃圾渗滤液的处理及再利用,也是实现垃圾填埋场再利用的关键技术问题。
参考文献:
[1]中国环境保护产业协会.城市生活垃圾处理行业2014年发展综述[J]. 中国环保产业, 2015(11): 15~23.
[2]赵由才,朱青山.城市生活垃圾卫生填埋场技术与管理手册[M].北京:化学工业出版社,2000.
[3]吴 军,赵由才.上海市废弃物老港处置场4期工程方案的构想[J].环境卫生工程,2001,9(1):6~8.
[4]徐 勤,黄仁华.二次开发综合利用老港处置场的探讨[J].环境卫生工程,2002,10(1):21~24.
[5]毛 军.非正规垃圾填埋场治理中的植被恢复技术研究[C]∥中国水土保持学会工程绿化专业委员会. 矿化垃圾资源化利用与填埋场绿化技术研讨会论文集.北京:中国水土保持学会,2011: 47~48.
Project Design of Landfill and MSW Recycles
Xu Wang1,Yi Lixin1, Ruan Renyong2, Wu Cheng1
(1.Changshu Collegeof Science and Technology, Changshu, Jiangsu 215500,China;
2.Changshu Changsheng Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Changshu, Jiangsu 215500,China)
关键词:城市垃圾,渗滤液,废水处理
近十几年来国外学者就垃圾渗滤液的处理进行了大量的探索和研究,取得了一些成功经验,有的已用于工程实践。我国在垃圾渗滤液的处理研究方面起步较晚、起点较低,有不少失败的教训,但也获得了一些宝贵的经验。由于渗滤液水质水量的复杂多变住,目前尚无十分完善的处理工艺,大多根据不同填埋场的具体情况及其它经济技术要求采取有针对性的处理工艺。纵观国内外垃圾渗滤液处理的现状,目前渗滤液的处理方案主要有场外综合处理和场内单独处理两大类。主要处理工艺有生物处理法、物化法、土地法以及上述方法的综合[1]。
l 生物法处理渗滤液
生物法是渗滤液处理中最常用的一种方法,由于其运行费用相对较低、处理效率高,不会出现化学污泥等造成二次污染,因而被世界各国广泛采用。具体的工艺形式有传统活性污泥法、稳定塘、生物转盘、厌氧固定膜生物反应器等。
1.1 活性污泥法
美国和德国几个垃圾填埋场采用活性污泥法处理渗滤液,其实际运行结果表明,通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷,可以获得令人满意的处理效果。如美国宾州的Fall Township污水处理厂,其垃圾渗滤液进水的ρ(CODcr)为6000~21000 mg/L,ρ(BOD5)为 3000~13000 mg/L,ρ(氨氮)为 200~2000 mg/L,曝气池的 p(污泥)为 6000~12000 mg/L,是一般污泥的质量浓度的3~6倍。在体积有机负荷为 1.87 kg[BOD5]/(m3·d),F/M 为 0.15-0.31 kg[BOD5]/kg[MLSS·d)时,BOD5的去除率为97%;在体积有机负荷为0.3kg[BOD5]/(m3·d),F/M为0.03-0·05 ks[BOD5]/(kg[MLSS]·d)时,BOD5的去除率为92%。该厂的数据说明,只要适当提高活性污泥的质量浓度,使F/M为0.03-0.31<kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d)之间采用活性污泥法能够有效地处理垃圾渗滤液[2]。
1.2 稳定塘
国外早在80年代就有成功运用稳定塘技术处理渗滤液的生产性处理厂(Howard Robison,1992),英国在 1983年建成的 Bryn Postey填埋场渗滤液处理厂,运用曝气氧化塘技术处理渗滤液。该氧化塘有效库容 1000 m3,由高密度聚乙烯材料(HDPE膜)作防渗衬底,采用两台高效表面曝气机进行曝气,渗滤液最小水力停留时间 10d,渗滤液处理量D-150 m3/d。此系统自 1983年开始运行,渗滤液ρ(CODcr)ρ(BOD5)最大分别达 24000 mg/L和10 000 mg/L,F/M为 0.05~0.3 kg[BOD5]/kg[MLSS]·d)时,CODcr去除率达 97%[3]。
上海市废弃物老港处置场,在三期工程改扩建时建成了以稳定塘和芦苇湿地地表漫流处理系统相结合的渗滤液处理系统,设计规模为2000m3/d,实际运行流量1500 m3/d,其在冬季两个月的典型数据见表1上海老港填埋场渗滤液水处理的运行效果:
表1 老港填埋场渗滤液水处理的运行效果 mg·L-1 检测日期 氧化塘出口 芦苇湿地出口 ρ(CODcr) ρ(NH3-N) ρ(CODcr) ρ(NH3-N) 2000.10.24 1177 160 589 29 2000.11.02 1264 145 1095 35 2000.11.13 1297 133 745 48 2000.11.21 1912 189 1326 69 2000.12.05 640 91 905 150 平均 1413 144 932 66
1.3 生物转盘
生物转盘是所谓固定生长系统生物膜法中的一种,运用于常规的污水处理中可有效地解决活性污泥法的污泥膨胀问题,并且由于膜上生物量大,生物相丰富,既有表层的好氧微生物,又有内层的厌氧微生物,因而具有抗水量、水质冲击负荷的优点,同时生物膜上还能生长世代时间较长的硝化菌等。
Pitea渗滤液处理厂即采用生物转盘处理垃圾渗滤液,设计规模500 m3/d,设计转盘表面积3 000 m2,平均设计负荷 4.8 g[NH3-N/(m2·d)。该厂利用填埋场气体加热使进人生物转盘的渗滤液温度保持在20℃左右,取得了良好的处理效果。
上面介绍的Pitea填埋场生物转盘是好氧生物反应器,英国Britannia填埋场则是运用厌氧固定膜生物反应器处理垃圾渗滤液,也取得了良好的处理效果[4]。
1.4 厌氧氧化处理
厌氧生物处理B前采用厌氧生物滤池,厌氧接触法,上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧消化等,实践证明厌氧处理时高质量浓度ρ(BOD5)>2000mg/L)有机废水的处理是有效的,但单独采用厌氧生物处理渗滤液的情况很少见。北京市政设计院1988年进行了这方面的研究,得出的结论是建议采用厌氧一好氧法处理工艺[5]。
1.5 各种生物法比较
生物法中,好氧工艺的活性污泥法和生物转盘的处理效果最好,停留时间较短(6~24 h)、运行经验丰富,但工程投资大。运行管理费用高;相对来说稳定塘工艺比较简单,投资省,管理方便,但停留时间长(10~30 d)、占地面积大且净化能力随季节变化较大。厌氧处理工艺近年来发展很快,特别适合于高浓度的有机废水,它的缺点是停留时间长,污染物的去除率相对较低,对温度的变化比较敏感,但通过研究表明厌氧系统产生的气体可以满足系统的能量需要,若将这部分能量加以合理利用,将能够保证厌氧工艺有稳定的处理效果,还能降低处理费用。因而对于高浓度有机物的垃圾渗滤液,采用厌氧和好氧I艺的组合处理,无论是对于提高处理效率,还是就降低运行费用都是有意义的。
