关键词:渗滤液混凝SBR法
ResearchontheTreatmentofLandfillLeachateUsingCoagulation-SequencingBatchReactorProcess
Abstract:Thetestaimedatfindingoutoptimumtypeanddosageofcoagulator,pHvalueandbio-treatmenttimeintreatinglandfillleachateusingcoagulation-SBR(sequencingbatchreactor)process.TheresultsshowsthatwithpolyaluminiumchlorideasacoagulantinSBRprocessCODCrofleachateisreducedto200mg/Lfrom5000-14000mg/L,BOD5isreducedtobelow100mg/Lfrom1800-5600mg/L,NH3-Nisreducedtobelow15mg/Lfrom47-374mg/L.
Keywords:landfillleachate;coagulation;sequencingbatchreactor
城市生活垃圾卫生填埋是目前国内外广泛采用的固体废弃物处理方法之一[1]。但产生的渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排人环境,会造成严重的环境污染。垃圾渗滤液的特点是有机物浓度高,水质水量变化范围大,微生物营养元素比例失调,而且氨氮和金属含量也较高。垃圾渗滤液的处理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提出有针对性的处理方案和工艺。
根据垃圾渗滤液的特点,采用混凝.SBR法对其进行处理,取得了良好的处理效果。1试验方法与材料1.1处理工艺流程
本试验采用以下处理工艺:
垃圾渗滤液化学混凝沉淀SBR生化处理出水1.2试验材料与设备
1.2.1试验材料
试验污水:沈阳市赵家沟固体废弃物处理厂;
pH调节剂:Ca(OH)2悬浊液;
混凝剂:自制的无机高分子絮凝剂;
活性污泥:沈阳市北部污水处理厂的活性污泥。
1.2.2试验设备
CODCr速测仪;721分光光度计;SBR反应池;
小型气泵;流量计;测氧仪。2试验结果与讨论2.1试验水样及混凝剂的选择
本试验水样为沈阳市赵家沟垃圾场的渗滤液,其原水水质指标见表1。从表1可以看出,垃圾渗滤液中的CODCr、NH3-N和SS都较高,而且变化范围较宽。表1垃圾填埋场渗滤液水质pH
由以上试验结果可以看出,CODCr值随曝气时间增加而降低。对于CODCr值小于1000mg/L的污水(混凝处理后),当曝气时间为4h时,CODCr值小于500mg/L,DO在3.0mg/L以上;当曝气时间达到6h后,CODCr值小于200mg/L,BOD5值小于100mg/L,NH3-N值基本在15mg/L以下。3结论
①利用化学絮凝法先降低渗滤液的CODCr值,然后利用SBR生化法对渗滤液进一步处理,效果良好,各项指标均可达到排放标准。
②调节适当的pH值是絮凝成功的关键。由试验可知,pH值为9左右时是最佳pH值范围。混凝剂加药量的多少直接影响渗滤液处理的效果,对于CODCr值范围在5000-12000mg/L的渗滤液,其投加量为渗滤液的1.8%时,效果最好。
③SBR反应器的曝气时间为6h时效果较理想。参考文献:
[1]王琳.垃圾填埋渗滤液的处理方法[J]。城市环境与城市生态,1998,11(1):25-28.
垃圾在堆放、填埋等处理过程中,形成了成分复杂的高浓度有机废水—垃圾渗滤液。因此,如何有效的收集和处理垃圾渗滤液,已经成为目前亟待解决的问题。[1][2]
我国每年约产生12000万t粉煤灰,其中仅40%的粉煤灰得到了利用,其余大量的粉煤灰却一直露天堆放或直接投入江河湖海中,结果造成了占地毁田、破坏植物、阻塞河道、污染自然环境和影响生态平衡等方面的危害。[3][4]
本实验通过改性粉煤灰的投加量、水样的pH值、反应的温度、振荡时间来进行单因素实验和正交实验,采用改性过后的粉煤灰来处理经过好氧后的垃圾渗滤液出水,研究改性粉煤灰对垃圾渗滤液色度的去除效果。
一、实验材料及方法
本所用的废水水样取自南宁市城南垃圾填埋场,是垃圾渗滤液经过氨吹脱塔、厌氧反应器及A/O氧化沟后的出水,废水颜色呈深棕色,COD在350~450mg/L,PH值6.8,色度在0.60~0.65,氨氮在12~20mg/L。
本实验处理水样的粉煤灰取自南宁化工股份有限公司,并进行改性,即在粉煤灰中按重量比的10%加入固体CaCO3,然后在800°C的温度条件下,在马弗炉里恒温焙烧2h,即可得到实验所需的改性粉煤灰。
二、实验最佳工艺条件的确定
(一)粉煤灰投加量对去除效率的影响
在具塞锥形瓶中装入50mL水样,分别投加1g、3g、5g、7g、9g、11g、13g、15g改性粉煤灰,在常温下用水平振荡器振荡60min后,静置后过滤,测滤液的COD和色度,并计算去除率。结果显示,随改性粉煤灰投加量的增加,COD和色度的去除率都随之变化。结果在50mL的垃圾渗滤液中投入11g改性粉煤灰为最佳改性粉煤灰的投加量实验方案。
(二)振荡时间去除效率的影响
在具塞锥形瓶中装入11g改性粉煤灰,然后加入50mL垃圾渗滤液,在常温条件下用水平振荡器中分别振荡15min、30min、45min、60min、75min,静置过滤,测滤液的COD和色度,计算其去除率。实验结果显示,振荡时间对垃圾渗滤液的COD、色度去除率影响不是很大,但本次实验研究的是改性粉煤灰对垃圾渗滤液的色度影响,所以选取色度去除效果最好的一组,即振荡时间为45min作为最佳的反应时间。
(三)水样pH值对去除效率的影响
取7个烧杯,均加入50mL垃圾渗滤液,然后分别用H2SO4,NaOH将水样的pH值调节为1、3、5、7、9、11、13,倒入装有11g改性粉煤灰的具塞锥形瓶中,在常温条件下用水平振荡器中振荡45min,静置过滤,测滤液的COD和色度,并计算其去除率。实验结果显示,pH值为9时,垃圾渗滤液的COD、色度去除率最好。
(四)反应温度去除效率的影响
在具塞锥形瓶中装入11g改性粉煤灰,然后倒入50mL已经将pH值调为11的垃圾渗滤液,在恒温水浴振荡器中分别将温度调为20°C、25°C(室温)、30°C、40°C、50°C进行实验。静置过滤,测滤液的COD和色度,并计算其去除率。实验结果显示,温度对COD的去除率影响不是很大,因此在今后的实验中直接以室温作为反应的温度。
三、正交实验设计及结果分析
正交试验设计是研究多因素多水平的设计方法之一,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点。[5]
对前面的改性粉煤灰处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件的确定及实验的初步结果进行分析,在影响因素中选择了投加量、振荡时间、水样pH值这三个因素来设计正交试验。正交实验的各因素和水平为投加量A(10g、11g、12g)、振荡时间B(40min、50min、60min)、水样pH值C(9、10、11)。
本次正交实验的评价指标是垃圾渗滤液COD、色度的去除率,去除率越大越好,从实验结果可以看出,在50mL垃圾渗滤液中改性粉煤灰投加量12g、振荡时间60min、水样pH值为10,室温的条件下,COD去除率82.8%,色度去除率86.5%在正交实验中都是最大的,所以此方案为垃圾渗滤液去除效果的最好实验方案。
四、结论
(一)水样的色度、COD去除率随改性粉煤灰的投加量增加而增大,但当投加量达到一定量时,去除率不再增大。从经济的方面考虑,结合实验结果,在50mL水样中投加11g改性粉煤灰为最佳的投加量。
(二)反应振荡时间对水样的色度、COD去除率都有一定的影响。在60min时COD的去除效果最好,而在45min时色度的去除效果最好。
(三)水样的pH值对色度、COD的去除效果差别很大,随pH值的增大,色度、COD的去除率增加,但当pH达到一定的范围后,去除率反而下降。所以pH值为9时是最佳的反应pH。
(四)实验温度对水样的色度、COD去除效果也有一定的影响,只是影响不是很大。综合考虑当地的实际情况以及在实际工程上的操作,最后确定常温条件下即为实验的最佳反应温度。
(五)综合单因素实验和正交实验结果,实验的最佳工艺条件为在垃圾渗滤液中,改性粉煤灰投加量为240g/L、振荡时间为60min、水样pH值为10。
参考文献
[1]薛勇,谢杰,蒋宝军.垃圾渗滤液的特点及处理方法[J].吉林建筑工程学院学报,2006.12,23(4):21~26.
[2]蔡涛,,宋志祥,佘万能.垃圾渗滤液的处理技术及其国内研究进展[J].化工中间体,2010.1:1~5.
