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标题: 垃圾渗滤液处理工艺 [打印本页]
作者: bypp123    时间: 2012-12-20 17:34
标题: 垃圾渗滤液处理工艺
摘要：垃圾渗滤液已成地下水最重要的污染源，本文在阐述了垃圾渗滤液的产生、特点和处理技术基础上,对国内外近些年的垃圾渗滤液处理技术中的生物处理技术、物化处理技术、土地处理技术进行分析，指出了目前各类处理工艺的优缺点。探讨了物化预处理和常见的生化厌氧好氧主体工艺以及近年来发展迅速的新兴生化处理、高级氧化技术、膜分离等深度处理工艺；最后提出了渗滤液处理技术的发展方向。
  　　关键词：垃圾渗滤液；处理技术；工艺研究；最新进展
  　　0. 引言　　近年来，随着我国城市化进程迅速发展，城市垃圾填埋场数量剧增,产生的生活垃圾以平均每年(8％～10％)的速度增长, 北京市竟高达15％～20％[1]。据预测，按现在的增长速度，到2010 年，我国城市生活垃圾将达到2.64 亿吨，2030 年为4.09 亿吨，2050 年为5.28 亿吨。卫生填埋法由于其具有成本低、技术成熟、管理方便等优点，在垃圾处理中得到了广泛的应用。据中国环境监测总站对国内329 个城市垃圾处理厂的调查表明，卫生填埋场占垃圾处理设施的87.5%[2]。垃圾渗滤液的高浓度氨氮废水,排放量大,成分复杂,毒性强,对环境危害大,处理难度又很大,使得氨氮废水的污染及其治理一直受到全世界环保领域的高度重视。在垃圾填埋过程中产生的污染性极强的垃圾渗滤液极易下渗污染地下水，尤以我国西南地区特殊的咔斯特地貌，地下水水生态环境脆弱，当地居民饮用水源大都为地下水，若处理不当会对生态环境和人体健康带来巨大危害，因此垃圾渗滤液的有效处理十分迫切已成为目前国内外环境工程领域的难点之一。近年来国家大力支持环保产业，随着人们生活水平的提高居民对环境要求随之提高，垃圾填埋场设计方案方案必须优化，新建和改扩建的填埋场都要以GB16889-2008 执行排放标准。
  　　现有的垃圾渗滤液处理技术主要分为生物法、物化法和土地法三大类[3]。生物处理法中厌氧处理有上流式厌氧污泥床UASB、厌氧折流板反应器ABR、厌氧塘、EGSB、IC 等；好氧处理有好氧曝气塘、活性污泥法、生物转盘和滴滤池等，无氧/好氧(A/O)混合处理。物化法主要有化学混凝沉淀、活性炭吸附、化学氧化、催化氧化、膜处理等。土地处理如人工湿地等主要通过土壤颗粒的过滤,离子交换吸附和沉淀等。
  　　1. 垃圾渗滤液的水质特点　　垃圾渗滤液属于高氨氮、难降解废水，富含 POPS 及PTS 等[18]，其性质与垃圾的成分、填埋时间、气候条件和填埋场设计等多种因素有关。同一个填埋场随着时间的变化滤液也有很大不同，可以用5 各阶段来概括[19]：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，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，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，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3 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。
  　　一般来说，水质有以下特点：