2 物化法
物化法过去只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗滤液,而今随着渗滤液控制排放标准的日益严格,物化法也用来处理新鲜的渗滤液,且是渗滤液后处理工艺中最常用的方法之一。物化法包括絮凝沉淀、活性炭吸附、膜分离和化学氧化法等。由于物化法处理成本较高,不适于大量的渗滤液的处理。
2.1 絮凝沉淀
实验证明;生物处理后的渗滤液进行絮凝沉淀时(利用铁盐或铝盐作絮凝剂),即使在ρ(BOD5)很低(<25 mg/L)的情况下,CODcr的去除率仍可以达到50%,反应过程中最佳的pH值对于铁盐和铝盐分别为4.5~4.8和5.0~5.5,最小的加药量在250-500 g/m3之间[6]。
絮凝沉淀工艺的不足之处是会产生大量的化学污泥;出水的pH值较低,含盐量高;氨氮的去除率较低等。所以絮凝沉淀工艺即使有可观的处理效率,在选用时还是要慎重考虑。
2.2 反渗透
反渗透经常用于渗滤液的后处理中,因其能够去除中等分子量的溶解性有机物,国内早期利用醋酸纤维膜进行的试验表明,CODcr的去除率可以超过80%,虽然在运行过程中有膜污染的问题,但反渗透工艺作为后处理工艺设在生物预处理后或物化法之后,负责去除低分子量的有机物、胶体和悬浮物,可以提高处理效率和膜的使用寿命[5]。根据Ehrig在1989年的研究,一级反渗透工艺可使CODcr、BOD5和有机卤代物(AOX)的去除率达到80qc,但是氨氮和氯离子的去除率要达到较高水平则至少需要二级反渗透工艺。
总之,反渗透工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点,应用得越来越多,但其用于渗滤液处理还存在以下问题:小分子量的物质的截留效率还不尽人意(例如氨、小分子的有机卤代物(AOX)等)。高浓度的有机物或无机可沉降物容易造成膜污染或在膜表面结垢等问题。由于操作压力很高(3~50 ba)造成能耗很高。反渗透浓液的处理是最大的困难,将其回灌到填埋场中已经不可取了,因为浓液的污染物浓度很高,是非常危险的废物。目前多采用蒸发和干燥的方法,但费用很高。
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处理,这种处理技术是由南亨伯塞德郡稳特顿填埋场所设计和生产的 Rochem’s离析膜系统。Rochem’s离析膜系统能够去除重金属、SS、氨氮、有害难降解的有机物,处理后的水质满足严格的排放标准。
2.3 活性炭吸附
活性炭吸附工艺适用于处理填埋时间长的或经过生物预处理后的渗滤液,它能去除中等分子量的有机物质。20世纪70年代在欧洲的实验室研究表明,CODcr的去除率为50%-60%,若用石灰石作预处理,去除率可高达80%,而活性炭处理了140床后去除效率将明显下降[7]。在生产性试验中,由于渗滤液水质水量多变等原因,出现了去除效率下降和活性炭被大量污染的现象。活性炭的投加量与去除的CODcr量的线性关系当活性炭的投加量为800~1200 g/m3时,每克活性炭吸附3.0-3.2mgCODcr。活性炭吸附工艺的主要问题是高额的费用。尽管如此,首先进行生物预处理,再将该工艺与絮凝沉淀工艺相结合时、能保证出水较低水平的CODCr和AOX。
2.4 化学氧化
化学氧化工艺可以彻底消除污染物,而不会产生絮凝沉淀工艺中形成的污染物被浓缩的化学污泥。该工艺常用于废水的消毒处理,而很少用于有机物的氧化,主要是由于投加药剂量很高而带来的经济问题。对于渗滤液中一些难控制的有机污染物,化学氧化工艺可以考虑使用。
常用的化学氧化剂有氯气、次氯酸钙、高锰酸钾和臭氧等。用次氯酸钙作氧化剂时CODcr的去除率不超过50%;用臭氧作氧化剂时,没有剩余污泥的问题,CODcr的去除率也不超过50%且对于含有大量的有机酸的酸性渗滤液使用臭氧作氧化剂不是很有效的,因为有机酸是耐臭氧的,相应就需要很高的投加剂量和较长的接触时间。过氧化氢作氧化剂时因为可以去除硫化氢而主要用来除臭气,加药量一般每一份溶解性的硫要投加1.5~3.0份的过氧化氢。目前用化学氧化法处理渗滤液的研究还处在实验室阶段,其上要的问题是处理费用太高,但对于垃圾填埋场封场后所)一生的小水量、低含量的难降解渗滤液处理还是有一定意义的。
3 土地法
用土地法处理渗滤液的主要形式是渗滤液回灌和土壤植物处理系统。
在英国进行的渗滤液回灌生产性试验中发现,渗滤液回灌不仅因为蒸发的作用而可以减少渗滤液的水量,而且还能大幅度降低渗滤液中有机物的含量。
土壤植物处理系统(S-P系统)不仅利用土壤或陈垃圾的物化及生化作用,而且还利用了植物根系对微生物的强化和植物修复技术。1985-1986年在瑞典建立了大规模现场S-P系统进行试验,该系统占用了总面积为22公顷的填埋场中的4公顷,其中1.2公顷种植了柳树,另外2.8公顷种植了各种草本植物。试验区域为填埋场边缘的3个坡地,种植了 30 000棵柳树。在试验的最初3年中,灌入试验区域的渗滤液共计3 290 mm,测得年平均的蒸发量为340mm,为降水量的引%,而在试验前相应区域的年平均蒸发量为 140 mm,为年降水量的 19%,蒸发量增加了二到三倍。该系统不光有减量的功能,还能够降低渗滤液的浓度,例如氮的浓度平均下降了 60%,从6.93 mmol/L下降到了 2.96 mmol/L,可以肯定随着柳树的生长和根系的发展,处理效果还可能进一步地提高。
4 结论与思考
垃圾渗滤液由于成分极其复杂,如果用一种方法很难把它处理达标。所以,一般需要不同类型工艺方法组合处理,才能做到达标排放的要求。不同类型方法的组合一般是用生物法或土地法作为预处理,然后用物化法作为后处理。要达到日益严格的渗滤液处理排放标准,这种工艺的组合将是一种趋势,关键是各种工艺的搭配和协调的问题。
垃圾渗滤液处理中存在的问题有:
①渗滤液水量变化较大,尤其是季节性变化量很大,在雨季里水量比较大。针对这个问题,一般填埋场采用管道把多余的渗滤液排到一个预留的池子里,等晴天渗滤液少的时候再进行处理。
②渗滤液水质特性变化大。不同填埋场,由于诸多因素不同,其水质存在很大差异,所以适用于某填埋场渗滤液的处理方法不一定也适用于另一填埋场渗滤液的处
理。
③渗滤液中氨氮浓度高,尤其是在填埋后期其浓度更高。高浓度的氨氮对微生物的活性有抑制作用,而现有的氨氮吹脱又造成空气的二次污染和吹脱塔结垢问题;有人提出超声波吹脱法,这种方法比传统吹脱法氨氮的去除率提高了门%-164%,CODcr去除率为24.90%-34.76%,比传统的吹脱法提高了21%。超声波的最佳工艺参数:PH为 11,时间为41min,气水比 1000:1[8]。渗滤液处理费用高且难以达到排放标准。填埋场在封闭前,一般渗滤液浓度高且较难处理,即使采用厌氧一好氧生物处理工艺也难以达到排放标准;而高标准的渗滤液处理厂投资大,运行管理费用高,许多填埋场因为资金不足受限。
参考文献
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[7]袁维芳,王国生,汤克敏 反渗透法处理城市垃圾填埋场渗滤液[J]水处理技术,1997,23(6):333-336.