近些年来,随着我国经济高速发展,生态环境保护已成为社会所关注的话题之一,尤其是在我们的城市垃圾处理这一领域上。因为,随着我国城市化建设的不断加快以及城市人口的不断增加,工业、农业、生活等大量的生活垃圾被直接丢弃、填埋,由此产生大量的渗滤液,对土壤、资源等造成一定的污染,严重影响了人们的生活质量。为此,如何有效的处理这些问题,正日益地成为了我国当前社会发展所面临的一个重大课题,已被越来越多的学者所研究。文中论述了城市生活垃圾填埋场场污垃圾渗滤液对生态环境造成的危害,并提出了相应的防治对策,希望能给给为同行提供一些帮助。
关键词:生活垃圾;垃圾渗滤液;治理技术;
一、垃圾渗滤液的产生及性状特征
80年代末以来,我国的城市垃圾填埋处理技术有了一定的发展,全国相继建成了一批较为完善的城市垃圾卫生填埋场。但是垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液给生态环境带来了一定程度的污染,大多数垃圾渗滤液未经任何处理直接排入河道,严重污染了周边环境。垃圾渗滤液是垃圾在填埋过程中由于垃圾中有机物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。就渗滤液的性质而言,属于高浓度有机废水,且水质相当复杂。
垃圾渗滤液有以下特性:
(1)滤液水质十分复杂,不仅含有耗氧有机污染物,还含有各类金属和植物营养素(氨氮等),如果工业部门使用的垃圾填埋厂,渗滤液中还会含有有毒有害的有机污染物。
(2)BOD5、COD浓度高,最高可达几万,远远高于城市污水。
(3)垃圾渗滤液中有机污染物种类多,其中有难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香组化合物、氯化芳香组化合物、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酚类化合物和苯胺类化合物等。
(4)垃圾渗滤液中含有10多种金属离子,其中的重金属离子会对微生物产生抑制作用。
(5)氨氮含量高,C/N比例失调,磷元素缺乏,给生物处理带来一定的难度。
可见,垃圾渗滤液用常规的生物处理是难以达标排放的。治理的重点是COD和氨氮的处理,尤其是氨氮的处理。
二、当前我国垃圾填埋场垃圾渗滤液处理现状
近年来,我国垃圾产生及填埋进入了高峰期,城市垃圾填埋场渗滤液渗漏污染地下水的现象屡屡发生。垃圾填埋后该垃圾场周围的地下水,无论是污染程度还是污染的范围,都有逐年增加的趋势。表现为有机物和细菌总数严重超标,三氮、硬度和矿化度等水化学指标升高,导致垃圾场周围十多平方公里范围内的地下水已不能饮用。因此,为改善人居环境、促进城乡经济发展,治理垃圾渗滤液已是保护生态环境的一项紧迫的任务,对于垃圾填埋场来说渗滤液必须自行处理达标后才能排放。
三、垃圾渗滤液污染治理技术
垃圾填埋场渗滤液是世界上公认的污染威胁大、性质复杂、难于处理的高浓度的有机污水。具有BOD5和COD浓度高、金属含量较高、成分复杂、水质水量变化大、有机物和氨氮的含量较高,微生物营养元素比例失调等不同于一般城市污水的特点。目前,垃圾渗滤液处理主要有以下几种:
(1)预吹脱:
通过对渗滤液的预处理,去除部分氨氮,对后续处理的顺利进行具有重要意义。目前预处理的研究有采用空气自由吹脱和加石灰吹脱预处理,这种方法易造成二次污染。
(2)好氧生物处理:
好氧处理主要是活性污泥法。低氧、好氧活性污泥法和SBR等改进活性污泥法比常规法更为有效。
(3)厌氧生物处理
厌氧法包括厌氧污泥床、厌氧式生物滤池、混合反应器及厌氧塘等,它具有能耗少,操作简单,投资及运行费用低等优点。已报道的有:间歇厌氧反应器、间歇和连续上流式厌氧污泥床、上流式厌氧过滤器等。但占地面积大,污泥量大,现场容易产生臭味,造成二次污染,影响环境。
(4)厌氧与好氧结合处理法
氨吹脱-厌氧生物滤池-好氧生物滤池工艺对垃圾渗滤液的中试研究达到较好的处理效果。由于生物法操作简单,运行费用低,且技术成熟,因此具有广泛的应用前景,但对于可生化性低、难降解有机物及毒性高的废水,生物法处理效果差,可用物化法弥补。
(5)生物膜处理技术
醋酸纤维在上世纪60年代产生,其促进了膜分离技术的快速发展与应用,也应用到了垃圾填埋渗滤液的处理方面。常用的膜处理技术中包括反渗透、超滤和纳滤等分离技术。反渗透和超滤技术联合处理垃圾填埋渗滤液的效果十分明显,能够将COD与色度等进行有效的去除,效率达到98%以上。膜处理技术也由于操作简单、处理效果较高等优势而得到了广泛的应用。当前,在国内很多大型的垃圾填埋场都使用或者是筹划使用生物膜处理技术。但是其中所涉及到的工艺中,反渗透工艺的重点环节的成本较高,而且消耗量很大。为了减少膜表面受到机械或者是污水中毒素的影响,需要在使用膜处理之前对渗滤液进行一定的处理,才能够确保膜的使用性能得到充分的发挥,延长膜的使用寿命。另外,使用膜处理技术进行处理的渗滤液中会遗留大量的污染物需要进行及时的安全处理,这样才能有效的消除渗滤液对环境和土壤造成的污染。
另外,还有垃圾渗滤液的人工湿地处理方法,包括人工湿地的组成、污染物去除机理、影响处理效率的因素等。通过对人工湿地处理渗滤液的工艺和国内外应用实例进行总结、与传统处理方法相比,对其经济性进行分析。可以看出,垃圾渗滤液的人工湿地处理法有成本低、构建和运行维护费用低、处理效果比较好等优点,在我国的许多地区有一定的适用性。
四、垃圾渗滤液处理技术发展趋势
随着我国城市的生活垃圾总量急剧增加,垃圾渗滤液的处理已成为城市建设中急需解决的技术难题,也是生态城市建设,尤其是小城镇示范工程建设必须配套解决的关键环节。
垃圾填埋场渗滤液处理对选择垃圾渗滤液生物处理工艺的方案设计提出了更高的要求。垃圾渗滤液的生物法处理依靠微生物的降解作用达到去除污染成分的效果,是目前国内外研究的重点,由于其无需专门处理设施投资、出水稳定、管理方便、运行费用低等特点,生物法处理也是该领域的发展趋势。同时对城市垃圾填埋场的渗漏进行检测至关重要,且迫在眉睫。目前普遍采用的通过在填埋场内观测、井中采样分析进行的检测,只能监测垃圾填埋场浅层部分点位的地下水水质状况,而对于深层更大范围内地下水的水质检测,则难度很大,在检测填埋场是否发生渗漏时往往漏掉,这是当前值得十分注意的问题。一种能快速检测垃圾填埋场大范围内污染渗漏状况的地球物理方法,通过先进的地球物理仪器设备来检测渗滤液渗漏后地下介质发生的物性变化(如电磁场的变化),再配合适当的地球化学分析手段,便可进一步分析判断其渗漏范围和污染程度。这一技术的应用,将使我国的垃圾处理建立一个新台阶。
结束语:
随着城市化进程的快速发展,生活垃圾产生量不断增加,垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液给生态环境带来了一定程度的污染,因此城市生活垃圾安全处置已成为生态环境保护的重要内容,必须重视对垃圾渗滤液的处理。
参考文献:
[1]梅特卡夫等.废水处理工程处理及回用(第4版)[M].北京:化学工业出版社,2004,6.