  　　（1）有机物浓度高且污染物种类繁多。垃圾渗滤液中含有大量有机物，郑曼英[5]等人对广州大田山垃圾填埋场垃圾渗滤液有机污染物的分析表明，渗滤液中可监测到有机物77种，其中有可疑致癌物1 种、辅致癌物5 种，被列入我国环境优先污染物“黑名单”的有5种以上。（2）高NH3-N 含量，营养元素比例严重失调。渗滤液中NH3-N 的含量一般在1 000～3 000 mg·L-1，随着填埋年数的增加而增加，所以NH3-N 的去除一直是垃圾渗滤液处理的重点和难点。（3）水质和水量变化幅度大。这是渗滤液的主要特点，主要原因与降雨和气温有关，不同地域雨季和旱季的成分差别较大，渗滤液COD 变化范围为1 200～54 412mg·L-1。（4）重金属离子含量高。渗滤液中含有十多种含量很高的重金属离子，主要包括Fe、Zn、Cd、Cr、Hg、Mn、Pb、Ni、As 等，重金属离子的存在是其滤液色度变化的原因之一。
  　　2. 垃圾渗滤液的处理方案方法及存在的问题　　随着生活水平的提高居民对环境要求随之提高，垃圾填埋场设计方案方案必须优化，新建和改扩建的填埋场都要以GB 16889-2008 来执行排放标准。
  　　由于滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，不同的填埋场、同一填埋场的不同时间段，渗滤液的水量水质都有着不同的特点，处理难度较大。一般渗滤液的处理方案可以分为场内处理和场外处理两大类，具体有以下方案：①直接排入城市污水处理厂合并处理；②预处理后汇入城市污水处理厂合并处理；③向填埋场的循环喷洒处理；④建设污水处理系统进行独立处处理系统[6]。按照GB 16889-2008 现有垃圾填埋场无法满足直接排放标准的污水站，于2011 年7 月1 日前满足：生活垃圾渗滤液在填埋场处理后，总汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅等污染物浓度达到排放浓度限制；城市二级污水处理厂每日处理生活垃圾渗滤液总量不超过污水处理量的0.5%，并不超过城市二级污水处理厂额定的处理能力；滤液应该均匀的注入水厂；不影响城市二级污水处理厂的污水处理效果。在此前提下可以排入[7]。此标准要求2011 年后所有垃圾场污水站必须达标排放。
  　　单一的处理方法都不能够实现达标排放，各个工艺都有一定的弊端，单纯生物法处理滤液不能够达标，需要对滤液进一步处理。渗滤液的深度处理是一项迫切需要解决的问题。至今投入使用的一些处理方法还没有达到高效、经济去除有机物的目的。通常所用的方法对渗滤液的深度处理都有一定的效果，但实际应用中还存在许多问题：要提高处理效率和速率；要降低投资费用和运行费用。在低浓度难生化渗滤液处理这个研究领域，发展前景有三种：①开发高效且价廉的新型药剂；②复混药剂的研究，即将现有的较成熟的药剂进行组合，取得最佳效果；③将药剂与吸附剂、反应床、膜工艺等相结合，开发新的工艺组合[8-9]。
  3. 垃圾渗滤液的组合工艺及新工艺探究 　　目前的渗滤液的处理方法大致可分为回灌法、物化法、生物法、土地法等。
  　　3.1 滤液回灌法
  　　将垃圾填埋场产生的未经处理的渗滤液或者处理不充分的滤液部分或全部喷灌至填埋场的表面，利用土壤的物化吸附作用及土壤层和填埋层中微生物的代谢净化作用，使渗滤液得到净化。但是回灌存在许多问题，滤液进水SS 过高或者微生物过量繁殖容易造成土壤堵塞，垃圾填埋层中因厌氧消化而出现的有机酸积累水质酸化严重，同时回灌技术对氨氮的去除效果不够理想。一些地区雨季降水量大，容易随水地表径流产生二次污染，回灌时表面喷灌会散发臭味[4]对环境造成不良影响。
  　　3.2 物化法
  　　物化法包括混凝、吹脱、活性炭吸附、蒸发法、化学沉淀、电解催化氧化、离子交换、膜分离等多种方法。物化法相对稳定，一般不受垃圾渗滤液水质、水量变化的影响。物化法出水水质稳定,尤其对可生化性较低的垃圾渗滤液有较好的处理效果。但由于物化法处理费用高,通常只用于渗滤液的预处理或深度处理。
