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Abstract: this paper mainly introduces the landfill leachate treatment and the formation of the influencing factors and landfill leachate treatment to the harm of the city. Thus furtheranalyzes urban landfill leachate treatment processing technology points, introduces an operation management simple, low cost, adaptable "biological method + membrane law" handling system, and puts forward the technology in the processing of attention shall be paid to the problem, providing people with effective reference.
Key words: the city garbage, leachate, processing technology, problem
中圖分類號:R124.3 文獻標識碼:A文章編號:
隨著我國經濟的快速發展,城市垃圾量也隨之增加,垃圾的妥善處理已成為人們急需解決的問題。我國大多數城市采用衛生填埋或焚燒的方式處理垃圾,由此產生了大量的垃圾滲濾液。液滲濾液具有水質復雜、水量波動大、有毒有害物質含量高等污染特性,其一旦進入外部環境就會造成嚴重的二次污染,若滲濾液處理不當,不僅會污染土壤和地表水源,甚至會污染地下水對生態環境和人體健康帶來巨大危害。因此,垃圾滲濾液的有效處理勢在必行。
1 城市垃圾滲濾液的產生及影響因素
1.1 垃圾滲濾液的來源
垃圾滲濾液,又稱滲瀝水或浸出液,是指垃圾在堆放和填埋過程中由于發酵和雨水的淋浴,沖刷,以及地表水和地下水的浸泡而濾出來的污水,滲濾液的來源于降水、垃圾含有的水和微生物厭氧分解產生的有機廢水。垃圾滲濾液是高濃度有機廢水,若未經處理直接排放或未達標排放,會對周圍的地下水、地表水和土壤造成嚴重的污染。
1.2 垃圾滲濾液的影響因素
影響垃圾填埋場的滲濾液量的主要因素有:1)垃圾自身因素,即垃圾含水量和飽和持水量,一般垃圾中有機物含量越高,則所含的水量就越多,相應的垃圾滲濾液量就越多;2)氣候因素,即降水量和蒸發量,降水量越大,蒸發量越小,則垃圾產生的滲濾液就越多;3)土地因素,包括地形、地質、地貌、植被等,這些主要決定入滲量和排滲量,入滲量越大,排滲量越小,則垃圾產生的滲濾液量就可能越多;4)時間因素,上述 3 個因素都有時間的積累效應。
2 垃圾滲濾液的危害
滲濾液中含有大量的有機物、氨氮、病毒、細菌、寄生蟲等有害有毒成分。其表現特征為:水質波動大,成分復雜,生物可降解性隨填埋場場齡的增加而逐漸降低,金屬離子含量低,污染物濃度高,持續時間長,流量小而且不均勻。如果垃圾滲濾液處理不當就會對環境造成二次污染,不僅會污染土壤和地表水源,甚至會污染地下水對生態環境和人體健康帶來巨大傷害與威脅。
3 垃圾滲濾液處理中技術要點分析
《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)實施后,對垃圾滲濾液的處理控制提出了更嚴格的要求。滲濾液水質水量受各種因素影響而變得非常復雜,存在大量生物難以降解的有機物,目前滲濾液的處理工藝主要有土地處理、物理處理、化學處理、生物處理等,但采用單一工藝處理,往往只能在某些指標上取得好效果,很難使出水達到排放標準。因此滲濾液的處理工藝不是一種方法能夠完成的,而是多種方法的組合工藝。
目前,滲濾液處理的組合工藝主要有兩種,一種是以生化反應為主的“生物法+膜法(納濾/反滲透)”處理系統;另外一種是以DT盤式膜組件為主的高壓膜過濾工藝。DT盤式膜組件是獨家工藝,過濾原理即為常見卷式反滲透膜過濾的原理,
本文重點介紹“生物法+膜法”的處理系統。生化法處理設備和運行管理簡單,成本低,對水質和水量的變化有很好的適應能力,適合我國生化垃圾有機物含量高、滲濾液可生化能力較高的特點,當前得到了廣泛應用。
3.1 早期生物處理工藝
早期的滲濾液處理工藝缺乏設計經驗,對滲濾液的水質特性考慮不夠充分,處理工藝主要參照城市污水處理工藝,選擇生物法中的氧化溝,SBR及接觸氧化工藝的比較多,由于這些工藝在曝氣量、停留時間上考慮的不足,最后導致了運行的失敗。