关键词:渗沥液 产生量 调节容量 处理规模 计算实例
0 前言
随着城市的发展和人民生活水平的提高,城市生活垃圾量日益增长,垃圾的处置是一项紧迫的任务。目前比较经济、易管理的处置方式是卫生填埋。城市垃圾卫生填埋场的建设和运行中,渗沥液的控制和处理是一项主要内容。
渗沥液是城市生活垃圾卫生填埋场的主要污染物,渗沥液中因其有机物和氨氮浓度高,处理难度大、投资和处理费用高。因此,渗沥液调节容量和处理规模是卫生填埋场设计的重要设计内容,而在实际中对渗沥液处理规模和调节容量的确定往往是经过比较粗略的估算,相关资料也比较少,难以对设计起到实际的指导作用。本文结合工程设计计算实例,按照方便实用的原则,提出了渗沥液调节容量和处理规模确定的估算方法,希望可以对目前的填埋场的渗沥液处理设计起到一定的借鉴作用。
1 渗沥液产生量的影响因素
渗滤液主要由垃圾填埋场范围的降水渗透、地下水侵入以及垃圾本身所含的水分形成。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、填埋场顶部的地表径流和水分蒸发等。其中,垃圾渗沥液的主要来源是降水。
2 控制渗沥液产量的主要措施
2.1 合理填埋场
合理地选择集雨面积较小、库容大、地下水位较低的区域作为填埋场场址(同时综合考虑垃圾运距、周围环境、地形地质、交通、覆土来源等因素)。
2.2 设置截水排洪沟
四川省的垃圾卫生填埋场基本上都属于山沟式填埋,通过设置截洪沟并对截洪沟作防渗处理,以截留填埋区外汇水面的地表径流和部分潜水。但是截洪沟的深度有限,部分来自填埋场上游的地下潜水将进入填埋场,会形成一定量的渗滤液,这方面的潜水引流措施有待进一步探讨。
2.3 场区防渗
根据场址的工程地质和水文地质情况,选择适当的方式对填埋场底部进行防渗处理,一方面防止渗滤液渗入地下,污染地下水;另一方面避免地下水侵入填埋场,造成渗沥液水量增大。
2.4 规范填埋作业
严格规范的填埋作业可以有效地控制降水的渗入量。对山沟式填埋场宜采用斜坡作业法,按单元填埋并分层压实覆土,在一定高度设置平台及排水沟以减少渗沥液产量。
3 渗沥液产生量的计算
渗沥液的产生量估算方法主要有水平衡计算法、年平均降水量法、几年概率降水量法等。对于新建城市生活垃圾卫生填埋场,我们对渗沥液的产生量估算采用经验公式法,在设计中采用的计算公式如下:
式中:
Q —— 渗沥液的日平均产生量(m3/d);
I —— 采用年平均降雨量转换为日平均降雨量(mm/d);
A1 —— 填埋分区作业区面积(m2);
C1 —— 填埋分区作业区渗出系数;
A2 —— 填埋分区填埋休止或填埋终了区的面积(m2);
C2 —— 填埋休止或填埋终了区的渗出系数。
注:
1.计算日最大渗沥液产生量,则需将上式中的I采用最大月平均降雨量转换为日平均降雨量(mm/d)。
2.渗出系数C1的取值:按照经验公式,其取值范围在0.2-0.8之间,一般当降雨量=蒸发量时取C1=0.5;当降雨量0.5。C2一般按照C2=0.6C1的原则取值。
在工程设计计算中,给出的年平均降雨量为1058.0mm,最大月降雨量229.7mm,年蒸发量2003.1mm,而填埋场汇水面积41000m2,分为两区,A1区面积21000m2;A2区面积20000m2。由此可以计算出在填埋期间的日平均渗沥液产生量和日最大渗沥液产生量:
Q平均= 2.90×(0.4×21000+0.24×20000)×10-3=38.28m3/d
Q最大= 7.66×(0.4×21000+0.24×20000)×10-3=101.11m3/d
由于处理规模不但要考虑填埋期的处理量,也须考虑填埋终期以后的渗沥液处理,填埋完后的日平均渗沥液产生量(Q平均1)和日最大渗沥液产生量(Q最大1)作为校核的依据,计算结果如下:
Q平均1= 2.90×0.24×41000×10-3=28.54m3/d
Q最大1= 7.66×0.24×41000×10-3=75.37m3/d
由此,可以假定处理规模在40-75m3/d之间。
4 调节容量及处理规模的确定
按照假定的处理规模在40-75m3/d之间,初选确定40m3/d、50m3/d、60m3/d、75m3/d为垃圾渗沥液的处理规模,根据多年逐月平均降雨量和多年平均逐月蒸发量,确定逐月渗出系数,计算月平均渗沥液的产生量和最小调节余量。
通过上表计算出不同处理能力情况下的调节余量:
40m3/d
调节余量:9940m3/d;
50m3/d
调节余量:9486m3/d;
60m3/d
调节余量:8055m3/d;
70m3/d
调节余量:6855m3/d;
75m3/d
调节余量:6255m3/d;
经过比较,应在60m3/d和70m3/d之间选取,由于垃圾渗沥液处理的难度较大,投资高,一般选取处理规模小的方案,为此,设计中采用的处理规模为:60m3/d。
为减少调节池的容量,降低工程投资和占地面积,本工程的调节方式采用坝内调节与调节池调节相结合的方式,经过计算,填埋场内部的到堤坝顶高程下1m的垃圾容量约32500m3,垃圾的间隙率约50%,但是可以用于存渗沥液的空隙率约20%,则垃圾内部的渗沥液的调节量为6500m3(此种二坝合一的坝型在坝体设计时尤其重要的是对坝进行稳定性、安全性的校核分析)。调节池最小调节量为1555m3,考虑必要的富裕量,设计调节池的容量为2000m3。
5 结论
在工程实践中,由于渗沥液产生的不确定因素较多,如何采用比较简便的方法对渗沥液产生量、调节容量和处理规模进行合理的确定,以指导工程的设计工作。同时,也应更完善地收集工程当地的有关气象水文资料,对本估算方法进行完善和补充,使我们对城市生活垃圾卫生填埋场的设计更科学、完善。
参考文献 1.城市生活垃圾卫生填埋技术规范
2.冯向明 卫生填埋场渗沥液产生量控制研究 城市垃圾处理技术,2003.03
3.通口壮太郎(日) 废弃物最终处置场的计划和建设
【关键词】 垃圾填埋场 防渗技术 HDPE土工膜
引言
近年来,随着我国经济水平不断提高,城市人口越来越多,全民的生活水平也逐渐趋向于城市化,城镇生活垃圾的处理问题也逐渐突出。目前我国城镇生活垃圾的处理方法主要有三种:填埋、堆肥和焚烧,其中我国大部分地区都普遍采用填埋作为最主要的垃圾处理方法。即使有时候采用堆肥和焚烧的方法,也要配备相应的垃圾填埋场作为辅助配套设施。因为垃圾填埋后水分和有机分解液体形成的污染液透过填埋场侧面和底部渗透出去,极易对周围的环境和水源造成大的污染,而且地下水涌入垃圾填埋场也很大程度的影响填埋场的正常运转。为了能够有效防止垃圾渗沥液对周围环境和地下水造成污染,同时防止地下水涌入垃圾填埋场,必须对填埋场采取防渗措施。
一、防渗措施的选择
垃圾填埋场一般的人工防渗措施有垂直防渗和水平防渗两种。垂直防渗是在垃圾场区内为一相对独立的水文地质单元的前提下采用的一种比较经济、且施工简便的防止渗沥液污染地下水的方案。通常是在场区的地下水径流通道出口处设置垂直的防渗工程来拦截渗沥液的渗漏,从而阻止渗沥液污染下游地下水。水平防渗通过在填埋场场底及其四周建设人工防渗层,从而阻止垃圾渗沥液的下渗,达到保护地下水的目的。水平防渗的效果相对较好,是多数填埋场普遍采用的主要防渗措施。
水平防渗的防渗材料多种多样,目前常用的主要有两类:天然粘土和人工合成材料。天然粘土防渗层的造价低廉、施工简单,但根据CJJ17-2001城市生活垃圾卫生填埋技术规范要求,压实粘土衬垫必须满足分布均匀,透水率应小于等于10-7cm/s,厚度大于2m等要求。由于制作工艺和施工方法的原因,国内的粘土衬砌很少能够满足以上要求,然而一般的粘土只能延缓渗滤液的渗漏,而不能阻止渗漏。人工合成材料种类很多,主要有高密度聚氯乙烯(HDPE)、低密度聚氯乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)膜等。近年来,国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯膜即HDPE膜,它能有效阻止渗滤液的渗漏,同时还具有优良的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性,在一定的范围内随着厚度的增加,膜的断裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗穿刺强度逐渐增加。HDPE膜的厚度一般在0.75-2.5mm之间,垃圾填埋场一般选用厚度为1.5-2.5mm的HDPE膜作为防渗衬垫层。
二、防渗系统构造