  　　潘云霞等[10] 对厌氧-好氧后的垃圾渗滤液利用无机低分子絮凝剂硫酸铁和无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁进行处理,并通过急性毒性检测试验研究絮凝沉降处理前后垃圾渗滤液对植物种子萌发的影响。研究表明,浓度为10 mmol·L-1,pH 值为8 的聚合硫酸铁对垃圾渗滤液的色度、COD 有较好的去除效果,色度和COD 的去除率分别达到93.1%和61.4%。通过毒性检测证明,聚合硫酸铁絮凝处理后的垃圾渗滤液几乎没有毒性,对植物的正常生长没有影响。褚衍洋等[11]采用铁促电解法处理垃圾填埋场渗滤液,与传统电解氧化降解有机物相比,铁促电解显著提高了有机污染物的去除效率；FeSO4 浓度越大,有机物去除效果越高；电解介质合理的初始pH 值3.0～4.0；研究表明,铁促电解对渗滤液CODCr 与NH3-N的去除率分别为68.37%,89.07%,色度和浊度的去除率大于98%。简放陵等[12]采用物化处理方法对垃圾渗滤液进行处理,反应时间为1 h,进水的pH 为7,出水的pH 调至12,澄清后的pH 调节到7～8,试验结果表明,COD 的质量浓度从7 452 mg·L-1 降低到67 mg·L-1,去除率99.11%；TN 的质量浓度由1 055 mg·L-1 降低到637 mg·L-1,去除率达到40%；TP 的浓度从13.2 mg·L-1降低到未检出,去除率达到100%；色度从2048 倍降低到1 倍；除TN 以外,COD,TP 和色度均可达到国家规定的排放标准。李伟东等[13]采用连续式电解槽对垃圾渗滤液电解催化,结果表明,当添加的[Cl-]为6000 mg·L-1,在电解60min 时,对初始COD 小于3000 mg·L-1 的中等浓度渗滤液有较好的处理效果,COD 和NH3-N 的去除率分别达88.9%和97.3%。但是物化法处理依然有许多的局限性，例如：反渗透膜、超滤技术的费用极高；活性炭吸附容易堵塞，需要更换，反洗运行费用高；混凝沉淀法的混凝絮凝剂费用较高，产生的污泥会对环境造成二次污染；碱法吹脱处理费用高，仅是将水中的氨吹脱于环境中转化了存在的形式而已[4]。
  　　3.3 生物法
  　　3.3.1 生物法处理
  　　在众多方法中生物法由于其投资运营费用低为各污水厂首选。生物法一般可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类,好氧处理工艺有活性污泥法、曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘、滴滤池等。厌氧处理工艺有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床、厌氧混合床等。生物法是垃圾渗滤液处理中最常用的一类方法,因其运行费用低、处理效率高、不会出现化学污泥等特点而被世界各国广泛采用。当渗滤液的BOD5/CODCr 值大于0.3 时,表明渗滤液的可生化性较好,可采用生化法处理。生化处理具有处理效果好、成本低等优点,它是目前应用最广泛的处理方法。
  　　季民[14]采用投加耐盐菌强化的MBR 法处理高含盐渗滤液时,对氨氮具有较高的去除率,几乎达到100%。李军[15]采用外循环式UASB 处理高浓度垃圾渗滤液。在进水原生渗滤液COD 浓度在17 157 mg·L-1～33 599 mg·L-1 时,通过控制进水量,调节停留时间,控制反应器容积负荷在615 kg(/m3·d)～1 518 kg/(m·3d),COD 去除率稳定在85.0%～91.8%间。对于可生化性高的滤液首先考虑生物处理，美国和德国几个活性污泥处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷，活性污泥可以得到令人满意处理效果[16]。同济大学研究了低氧好氧两阶段活性污泥法处理滤液的工艺，COD 从6466 mg·L-1 降低到226.7 mg·L-1，BOD5 从3502 mg·L-1 降低到13.3 mg·L-1，pH 稳定，脱磷率达到90.5%，TN 去除率为67.5%，基本达标排放[17]。