例如某城市滲濾液處理廠選擇“厭氧+氧化溝+沉淀池”的處理工藝,要求出水達到GB16889-1997二級標準,但是由于滲濾液水質水量隨時間變化大,尤其隨著填埋場時間的增長,可生化性低,導致出水不能穩定達標;昆山市第三垃圾填埋場滲濾液處理采用的是“厭氧+生物接觸氧化”工藝,運行過程中進水水質遠低于設計值,結果造成厭氧效果大幅下降,整個系統出水無法達標。
3.2 膜生物反應器(MBR)應用
針對早期生化法在滲濾液處理上的不足,MBR系統在設計生化反應部分時充分考慮滲濾液的水質特性,以反硝化池和硝化池為主,在停留時間、池體深度以及曝氣量方面,充分滿足滲濾液中有機物降解的需要。
膜技術在垃圾滲濾液處理中的應用引起了我國學者的極大關注。膜生物法(MBR)是近些年發展起來的一種集膜過濾和生物處理于一體的新型、高效的處理技術,在處理高濃度難降解有機物廢水方面有著廣泛的應用前景。在MF和UF基礎上研發的MBR系統已經廣泛應用于生化反應末端的泥水分離過程,利用膜的截留作用使微生物完全被截留在生物反應器中,實現水力停留時間和污泥齡的完全分離,使生化反應器內的污泥濃度從3-5g/L提高到10-20g/L,從而提高了反應器的容積負荷,使反應器容積減小,大大提高了生化系統的運行效果。
[關鍵詞]MBR納濾
近年來隨著城市生活垃圾填埋場的不斷建設,垃圾滲濾液的處理問題也日益凸顯出來,垃圾滲濾液對垃圾場周圍的水體環境造成嚴重的污染,如何處理垃圾滲濾液成了一個需要迫切關心的問題。為了更好地控制垃圾滲濾液產生的影響,國家環保部于2008年4月頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16899-2008),對新建垃圾填埋場滲濾液出水COD標準限值由100mg/l調整為60mg/l。為滿足新標準的要求,本文推薦采用MBR-納濾處理的工藝進行垃圾滲濾液的處理。
1垃圾滲濾液的性質
填埋垃圾在生物降解過程中產生的液體和各種滲入填埋場的水混合后,如總量超過了填埋場垃圾的極限含水量,多余部分就以滲濾液的形式排出。垃圾滲濾液中含有高濃度的有機物及重金屬離子。滲濾液中的主要污染物指標有COD、BOD、氨氮、SS、pH、細菌、大腸菌群等。垃圾滲濾液水質的特點見表1。
表1垃圾滲濾液水質特點
指標 特點
色味 呈淡茶色或暗褐色,色度一般在2000~4000之間,有較濃的腐敗臭味;
pH值 填埋初期pH為6~7,呈弱酸性;隨著時間的推移,pH可提高到7~8,呈弱堿性
BOD5 隨時間和微生物活動增加, BOD5也逐漸增加,填埋6個月至2.5年,達到最高峰值,此時BOD5多以溶解性為主,隨后BOD5開始下降,到5~6年填埋場穩定化為止;
CODCr 填埋初期CODCr略低于BOD5,隨著時間的推移,BOD5急速下降,而CODCr下降緩慢,從而CODCr高于BOD5。滲濾液中的BOD5/CODCr的比值較高,說明滲濾液較易生物降解,封場后2~5年中BOD5/CODCr的比值逐步降至0.1,后期難生化降解成分占主要。
SS 一般多在300mg/l以下,垃圾填埋高度愈高,SS值下降。
P 滲濾液中含磷量少,生化處理中應適當增加與BOD5相當比例的磷。
重金屬 生活垃圾單獨填埋時,重金屬含量很低,一般不會超過標準,但若與工業廢物或污泥混埋時,或填埋蓋土為酸性紅壤時,重金屬含量增加,超標可能性大。
細菌 滲濾液含有毒有害物質及細菌病毒、寄生蟲等,大腸桿菌數量很大。
滲濾液水質受垃圾組成、成份、填埋方式、季節、垃圾分解不同階段等諸多因素的影響,變化范圍較大。國內部分地區垃圾滲濾液的水質見表2。
表2國內部分地區垃圾滲濾液水質單位:mg/l,pH除外
BOD5 CODCr SS NH3-N pH
漳 州 2000 4000 300 500 6~9
宜 昌 1500 3000 600 300 6~7
上 海 200~4000 1500~8000 30~500 60~450 5~6.5
杭 州 400~3000 1000~5000 60~650 50~500 6~6.5
廣 州 400~2500 1400~5500 200~600 130~600 6.5~7.8
2國內垃圾滲濾液處理方式
國內垃圾滲濾液常用的處理方法有回灌法、物化法和生化法。循環回灌法處理能力有限,操作環境差,不適于年降水量大的南方。物化法處理成本一般較高,不適于大水量垃圾滲濾液的處理。生物處理分為厭氧處理、好氧處理和好氧與厭氧結合處理法。目前生物處理法國內應用較多的一般為好氧和厭氧的組合工藝。組合工藝主要適用于高濃度垃圾滲濾液。在氨氮的質量濃度較高的滲濾液處理工藝流程中,一般采用先氨吹脫,再進行生物處理。組合處理工藝處理效率高,污泥沉淀性能好,經濟合理,技術成熟,已在廢水治理領域廣泛推廣,但是對于可生化性低,難降解的有機物以及毒性高的廢水,則處理效果較差。深圳下坪垃圾填埋場采用氨吹脫-厭氧生物濾池-SBR工藝,設備運行良好,出水穩定達標。