[关键词]城市垃圾渗滤液扩容改造生态处理
红庙岭垃圾卫生填埋场1995年10月投入使用,位于福州市北郊的北峰山地,离城区17km,占地300公顷。一期工程建设设计库容715万m3,投资1.2亿元。截至2008年,红庙岭垃圾卫生填埋场(一期)已超过设计库容,拟进行封场。但垃圾场封场后,垃圾渗滤液仍会继续向外排放污染环境。因此,开展红庙岭城市垃圾渗滤液处理技术研究,进而采用生态循环处理的方式来解决垃圾填埋场封场后渗滤液的处理问题,不论对垃圾填埋场本身的污染治理,还是对其周边生态环境的保护,都具有极其重要的意义。
1垃圾填埋场渗滤液的特点及其水质影响因素
垃圾填埋场渗滤液由三部分组成:一是外来水分,包括大气降水和地表径流;二是垃圾受到挤压后部分释放的初始含水;三是垃圾降解过程中大量的有机物在厌氧及兼氧微生物的作用下转化为后所释放的内源水[1]。
垃圾渗滤液具有有机物浓度高、成份复杂,含有大量病毒和致病菌等特点,其中可检测出有机污染物就有几十种,如单环芳烃类、多环芳烃类、杂环类、烷烃、烯烃类、醇及酚类、酮类、羧酸及酯类及胺类等。渗滤液中污染物种类多、浓度高、浓度变化范围大;加上水量变化,不同的月份其浓度可相差几十倍,旱季和雨季其水量更相差数百倍。因此,垃圾渗滤液具有水质、水量大幅度急变的特性。
1.1垃圾填埋场渗滤液的特点
垃圾渗滤液的性质会随着填埋场使用时间的变化而变化,垃圾填埋场渗滤液的产生量与降雨量、蒸发量、垃圾性质、地表径流、地下水渗入、地下层结构和下层排水设施等条件有关。以红庙岭城市垃圾填埋场渗滤液为例,其水质特征主要有以下几个方面。
1.1.1营养元素比例失调,不利于生化处理
近些年来,红庙岭城市垃圾成分发生了很大的变化。无机物的含量锐减,渣砾组分变化较大,有机物的含量增加;渗滤液中的COD、BOD和NH3-N浓度越来越高,但磷元素含量较低,尤其是受渗滤液Ca2+浓度和总碱度水平的影响,溶解性的磷酸盐浓度更低。渗滤液中高浓度的NH3-N会降低脱氢酶的活性,抑制微生物的活性,而磷元素的不足也不利于微生物的生长,同时渗滤液中高浓度的NH3-N也使得生物脱氢反硝化过程中的碳源显得严重不足,渗滤液中营养元素比例失调给渗滤液的处理带来了一定的困难。
1.1.2金属含量低
红庙岭垃圾渗滤液中含有多种重金属离子,同时渗滤液带出的重金属累计量约占垃圾带入总量的0.5%~6.5%。垃圾中的微量重金属有很少一部分进入了渗滤液,其浓度与所填埋垃圾的类型、组分和时间密切相关,垃圾本身对重金属有较强的吸附能力。
1.1.3生物的可降解性随填埋年份的增加而逐渐降低
垃圾渗滤液中含有大量有机污染物,一般来说可以分为三种:低分子量的脂肪酸类、腐殖质高分子的碳水化合物和中等分子量的灰黄霉酸类物质。在填埋初期,渗滤液中大约90%的可溶性有机碳是短链的可挥发性脂肪酸,其次是带有较多羟基和芳香族羟基的灰黄霉酸,随着所填埋的垃圾增多填埋场使用年限的延长,渗滤液的水质将发生变化。红庙岭及垃圾填埋场封场后,渗滤液主要来源于降水和地下水,渗滤液水质将趋于稳定。渗滤液水质具有可生化性差、氨氮浓度高、C/N值低、溶解性磷酸盐浓度低、色度大等特点。
1.2垃圾填埋场渗滤液的水质影响因素
1.2.1垃圾成份对渗滤液水质的影响
垃圾渗滤液水质受垃圾成份影响很大,渗滤液中COD、BOD5主要是厨余有机物产生的;另外,炉灰、脏土等对渗滤液中有机物有吸附、过滤作用,其含量也会影响渗滤液有机物浓度。居民生活水平越高,垃圾中厨余含量越高。研究表明,当垃圾中炉灰含量相近时,垃圾厨余含量越高,渗滤液中COD、BOD5、NH3-N浓度越高。特别是福州地区城市居民以食用海产品为主,厨余亦以海产品剩余为主。因而,特别是夏秋两季气温升高后,渗滤液中NH3-N浓度较高,经污水库下泄的渗滤液中NH3-N浓度检出高达2000~2500mg/L。
1.2.2垃圾填埋时间对渗滤液水质的影响
垃圾填埋后,随着时间的变化,填埋场各阶段垃圾分解形态与水质变化发生如下:
调整期:填埋场初期或垃圾填埋作业进行中,水分逐渐积累且尚有氧气存在,厌氧发酵作用及微生物作用缓慢,此阶段渗滤液水量较少。
过渡期:水分达到饱和容量,垃圾及渗滤液中的微生物渐由好氧转变为兼氧性及厌氧性,此阶段尚无甲烷形成。
酸形成期:由于垃圾及渗滤液的兼氧性和专性厌氧微生物的水解酸化作用,垃圾中的有机物迅速分解为脂肪酸,而含N、P的有机物经氨化和磷酸盐转化为氨氮和磷酸盐,产生的渗滤液COD极高,可生化性好,属于初期渗滤液。
甲烷形成期:在酸形成期间,如果有机酸未随渗滤液流出填埋场,则将进入甲烷形成期。有机物经甲烷菌分解转化为CH4、CO2,同时也会产生一些氢气。CO2溶解于水形成HCO3-、CO32-、H2CO3等不同形态的碳酸化合物,pH值则由于重碳酸盐的缓冲系统而维持在6~8之间,同时也给甲烷菌提供了较好的生存条件;由于有机酸的急速分解,渗滤液的COD、BOD浓度会急剧降低,BOD/COD也降为0.1~0.01左右,渗滤液的可生化性变差,是后期渗滤液。
成熟期:渗滤液中可利用的有机成份已大量减少,细菌的生物稳定作用趋于停止,并停止产生气体,渗滤液中剩余腐殖质易和重金属离子发生络合作用,水中ORP增加,氧气及氯化物也随之增加,自然环境状况逐渐恢复。
1.2.3区域降水及气候状况对渗滤液水质的影响
红庙岭垃圾填埋场是一种山谷型垃圾填埋场,渗滤液的产生量高,时变性比较大,渗滤液产生量受降水量的影响。该填埋场虽然汇水面积不大,但红庙岭是福州雨量最大的地区之一,其降水比福州平原地区大约要高20%左右。据气象资料统计,近年来福州市年均降水量可达1500~2400mm,这势必加大渗滤液的产生量。降水是渗滤液的主要来源,其大小直接影响着渗滤液产生量,降水一部分形成地表径流,另一部分下渗到垃圾填埋体成为渗滤液,影响地表径流下渗的主要因素有降雨量、降雨强度、降雨历时和填埋场覆盖状况等。红庙岭垃圾场属早年建设工程,仅结合当地地形地貌特点,局部开展垂直防渗,无水平防渗。根据近年统计结果,垃圾渗滤液平均排放量为1500~1800m3/d,现已全面完成排洪沟建设和覆盖,预计渗滤液产生量将有所下降。
2红庙岭垃圾场垃圾渗滤液处理现状分析
2.1红庙岭垃圾场垃圾渗滤液处理工艺
现有的处理工艺是采用物化+生化工艺,其处理流程如下:
渗滤液污水库配水井UASB反应器中沉池氨氮吹脱塔(由于运行费用高,未启用)氧化沟絮凝反应池二沉池一、二、三级生物塘消毒池四级生物塘排放。
2.1.1污水库单元
红庙岭垃圾填埋场污水库(10万m3)具有沉淀、厌氧等多种综合处理效果,调蓄污水库垃圾渗滤液流入污水处理厂水量的作用。作为污水处理的一个单元,垃圾渗滤液在污水库中经过长时间的贮存、沉淀、厌氧等作用,使污水中的有机物得到很好的分解、降解,同时,使进入处理设施的污水有较好的均值。垃圾污水库渗滤液中CODcr为6300~7000mg/L,污水在污水库中的CODcr去除率高达57%~67%,污水库出水管中污水的CODcr为2300~3000mg/L。在污水库出口处渗滤液中CODcr平均值为2800mg/L;BOD平均值为1750mg/L,氨氮浓度为708mg/L,总氮平均浓度达7000mg/L,平均色度达251度,重金属含量均不高。
2.1.2厌氧处理单元
污水处理厂采用上流式厌氧污泥反应器(UASB)作为污水厌氧处理工艺的主要处理单元。其在工艺上选用UASB时,控制适宜的污水温度是保证厌氧消化高效进行的条件,在冬季实际运行中,进厌氧器的污水水温不会超过17℃。UASB在处理负荷为设计能力的47.6%时(20m3/h),实际容积负荷为2.04kgCODcr/m3.d。
2.1.3好氧处理单元
奥贝尔氧化沟利用外沟、中沟、内沟控制不同体积和不同溶氧量,达到生物硝化与反硝化的作用。其中第一沟(外沟)溶解氧控制在0~0.5mg/L;第二沟(中沟)溶解氧控制在0.5~1.5mg/L;第三沟(内沟)溶解氧控制在1.5~2.5mg/L;既在第一沟中对污水中的有机物水解酸化,又能利用污水中的BOD为碳源对回流自第三沟中的硝酸盐进行反硝化,总氮量可去除80%左右。
2.1.4生物氧化塘处理单元
利用红庙岭溪的自然落差,建了4个生物氧化塘,利用水生生物水葫芦以及池中的微生物对污水进一步处理。氧化塘的构造和设施比较简单,运行和维修管理的技术要求不高,进入污水水质的波动变化也不会引起出水水质大的波动,耐冲击负荷的能力比较强。同时,氧化塘对污水中的细菌有一定去除作用。对于垃圾渗滤液这种含有较多难以生物降解的有机物的污水有一定的去除能力。红庙岭的四级氧化塘在设计时分别按厌氧兼氧好氧流程来设计,但在实际运行中没有按设计运行,特别是第四级氧化塘原来的定位为“好氧塘”,实际变成了“厌氧塘”,其二、三级原设计为兼氧塘,实际都成了“厌氧塘”,因此影响了其处理效果,特别是降低了对氨氮的处理效果。经四级氧化塘的处理后,出水口污水水质为:CODcr163mg/L,BOD559mg/L,NH3―N88mg/L,SS210mg/L。
2.2红庙岭垃圾处理场污水处理现状评价
红庙岭垃圾渗滤液处理设施由沉淀、厌氧、好氧等处理单元构成,污水厂尾水进入生物氧化塘深度处理后排放。污水处理厂现有设施存在的最大问题是其设计处理能力仅为1000吨/日,而实际渗滤液产生量为1600吨/日,这是未能达标的关键所在。红庙岭垃圾场现有配套氧化塘处理单元,利用红庙溪的自然落差,按兼氧―好氧设计建设4个4.2万m3的生物氧化塘,利用微生物对污水深度处理,大大提高了系统的抗冲击负荷能力。因此,前端处理设施由于设计能力太小,非正常运行时,尾水进入生物氧化塘后,基本上能达到接近《污水综合排放标准》二级排放标准。
2.3渗滤液处理系统扩容改造技术分析