土工膜防渗层还可分为几种类型:单层HDPE膜防渗层、HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层、双层HDPE膜防渗层等。单层HDPE膜防渗层结构简单、施工容易、投资较省,但是其防渗安全性差,一旦HDPE膜某处受损,下面的自然土层渗透系数大 ,垃圾渗滤液很容易通过HDPE膜的破损处渗出,使整个防渗层失去防渗作用。复合防渗层结构复杂,施工也较难,投资相对较高,但其防渗安全性很高。即使单层HDPE膜发生破损,很快渗滤液会遇到另一层HDPE膜或是压实粘土层,阻止渗滤液继续渗漏,整个防渗层仍能有效发挥防渗作用,因此,复合防渗层得到广泛采用。
三、 复合土工膜的施工方法
(一)基面要求
1.铺设HDPE土工膜前,要首先对铺设基底进行全面检查,确保符合设计要求、满足施工条件后,方可开始施工。
2. 基面质量应符合设计要求:基坑底面、坡面及其坡比、边坡上锚固槽、坡面与底面交接处处理等均应严格达到设计要求。
3. 彻底清除场地草皮、树根、瓦砾、石子等一切尖角硬物,下垫层平整,不可有凸起褶皱,以防损伤土工膜。
4.基面应干燥、压实、平整、无裂痕、无明显尖突、无泥泞、无凹陷。
(二)HDPE土工膜的施工方法
1.土工膜的铺设
(1)HDPE土工膜裁切之前,应该准确丈量其相关尺寸,然后按实际裁切,一般不宜按图示尺寸裁切,应逐片编号,详细记录在专用表格上。
(2)铺设HDPE土工膜时应从底部向高位延伸,不要拉得太紧,应留有1.50%的余幅,以备局部下沉拉伸。
(3)相邻两幅的纵向接头不应在一条水平线上,应相互错开1m以上。
(4)膜与膜之间接缝的搭接宽度一般不小于10cm,通常就使焊缝排列方向平行于最大坡度,即沿坡度方向排列。
(5)纵向接头应距离坝脚、弯脚处1.5m以上,应设在平面上。
(6)HDPE土工膜在铺设中,应避免产生人为褶皱,温度较低时,应尽量拉紧,铺平。
2.HDPE土工膜的焊接
(1)对铺膜后的搭接宽度的检查:HDPE膜焊接接缝搭接长度为80-100mm。
(2)在焊接前,要对搭接的200mm左右范围内的膜面进行清理,用湿抹布擦掉灰尘、污物,使这部分保持清洁、干燥。
(3)焊接部位不得有划伤、污点、水分、灰尘以及其他妨碍焊接和影响施工质量的杂质。
(4)试焊
在正式焊接操作之前,应根据经验先设定设备参数,取300×600mm的小块膜进行试焊。然后在拉伸机上进行焊缝的剪切和剥离试验,如果不低于规定数值,则锁定参数,并以此为据开始正式焊接。否则,要重新确定参数,直到试验合格为止。当温度、风速有较大变化时,亦应及时调整参数,重做试验,以确保用于施工的焊机性能、现场条件、产品质量符合规范要求。
试焊成功或失败的评定标准是:
对粘结的焊缝进行剪切和剥离检验时,只能膜被撕坏,不能出现焊口的破坏。
(5)当环境温度高于40℃或低于0℃时不能进行土工膜的焊接。
(6)水平接缝与坡脚和存有高压力地方的距离须小于1.5m。
(三)土工膜的成品保护
1. 在铺焊完的土工膜上行走时,不得穿硬底鞋,鞋上不得有铁钉、铁掌之类能伤害土工膜的东西。
2.在安装操作中及铺焊土工膜以后,严禁在现场吸烟或使用火柴、打火机和化学溶剂或类似的物品。
3.在膜上运输时,人力车的金属支腿要用胶皮类柔软材料包覆;汽车运料时,尽量车不上膜;实在需要在膜上行车时,应根据膜下的基层情况采取必要的保护措施:当膜下为符合要求的无石子、密实粘土层时,可允许汽车直行;否则应在膜上加土膜或土工布,并不允许汽车拐急弯。
4.在膜上卸料时,即使有土工布保护层,也不应使重、硬的物品从高处下落,直接冲击防渗层。
5.施工中准备足够的临时沙袋以防止铺设的土工膜被大风吹起。在大风的情况下,地膜应临时锚固。
四、结语
根据国内外成功实例和本人参与工程的经验,充分证明选用以复合土工膜作为主要防渗材料具有显著地防渗效果,不仅有效防止垃圾渗沥液污染周围环境和地下水,还可以防止地下水涌入垃圾填埋场,很大程度上达到了保护环境和地下水的目的。值得我们继续研究发展,使得复合土工膜防渗技术更经济,更有效的应用在我国的环境保护领域。
参考文献
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深圳、南昌、武汉、青岛、南京、温州等多个城市,先后遭遇“垃圾围城”。根据中国环保产业协会城市生活垃圾处理委员会的统计,2011年,全国657个设市城市生活垃圾处理率为91.1%,其中20.1%直接堆放,或简易填埋。以当年城市垃圾清运量1.64亿吨计算,仅上述657座城市,当年已堆积未处理的垃圾就接近5000万吨。
“去年温州垃圾事件,全世界都知道了。”温州市城市管理与行政执法局(下称温州城管局)一名工作人员对《财经》记者解释,2012年当地主要的制鞋工业区,在生产高峰期产生的工业垃圾多,造成焚烧厂短期内处理不了,又没有足够的应急填埋场,导致垃圾无处存放,引起社会各界关注。
这位工作人员觉得挺丢脸,“一个城市环境做不好,那这个城市实在是不咋地。”自2012年8月,整个浙江省开始实施“四边三化”行动方案,集中对公路边、铁路边、河边、山边等区域进行环境卫生整治,清运随意堆放的陈旧垃圾。
然而,这一方案也导致原已满负荷的温州城区垃圾处置设施,不得不超负荷运转。
出于应急目的,温州市政府紧急施行在各区县自保的基础上,共享垃圾处置设施。委托其他区域进行垃圾处理,除了按当地垃圾处理价格付费外,还要给予适当奖励。
这一做法缓解了温州城区2012年“垃圾暴库”之急。不过,“本来设备每年都有维修保养期,上半年垃圾产生低谷时停机维修一个多月。但今年比较特殊,未停机。春节到现在清运垃圾的量达到了每天3500吨-3600吨。”上述温州城管局工作人员介绍。
温州城区所有垃圾处理设施的负荷能力,不足3000吨,这意味着每天都多出500吨-600吨垃圾,至今仍靠部分库存、部分向尚有能力的永嘉县输送来维持。
尽管温州住建部门建议各区县在兴建垃圾处理设施时,尽量超前规划,适当考虑周边地区需求,但是说易做难。由于用地、民意等因素影响,一般地方政府也仅能考虑本区域垃圾的消化问题。
真正要消化现有的库存垃圾,需寻找更多途径。 填埋封场“杨府山标本”
被当地人称为“垃圾山”的杨府山垃圾填埋场,位于温州市城区东向的瓯江边,于1994年投入使用时,这一区域还属于温州远郊的江边滩涂。彼时,国内大多数城市还没有卫生填埋的概念,仅限于“建个围墙围起来,不让垃圾流到海里去”的简易做法。
十年之后,这座庞大的垃圾山,成了温州主城区的一部分,周边有不少居住社区,温州第二十二中学也坐落于此。垃圾山发出的恶臭,已令周边民众怨声载道。而在未来的城市发展规划中,临近瓯江的这一区域,还属于高端CBD地块。
2004年杨府山垃圾填埋场容量接近极限后,当地政府决定对其进行终场处置,并通过绿化来恢复生态。温州市城市建设开发项目前期工作办公室主任李航回忆,当时国内有一些小型垃圾堆放场实施了终场处置,即以重新回收再利用为主,综合焚烧、重新卫生填埋等手段。
然而,温州市政部门考察全国各地情况后发现,比较成功的案例,都是一些较小的堆场,像杨府山这样的大型“垃圾山”的终场处置,难以借鉴。于是,温州对该项目进行公开招标,收到了整体搬迁、综合利用、就地打包处理等几种方案。其中,整体搬迁和综合利用方案,不太具有可行性。
这个占地约130亩、垃圾存量170万立方米的垃圾山,若要进行整体搬迁,搬迁和选址费用都是大问题。温州市因山地多,可利用土地不足,随着房地产业的发展,已是寸土寸金。即便能够选新址,也难免遭到周边居民的反对。再加上整体搬迁需对垃圾山重新开挖,“本来这个山体表面的垃圾已经干化了,再去挖掘,相当于用个搅屎棍在里面搅,那味道就大了”。李航还担心,垃圾在运往新填埋场的途中,对整个沿线环境都会产生影响。
这些垃圾的再利用价值也极低。温州曾组织专家对场内垃圾进行过检测,发现其中可利用的部分很少,垃圾山的成分以煤灰等渣土类物质为主。“温州也好,国内其他城市也好,垃圾分拣的工作很大程度上已经由拾荒者解决了。”李航说。
不过,也有专家持不同观点,认为有必要对垃圾场再次检测鉴定,以准确判断其再利用价值。
在2004年对杨府山垃圾填埋场封场处置时,温州城区垃圾已基本以焚烧发电为主。堆放近十年的垃圾,热值已经很低。
浙江伟明环保股份有限公司(下称伟明环保)一位管理人员告诉《财经》记者,若强行焚烧热值不达标的陈年垃圾,产生致癌物质二英的可能性将大大增加,“存放了一两年的垃圾,适当分拣后可以进焚烧炉,堆放五年到十年的基本不行”。
最终,温州市有关部门决定,仿照国外一些大型垃圾填埋场改建为绿地的个案,采纳了就地打包方案――对垃圾山体的地表层用高密度聚乙烯膜覆盖以防渗,再加盖1米厚的覆土并种植绿化。同时,在垃圾场周边地下,用帷幕灌浆的方法,进行垂直防渗处理。
除了渗滤液和气味可能对环境造成影响,垃圾分解产生的沼气,亦是填埋场面临的一大问题。