近年來,隨著膜技術的發展與推廣,反滲透成為處理垃圾滲濾液的主要方法,這是由于反滲透具有高效的截留污水中溶解態的無機和有機污染物的特性。但是在應用過程中,反滲透的缺點和不足日益顯露,主要是操作壓力大,能耗較高,設備損耗大,維護管理困難。為克服上述缺點,減少操作難度,各國的研究者相繼把目光轉向了操作壓力較低、運行管理方便的納濾技術,本文主要介紹MBR-納濾垃圾滲濾液處理工藝。
3MBR-納濾處理工藝
近年來,國內MBR工藝處理垃圾滲濾液發展較快。由于MBR對垃圾滲濾液中的有機物進行了生化降解,不存在濃縮液需要進一步處理的問題,單一的MBR工藝出水不能達到國家二級以上的排放標準,往往需要配合NF、RO、活性炭等后續處理工藝以滿足新的滲濾液排放標準。目前青島小澗西垃圾填埋場、北京北神樹垃圾填埋場、佛山高明白石坳填埋場、哈爾濱西南垃圾填埋場等多家垃圾處理廠采用MBR十NF系統處理垃圾滲濾液,并取得了良好的處理效果,其中處理規模最大的為佛山高明白石坳填埋場,處理規模達到860t/d。MBR十NF工藝處理垃圾滲濾液的常見工藝流程圖見圖1。
圖1MBR+NF處理垃圾滲濾液工藝流程
3.1 MBR
MBR是生化反應器和膜分離相結合的高效廢水處理系統,用膜分離(通常為超濾)替代了常規生化工藝的二沉池,大大提高了對有機物的去除率。傳統活性污泥法中,受二沉池對污泥沉降特性要求的影響,當生物處理達到一定程度時,要繼續提高系統的去除效率很困難,往往需要延長很長的水力停留時間也只能少量提高總的去除效率,而膜生物反應器中,由于分離效率大大提高,生化反應器內微生物濃度可從常規法的3~5g/L提高到15~30g/L,可以在比傳統活性污泥法更短的水力停留時間內達到更好的去除效果,減小了生化反應器體積,提高了生化反應效率,出水無菌體和懸浮物,因此在提高系統處理能力和提高出水水質方面表現出很大的優勢。
超濾膜組件主要由不對稱管式陶瓷膜元件構成。陶瓷膜元件是一種無機膜,是將金屬與非金屬氧化物、氮化物或碳化物結合而構成,其內外表面為致密層,層面密布微孔,膜孔徑0.05μm,中間是多孔支撐層。超濾過程很容易形成污染而導致通量大幅度衰減,因此需要定期清洗。清洗時可以選強酸強堿作清洗劑,也可進行反向沖洗。
MBR的主要特點:①能有效降解主要污染物COD、BOD和氨氮;②100%生物菌體分離;③出水無細菌和固性物;④反應器高效集成,占地面積小;⑤污泥負荷(F/M)低,剩余污泥量小;⑥無需脫臭裝置;⑦運行費用小。
3.2 納濾
在MBR反應器系統后加上納濾,納濾的作用是截留那些不可生化的大分子有機物COD,污水經納濾系統進一步深化處理后,可使出水COD降到60mg/L左右,保證出水的達標排放,同時MBR工藝作為NF的前段處理工藝也有效地保障了納濾的處理效率。根據有關資料,垃圾填埋場滲濾液經NF后的各項截留率指標如表3所示。
表3垃圾滲濾液經納濾處理后的截留率
項目 進水 出水 截留率(%)
pH 6.3 6.4 /
COD(mg/l) 17000 700 95.88
BOD5(mg/l) 480 280 41.62
NH3(mg/l) 3350 1420 57.61
SO4(mg/l) 31200 2345 92.48
Ca2+(mg/l) 2670 187 93.00
Mg2+(mg/l) 1030 72.7 92.94
Na+(mg/l) 10900 5010 54.04
納濾凈化水回收率80%,納濾過程中產生20%的回流濃縮液,采用混凝沉淀進一步處理。實踐表明,使用具有混凝和吸附作用的復合型混凝劑(主要含FeCl3),COD去除率可達60%以上,混凝沉淀后上清液回調節池。納濾回流液回生化系統進一步處理,由于其中的難降解有機物在生化處理系統中的相對停留時間延長,微生物得到有效馴化,難降解有機物也能部分降解,不會產生難降解有機物在系統中的富集現象。
3.3 污泥處理系統
滲濾液處理站的污泥來自生物處理的剩余污泥和納濾回流液混凝沉淀產生的污泥。為了發揮生物處理的剩余污泥的生物吸附作用和改善污泥的脫水性能,工藝流程把生物處理的剩余污泥排到納濾回流液混凝沉淀系統(即污泥濃縮池),經過混凝沉淀和污泥濃縮,上清液溢流回調節池,濃縮污泥通過污泥泵抽送到板框壓濾機進行壓濾,濾餅運送垃圾填埋區進行填埋,濾液經收集后用泵抽送到調節池。
4結論
MBR-納濾工藝處理垃圾滲濾液具有受原水水質影響小、出水水質好、運行穩定和占地面積小等明顯優勢,隨著垃圾滲濾液膜處理技術的日益成熟和膜產品的逐步國產化,MBR-納濾工藝處理滲濾液的優勢開始逐漸展現出來,隨著對垃圾滲濾液處理出水要求的提高,該工藝膜在垃圾滲濾液處理中的應用將具有廣闊的前景。
2.1處理工藝
2.1.1處理工藝選擇的建議