根据2008年颁布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》规定[2],渗滤液未经处理达标不得排放,因此,必须对现有渗滤液处理系统进行技改扩容。
红庙岭垃圾场渗滤液处理系统生化处理设施维护方面,应注重总结现有系统单元设置和运行方面经验,包括:增加铁碳电化学处理单元,氧化沟两段曝气提高脱氮效果,增强沉淀单元优化出水水质。现有生化处理设施维护,包括适当的清理和各单元的维修和保养,预计投资300万元。重点内容包括设施维护调试达到设计要求,在垃圾封场前期和中期内应保持正常运行,中后期排放垃圾渗滤液浓度达到相关要求后停止使用,渗滤液由污水库收集后,进入氧化塘和生态滤床处理系统处理和回用[3]。
现有10万m3污水库和4.2万m3氧化塘的清淤,改造成为好氧塘,引进水生植物、特效微生物提高氧化塘净化能力。此部分污泥约有10万m3,将清理出的污泥进行脱水、干化、堆肥处理后,作为花肥加以综合利用。清淤工程设计经费预算1000万元,污泥干化堆肥处理工程经费预算2000万元,氧化塘改造为好氧塘工程投资预算100万元[3]。
3渗滤液生态处理技术
3.1人工湿地的组成与分类
人工湿地是一种人工建造和管理控制的与沼泽地类似的复合生态系统。建造人工湿地的目的是建造湿地生物的栖息地、食物与纤维物质生产地及废水处理设施。人工湿地主要由四部分组成:①具有各种透水性的基质,如土壤、砂、砾石等。基质具有支持植物、保持湿地系统中的生命和非生命物质,为微生物生长、同体物的沉积提供较大的表面积。②湿地植物。它们适于在饱和水和厌氧基质中生长,如芦苇、香根草等具有供氧、降低水流的速率、协助水的传导、养分的吸收和有机物的分泌等作用。③水。即在基质表面下或上流动的水。人工湿地水面的高低影响着系统中的生化反应环境,决定着反应的产物,影响着湿地生态系统功能。④活的生物体。湿地中有许多大型和微型的生物体,在湿地系统中处理废水起关键作用的是微型生命系统,如细菌、真菌、原生动物。
目前对人工湿地的分类有两种方法:一种是按照水流方式将人工湿地分为表面流湿地、水平潜流湿地和垂直流湿地;另一种方法是按大型植物的类型,将人工湿地分为浮水植物型、沉水植物型和挺水植物型湿地。
3.2人工湿地处理垃圾渗滤液的应用现状
自1953年德国科学家发现可利用适当的水生植物降低内陆水的肥力、污染物以来,一些政府及私人研究机构对利用自然或人工湿地系统处理废水进行了不少努力,随着利用人工湿地进行废水处理的研究不断深入,应用领域也不断扩大。目前,该技术已可处理生活污水、城市径流、工业及农业废水、垃圾渗滤和酸性矿排水等。美国利用人工湿地处理垃圾渗滤液较广泛,如阿拉巴马州的垃圾填埋场将一般污水和渗滤液混合进水后,采用表面流人工湿地,经过沉淀池沉淀后达到排放标准,其COD去除率达90%、TSS去除率达97%、重金属Cu去除率达52%、Pb去除率达到94%;美国纽约市采用表面流湿地和潜流湿地对封场后的渗滤液进行处理,其COD去除率达68%、BOD去除率达46%、Fe去除率达80%;美国爱荷华州地区采用人工湿地直接处理垃圾填埋场的渗滤液,效果显著。在实际运用中,人工湿地多与其它处理工艺相结合来稳定处理后的水质。如我国上海的老港垃圾填埋场采用“厌氧塘+兼氧塘+曝气塘+芦苇湿地”的处理工艺处理渗滤液;挪威的垃圾填埋场则采用“氧化塘+人工湿地系统”的处理模式,均获得了较好的处理效果。
3.3应用生物滤床处理设施处理渗滤液
首先,基于对红庙岭垃圾场封场后排放的渗滤液水质水量预测分析的基础上,提出对现有污水处理设施的改造和修复方案。其次,充分利用红庙岭垃圾卫生填埋场封场后的场地,建成水生植物园、生态滤床处理系统,采取人工湿地技术,形成由多条食物链构成的人工生态系统。总体思路是,封场初期排放的垃圾渗滤液,先经过现有的垃圾污水处理设施和氧化塘处理系统后,尾水提升150米高程输送入生态滤床处理系统,力争出水水质达到地表水Ⅴ类标准。出水用于周边林地的喷灌和其他项目的综合利用。
新建生态滤床处理设施,设计污水处理规模为5000m3/d,需配套滤床占地40000m2;包括泵站建设(取氧化塘之后的尾水,设计量按污水+地表水径流)、过滤池建设和配水布水系统建设。利用红庙岭垃圾卫生填埋场一期工程封场后的场地地面建成生态滤床和水生植物生产基地,也可作为温室水培种植基地,可将氧化塘出水的主要污染物指标处理达到地表水Ⅴ类标准。尾水可结合红庙岭生态园区建设项目统筹结合利用。泵站和输水管线建设工程投资预算30万元,生态滤床工程投资预算2000万元[3]。
4结论
随着城市化进程的加快,城市生活垃圾的处理问题已日趋凸显;垃圾渗滤液处理是城市垃圾填埋中的重要一环,渗滤液的环境污染问题已引起人们的高度关注。特别是福州市现有城市垃圾处理主要由焚烧场来完成,封场后渗滤液将持续10~15年对水环境造成污染影响。笔者认为应当在现有污水处理系统扩容改造基础上,应用人工湿地技术,建成生态滤床处理系统,实现尾水的深度处理,从而有效解决垃圾渗滤液污染问题,生态治理工程投资预算总计5430万元。同时方案提出建设有观赏价值的水生植物生态基地,用于城市的绿化和美化,可以达到和谐双赢的目标。
参考文献:
[1]王宝贞,王琳.城市固体废物渗滤液的处理与处置.北京:化学工业出版社,2005.
关键词:垃圾填埋渗滤液氨氮深度处理
引言
随着我国城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高,我国城市生活垃圾的产量在急剧增加。据了解,我国城市垃圾年生产量已达到1.52亿吨,中国城市生活垃圾累积量达70亿吨,并且以每年8%~10%的速度递增,人均日产垃圾已超过1kg,接近工业发达国家水平。
根据我国垃圾处理"无害化、减量化、资源化"的原则,将有一大批生活垃圾卫生填埋场得到新建。而垃圾渗滤液是否处理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。作为一种高浓度有机废水,渗滤液的处理近几年得到了广大研究人员的关注,进行了大量的试验研究,取得了不少成果,并有一批渗滤液处理厂已经或正在兴建。
本文对我国渗滤液处理现状进行了总结,并对存在问题提出一些研究方向。
排放标准
垃圾渗滤液处理作为一个卫生填埋场必不可少的环节,近几年越来越受到人们的重视,我国根据渗滤液排放的收纳水体不同,渗滤液的排放标准也不尽相同,具体见表1。
2处理现状
受到经济发展水平的限制,我国卫生填埋起步较晚,真正意义上的卫生填埋场从20世纪80年代末才开始建设。渗滤液处理厂的建设就更晚,从时间上看,渗滤液的处理经历了三个阶段。
2.1第一阶段
此阶段在90年代初期,处理工艺主要参照城市污水的处理方法,代表性的工程实例有杭州天子岭等。
杭州天子岭渗滤液处理厂简介:
渗滤液处理厂处理量为300m3/d,采用三沉二曝活性污泥法工艺。
设计进水指标为:COD为6000mg/L,BOD为3000mg/L;出水标准为:COD为300mg/L,BOD为60mg/L,SS为100mg/L,pH为6~9。
工艺特点为:采用两段式活性污泥法,对DO与MLSS的浓度控制要求不一样,一段利用细菌和低级霉菌占优势的混合种群,二段培养原生动物占优势。
2.2第二阶段
此阶段在90年代中后期,研究人员考虑到渗滤液的水质独特性,如高浓度的氨氮等,采取了脱氨措施,采取的处理工艺一般为氨吹脱+厌氧处理+好氧处理,代表性的工程实例有香港新界西等。
香港新界西渗滤液处理厂简介:
渗滤液处理厂处理量为1800m3/d,采用氨汽提+SBR的处理工艺。
设计进水指标为:COD为10000mg/L,BOD为4000mg/L,NH3-N为3000mg/L;出水标准为:COD<1000mg/L,NH3-N<25mg/L。
该工程投资700万美元,工程于1998年投入使用,处理成本为4.35美元/m3。
工艺特点:采用了汽提吹脱塔,将渗滤液的水温提高到60~70℃,用蒸汽进行汽提,减少了气量,同时不需要对渗滤液进行pH调整,另外,该渗滤液处理厂采用了脱氨尾气的分解装置,利用高温焚烧炉,操作温度在850℃,用催化燃烧的方法将脱氨尾气的氨气分解成氮气,有效地解决了脱氨尾气二次污染的问题。
2.3第三阶段
2000年以后,由于经济的飞速发展,新建的渗滤液处理厂一般远离城区,渗滤液没有条件排入城市污水管网,因此处理要求也相应提高,一般需要处理到二级甚至一级排放标准。此时的渗滤液若仅靠生物处理无法达到处理要求,一般采取生物处理+深度处理的方法。代表性的工程实例有广州新丰等。
广州新丰渗滤液处理厂采用的是UASB+SBR+反渗透处理工艺,处理规模为500m3/d,工程投资约6000万,处理成本约25元/m3。
3存在问题
目前,我国的渗滤液处理厂存在的问题主要表现在:
3.1渗滤液高浓度氨氮的问题
高浓度的氨氮是渗滤液的水质特征之一,根据填埋场的填埋方式和垃圾成分的不同,渗滤液氨氮浓度一般从数十至几千mg/L不等。随着填埋时间的延长,垃圾中的有机氮转化为无机氮,渗滤液的氨氮浓度有升高的趋势。
与城市污水相比,垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。一方面,由于高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用;另一方面,由于高浓度的氨氮造成渗滤液中的C/N比失调,生物脱氮难以进行,导致最终出水难以达标排放。
因此,在高氨氮浓度渗滤液处理工艺流程中,一般采用先氨吹脱,再进行生物处理的工艺流程。目前氨吹脱的主要形式有曝气池、吹脱塔和精馏塔。国内用得最多的是前两种形式,曝气池吹脱法由于气液接触面积小,吹脱效率低,不适用于高氨氮渗滤液的处理,采用吹脱塔的吹脱法虽然具有较高的去除效率,但具有投资运行成本高,脱氨尾气难以治理的缺点。