李航介绍,杨府山垃圾填埋场在开始覆膜作业后,气体渐渐无法自由散发,气体自燃甚至爆炸的风险随之上升。在终场处置工程之初,杨府山填埋场就发生了一次自燃。
为了有效防火防爆,杨府山填埋场在终场处置时,除了设置导气横管,还将50米的竖井间距,缩小为30米,且专门设置了一名消防安全员在施工区域进行巡视。
不过,李航亦坦陈,像杨府山这样的简易垃圾堆放场,先使用后处置实属无奈之举,整个杨府山填埋场的终场处置和生态恢复工程,总投资超出1.1亿元。 “无害化处理”不无害
国内主要的垃圾填埋场,多建于上世纪90年代之前,“也就是利用一个原始的坑或者沟,直到埋不下为止”。中国环境科学研究院研究员赵章元介绍,卫生填埋在国内始于2000年左右,即采取防渗措施。
防渗方法分为黏土和防渗膜两种。根据《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》,为了防止垃圾渗滤液污染水土,垃圾填埋场的底部也应当进行防渗处理,既可进行覆膜处理,也可以利用黏土防渗。
在已经填埋垃圾总重高达170万吨左右的杨府山垃圾场,重新对垃圾山底部铺设土工膜已难实施。温州市环境保护设计科学研究院经过勘探发现,杨府山填埋场底部土层以弱透水性的黏土和淤泥为主,两者渗透系数均未达规定标准。
但黏土相对防渗效果较好。温州地处沿海,杨府山地底滩涂以厚厚的黏土、淤泥层为主,李航深感庆幸,“如果不在温州,没有这个地质条件,处理就没有那么容易了”。
赵章元也指出,“很多地方连黏土都找不到,所以做法就五花八门。”一般防渗膜主要采用国际通用的高密度聚乙烯,厚度为1.5毫米-3毫米。尽管相关规定要求防渗膜应铺三层,但因投入不菲,国内各地做法参差不齐,“条件好就会多几层,不好的也就铺两层”。为了更稳妥,很多国家铺设五层,像韩国甚至铺到十层。
即便防渗膜铺设到位,国内外大量的事实与材料证明,这也很难完全防止渗漏,因为膜体会破裂和老化。
“防渗膜上是高达几十米深的垃圾,因为垃圾种类不同,出现了不均匀沉降,容易错动。”赵章元透露,他曾与化工领域的专家共同参与一项研究,经过检测与论证分析后发现,这种防渗膜最多时效就是七年。
之后防渗膜虽未降解,外观尚好,但材料的内部结构已经改变了,“防渗性能不行了。”赵章元说。
中国地球物理学会环境专业委员会2003年的勘测调研结果表明,卫生填埋场很难真正防止垃圾渗滤液对土质和地下水的污染。即便是拥有20多米厚的黏土、淤泥层的杨府山填埋场,也已经对底土和周边4米以内的浅层土壤造成了重金属污染,周边污水的污染指数,是污水排放标准的数百倍。“怎么做都防不住渗漏,最终我们主张淘汰!” 赵章元说。
彼时,国家正在制定“十一五”规划,要废弃填埋场,又没有替代方案的时节,规划中垃圾怎么处理便成了问题。焚烧为主,填埋为辅的观点,此时被提了出来,各地纷纷上马垃圾焚烧项目。截至2012年底,中国投入运行的生活垃圾焚烧发电厂共有142座,总处理能力为12.4万吨/日,发电能力260万千瓦/时。
目前,中国的垃圾“无害化处理”,卫生填埋占73%,焚烧处理占20%,堆肥仅占7%。与卫生填埋相比,垃圾焚烧发电厂造价高昂。
北京鲁家山焚烧厂,号称亚洲规模最大的垃圾发电厂,日处理能力3000吨,总投资高达21亿元。温州第二个垃圾焚烧发电厂――永强垃圾发电厂,在2003年获批,2005年投产。至此,温州市区的垃圾,基本实现全部焚烧。而伴随当地垃圾产生量的增加,临江垃圾发电厂一期、二期也陆续兴建投产。永强垃圾焚烧发电厂规模较小,日处理能力为600吨,且采用伟明环保旗下公司自行研发的技术设备,总投资相对较低,但也要2.1亿元。
焚烧发电厂的资金投入,温州全部采取BOT模式,即企业自行筹资建设运营,政府给予一定年限的特许经营权。所谓特许经营,就是在期限内,保证将一定数额的垃圾交给焚烧厂处理,并由政府向其支付一定的处理费用,一般价格在每吨65元-73.8元之间。以温州单日产出垃圾3000吨计算,当地财政每年的垃圾处理费支出应在7000万元以上。
一般25年-30年期限后,厂房设施及运营全部交还政府。在上述温州市城管局工作人员看来,这种做法缓解了政府一次性投资的压力,将其转化成了“分期付款”。
垃圾焚烧发电厂输出的电力,也是大部分垃圾焚烧发电厂的主要收入来源。
此外,垃圾焚烧后的炉渣,也有一部分被用作烧制砖块,或铺设路基,同样能带来一些收益。
垃圾焚烧发电厂还享有税收“三免三减半”,即从取得经营收入的第一年至第三年免交企业所得税,第四年至第六年减半征收。
并且,还有发电增值税即收即退、项目建设可申请国家财政补贴等一系列优惠扶持措施。以伟明环保为例,该公司在全国运行着八座垃圾发电厂,可享受上述政策。其每天的垃圾处理能力近8000吨。
然而,焚烧处理也有显著弊端,即焚烧所产生的烟气和飞灰污染。特别是致癌物质二英,已经成为世界性难题。中国生活垃圾热值低、水分含量高的特点,也是较易产生二英的原因。由于二英检测费用高昂,一次就要花费数十万元,国家对相关企业的要求,只是每年至少开展一次排放监测。
“目前国内检测机构也比较少,只有几家,企业自测以外,政府部门一年也只能抽检一次。”上述温州城管局工作人员担心,每年两次检测,很难对每天的二英排放量作出正确判断。 资源化回收的未来
垃圾“无害化处理”,弃简单填埋转为焚烧,只能说是两害相权取其轻。真正的解决之道是,垃圾资源化回收。中国的垃圾50%-70%是餐厨垃圾,可以做堆肥,即生化处理。温州市有关部门已经计划,在当地专门建设一个餐厨垃圾处理厂。项目总投资预计为2亿多元,一期设计日处理量为400吨,计划2014年投产。
至于餐饮场所和单位食堂产生的餐厨垃圾,在当地餐厨垃圾厂建成后,亦将统一进行沼气化利用。由于目前餐饮场所产生的泔水等,绝大多数都被利用作为畜禽饲料,油脂则用于制造生物柴油,或被违法经营者做成食用油售卖,均牵涉到利益。
而且,在餐厨垃圾统一处理后,餐饮企业预计要支付一定金额的垃圾处理费,上述温州城管局工作人员担心,“真正到那个时候能不能操作起来,可能非常难。”
在一家民营企业的参与下,杨府山垃圾填埋场建成了一个利用垃圾产生的填埋气进行生产示范性项目。耗资1200万元,于2012年建成,设计有效出产期五年。预计杨府山垃圾填埋场每天产生的沼气量可达1.2万立方米左右,精制后有6000立方米天然气。
由于温州2013年下半年才会开始使用天然气,目前杨府山填埋场产出的精制天然气暂时还无法大规模利用,只是被运往当地于2011年提前兴建的液化天然气储备站。尽管如此,浙江合坤生物能源科技有限公司总经理方小冬依然认为,垃圾填埋气精制天然气大有前景。他以杨府山项目为例进行对比后称,若垃圾填埋气用于发电,净收益为178万元/年;用于生产精制天然气,净收益翻倍,达396万元/年。而且,“甲烷,可以储存;可以长距离运输,不像发电如果用不掉就浪费了;还可以降低碳排放量”。
然而,无论发电,还是精制甲烷,都要建立在垃圾分类的基础上。环保组织自然大学垃圾学院研究员陈立雯告诉《财经》记者,中国目前整个思路是鼓励焚烧,事实上不管是焚烧还是填埋,都是末端处理的方式。源头上不解决垃圾管理分类,不管建设多少填埋场和焚烧发电厂,都解决不了问题。
现在温州在一些社区进行试点,首先对居民生活产生的厨余垃圾分类。由于目前还没有相应的处理设施,收集后仍是统一焚烧。“今后要开展分类减量,从源头到终端处理都要分类,最终分类利用,分类填埋。”上述温州市城管局工作人员称。
环保组织自然大学、自然之友做过不少国内城市的社区活动,结果显示垃圾分类工作还属于“雷声大、雨点小”,虽然政府在呼吁,但没有出台相应具执行性与约束性的规则,因此社区无力执行,使垃圾分类还停留在摆放垃圾桶层面上。
您的汽车在维修保养后实现了新生,但留下的废发动机油、废油却是危险的垃圾;
大学化学实验室各种实验成功完成了,一大堆的废物如果随意丢弃就会成为环境杀手。
危险废物,一个稍显专业、枯燥的名词,仿佛离我们很遥远,但其实离我们的生活却很近。我们享受着丰富多彩的物质生活,殊不知背后是大量的生产、生活过程中留下的危险废物,这些垃圾中最敏感而且有毒有害的危险废物如果不安全处置,对我们的水、土、空气造成的将是无可挽回的严重破坏。
那么,这些危险废物都去了哪里呢?它们都是如何处理的?近日,记者随广东省环境保护厅负责人驱车三个小时,走进惠东县的一个偏僻深山,探访广东省危险废物综合处置示范中心(以下简称“示范中心”),揭开危险废物处置的神秘面纱。
示范中心:
广东危废处理领头羊
惠东县梁化石屋寮南坑,这里人烟稀少,四面环山,地处梁化镇西南约4公里处,示范中心就在这里的一处天然山谷中。