《生活垃圾填埋場污染控制標準》 (GB16889-2008) 實施之后,對氨氮、總氨、總磷及重金屬等指標要求大幅度提高或增設,目前填埋場已建垃圾滲濾液預處理與處理工程大多無法或較難滿足要求,不少滲濾液處理站急需改造與新建。若不能尋找一個穩定、性價比高且易于管理的處理工藝,在滲濾液處理領域將形成 巨大的投資浪費。應在滿足穩定、連續、出水達標的前提下,綜合工藝的經濟性 、合理性、可操作性等,經技術經濟比選后確定。工藝設計及選擇的幾點建議如下 :
2.1.1.1設計要低能耗
根據垃圾滲濾液的性質和對各處理方法特點的比較,應該在條件允許的情況下,盡量選擇能耗相對較低、污染物降解徹底的生化方法對污水進行處理。
2.1.1.2選擇生物脫氮
根據污水中各污染成分的比例和微生物營養元素的比例要求,若該污水中氨氮濃度相對偏高,必須對氨氨脫除有針對性措施;氨氮脫除應該優先選用生物脫氨的工藝,吹脫工藝不僅會帶來二次污染,投資和運行成本也較高。
2.1.1.3主體工藝優先選擇生化法
由于物理法對污染物只是進行簡單過濾,污染物都存留在濃縮液中,隨即帶來了濃縮液的處理問題。然而生化法對污染物能起到真正降解與削減作用,對于原水中可生化降解的污染物建議優先選用生化系統處理。此外,生化系統投資及運行成本較低,只要進水水質水量控制較好,可基本保證良好的出水水質及運行穩定性。
2.1.1.4深度處理可選用膜技術
由于滲濾液成分復雜,其中存在很多難以生化的物質,完全依靠生化不可能使污水處理達到排放的要求,同時隨著填埋年限的增加,可生化性變差的特點,應該在生化后采用物化法對污水中的污染物進一步進行處理,從穩定性和成本分析來看,選擇膜處理工藝較為可行。
2.1.1.5選擇自動化程度高的電控系統
根據膜系統穩定運行和系統安全保證的要求,本工程自控系統 需要達到一個較高的水平,可以考慮采用上位機+PLC的控制方式,實現設備 的就地手動控制、遠程控制和自動控制的3種控制方式。采用高精度的儀表,通過設備互鎖、流量條件保護、壓力條件保護、溫度條件保護、pH條件保護等自動判斷調節措施保證系統的安全穩定運行 。
2.1.1.6具備可行的污泥和濃縮方案
為了避免二次污染,對剩余污泥及老化污泥要進行儲存、干燥或回灌;使用NF、RO膜工藝會產生一定比例 的濃縮液,其中含有大量難生化降解物質及重金屬。NF濃縮液可回流至調節池進行二次強化處理,對于RO濃縮液,其含鹽量較高,若回至調節池,將對生化系統微生物的正常代謝產生不利,故建議RO濃縮液回灌至填埋區。
基于以上建議,下面以蘇州某生活垃圾填埋場滲濾液處理工藝進行分析。
2.1.2項目概況
蘇州市某垃圾填埋場擴建工程是2007年市政府重點工程,垃圾滲瀝液處理廠是該工程的重要子項目之一。垃圾滲瀝液處理廠占地約40畝(其中包括滲瀝液調節池30畝),總造價約4000萬,其中滲瀝液處理廠土建和設備2682萬,土地征用費、調節池及其他配套設施費用1300萬。滲濾液處理廠采用以A/O/O+超濾為核心的生物膜(MBR)工藝,設計規模1200 m3/d,其中填埋場滲瀝液800m3/d,焚燒廠滲瀝液400m3/d,處理后的滲瀝液水質達到《生活垃圾填埋污染控制標準》規定的三級標準,再排入蘇州高新污水處理有限公司進一步深度處理后達標排放。滲瀝液處理廠于2007年7月中旬開工建設,所有土建和設備安裝工作于2008年4月底完成。2008年5月初開始調試,在四個多月的調試中,共處理污水12萬m3,日平均處理量為700m3,目前日處理量已達到設計要求的1200 m3。處理后出水水質達到了設計標準,系統運行穩定,各項指標控制良好。作為垃圾滲瀝液處理廠的配套工程,調節池工程于2007年5月開始建設, 2007年12月底建成進水,調節池總容量為7.5萬立方米,可暫存二個月的滲瀝液。
2.1.2垃圾滲濾液處理廠的工藝流程
垃圾填埋場和焚燒廠的滲瀝液首先進入調節池,由于調節池進行了加蓋,可以避免滲瀝液對大氣產生污染,同時還可以起到厭氧分解作用,在調節池即可以去除約50%的COD;調節池的滲瀝液經過提升泵進入滲瀝液處理系統,首先進入袋式過濾器,去除部分SS;經過濾的滲瀝液分別進入缺氧池、碳氧化池和強化硝池即A/O/O系統,在A/O/O系統中滲瀝液中的有機物和氨氮大部分被轉化為無機物(CO2、H2O、N2)從水中去除;經過A/O/O系統處理后的滲瀝液加壓后通過外置式超濾膜裝置實現固液分離,最終處理達標。系統產生的污泥進入污泥濃縮池,通過離心脫水處理后的固體部分填埋處理,濃縮池上清液和脫水濾液回流至調節池。具體工藝流程如下圖2.1-1和圖2.1-2:
2.2工藝分析
2.2.1物化工藝流程分析
2.2.1.1調節池
由于滲濾液的水量受氣候、季節等因素影響,變化較大,雨季,可能還會出現水量暴增等情況,所以,首先設置調節池,以調節不同時間水量的變化,使后續的各處理環節水量能趨于基本的穩定,達到較好的處理效果。調節池必須要加蓋,做除臭處理。下圖為調節池的加蓋處理(蘇州某垃圾填埋場調節池示意圖)