采用汽提的方式虽然可以较好的解决氨氮的去除问题,但由于需要提高渗滤液的水温,其处理成本仍然较高。
据上所述,各种吹脱方式的特点对比见表2。
3.2渗滤液可生化性差的问题
渗滤液可生化性差主要体现在两个方面:
一是指随着填埋场填埋时间的延长,渗滤液的生化性降低,在填埋后期,可生化性很差,BOD/COD值小于0.1,此时的渗滤液俗称"老化"渗滤液。
另一方面,在填埋初期,虽然渗滤液的可生化性较好,但是光靠生物处理也很难将之处理至二级甚至一级标准以下,一般来讲,渗滤液的COD中将近有500~600mg/L无法用生物处理的方式处理。
4研究方向
根据渗滤液处理存在的问题,目前我国垃圾渗滤液处理工艺的关键主要集中在以下两个方面:高浓度氨氮处理技术和渗滤液深度处理技术。
4.1高浓度氨氮处理技术
高浓度氨氮处理技术,目前应用较多的主要有氨吹脱和生物脱氨技术。氨吹脱技术大多用空气为吹脱介质,低效率的吹脱设备吹脱的方式。相对而言,精馏塔脱氨是一种比较有前途的解决方案,虽然采用该法需要一定量的蒸汽,但由于水温提高了,可以减少调整pH的酸碱用量,还可以减小气液比,减少风机的电耗。另外,由于蒸馏后,脱氨尾气可以通过冷凝直接转换成液氨,可以回收利用,有效地解决了尾气难以治理的问题。因此,新型高效吹脱装置的开发,脱氨尾气的妥善处理成为了今后研究的方向。
除了氨吹脱的方法脱氨以外,生物脱氮也是一种经济、有效的脱氨方式。但传统理论认为:氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的;硝化过程需要大量的氧气,而反硝化过程则需要一定的碳源。渗滤液氨氮浓度很高,C/N值较低,无法通过单一的生物脱氮方式解决渗滤液的脱氨问题。目前对生物脱氮技术又有了很多新的认识,如好氧反硝化、同时硝化反硝化等,这些技术具有需氧量低、能耗低等优点。
4.2渗滤液深度处理技术
对于"老化"渗滤液,由于生物处理基本无效,因此,必须采用以物化为主的深度处理技术处理。深度处理技术一般有深度氧化法,如臭氧氧化、臭氧+光催化氧化、臭氧催化氧化,以及膜处理技术等。
国内曾进行了用负钛型TiO2作为催化剂进行光催化氧化的研究。国外对渗滤液的深度处理研究颇多,主要集中在光催化氧化和反渗透。
由于高级的处理技术意味着较高的投资和运行费用,如何找到一种廉价的处理方式,成为人们关注的问题。人工湿地处理技术由于具有建设和运行成本低等优点,用该技术处理渗滤液在近几年得到了一定应用。TjasaBulc等人在Adriatic海滨建造了一座中试CW(ConstructedWetland)[6],处理Dragonja一处公共填埋场的渗滤液,该人工湿地系统包括1座容积10m3的均化池,2座互联的潜流床,总面积450m2。在水力负荷为2~4.5cm3/(cm2・d),进水COD1264mg/L,BOD60mg/L,NH3-N88mg/L的条件下,从1992~1996年连续监测,上述几种污染物的平均去除率分别为68%,46%,81%。这表明人工湿地对处理BOD/COD<0.05的"老化"渗滤液具有较好的去除效果。
人工湿地系统对于处理"老化"渗滤液具有较好的效果,因此也可作为渗滤液深度处理的方法,对于有地方建造湿地的填埋场应予以推广。
5总结
渗滤液作为一种特殊废水,其处理的投资、运行成本远远高于一般城市、工业污水,这主要是由于渗滤液氨氮浓度很高、有机物浓度高,导致处理工艺复杂,设备繁多。渗滤液由于在垃圾体已经经历了厌氧过程,其生化性相对较差,生物处理的停留时间较长,导致设施、设备的投资较大。而处理量一般相对较小,导致折旧、维修费较高。
渗滤液处理由于较高的投资和运行费用,在对其进行处理时应根据当地情况,采取综合处理的措施。对于北方降雨量少,垃圾含水率较低的填埋场,采用回灌措施是较为经济、有效的方法,但对于南方城市,其应用受到一定的限制。
【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:Fenton试剂法;垃圾渗滤液;垃圾渗滤液处理
中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1009-2374(2013)30-0080-02
随着社会经济的发展,人们生活水平的提高,无论是工业垃圾还是生活垃圾都逐渐增多,但是很多垃圾都不能自然降解,长期积累的过程不仅占据人们生活的空间,还给人们生存的环境带来严重的污染。所以垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的处理是人们关注的重点。垃圾填埋场渗滤液成分很复杂,它含有大量的有机物、重金属离子以及无机离子等物质。渗滤液的水质会随着垃圾填埋场所在地的气候、水文、地质等自然环境的变化而改变。填埋物的性质和填埋时间都会受到自然环境的制约。垃圾渗滤液是一种难处理的高浓度废水,目前相关的研究人员根据不同埋龄的垃圾渗滤液采取不同的处理措施。其中Fenton试剂法是目前较为常用的方法。
1垃圾渗滤液成分分析
垃圾渗滤液的成分会随着时间的变化而产生变化,表1是不同埋龄垃圾渗滤液水质特征数据。
从表1可看出,渗滤液可生化性差、含大量有毒和难降解的有机物,不适合直接采用生化法处理,通常采用物化法处理后再采用生化法处理。高级氧化剂是目前普遍采用的物化法,张瑾、王哲等人将高级氧化剂用作生化处理,取得较好的成绩。高级氧化剂处理垃圾渗滤液成为国内外学者研究的重点,其中Fenton试剂就是一种非常典型的高级氧化剂。
2传统的Fenton试剂法的应用
过氧化氢与催化剂能产生两种活泼的氢氧自由基,从而引发和传播自由基链反应,加快有机物和还原性物质的氧化。Fenton试剂一般在pH3.5下进行,在该pH值时羟基自由基生成速率最大。在Fenton试剂法处理渗滤液的研究应用方面,国内外学者都做了大量的工作。郭劲松等人的实验结果表明,双氧水和亚铁盐的固定摩尔比投放时,渗滤液中的COD的消失率会随着双氧水投放的增加而加快。在双氧水投放的比例不变时,氧化槽的投配比例并不能对渗滤液产生很大的影响。此外张辉等人还对CSTR和间歇操作两种模式进行了实验,实验表明渗滤液中的COD和TOC都能够得到不同程度上的去除,并且对晚期的渗滤液的效果要明显一些。传统的Fenton试剂法在垃圾渗滤液中虽然有着较好的运用,效果也非常的显著,但是在这个过程中还是会存在很多的不足。例如在实际使用过程中,双氧水的利用率不高,反应的条件也较为苛刻,含有重金属的泥沙量太大,处理的过程成本高。所以国内外学者开始将光电等技术引入到新的Fenton试剂法中,给垃圾渗滤液的处理带来了更加完善的处理方法。
3Fenton试剂法的改进
3.1光技术支持下的Fenton试剂法
光-Fenton法是以传统Fenton试剂法为基础,重新发展的一种新型氧化技术,其中的光包括可见光和紫外线的辐射。光-Fenton法在处理有机物污染物的过程中利用紫外光的照射,双氧水分解产生羟基自由基,金属铁离子跟双氧水反应产生羟基自由基和金属铁离子,然后又保持体系中的铁离子循环,加速渗滤液中有机污染物的降解。王选年等人根据日光辐射强度随着时间变化的规律,选择了光强度最大的时间段(11∶00至13∶00)进行实验,实验结果显示,光Fenton试剂技术能够很好地去除垃圾渗滤液中的色度,对渗滤液中的有机物的降解也符合动力学原理。实验中本课题组跟传统的Fenton试剂法做了比较,传统的Fenton试剂法对渗滤液中的COD成分最高去除率在80%左右,但是光技术支持下的Fenton试剂法对渗滤液中COD的去除率却高达95%,脱色率也从传统的2%提升到49%,因此,光-Fenton试剂法相对于传统Fenton试剂法有很大改善。
3.2电技术支持下的Fenton试剂法
电-Fenton试剂法是将电化学法生成的金属铁离子跟双氧水作为产生羟基自由基的持续来源。本课题组在研究中发现,电-Fenton法在对垃圾渗滤液进行作用时,不仅仅增加了电化学反应的间接氧化,还提高了垃圾渗滤液中的BOD/COD值,改善了垃圾渗滤液的可生化性。在最佳的电解环境下,COD、氨氮和色度的去除率都要高出传统Fenton试剂法很多,它们的数值分别是80%、55.25%和98.6%,BOD/COD由之前的0.125提高到0.486,渗滤液的可生化性明显提高,同时电解还能够对垃圾渗滤液中的其他有害成分有很好的分解和吸附作用。另外三维电极-电-Fenton法对垃圾渗滤液中的芳烃、烷烃、羟酸以及酯类等有机物都有着很好的降解效果。电-Fenton试剂法相对于光-Fenton试剂法有着很多的优点:电-Fenton试剂法自动生成双氧水的机制比较完善;有机物降解的因素比较多,有机物降解的速度更快;铁离子和双氧水可以在电解现场产生,免去了添加剂,并且这个过程产生的污泥较少;电解的过程还附带有吸附的功能。
4结语
无论是工业垃圾还是生活垃圾,长久的堆积所产生的渗滤液都会对我们生活的土壤和水系造成严重的污染,影响到人们的生活水平。Fenton试剂法在垃圾渗滤液处理中的作用是不能够被忽视的,相关的学者也将更多的新型科技融入到Fenton试剂法中来帮助降解垃圾渗滤液。垃圾渗滤液的处理将会更加科学彻底,人们的生活将会更加健康。
参考文献
[1]张瑾,王哲.高级氧化剂在垃圾渗滤液处理中的作用
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[2]郭劲松.垃圾渗滤液的处理[M].北京:北京师范大
学出版社,2011.