  　　土地处理法包括慢速渗滤法、快速渗滤法、表面漫流、人工湿地和回灌等,其中人工湿地和回灌应用得较多。汪太明等[36]采用新老垃圾渗滤液混合方法，利用老垃圾填埋体的厌氧条件实现反硝化。试验中,好氧反应进水CODCr 和NH3-N 质量浓度分别为4 987 mg·L-1和494 mg·L-1 时,其出水分别为358 mg·L-1 和136 mg·L-1,去除率分别为92.8%和72.5%。当垃圾填埋体的NOx-N 体积负荷为1.2 g(/m3·d)时,厌氧填埋体的反硝化率可达到99%以上,总氮去除率最高可以达到46.4%。
   来3.3.2 物化+SBR 组合工艺
  　　SBR 是已较成熟的工艺，可以同其他一些工艺相结合使用。
  　　预处理厌氧好氧连用工艺。郑晓英等[20]，处理北京六里屯卫生填埋渗滤液，常温下，ASBR-SBR 工艺的NH4+-N 的去除效果很好，NH4+-N 的总去除率最高为83.5%，平均为80.9%。NH4
  　　+-N 的去除主要在SBR 中完成。ASBR 的COD 去除率为58.9%，BOD5 去除率最高为66.0%，SBR 的COD 去除率为67.9%，BOD5 去除率最高为89.05%。Ahmet Uygur,FikretKarg[21]等采用混凝沉淀-吹脱-SBR 工艺处理垃圾渗滤液，用石灰絮凝-氨吹脱作为预处理，采用五步处理An/Ax/Ox/Ax/Ox）法，处理21 h 以后，出水COD 去除率86%，氨氮去除率93%。
  　　超声-SBR 组合工艺。典型工艺流程为渗滤液→超声气浮→SBR 生化处理→加氯消毒→外排。超声适宜处理滤液这种高污染难降解的废水，在额定的振荡频率下，废水中部分有机物断链开环，变为易生化的小分子，提高了废水的可生化性。超声波法作为预处理或深度处理，与生物法结合处理老龄垃圾填埋场渗滤液是一个较优化的选择。Evelyne Gonze 等[22]运用超声波对老龄垃圾填埋场的渗滤液进行深度处理,在超声波热能为63 GJ·m-2 时，BOD5/COD 值可达最高0.014，其COD 去除率可达70%。EwaNeczaj 等[23]运用超声波作为预处理工艺处理垃圾渗滤液，超声处理加强了后续好氧硝化的作用，试验表明，在振幅是12μm 时，不断的增加渗滤液的投加量，在5%～15%之间，氨氮的去除率一直维持在70%，COD 的去除率在90%以上。
  　　混凝吸附-两段SBR 组合工艺、催化电解氧化-SBR 组合工艺, Fenton 法-SBR 组合工艺，对处理老龄垃圾渗滤液有较好的处理效果。张晖[24]等采用化学混凝-电Fenton 处理晚期垃圾渗滤液，在去除难降解有机物和无机物方面效率很高，随后的SBR 深度处理。COD 去除率为85%，色度去除率达到99%。熊忠等[25]在用混凝-Fenton-SBR 法处理垃圾渗滤液效果也很好，COD、BOD 的去除率分别稳定在80%、94%左右。
  　　SBR+微电解技术。微电解是处理高浓度废水的一种很有效的方法,特别是对生化性较差,用普通生化方法难于处理的渗滤液效果明显。刘金香等[30]在处理衡阳吉星垃圾填埋场的渗滤液时,通过实验得出,采用微电解处理该垃圾渗滤液的最佳HRT 为80min,最佳pH 值为3.5,在此条件下CODCr 的去除率达到29.9%。丛利泽等[31]<font face="宋体 ">



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