为什么偏偏选在这里?看着记者疑惑的眼神,示范中心运营方惠州东江威立雅环境服务有限公司总经理高勇介绍,中心选址在这里的原因是@里没有地质断裂带,山体非常稳定,不会发生滑坡,并且附近没有水库、河流,连接危废中心与外界的只有一条通往209县道的曲折公路,离最近的民居直线距离也有2公里以上。
省环境保护厅固废处负责人介绍说,示范中心是广东建设中海油、中海壳牌等石化基地的重要配套项目,早在2002年就列入全省环保规划,超前规划,按照国际标准建设。示范中心由省环境保护厅负责筹建,其运营方惠州东江威立雅公司由东江环保股份有限公司和法国威立雅环境集团于2005年共同组建。高勇表示,这相当于现在的PPP建设模式,结合了国家的资金政策支持优势、民营企业的市场营销优势和外资企业的技术管理优势,优势互补,使得示范中心迅速高标准建成,并以对标国际先进的要求进行规范运营,实现快速发展。
“在危废综合处置领域,我们是第一个吃螃蟹的。”高勇说,他们是全国第一个由环保部验收的综合性危废处置项目,也是广东第一家必须由环保部发证的处理企业,后面类似企业的建设和验收,环保部都以这里为标准进行验收。
“这里不但处理标准高,而且能处理的品种多,可谓‘全能’。”省环境保护厅固废处负责人说,示范中心可处理《国家危险废物名录》(2008版)49类大类之中的45大类。“也就是说,名录中49种危废,去掉不能跨市运输的医疗废物,和产生量极少的爆炸性危废等,剩下的我这里全部吃得下。”高勇说。
据了解,目前示范中心每年能处理9.3万吨危险废物,为省内的佛山、中山、东莞等十多个地级市,数千家客户提供废物处理服务。处理方式包括焚烧、填埋和物理化学处理等。
专业的处置能力,让示范中心成为政府、环保部门应对突发环境事件的重要力量。高勇说,企业专门安排了一支全天待命的应急队伍,配备专业的化学、安全的设备、车辆。当接到政府处理环境应急事故的通知,这支小队就会迅速赶往现场,处理好现场的危险废物,遏制污染进一步扩大,防止二次污染的发生。高勇介绍,据不完全统计,公司每年都会出动二十多次,无偿处理400多吨的危险废物。
仓库:
每个危险废物都有“身份证”
生活垃圾提倡分类,工业垃圾更要从源头就进行分类。记者走进示范中心的仓储区,五颜六色的桶井然有序地安放在一个个货格上,仿佛超市的商品区一样。高勇告诉记者:“工业垃圾从源头就要分类,例如我们业务员到客户那里,从客户垃圾现场拍照,了解到垃圾是从哪个车间出来的,他的垃圾是什么特点,进行PH、可燃烧等性状分析,然后我们就给客户做方案检测、包装、运输等一整套服务。当危险废物进了厂,我们就会贴上完整的标签,分到不同的库区。现在这些分类和检测一整套方式都已经整合到废物管理软件中,实现废物管理信息化。”
“我们用色彩让仓库变得缤纷,也用色彩去让仓库里的一切变得井然有序。”仓库主管薛跃龙介绍,仓库每一个蓝色桶子上面都贴有橙色和红色的标签,在橙色标签上写有废物名称、编号、产生单位、库位区域,并进一步说明危险情况,例如有、误食及沾染皮肤对人体有害以及一些安全措施,并附上条形码。
薛跃龙介绍,他们每天严格进行废物分类分区的入库检查,取样检测覆盖率达100%,包括废物包装、标签、外观颜色、做快速定性分析。所有废物检查工作当天完成,没有通过废物入场检查的废物,一律禁止入库。并且通过库位动态图管理,清晰掌握各仓储区域废物暂存情况。薛跃龙告诉记者,下一步他们将为库区建设3D模型,全库区4000多个卡板每一个桶的移动都会显示在3D模型上,这是广东省危险废物管理上的一次重大创新,将有力避免许多安全事故和人员的化学物品伤害。
“在我们这么多年的努力下,无论多毒的烈日、多大的风雨,仓库也依然完好无损。”在介绍库区安全性方面,薛跃龙显得十分兴奋。他介绍,之所以能在各种天气下安全运行,得益于仓储区域全方位无死角的实时监控以及自动温感、烟感自动喷淋系统、自动消防报警系统,这些高科技系统保护着仓库,还有全天24小时热成像仪测试和工作人员不间断的巡检,而且,仓库的地面地下还覆盖了一大片保护膜,就算真的发生地面断裂之类的极端状况,保护膜也可以保证危险废物不会与土壤发生接触,最终才能安全的把它们送到焚烧炉或填埋场进行处置。
焚烧:
1200℃高温分解二f英
走向焚烧处理区,一只巨型的“钢铁怪兽”出现在视野里,足足七八层楼高,全身布满各种大大小小的管道。被中心员工戏称为“广东第一烧”的焚烧车间主管毛玉杰向记者介绍:“我们这只大怪兽可是一只“大胃王”,一年可以处置超过2万吨的危险废物呢,吃量巨大,但是污染排放完全是按照欧盟标准!”
“焚烧中控室就是这只‘大怪兽’的大脑中枢。”在正对着焚烧炉中间的地方,是一个焚烧中控室,硕大的监控屏幕就像焚烧炉的大脑,掌管着他的一切。在焚烧中控室,记者可以很清楚看到焚烧炉正在进行的每个过程,例如工业废物会进入到一个10米长、3.5米直径的回转窑,这块硕大的屏幕上,包含了在线烟气监测系统的重要数据,包括一氧化碳、二氧化硫、氯化氢等浓度。记者发现,屏幕上显示这些参数的数据均达到国家标准。此外,在“示范中心”山脚门口处设置电子公告牌,还向公众公开实时监测数据。该系统实现了与惠州市环保局24小时联网,便于相关部门的监督管理。
对于焚烧过程产生的烟气,毛玉杰为记者解答了疑惑。她表示,焚烧炉有专门的净化设施对烟气进行处理,即危险废物经过回转窑、二燃室两次充分燃烧,焚烧温度可达1200℃左右。而二f英在850℃就可被充分燃烧并分解。接着烟气还通过石灰浆急冷塔脱酸、活性炭吸附、布袋除m,洗涤除雾后再度将烟气加热过滤,保证由高塔排出的气体中不含污染物、粉尘等烟雾。
在焚烧处理区末端有一口水井,深不见底,水井旁竖着一块由惠州市环保局发的监测牌。高勇告诉记者:“这是企业的责任之井,这口水井可以通到地下16米,可用于取出地下水进行重金属等方面的监测,这样的水井全厂区共有五口,可以检测出整个项目地下水的水质状况,时刻接受政府和百姓的监督。”
填埋:
地下8层保护膜防渗漏
“填埋场是危险废物最终的归属地。”记者走进填埋区现场,延绵上百米的薄膜几乎严丝合缝地将填埋区覆盖起来,把填埋物与阳光和雨水隔绝开来,只有作业口的几百平方米向外袒露。高勇介绍,对于部分不适合焚烧处置的危险废物,例如来自电镀、农药、炼化生产的污泥,以及工业电池、生活垃圾焚烧飞灰等,则需要填埋处理。
据了解,目前该填埋场已建成占地面积约为15万平方米,总库容约为45万立方米,整个安全填埋场设计库容如果按4万吨/年,可填埋70年。在封闭的填埋区上,覆盖着一层黑色的塑料膜,仿佛一张大网一样将整个填埋区覆盖起来,并且在上面放置了几百个轮胎将塑料膜牢牢地固定住。高勇笑着说:“别小看这层膜,这可是高科技膜,他们保护着土壤和地面的安全,是不可攻破的‘宙斯盾’。”据了解,填埋场防渗保护层竟然达1米厚,是由8层防渗复合材料和保护膜组成,像一个大垃圾袋一样将废物包围在中间,能够完全隔绝废物与地面接触。“这项技术目前已经成为国家技术标准,我们公司接下来还将派专家前往各个省份的危废中心传授这项技术。”高勇说。
高勇告诉记者,填埋场面上看到的黑色塑料薄膜只是最上面的一层,用来收集表面雨水,地下还有另外两层膜负责防止水份渗透,包括公众最关心的垃圾中的渗滤液,这两层膜也能将渗滤液捂得严严实实。最终,渗滤液还有包括场区地面冲洗用水和厂区的初期雨水等都将通过特殊处理全部回用厂区,实行污水零排放。高勇告诉记者说:“这个危废填埋场位于群山之间,还必须是不能位于任何地质断裂带上,我们为了保证安全,还专门对地下水进行抽取、雨水进行拦截。”记者获悉,该填埋场已有部分填埋完毕,地面开始复绿,未来填埋场的土地将不再另作其他开发,而是永远封存。
关键词:污泥综合利用 填埋 投海
Abstract: The Sludge is not only contaminant but also useful resources in Municipal sewage Treatment Plant. It is the best way that combines handling, disposal with utilization of sewage sludge. Through analyzing of several major sewage sludge disposal such as Synthesize utilization, bury, sea dumping and so on, this paper points out that resource utilization of sewage sludge should stand reality, select the best way of disposal and utilization, considering environmental ecological results, social and economic benefits.