[3]张辉.Fenton试剂法在垃圾渗滤液中的应用.湖北第
二师范学院,2009,(6).
[4]王选年.光技术支持下的Fenton试剂对垃圾渗滤液的
作用.湖北第二师范学院,2008.
[5]刘茗.垃圾处理过程中的处理办法[J].工业论坛,
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关键词:垃圾场;渗滤液;治理
中图分类号:X703
文献标识码:A文章编号:1674-9944(2016)24-0022-02
1引言
崴呈杏芰掷圾场位于海新河下游的北岸,东临二建供应处仓库,南与海新河比邻,西面是一片空地,北侧是电铁铁路。区域东西最长处长为699.9m,南北最宽处宽240m,总占地面积为11.8万m2,距城市快速干路浑河南路垂直距离为50m,与抚顺市政府隔河相望,交通便利,榆林垃圾场进行生态恢复和重建,对城市污水治理,区域生态环境的改善,人民生活水平的提高,城市形象的提升具有重要意义。
2渗滤液的产生与危害
垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷,以及地表水和地下水的浸泡而滤出来的污水。渗滤液是一种高浓度的有机废水,由于其浓度高、流动缓慢、渗漏持续时间长,对周围地下水和地表水均会造成严重的污染。可以说,一个不合格的垃圾填埋场就是一个大的再生污染源。
影响渗滤液水量的因素错综复杂,但归纳起来,主要有以下几个方面:
①降雨:数量、强度、频率、持续期;②降雪:气温、风速、融雪量、地形、雪面上;
③地面流入:表面地势、透水性、同期填埋场;
④地下水:流量及其方向;
⑤垃圾水:所受压力、pH值、温度、成份等;
⑥蒸发量:气象条件和供水能力;
⑦地表径流:地面地势、覆盖土、植被、透水性、表面。
海新河与玉林垃圾场环境综合整治工程设置了排洪沟、填埋场地下水位低于场底,可以不考虑场外流入水和地下水的侵入,并且,降雨形成地表径流进入人工湿地。土壤和垃圾含水、蒸发和蒸腾、渗滤液是填埋场水份运动变化的主要环节和形式。经实测垃圾重新堆积后,日产垃圾渗滤液量为21t。
3渗滤液的成分
降雨量、垃圾温度、垃圾填埋时间、填埋场的地质条件、填埋工艺等因素影响着渗滤液成分(表1)。
由此表1可见,渗滤液中的COD和BOD5的浓度是生活污水的几十倍甚至几百倍以上,其特点是污染物浓度高而且水质变化大且无规律性、持续时间较长等。
4人工湿地处理渗滤液的研究
目前垃圾渗滤液的场内处理方法主要有物理方法、生物法、土地处理和湿地处理等,人工湿地是一种优化的土地处理方法,它利用了土壤及基质的过滤、吸附等功能净化废水,并通过植物对废水的吸收而增强净化效果,具有经济、易维护、美化环境等优点。
笔者对垃圾进行集中堆放,封场材料选用垃圾表面覆盖300mm的粘土、500mm种植土。覆盖后进行绿化,修建景观,形成占地面积达4.95万m2人工湿地,人工湿地处理垃圾渗滤液效果分析见表2。
榆林垃圾场地处浑河河谷冲积平原,与浑河的垂直距离仅为50m,同时,又与海新河交汇,所以地下水位较浅,对地下水的监测结果见表3。
经监测,人工湿地对CODcr、BOD5、NH3-N、油、TP去除率分别为21.9%、29.89%、12.01%、51.01%、36.12%。出水指标一次性达到中水标准,随着净化植物的生长茂盛,增强过滤效果效果会更加显著。整个治理工程投资成本为2456.11万元,运行成本为0.2元/t,与传统处理废水的工艺相比,节省了大量资金。
抚顺市是依靠煤炭资源发展的东北老重工业城市,城市空气、水污染较为严重,城区缺少大型绿地和居民休闲娱乐场所,榆林垃圾场的生态恢复和重建,对治理城市污水、区域生态环境的改善,人民生活水平的提高,城市形象的提升具有重要意义。
参考文献:
[1]国家经济贸易委员会.淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录(第一批)[R].北京:国家经济贸易委员会,2013.
2015年4月15日午后3点,位于北京市海淀区永丰乡的六里屯垃圾填埋场十分繁忙,运载大量垃圾的车辆源源不断地开进大门。
从场区大门左侧通向外界的排水沟里,酒红色的、泛着恶臭味的污水向北延伸。路对面,一群小学生在焦急地等着公交车,单手下意识地捂住鼻子。这是六里屯垃圾填埋场被曝偷排垃圾渗滤液的第五天。
如今处在风口浪尖上的六里屯垃圾填埋场,曾在海淀区管委会的介绍下,于2012年与国企方中市政建筑公司签订合同,后者将填埋场内处理不完的渗滤液运至高碑店污水处理厂进行处理,每日需运送约500吨,每吨处理费为124.2元。按照六里屯填埋场场长王宝平的说法,该场每天产生的渗滤液量已经超出了自身的处理能力,故与方中市政建筑公司签订合同,将部分渗滤液由后者运出处理。
渗滤液是垃圾在堆放过程中,经发酵等生化降解,同时在降水等作用下产生的一种高浓度废水。按相关法规,渗滤液必须在处理后方能排放。
2008年的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(下称《垃圾填埋污控标准》)有明文规定,“2011年7月1日起,现有全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液”。据此,六里屯填埋场的行为是违法的。
不过,王宝平提出的处理困境,却有真实的成分。据中国城市统计年鉴数据,全国每年进入正规填埋场的垃圾量约为1亿吨,这意味着每年会有两三千万吨渗滤液产生。
每日剧增的生活垃圾总量持续催升渗滤液,如何消纳如此巨量的废水,资金和技术都需提升。没有完美的技术
如何处理浓缩液,是国内外处理渗滤液工艺普遍面临的难题。
垃圾渗滤液中含有多种重金属,特别是其中含有有毒的金属,如果隔离措施不及时会影响环境,并很有可能渗入到地下从而影响地下水质。
在欧美国家,生活垃圾中含水较少,仅仅产生约5%的渗滤液,生活垃圾处理厂大多交予污水处理厂处理或者采用回喷的方式,帮助本来就缺水的垃圾降解。渗滤液基本不会对垃圾处理场构成威胁。
而中国的生活垃圾中富含大量水分,再加上降水的影响,约有20%至30%的渗滤液产生,在夏天多雨季节,甚至高达35%。
这些废水需要经处理褪去其中含有的重金属、有机物等多种有害物质。六里屯垃圾填埋场像国内大部分垃圾处理场一样,采用的是传统的“生物处理+膜处理”的工艺:渗滤液先经过生物处理去除易降解有机物;然后,再用纳滤或反渗透法,靠压力把渗滤液中的清水挤出去。
这套工艺最大的问题,就是通过膜技术物理截留产生的浓缩液,富集大部分难于处理的污染物,危害更大、更难处理。
浓缩液是垃圾场的“精华”,是渗滤液中最具有污染力的一部分,大约占到渗滤液的30%左右,如何将之处置是渗滤液处理、乃至固体垃圾处理的关键所在。
由环保和质检两部门联合修订的《垃圾填埋污控标准》中,将浓缩液默认为渗滤液一种,因此并没有专门规定如何处理。
“如果将浓缩液回填埋场不太现实,会导致盐分不断地循环与累积,最终导致膜的系统运行效率降低。”清华大学环境学院固体废物控制与资源化教研所副研究员岳东北对《财经》记者分析,因浓缩液循环致使整个膜系统效率大减甚至崩溃,这在中国已有先例。
膜系统运行时,盐的浓度越大,需要的压力就越大。如果将浓缩液不断重新循环累积,至两年后,整个系统的效率将大打折扣,即便将全部动力都用上,连一半的清水也挤不出。
此外,“MVC蒸发+DI法”逐步在十多个城市推广开来。这是近些年产生的渗滤液处理新工艺,该工艺采用管道外蒸发方式,以“能效高、浓缩液量少、去氨氮”等优点在几十个大型垃圾填埋场进行推广。
有专家分析,这一工艺虽具有运行能耗低的优势,但为避免结垢,需要加大药剂量,这意味着处理成本的增加。蒸发过程中还会产生挥发性污染物的释放。这些挥发性的污染物在蒸发过程中与水汽一同排入大气,躲过了环保部门的监测电子眼。其污染性越发为环保人士所诟病。此外,该工艺同样面临浓缩液的处理问题,而且由于添加了去氨氮的药剂,新产生的盐分更高。
如何处理浓缩液是国内外渗滤液处理工艺普遍难以跨越的难关。目前针对浓缩液的处理方法主要有回灌、膜蒸馏、蒸发和高级氧化。