2.2.1.2吹脫法
吹脫法是滲濾液處理的一種方法,主要用于滲濾液中氨的去除。曝氣吹脫技術是直接或調整pH后在調節池或者專門吹脫池中曝氣,以達到脫氨和改善營養比例的作用。曝氣吹脫預處理是經濟有效的,不僅可以去除氨氮,COD也大幅度下降,氨氮去除率可達68%,CODcr去除率可達76%,而在不曝氣的情況下,氨氮與CODcr的去除率僅分別為27%和22%;國內曝氣吹脫的研究結果表明:吹脫的時間應保證4~5h,但在氣水比和調節pH方面則各不相同,這是由于研究的初始氨氮與CODcr濃度以及出水要求的不同造成的。因為就預處理的目的與要求而言,曝氣吹脫的條件應根據后續生化處理對C/N比要求而調整。因此在曝氣吹脫系統的運行過程中,應根據初始氨氮與CODcr,濃度運行參數進行調整。曝氣吹脫技術存在的主要問題是吹脫氣體的二次污染,吹脫氣體會造成周圍大氣環境質量的下降。
預處理工藝中將NH3吹脫置于最前端,可充分利用填埋場的滲濾液貯存調節池,即可直接在貯存調節池中鋪設曝氣管道,以節省工程造價,并利于間歇運行。同時可利用吹脫去除滲濾液中的重金屬離子[47],為其后續的吸附處理工藝運行創造條件(即當重金屬離子經吹脫后去除較多,則可不必啟動吸附處理工藝,使運行具有良好的靈活性);當滲濾液的CODCr/NH3-N并不過低時,吹脫可在較低的pH條件下運行,由于吹脫后pH將有所下降,因而在混凝處理時可降低pH調節的藥劑用量或不必進行pH調節(圖3-1中虛箭頭所示)。若滲濾液CODCr/NH3-N比較低時,則吹脫需在高pH值下運行,其出水需經再次pH調節后方可進行混凝處理。往往滲濾液pH的變化與其NH3-N濃度的變化呈正相關關系[48],因而將NH3 吹脫置于預處理工藝的最前端可減少pH 調節的次數。
2.2.1.3絮凝沉淀
絮凝沉淀已被廣泛應用于垃圾滲濾液中難生物降解有機物和重金屬的去除。研究表明.PAC混凝處理對滲濾液有良好的處理效果。在PAC投量為400 mg/L的條件下,各污染物的去除率分別為:COD 59.8%、Cu近100%、Pb 68.9%、Cd59.2%、Cr59.1%、Zn61.0%。因而它作為一種經濟和運行靈活的處理工藝.應用于該滲濾液的處理是可行的。AnastaslOS等[17]采用生物絮凝劑混凝去除滲濾液中的腐殖酸,效果良好。采用生物絮凝劑和硫酸鋁都可以達到45%的去除率.但使用生物絮凝劑處理垃圾滲濾液不需要調節pH,而使用硫酸鋁則需要調節pH.同時生物絮凝劑需要的投加劑量少。混凝沉淀法可有效去除滲濾液中的難降解物質和重金屬離子,對COD也有一定的去除效果。但其COD的去除率一般在30%~60%之間。
2.2.2生化處理工藝流程分析
廢水進過物化預處理進入反硝化池,反硝化細菌在缺氧條件下,還原硝酸鹽,釋放出分子態氮(N2)或一氧化二氮(N2O)的過程[51]。其反應方程式如下:
NO3-+ 2e-+ 2H+ = NO2-+ H2O
NO2-+e-+ 2H+ = NO+ H2O
2NO+2e-+ 2H+ = N2O+ H2O
N2O+ 2e-+ 2H+ = N2 + H2O
在反硝化(缺氧)階段異養菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸,使大分子有機物分解為小分子有機物,不溶性的有機物轉化成可溶性有機物,當這些經缺氧水解的產物進入碳氧化(好氧)池進行好氧處理時,提高污水的可生化性,提高氧的效率;在缺氧段異養菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化(有機鏈上的N或氨基酸中的氨基)游離出氨(NH3、NH4+),之后進入強化硝化池,使氨在微生物作用下氧化為硝酸的。通過回流控制返回至A池,在缺氧條件下,異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態氮(N2)完成C、N、O在生態中的循環,實現污水無害化處理。
2.3工藝的技術可行性分析
生活垃圾滲濾液處理最基本的方法有物理、化學、生物處理方法。垃圾滲濾液處理個過程中最主要的難點是其污染物濃度高,單純的物理、化學、生物處理工藝很難使其達到較好的水質進而實現達標排放。物化―生化結合的工藝,優勢互補,充分發揮各種處理方法的長處,使污染物最大程度地得以去除。
物化―生化工藝有機地相結合,使得廢水達標排放(其處理效果在第三章介紹)。因此,本工藝在技術上是切實可行的,并有著廣闊的應用前景。
2.4本章小結
采用物化處理和生化(A/O/O)結合的預處理工藝是可行的,在實際工藝中生化處理工藝可以根據當地的氣候、水文等條件進行調整,如可以采用 UASB、A2/O 等。