Keyword: Sludge in Municipal Sewage Treatment Plant; Synthesize use; bury; sea dumping
城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物,含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等,如果不加处理的任意排放和投弃会对环境造成严重的污染。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化,污泥的产生量必将有较大的增长。如何妥善地处置污水厂污泥,并将其作为一种新的资源加以有效利用,变废为宝,已成为城市污水厂和相关部门提高技术水平和管理水平的重要因素,也是全球共同关注的课题。
1、污泥最终处置的主要方式
目前,国内外污泥最终处置方式主要有:综合利用、填埋、投海。
(1)综合利用
①农田林地利用
污泥脱水后堆肥农用是目前国内一些污水处理厂正在进行研究和开发的课题,污泥中含有大量植物生长所必需的肥分(N、P、K)、微量元素及土壤改良剂(有机腐殖质)。我国城市污水处理厂的各种污泥所含肥分见表1,故污泥农田林地利用是最佳的最终处置方法,但污泥中也含有对植物及土壤有危害作用的病菌、寄生虫卵、难降解有机物、重金属离子以及N、P的流失对地表水和地下水的污染,甚至可能含有一些致癌物质,目前对重金属污染研究较多。因此,在作农田林地利用前,应进行堆肥处理以杀死病菌及寄生虫卵,同时还应去除这些有害物质。目前普遍的问题是检测手段跟不上要求,处理成本无法和经济效益相平衡,化肥的普遍应用造成销售市场难以开发等,这些使得此种处置方式尚未得到普遍的推广。我国有大量工业废水进入污水处理厂,污水中重金属离子约有50%以上转移到污泥中,污泥中的重金属离子含量一般都较高,见表2。
初沉污泥活性污泥消化污泥
2~33.3~7.71.6~3.4
1~30.78~4.3 0.6~0.8
0.1~0.5 0.22~0.44
50~6060~7025~30
为提高污泥的农用量可以采取一些措施:一是把污泥制成有机—无机复合肥料,适当添加钾肥以补充污泥肥料中钾的不足,这样可以提高肥效降低有害物的含量;二是在经济政策上优惠使用污泥复合肥料的单位或个人,如免费提供试用肥料样品,免费为施用污泥复合肥料的区域或地块作土壤营养状况分析等。
②污泥焚烧产物利用
污泥中合有一定量的有机成分,经脱水干燥的污泥可用焚烧处理。在日本,该方法巳占污泥处理总量的60%以上、欧盟也在10%以上。为防止焚烧过程中产生二噁英等有毒气体,焚烧温度应高于850℃。污泥焚烧所产生的焚烧灰具有吸水性、凝固性,因而可用于改良土壤、筑路等,也可作为砖瓦和陶瓷等的原料,另外,污泥灰也可以作为混凝土混料的细填料。将污泥转变成一种颗粒状燃料,可以很好燃烧,其热值和褐煤相当,燃烧释放的有害气体远低于焚烧过程,其残余物可用于建筑工业。
污泥焚烧可以从废气中获得剩余能量,用来发电。在脱水污泥中加入引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加剂制成合成燃料,该合成燃料可用于工业和生活锅妒,燃烧稳定,热工测试和环保测试良好,是污泥有效利用的一种理想途径。
③低温热解制取可燃物
污泥热化学处理因其无害化和减量化彻底,地位已逐渐增强。污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。它通过在催化剂作用下无氧加热干燥污泥至一定温度(
④建筑材料利用
污泥可用于制砖和制纤维板材。
污泥制砖的方法有两种。一种是用干化污泥直接制砖,另一种是用污泥灰渣制砖。用干化污泥直接制砖时,应对污泥的成分作适当调整,使其成分与制砖粘土的化学成分相当。当污泥与粘土按重量比1:10配料时,污泥砖可达普通红砖的强度。利用污泥焚烧灰渣制砖时,灰渣的化学成分与制砖粘土的化学成分是比较接近的,制坯时只需添加适量粘土与硅砂。比较适宜的配料重量比为灰渣:粘土:硅砂=100:50:(15~20)。
污泥制生化纤维板,主要是利用活性污泥中所含粗蛋白(有机物)与球蛋白(酶)能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液这一性质,在碱性条件下加热、干燥、加压后,发生蛋白质的变性作用,从而制成活性污泥树脂(又称蛋白胶),使之与漂白、脱脂处理的废纤维压制成板材。其品质优于国家三级硬质纤维板的标准。
(2)填理
污泥填埋有填地与填海造地两种。
污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式,经过消化后的污泥有机物含量减少,性能稳定,总体积减少,脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。由于消化装置工艺复杂、一次性投资大、运行操作难度大,实际运行经验表明往往难以达到预期的效果。况且脱水污泥含水率大大高于普通生活垃圾卫生填埋场所要求的30%含水率,因此需再经处理才能送生活垃圾填埋场填埋;或者设置专用的污泥填埋场,根据污泥的含水率及力学特性等因素进行专门填埋,但此法有占地较大、选址受阻及存在二次污染隐患等缺点。
污泥填埋的操作要求与垃圾填埋相似。污泥填埋场的渗滤液属高浓度有机污水,必须集中加以处理;污泥填埋场四周应设围栏,并采取相应的防蚊蝇、防鼠措施,未经干燥焚烧处理的污泥,宜小规模分层填埋,生污泥泥层厚度应
污泥填海造地,应遵守下列要求:①必须设护堤,渗水也必须集中进行处理,以防污泥和污水污染海水;②污泥或灰渣中的重金属含量应符合填海造地标准。
(3)投海
沿海地区,尤其是有大江、大河入海口附近,可考虑把生污泥、消化污泥、脱水泥饼或焚烧灰渣投海。投海污泥最好是经过消化处理的污泥。投海方式可用管道输送或船运,其中管道输送较为经济。在污泥投海工程实施前,必须搞好投海区的选择(离海岸10km以外,水深25m左右),以保证海水的稀释与自净作用。
总之,综合利用将是今后污泥处置的主要方式。填理由于占地多,潜在生物可利用率低,渗滤液可污染地下水,后续处理管理费用高等问题,应用受到限制。海洋投弃将逐渐被禁止。随着科技的发展,污泥的有效利用的方式和有效利用率将会进一步增加。
2、污泥利用方案的选择
(1)污泥利用的潜在风险
污泥利用需满足严格的环境卫生标准,不能造成新的环境危害。污泥利用的环境问题是重金属和氮对土壤、作物、水体的影响以及病原物污染,所以具有潜在风险。污泥的热能利用无疑是风险最小的,而土地利用则需严格管理,只有重金属含量低于农用污泥标准才可用于农作物,而且污泥肥的施用也需严格定量以控制重金属的积累和减少氮、磷淋失对水体的污染。至于病原物污染,热干化的安全性较佳,因其高温灭菌作用很彻底,产品可完全抑制微生物的活性;碱性稳定化基本上也能达到安全标准;堆肥则不足以保证安全性,因病原物仍有少量存活且产品的高含水率(一般为30%~40%)可使病原物复活,故采用堆肥方案时需加强对堆肥质量、场所和施用场地的管理。
(2)利用方案的比较
①农田林地利用
用污泥对农田、林地、草坪施肥或进行土壤改良以及用于市政绿化、育苗等,不仅可改善土壤的理化性质,增加土壤肥力,促进树木、花卉及草坪等的生长,而且可避免污泥中的重金属、有毒有机物因食物链的生物富集效应对人畜产生的危害,除此之外土壤的自净能力还可使污泥进一步无害化。因此土地利用是一种积极的、生产性的污泥处置方法。污泥利用前需堆肥化处理,堆肥化若采用静态条垛工艺,成本最低,但其生产周期长、占用土地多且对周围环境的影响比较严重;若采用发酵仓,其设备投资和运行费用将增加,而且若要制成复合肥还需烘干造粒设备,这样其成本优势就大大削弱了。