其实,四种处理方法均各有弊端:回灌会加剧盐积累,导致膜产水率下降,还存在地下水污染的潜在风险;膜蒸馏容易造成传质推动力下降和膜污染;蒸发难以跨越结垢难题;高级氧化不仅技术复杂,间接增加运行管理的难度,而且,加入的药剂会产生污泥,造成二次污染。
此外,固化后填埋也是浓缩液处理的选项之一,然而此法一般适用于最难处理的放射性危险废物,采用沥青、塑料等进行不容性固化处理后,才能填埋。由于处置费用高,从经济上是不可持续的,鲜有填埋场将之用于处理浓缩液。
浓缩液成为了渗滤液处理工艺中的阿喀琉斯之踵。投入赶不上标准
1997年版《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889―1997)中规定,“生活垃圾填埋场产生的渗滤液可以排入二级污水处理厂”。2008年修订后的新国标则完全颠覆了这一说法,严禁垃圾填埋场的渗滤液离开垃圾厂,转移他处处理。
“(2008年版)新国标最大的改动一方面基于防止渗滤液转运过程中发生泄漏污染与偷排现象,另一方面则乐观地高估了当时渗滤液处理工艺与技术。”国内一位大型垃圾填埋场的负责人如是说。实际上,渗滤液处理与后期的浓缩液处理问题并没有得到实质解决,技术没有突破。
在中国,垃圾填埋场与污水处理厂同属住房建设系统,在地方是一个局长管两家,这使得二者“互通有无”的几率加大。
一位业内专家说:“在很多城市,污水处理厂的污泥不管合不合标准,都可以进填埋场;填埋场的渗滤液不管合不合标准,都可以进污水处理厂。”
按照有关规定,垃圾焚烧厂可以自行处理渗滤液,也可以交由附近的生活污水处理厂处理,而生活污水处理厂必须建设专门的渗滤液调节池,与普通的生活污水处理工艺分开运行。
一位不愿透露姓名的专家向《财经》记者表示,除非上马专门的处理设备,渗滤液进入生活污水处理装置后,会直接拖累整个装置的处理效果,致使同批次的污水处理不达标,甚至导致整个系统瘫痪。
而将渗滤液或者浓缩液排放到市政污水管网,流到污水处理厂进行处理,其实就是稀释污染物,稀释就是转移。
转移污染物则违背了环保的基本原则。
2008年版的《生活垃圾污控标准》要求垃圾填埋场的渗滤液经处理达到化学需氧量(COD)100、色度40、总氮40、总磷3、氨氮25、总砷0.1等指标以下,方可送往城市二级污水处理厂进行处理。与1997年版标准相比,增加了若干排放指标限值,比如增加了对总氮的控制。
标准提升对于控制污染物排放来说是好事,但到了一定程度后,一个指标再提升1%,其背后带来的成本与技术难度的提升不是一个简单的10%能衡量的。比如,渗滤液处理工艺中为了降低某一个指标,可能要加入更多的药剂,新药剂有可能产生新的污染物,这就形成了恶性循环。
一位熟识《生活垃圾污控标准》的专家对《财经》记者表示,“需要重新审视各种技术规范、管理标准的合理性,真正在中国生活垃圾现状与特点下制定标准、加强管理、建设项目与工艺。”
比如,在《垃圾填埋污控标准》中规定,要求生活垃圾填埋场应建设渗滤液导排系统,而且“应确保在填埋场的运行期内防渗衬层上的渗滤液深度不大于30厘米”。
“30厘米”这一指标来自于美国,在该指标下设计、建设的防渗层能在1米以下的渗滤液环境中,安全运行30年而不发生渗透。
由于国内生活垃圾普遍多水,少则20%、多则40%的渗滤液与美国5%相比,其产生的总量与速度都是惊人的,导排系统难以将渗滤液水头控制在30厘米以下,“很多填埋场的渗滤液有几米深,甚至在多雨期达到十几米”。上述专家分析,仍按照“30厘米”水深设计的防渗层在高压的环境下岌岌可危,其寿命也难以达到设计寿命的30年。
防渗层被穿透的直接后果便是渗滤液穿过保护层、防渗层、基础层,污染土壤与地下水。
此外标准提升,还无可避免地带来一个负效应,工艺成本剧增。垃圾填埋场不得不在渗滤液的处理工艺中增加一套反渗透的设备,这让本已沉重的渗滤液处理成本雪上加霜。从事渗滤液处理研究十余年的岳东北表示,国内大部分垃圾填埋场没钱上马足够运行能力的渗滤液处理装置,上马的也大部分没钱运行。
虽然,大部分垃圾填埋场的渗滤液处理设备多由当地政府直接或外包运营,财政补贴中却没有专门针对渗滤液的补贴,而是打包到生活垃圾处理补贴中一并发放,每吨垃圾补贴六七十元。
一位业内专家算了一笔账:国内某城市的一座垃圾填埋场采用了传统的“生物处理+膜处理”工艺,其基本运行费用算上水、电、药剂为每吨20元左右,再加上人工费用、设备折旧费用、浓缩液的处理成本,成本总费用达到每吨80元-100元以上,按照三分之一的比例折算,填埋处理每吨垃圾时,仅渗滤液的处理费用就约为30元,占据政府给填埋场补贴的一半,填埋场还有其他的业务要运行,如果要按照正规流程处理,几乎是一定赔钱。
【关键词】填埋场渗滤液处理方法
1渗滤液的产生
垃圾处理厂填埋是我国目前垃圾处理的基本方法之一。但是垃圾填埋场中渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是填埋场中液体重力流动的产物,主要来源于雨水和垃圾内的水分。渗滤液的成分个体差异很大,主要取决于填埋场的运行时间、地表深度、生物环境及垃圾成分。另外,当地降雨情况、填埋场的地质情况及覆土层的性质等因素影响渗滤液产生多少。渗滤液产生有三个部分:一是外部水分渗入垃圾中,主要是降水、地表水和地下水;二是垃圾自身的水分;三是垃圾中有机微生物分解产生的水。由于影响渗滤液成分的因素包括物理因素,化学因素以及生物因素,所以渗滤液个体差异较大,没有共同性,本身有复杂性和污染性。如不加以处理而直接排放进环境,会造成严重的环境污染。以保护环境为目的,对渗滤液的处理是必不可少的。
2渗滤液的特性
渗滤液具有不同于其他污水的特点,比较难处理,主要有以下特点:
(1)渗滤液组成成分比较复杂,含有多种有毒有害的物质。其中有机污染物多达77种(其中促癌物、辅致癌物5种),还含有难以生物降解的酚类化合物和苯胺类化合物等各种危险有机物。(2)垃圾渗滤液中化学需氧量、五日生化需氧量浓度可达到每升数千到几万毫克,和一般污水相比,浓度大的惊人。(3)垃圾渗滤液中含有十多种金属离子,其中铁的浓度可高达2050mg/L,铅的浓度可高达12.3mg/L,锌的浓度可高达130mg/L,钙的浓度可高达4200mg/L。(4)氨氮含量很高,且随填埋场的运行时间增加而升高,最高浓度可以达到每升数千到数万毫克,严重抑制和降低了生物处理中微生物的活性。(5)营养元素的比例失调。由于氨氮含量高,C/N的比值经常出现失调的情况:且磷元素缺乏,一般BOD5/TP大于300,比值与微生物所需要的碳磷比(100:1)相差很远。这些性质给垃圾渗滤液的处理带来了一定难度。
3渗滤液的影响与危害
渗滤液的组成成份十分复杂,而且如果渗透土壤,就会给周围的地下水带来严重污染,从而影响人类健康。据监测,通常在距离垃圾填埋场最近的地下水中有害物质的含量和种类最多,而且一千米外仍然含有有机污染物。另外,渗滤液还有渗透持续时间长、污染物浓度高、个体差异大等特征,给治理工作带来很大困难。地下水源和周围土壤一旦被污染,想通过人为净化补救,基本上很难实现,费用也极其昂贵,从而会给环境和人民健康带来不可估计的损失。
4渗滤液的处理方法
垃圾渗滤液的处理是城市垃圾填埋场正常运行的必不可少的环节之一。很多不同的处理方法都在研究讨论中,但是现在垃圾渗滤液处理的方法主要是生物处理、物化处理和土地处理。
4.1生物处理
垃圾渗滤液的生物处理可分为厌氧和好氧处理2种,主要是利用微生物的分解作用、硝化和反硝化作用来去除渗滤液中的有机物和氨氮。
(1)厌氧生物处理技术:厌氧生物处理的运用已有近百年的历史。但直到近20年来,随着微生物学、生物化学等学科的发展和工程实践经验的积累,不断开发出新的厌氧处理工艺,克服了传统工艺的水力停留时间长、有机负荷低等缺点,使它在处理高浓度的有机废水方面取得了良好的效果,而且对水质、水量的变化具有很强的适应能力。它构造简单,设有气、水、液三相分离器。且不需要搅拌和水力回流、污泥回流等机械设备,耗能和建造费用少,维护管理容易。