關鍵詞:垃圾焚燒廠;滲瀝液;滲瀝液處理
中圖分類號: R124.3 文獻標識碼: A
1、引言
近年來,人們生產生活所產生的垃圾大量增加,隨著城市垃圾衛生填埋場的建設,滲瀝液處理站也在不斷建設與發展, 但存在著不少問題, 焚燒廠滲濾液同填埋場滲濾液特性又存在著很多不同,所以在處置上就有一定的區別已形成的處理方法有待進一步完善,新的處理工藝和方法也有待研究開發。尋找一套經濟合理,且能適應我國垃圾滲瀝液處理的工藝流程,開發新型的污水處理技術,推動我國垃圾填埋場的技術發展是當前迫切的研究課題,具有廣闊的前景。
2、垃圾滲瀝液處理的特性
我國城市生活垃圾的含水率高、熱值較低,焚燒法處理垃圾時必須將新鮮垃圾在垃圾儲坑中儲存3~5 d進行發酵熟化,以達到瀝出水分、提高熱值的目的,才能保證后續焚燒爐的正常運行,因此其滲瀝液污染物濃度高、水質變化大、帶有強烈惡臭,呈黃褐色或灰褐色。中國城市生活垃圾中廚余物含量很高,根據中科院廣州能源研究所對深圳城市生活垃圾基礎分析報告,深圳的部分垃圾焚燒廠的經熟化堆放排出滲瀝液后的垃圾(即進入焚燒爐進行處理的垃圾)中廚余物含量在40%~45%,含水率約50%,因此,中國城市生活垃圾的滲瀝液產生量非常高,根據上海、深圳、寧波、珠海、蘇州等不同地域城市的統計數據,垃圾滲瀝液的產量占垃圾總量的10%~20%,平均約15%。
同時,垃圾滲瀝液的處理也具有一定的復雜性,其成分取決于垃圾成分、填埋時間、氣候條件、填埋場設計等多種因素。一般來說,垃圾滲瀝液具有如下特點:
(1)水質較為復雜,危害性較大。滲濾液里面含有較高的濃度,而且污染物較多,還含有大量金屬離子和氨氮,一些著名的專家學者采用專業聯用技術鑒定出垃圾滲瀝液中有將近一百種有機化合物,其中二十二種被列入我國和美國EPA環境優先控制污染物的黑名單中。與此同時,滲瀝液中還含有10多種金屬和植物營養素(氨氮等),水質成分十分復雜。
(2)化學需氧量的濃度較高。垃圾滲瀝液中的化學需氧量和城市污水相比,濃度極高,最高濃度可以達到90 000 mg/L,BOD5最高達到38 000mg/L。顯然這就要求其處理構筑物的有機負荷率高,水力停留時間長,構筑物容積大。
(3)金屬離子濃度較高。垃圾滲瀝液中含有較多的金屬成分,如鐵,鉛,鋅,鉀、鈉,鈣等,且含量都較高。在生物處理系統中,如果金屬離子含量過高,對微生物會有強烈抑制作用,長時間運行,會導致污泥中的無機物含量增加,影響系統正常運行,故須先調pH值使重金屬離子沉淀。
(4)氨氮濃度及含鹽量較高。氨氮濃度隨著垃圾污染物填埋時間的增加,氨氮的濃度也會隨著相應的增加,而且最高的濃度可以達到1 700 mg/L。而滲瀝液中的氮多以氨氮形式存在,約占TKN 40%~50%。如此高濃度的氨氮,使微生物營養元素比例嚴重失調,僅靠硝化細菌和反硝化細菌脫氮不僅不能去除,反而會影響處理系統的正常運行,因滲瀝液進入生化處理前常需用物化法脫氮。滲瀝液中的鹽主要為氯化物(100~4 000 mg/L)和磷酸鹽(9~1 600mg/L),若在缺水地區需對滲瀝液回收利用時,應對其脫鹽處理。
(5)顏色較深,氣味難聞,所以需考慮脫色處理,難聞的氣味會給運行操作帶來較大的困難。
(6)微生物營養失衡。垃圾滲瀝液雖然有較多的有機物和氨氮成分,但是磷元素少之又少。氨氮較高的含量指標加上較高的堿度,對厭氧消化不利。磷元素的缺乏也影響系統的穩定。因此,處理工藝中需在生化前進行脫氮處理,并往往需向系統投加磷等營養元素。
(7)水質波動較大。滲瀝液的水質極易受填埋時間的影響,而且受季節降雨影響較大,所以整體的變化規律很難確定。滲瀝液化學需氧量的濃度一般是在0.4~0.75,采用生物處理可達到良好的去除效果。但隨著填埋時間的增加,垃圾層日趨穩定,垃圾滲瀝液中的有機物濃度降低,可生化性差的相對分子質量大的有機化合物占優勢,其BOD/COD值甚至可低于0.1。滲瀝液水質如此不穩定,這就要求其處理系統要有一定的調節容積,抗沖擊負荷能力要強。
3、垃圾滲瀝液處理的技術方法
國內外對垃圾滲瀝液的處理試驗研究及實踐工作已進行了多年,處理方法有回灌法、土地處理、與城市污水合并處理、生化處理、物化處理等20多種。
(1)回噴法
此方法已經被許多西方國家所應用。由于這些國家中垃圾廚余物較少,熱量值較高,滲瀝液產量少,一般采用將滲瀝液回噴焚燒爐進行高溫氧化處理。比如比利時某1 000 t/d的垃圾焚燒廠,其最大滲瀝液產量為4 t/d,平時基本沒有,該廠建有300m3左右的滲瀝液收集池,平時將滲瀝液集中在池內,當垃圾熱值較高時,用高壓泵將滲瀝液加壓經自動過濾器、回噴系統噴入焚燒爐進行處理,當垃圾熱值較低時停止。回噴法適合于滲瀝液產量、垃圾熱值高的場合,對于熱值較低的垃圾則不適合,否則會造成焚燒爐爐膛溫度過低、甚至熄火的狀況。經計算,對于熱值為5 112 kJ、含水率為48%的城市生活垃圾,理論上滲瀝液最大回噴量為垃圾焚燒量的3119%。但中國垃圾的含水率太高,滲瀝液產量大,因此回噴法不適用于中國。