②污泥焚烧产物利用
污泥焚烧效果好,焚烧产物既可用作新的产品原料,又可回收热能。国外已有较成熟经验和工艺,可以直接借鉴使用。但总体来说焚烧的成本最高(是其他工艺的2~4倍)。今后应从降低成本,减少二次污染角度着手,生产新设备。
③低温热解制取可燃物
污泥低温热解效果亦好,污泥可通过干馏提取油、气等,不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工产品,具有工业化利用前景,且能量回收率高,经济性优于焚烧处理,是大有前途的处理方法。在热解机理和动力学研究方面,还有很多工作需进一步探讨。在工艺和设备的改进方面有待新的突破。
④建筑材料利用
建筑材料利用,不仅可以减少污泥填埋所占用的土地,减少自然资源消耗,而且可以使资源得到循环利用,变废为宝。
(3)其他因素
污泥处理设施的选址是方案选择的决定因素之一。一般而言,污泥宜就近处理以节省运输费用和减少湿污泥运输对沿途造成的污染。由于污泥处理过程中可能会带来臭味、有毒有害气体及病原体等环境问题,所以选址会对方案选择产生决定性影响。
3、结语
污泥经过减容、稳定和无害化处理后,可以作为资源加以综合利用。污泥的处理处置及其无害化,作为再生资源有效利用是世界各国共同重视的问题。面对各地区千差万别的污泥利用经验,应立足于本地区的实际情况,在兼顾环境生态效益、社会效益和经济效益平衡的前提下,审慎地、全面地论证各种方案实施的可行性,从中选出最佳方案。目前的利用方向是土地利用和热能利用。从长远看,对于我们这样一个农业大国,应将污泥制成污泥复合肥料或污泥生物复合肥料,将农田林地利用作为主要的有效利用途径。同时,也要发展研究其它的资源化途径,如直接或间接作为燃料、热分解制油等。污泥焚烧作为最彻底的处理方式,在国外,特别是西欧和日本已得到了广泛的应用,欧洲将来有30%的污泥土地利用、70%热能利用。在国内,由于其一次性投资和处理成本大、焚烧烟气需进一步处理等问题而一直未得到应用。随着国内大型城市污水处理厂建设的进一步加快,污泥处置已成为突出的问题。
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[关键词]城市生活固体废弃物;优化管理系统;决策方法分析
中图分类号:TG232 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)45-0392-01
严重影响着城市卫生和环境保护的一个重要因素是城市生活固体废弃物的产生,现阶段,全国有2/3的城市陷于垃圾的重重包围之中。关于城市固体废弃物处理这一问题也已成为城市经济发展的一大阻碍,解决这一问题,却是刻不容缓。随着社会经济的发展,城市人口的不断增长以及城市建设规模的加速扩大,这种弊端将会日益显现。
1.为什么会有城市生活固体废弃物产生
随着工业的迅速崛起,城市规模的不断扩大,城市固体废物也在不断增加,垃圾的堆放,其组成成分的日趋复杂,并且经过难以分解。人们在普遍关注的水污染和大气污染是否得到有效控制的同时,也无法忽视城市固体废物污染已然成为危害城市生态环境、影响人们身体健康的又一个重要导火索。
随着社会的进步、经济的发展,生活水平提高的同时也导致出另一种负面现象,许多商品呈现了一种过度包装的状态,这也是使得城市固体废物管理的形势日益严峻。
随着人口的不断扩大,城市生活固体垃圾量也会不断增加,因此,解决这一危机,是迫在眉睫。
2.国内外城市固体废弃物系统的优化管理进程
在外国,收集、运输、循环利用、最终处置城市生活固体废弃物已悄然发展成为一个重要的产业。早先于1968年,美国就已经着手将城市固体废弃物物流管理与决策信息化纳入了国家发展计划,并且固体废弃物物流管理也已经被实践于经济优化中,其技术手段已经相当娴熟,并且被广泛的应用于实际生活中,这一点,是值得我们借鉴学习的。
随着科学技术的发展与进步,在国外,废弃物处理设备也得到不断改进的现象屡见不鲜,废弃物处理的现代化、科学化、系统化水平也逐步得到提高。一般情况下,在对家庭废物采取回收利用和物质再次回收后,结合经济性最优的考量,其处理结果是采用沼气发电、渗滤液回灌的卫生填埋法来对待处理垃圾进行处置。
目前,生物工程技术、物理传热技术、现代化信息技术等均已经广泛的应用于生活实践中以处理城市生活固体垃圾。
而随着社会经济的发展,现代机械业也不断地有所改进,其已能运用到分拣生活固体垃圾了,这已经大大减少了人们的工作量。而生物科学地不断进步,也能把这一技术运用到填埋场的建设,物理学的不断突破,也带领着人们是采用热物理传热技术对把固体垃圾加以充分利用燃烧发电。
从上个世纪九十年代开始,外国城市固体废弃物物流管理以及政策信息化的方法已经逐步实现运用于生活中。
而在国内,城市固体废弃物物流研究还处于初步发展阶段,但随着经济的快速增长给城市带来越来越多的生活固体垃圾后,国家以及相关部门和广大学者开始越来越注重城市固体废弃物系统的优化。
3.针对城市固体垃圾管理系统进行决策分析
我们就外国学者在城市固体废物管理规划方面的研究成果作出了进展式总结,并且针对我国城市固体废物管理系统中存在的缺陷开展了一系列规划进行深入研究,尤其是以数学的角度去思考规划探讨采用的方法在不确定环境下的运用的可能性。
我们通过初步地对我国城市固体的现状和弊端进行了详细的分析,进而确定为什么需要合理地规划管理废物系统。在此基础上,强调数学管理规划方法实施的独特性以及必要性,然后再证明这一方法可以有效地对城市固体废物管理系统达到决策性的作用。根据事物的变量性,将管理规划分为确定性规划以及不确定性规划,其管理理论日趋完善。其次,就针对我国落后的固体废物管理系统展开调研,可分别尝试用单向规划和多目标规划的方法来对城市固体废物管理系统进行优化配置;当然,其间存在不确定的因素,那么我们可以通过分析系统的风险,为管理人员提供完善的决策参考资料并附上有效的科学依据来进一步完善我国城市固体废物管理系统。
3.1 谈城市生活固体垃圾废物的变“废”为宝
固体废物不仅仅是被弃置的固态或半固态物质等有一定形态的固体物质,甚至还包括期间消耗所挥发出的具有一定毒害性的液态或者气态物质。
应当强调的是,固体废物具有时间和空间的相对性。在某特定的生产过程中或某方面可能是暂时无使用价值的,但并非是在所有的生产过程中或其他方面都无利用价值。相对而言,在经济落后地区无法实现再利用的废物在经济技术发达地区就可能是宝贵的资源。在当前限有的经济技术条件下的无使用价值的废物可能也仅仅是暂时无法充分利用,但是在循环利用技术发展后可能就是珍贵的资源。因此,把固体废物常形容为“放错地点的原料”一点也不为过。
3.2 以经济性的角度对城市生活垃圾处理处置技术体系进行分析
分析技术体系的经济性主要是计算分析固体垃圾的处理处置或运输单元的费用(其中包括固定投资、运营费用以及人工费用等)和回收物质或能量的收益情况。
因此,我们应采取有效的措施去处理这些垃圾以使得城市固体废弃物系统变得优化实用。而我们也需综合考虑处置生活垃圾所使用的成本,应在充分有效利用它的同时降低不必要的花费。
3.3 以可回收利用性来分析固体垃圾组分的价值
生活垃圾中可回收利用的物质包括废塑料,废橡胶、废纸、废纸板、废布及纺织布、废皮革、食品垃圾、非铁金属、罐头盒、玻璃、铁金属等。回收比例和回收价格的不相同是依据其不同的组成分、品质和回收难易程度来决定的。
我们可以通过回收这些固体垃圾并加以循环利用,则可以使固体生活垃圾的量得到充分有效的利用。