(2)膜--生物反應器法
隨著科學技術的發展,越來越多的新技術成果已經被應用在垃圾滲瀝液處理過程中,并且獲得了良好的認可和發展。膜技術的應用最成功和目前應用趨勢最好的一類發展技術,包括超濾、納濾和反滲透等。其中微濾(MF)孔徑范圍一般為011~75Lm,超濾(UF)篩分孔徑為1 nm~70Lm,均不能截留滲瀝液中所含鹽份,只能用來將微生物菌體、沉淀物從污水中分離出來,壓力量在0102~017 MPa之間。近來微濾和超濾在與好氧生物工藝處理組合應用,即所謂膜生化反應器(MBR)技術。MBR是生化反應器和膜分離相結合的高效廢水處理系統,用膜分離(通常為超濾)替代了常規生化工藝的二沉池。與傳統活性污泥法相比,MBR對有機物的去除率要高得多,在膜生物反應器中,由于分離效率提高,生化反應器內微生物質量濃度可從常規法的3~5 g/L提高到15~25 g/L,可以在比傳統活性污泥法更短的水力停留時間內達到更好的去除效果,減小了生化反應器體積,提高了生化反應效率,出水無菌體和懸浮物,因此在提高系統處理能力和提高出水水質方面表現出很大的優勢。
(3)厭氧工藝
在進行厭氧反應器設計時應對原水的生物化學甲烷勢進行測定以指導設計,在進行厭氧反應器啟動和對方案選擇時應充分考慮生活垃圾焚燒廠滲濾液對未馴化污泥的厭氧毒性。BMP用于測定有多少有機物可以在厭氧過程中被降解生成甲烷,與BOD5結合考慮,還可以用來表達污染物中不可好氧降解但能厭氧降解的有機物組分,也能從一定程度上表達厭氧反應器的最大去除率,對于厭氧反應器,BMP比BOD5更有意義。BMP計算公式:BMP=1000@凈總產氣量/(395@滲濾液投加量),單位:g/L。[4]本項目中,滲濾液COD的平均值在50000 mg/L左右,通過對滲濾液的BMP測定,其BMP可達到4.8 g/L,由此可見,該滲濾液具有良好的厭氧可生化性。根據實驗結果,對UASB設計水力停留時間為2.5 d,COD去除率為60%,實踐證明厭氧處理效果較好。
4、結語
通過對各種垃圾滲瀝液處理方法的特性進行比較,各種處理工藝都有其一定的適應性、優點和缺點,在選擇與確定中應當密切結合垃圾焚燒廠的特點等,建議進行現場試驗。在滲瀝液處理方案的選擇和設備的選型上,還必須結合工程的實際情況,充分考慮處理工藝的經濟合理性。
參考文獻
摘 要:城市垃圾處理方法主要是焚燒處理、衛生填埋處理和堆肥處理,由于每處理100噸/日垃圾的成本通常在4干萬元以上,地方財政難以承受,所以,在我國城市使用焚燒處理比較少。本文主要討論利用垃圾焚燒后灰渣的主要途徑,底灰經預處理后資源化利用,而飛灰經穩定化處理后填埋,是今后比較適合我國國情的灰渣管理策略。
關鍵詞:垃圾焚燒,灰渣、底灰管理
1概 述
1.1衛生填埋處理:我國消納城市生活垃圾的有效方法是采用直接填埋法,也是所有垃圾處理工藝剩余物的最終處理方法。但是,許多城市的垃圾仍有大多采取露天堆放,沒有任何防護措施。每一個垃圾堆放場都成了一個污染源,大量垃圾污水由地表滲入地下,對城市環境和地下水源造成嚴重污染。 填埋處理方法是一種最通用的垃圾處理方法,它的最大特點是處理費用低,方法簡單,但容易造成地下水資源的二次污染。隨著城市垃圾量的增加,靠近城市的適用的填埋場地愈來愈少,開辟遠距離填埋場地又大大提高了垃圾排放費用,這樣高昂的費用已經無法承受。
1.2堆肥處理:將生活垃圾堆積成堆,保溫至70℃儲存、發酵,借助垃圾中微生物分解的能力,將有機物分解成無機養分。經過堆肥處理后,生活垃圾變成衛生的、無味的腐殖質。既解決垃圾的出路,又可達到再資源化的目的,但是生活垃圾堆肥量大,養分含量低,長期使用易造成土壤板結和地下水質變壞,所以,堆肥的規模不易太大。
1.3焚燒處理:焚燒處理的優點是減量效果好(焚燒后的殘渣體積減少90%以上,重量減少80%以上),處理徹底。城市生活垃圾焚燒灰渣根據其收集位置的不同,主要可分為底灰和飛灰。底灰一般包括爐排渣和爐排間掉落灰,有些焚燒廠也將鍋爐灰與爐排渣混合收集并處理處置。底灰占了灰渣總量的80%左右(重量計),主要由熔渣、黑色及有色金屬、陶瓷碎片、玻璃和其它一些不可燃物質及未燃有機物組成。飛灰是指在煙氣凈化系統(APC)和熱回收利用系統(如節熱器、鍋爐等)中收集而得的殘余物,約占灰渣總量的20%左右,其中的APC飛灰包括煙灰、加入的化學藥劑及化學反應產物,其物理和化學性質隨焚燒廠煙氣凈化系統的類型不同而有所變化。
爐排渣的可浸出重金屬(如Pb、Cd、和Hg等)和溶解鹽的濃度在各種灰渣中基本上是最低的,其物理化學和工程性質與輕質的天然骨料相似;爐排間掉落灰的細顆粒含量高,因而元素Pb和Al的含量較高;鍋爐灰的易揮發金屬(如Cd、Zn)的含量有時會比較高;并且含有微量有機污染物,因其所含的細顆粒較多,使之持水量高,易凍脹又難壓實。因此,在目前,不含爐排間掉落灰和鍋爐灰的底灰被認為是最有利用價值的部分。
2 灰渣的資源化利用用途及其環境影響
2.1石油瀝青鋪裝路面的替代骨料
MWC底灰或混合灰渣,經篩分、磁選等方式去除其中的黑色及有色金屬并獲得適宜的粒徑后,可與其它骨料相混合,用作石油瀝青鋪面的混合物。這在美國、日本及歐洲一些國家均有使用。
為避免灰渣會對瀝青產生較高且不均勻的吸附,其熱灼減率不能大于10%。并且,示范工程的測試結果表明,只要處置得當,灰渣瀝青利用并不會對環境造成危害。
通過對底灰-瀝青混合物滲濾液9年的跟蹤測試,研究者發現即使用保守的方法估計,底灰中Pb、Cd、Zn和其它成分的9年累計釋放量也仍然是很低的。
研究者們也對某種用于瀝青中的商品化灰渣骨料,美國工程材料公司制造,由去除黑色及有色金屬后的底灰制成)利用的預期生命周期及其對人類健康和環境的影響等進行了綜合風險評價[。評價結果認為:只要采用適當的管理技術,該骨料瀝青利用的所有健康風險均低于美國環保局認為的可接受風險目標值;骨料中最有可能造成潛在危害的元素為Pb,但其危害程度也低于實施中的健康標準;該骨料的瀝青利用不會對人類和環境造成不可接受的影響。
2.2水泥混凝土的替代骨料
在美國和荷蘭,底灰(或混合灰渣)被用作混凝土中的部分替代骨料。最常見的是將底灰、水、水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土磚,這在美國已有商業化應用。
1985年起,美國大學海洋科學研究中心廢物管理所(WMI)開始評估穩定后MWC灰渣的各種海洋和陸地利用的可行性。他們在海底,用穩定后焚燒灰渣制成的水泥磚建成了兩座人工暗礁。結果他們用幾個能源回收廠的焚燒灰渣制成了符合或超過美國材料試驗標準(ASTM)的水泥磚,證明了灰渣建材利用的技術可行性。結果表明:船庫內的空氣質量與周圍大氣相同;灰渣中的環境相關污染物能被有效地截留于水泥基質中;工程測試還表明該灰渣磚與標準混凝土磚的抗壓強度相當。
2.3填埋場覆蓋材料
混合灰渣用作填埋場覆蓋材料是美國目前用的最多的資源化利用方式。
由于填埋場地自身的有利衛生條件:含環境保護設施如防滲層及滲濾液回收系統等,灰渣因重金屬浸出而對人類健康和環境的不利影響可以得到很好的控制;灰渣若用作填埋場覆蓋材料,可不必進行篩選、磁選、粒徑分配等預處理工藝。因此在經濟上、環境上和技術上,灰渣用作填埋場覆蓋材料均是一種非常好的選擇。
通過對專用混合灰渣填埋場滲濾液的分析[15]表明,滲濾液中的重金屬濃度均低于毒性浸出測試最大允許濃度,灰渣樣品中的2, 3, 7, 8-TCDD毒性當量低于美國疾病控制中心推薦的居住區土壤限值,且土樣中的濃度也低于此限值,土樣中重金屬濃度不超過背景值。但需引起注意的是,灰渣填埋場滲濾液中的溶解鹽濃度較高,常高出飲用水標準值幾個數量級以上。因此,在將底灰用作填埋場覆蓋材料(因為底灰中的溶解鹽含量較低,而飛灰則高出許多)時,需監測其滲濾液中的溶解鹽情況。
2.4路基、路堤等的建筑填料
由于目前填埋庫容的緊張、重新選址的困難和填埋費用的昂貴,以及天然骨料缺乏的壓力,底灰用作停車場、道路等的建筑填料,成為歐洲目前灰渣資源化利用的主要途徑之一,在美國也有一些示范工程應用。
底灰的穩定性好,密度低,其物理和工程性質與輕質的天然骨料相似,并且焚燒灰渣容易進行粒徑分配,易制成商業化應用的產品,因此使之成為一種適宜的建筑填料。歐洲多年的工程實踐經驗表明,這種灰渣資源化利用方式是成功的[5]。
3 灰渣利用的規定及相應的處理措施
灰渣的資源化利用已被證實是可行的,但由于灰渣中也含有一些有毒有害的污染物,如重金屬(主要來自生活垃圾。通過焚燒,家庭垃圾中33%的Pb、92%的Cd和45%的Sb遷移至飛灰中)呋喃等,直接利用可能會對人類健康和環境造成不利影響;并且未經處理的灰渣不一定能滿足建筑材料所規定的技術要求,因此,灰渣在利用前,需進行預處理,有時還需進行固化/穩定化處理(主要為飛灰),滿足一定要求后方可利用。
目前的灰渣預處理技術主要有:篩選(調整粒徑范圍),磁選(去除黑色金屬,主要為鐵),渦流分選(去除有色金屬),老化/風化一至三個月(降低溶解鹽浸出濃度,改善其物理化學性質)。處理技術有:提取/回收,玻璃化、熔融等熱處理法,固化/穩定化(水泥固化、瀝青固化、石灰穩定、化學藥劑穩定法等)和蒸發結晶(去除Hg)等。除對灰渣進行處理以改善其利用可能外,對其利用的環境條件也有所限制。
4 結語綜上所述,建立垃圾焚燒廠作為我國目前處理垃圾的一項重要措施,具有廣闊的應用前景。
參考文獻
[1] 張益. 我國生活垃圾處理技術的現狀和展望[J]. 環境衛生工程, 2000, 8(2): 81 ~ 84.