(2)好氧生物处理技术:好氧生物技术在垃圾渗滤液处理中运用广泛,其主要有:活性污泥法、生物膜法、生物氧化塘、好氧膜生物反应器等处理方法。生物膜法和活性污泥法是在本世纪发展起来并得到广泛运用的污水处理工艺。垃圾渗滤液作为高浓度的有机废水,生物膜法和活性污泥法在其处理当中运用比较广泛。活性污泥法因其费用低、效率高而在垃圾渗滤液的处理中得到广泛的应用。这些方法对降低垃圾渗滤液中的BOD5、CODcr和氨氮有一定的效果,还可以去除另一些污染物如铁、锰等金属离子。生物膜法具有耐水量冲击的优点,可用于复杂的水质,而且生物膜上能够生长世代较多的微生物,如硝化菌之类。我国也进行了低氧一好氧两段活性污泥处理垃圾渗滤液的研究,杭州天子岭填埋场采用该法处理渗滤液,但效果不稳定。
4.2土地处理
土地处理是人类最早采用的污水处理方法。渗滤液的土地处理包括慢速渗滤系统(SR)、快速渗滤系统(RI)、表面漫流(OF)、湿地系统(WL)、地下渗滤土地处理系统(UG)以及人工快速渗滤处理系统(ARI)等多种土地处理系统。土地处理主要通过土壤颗粒的过滤,离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮颗粒和溶解成分。通过十壤中的微生物作用,使渗滤液中的有机物和氮发生转化,通过蒸发作用减少渗滤液量。目前用于渗滤液处理的土地法主要是回灌和人工湿地。
但是土地处理系统多用于城市污水处理,在垃圾渗滤液的处理中也有人作过研究,认为施浇垃圾渗滤液后土壤的养分含量提高,通气空隙增多,土壤的肥力明显提高,但是对于重金属和有毒有害物、质浓度高的垃圾渗滤液不大适合。英国也有运用回灌法处理渗滤液的例子,但是被认为是一种非彻底的渗滤液处理方法。
4.3物化处理
物化法和生物处理相比,物化法不受水质水量的影响,出水水质比较稳定,尤其对BOD5/CODcr比值较低,难以生物处理的垃圾渗滤液,有较好的处理效果。物化处理一般作为垃圾渗滤液处理中的预处理和深度处理,前期的物化预处理可以去除大部分垃圾渗滤液中的有毒金属离子和悬浮物。物化处理还能去除一些很难生物降解的有机物(腐植酸、富烯酸和卤代烃类化合物)。所以物化处理方法又常放在垃圾渗滤液的深度处理中。
【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400t,考虑各方面因数,调节池容积为1800m3。
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:渗滤液生化法处理膜法处理蒸发处理分类处理
在垃圾填埋过程中,雨水、地表排水和地下水进入垃圾填理层、将其中的污染物及其可降解产物溶出而产生的液体以及液体垃圾废弃物等,统称为垃圾渗滤液。它对周围地下水和地表水、土壤、大气生物等多方面均会造成严重的二次环境污染,并会通过食物链直接或间接地进入人体,危害人类的健康。由于其污染物浓度高、成分十分复杂、水质情况随气候条件及填埋年限变化波幅较大等特点导致处理难度极大。且国内相关处理经验缺乏,各地相关单位和部门先后对渗滤液处理技术开展了不同方向的研究,但对渗滤液处理工艺路线选择始终没有完全统一的意见。近年来,随着对环境保护日益重视,对填埋场污染控制标准也提出了更高的要求,渗滤液的合理处理将成为垃圾填埋污染防治的必要条件。因此,研究和探索适合我国国情的高效率、低能耗、投资省的垃圾渗滤液处理技术具有重要的意义。
一、渗滤液处理现状介绍及分析
垃圾渗滤液是一种有机污染负荷高、水质极为复杂的废水,影响渗滤液水质组成的因素错综复杂,渗滤液不同阶段差异也十分大,这导致渗滤液的处理一直没有统一的思路。国内早期的生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理系统建设是直接参照城市生活污水处理工艺进行设计的。实践证明,在运行初期处理效果较好,但随着时间的推移,处理效果逐渐变差。现有渗滤液处理设施众多,处理工艺也有着各自不同的特点,但仍没有能完善处理渗滤液的案例,目前应用于国内外的渗滤液处理技术主要包括物化处理(混凝沉淀、汽提与吹脱、高级氧化、膜法等)、生物处理(厌氧、好氧)、土地处理(稳定塘、人工湿地及回灌)或其组合工艺。在我国的实践中,土地处理(如回灌、湿地等)受到如气候、占地等实际条件限制而应用不多。下面择要介绍:
1.生化法处理
生物处理技术因其运行成本低等优点成为目前污废水处理过程中常用的处理技术。其应用于渗滤液处理经历了几十年的发展时间,这种模式应用于国内外绝大多数渗滤液处理厂,扮演着不可或缺的重要处理环节。它是利用微生物的代谢作用去除水中污染物的方法,包括厌氧生物处理和好氧生物处理。
但在处理过程中,如下问题不容忽视:1)由于渗滤液浓度高,停留时间较长,曝气处理产生大量泡沫,需要使用消泡剂;2)冬季低温时处理难度大,需要采取保温、加热措施或延长反应时间;3)有些情况下,渗滤液中磷、有机碳等营养物质缺乏,可能会导致生物反应器中的微生物死亡,因此需根据实际情况补充甲醇或磷等营养物质来实现营养平衡,保持生化处理系统的正常运行。
近年来,随着国内对渗滤液研究的不断深入,生化处理也出现了许多改进的工艺,但在实际工程运用中往往存在运行稳定性较差、投资性价比较低等问题,因此,目前仅靠使用生物处理技术难以去除废水中的污染物,处理效果较差。因此人们在对垃圾渗滤液的处理研究中采用多种处理方法组合,例如生物技术和化学法组合工艺,以达到提高处理效果的目的。
2.膜法处理
膜法处理是指渗滤液经过采用膜处理系统过滤分离污染物的处理工艺。近几年来,直接应用于渗滤液处理的全膜法处理技术逐步被引进并推广,但由于国内渗滤液成分与国外存在较大差异,在国内的应用中,全膜法处理渗滤液的缺陷尤为明显。实验数据显示,直接应用于原水的膜系统产水率不足70%,低于正常水平,清水通量下降速度也较快。
由于国内大型的垃圾填埋均为有机物为主,渗滤液浓度高,膜处理技术直接应用渗滤液原液处理往往会导致产水率降低、浓缩液比例过高、膜系统压力高、膜寿命短等问题。因此,对于国内生活垃圾渗滤液,不能直接使用膜处理系统处理,应经过生化处理去除大部分污染物后,使用膜系统进行深度处理。
3.蒸发处理
蒸发处理是一种将污水中挥发性成分与非挥发性成分分离的物理处理工艺,但国内外关于蒸发处理渗滤液的工程实例仍很少。据了解,国外部分处于试验阶段的处理设施,出现了严重的结垢现象;同时,由于国内仍缺乏蒸发处理的设计依据及技术经济评估,对于蒸发工艺处理渗滤液的适用性及经济性缺乏数据支持,尽管处理工艺理论可行,仍未形成一套成熟可靠的工艺路线,国内基本上没有专门针对垃圾渗滤液蒸发浓缩的成熟成套设备,没有成熟可靠的大规模垃圾渗滤液蒸发处理工程实例运用,也缺乏公认的工艺设计参数选取和设备选型,且蒸发工艺设备价格昂贵,采用蒸发处理工艺应用于垃圾渗滤液处理工程建设,须承担的风险极大。因而,由于技术不成熟,蒸发处理目前很难进行推广。
4.回灌处理
回灌处理是指用适当的方法将在填埋场底部收集到的渗滤液从覆盖层表面或覆盖层下部重新灌入填埋场,利用填埋场覆盖层的土壤净化作用、垃圾填埋层的降解作用和最终覆盖后填埋场地表植物的吸收作用等进行处理的方法。回灌技术在我国的研究起步较晚,目前应用较少,国内该技术大多局限于实验室范围,技术推广缺乏可借鉴的样板工程。
总之,目前所采用的处理方法多为生物处理与化学法相结合的处理工艺,但由于垃圾渗滤液的水质特点,在处理过程中处理效果不很理想。
二、建议
垃圾渗滤液不同一般城市生活污水,污染物浓度高、成份复杂、水质水量多变,处理难度很大,选择垃圾渗滤液生物处理工艺时,需详细测定垃圾渗滤液的各种成分,分析其特点,以便采取相应的对策;并依据我国的国情,宜发展投资省,效果好的渗滤液处理技术。需要注意的是,渗滤液处理技术的适用性不但取决于技术本身,而且取决于地区经济适用条件和环境标准要求等因素,需考虑以下几个方面。
1.完善技术标准及评估体系
目前,应在总结各地实践经验的基础上建立完善的渗滤液处理技术标准体系和评估体系,以客观地评价各种处理技术的水平;组织编写最佳可行技术参考文件,在工程的前期建设阶段及咨询方面发挥积极作用,指导卫生填埋场渗滤液处理工程的可行性研究、设计、施工和运行等全过程管理决策,促进我国渗滤液处理行业的健康发展;与地下水污染、土壤污染相关的环境修复法规和技术规范还很不完善,需要引起重视并及早制定。
2.关键技术与装备国产化
目前我国渗滤液处理的关键技术和装备主要依赖进口,如分离膜等,造成渗滤液处理投资及运行成本居高不下。因此,应尽快吸收国外的先进技术,组织相关的处理技术攻关,逐步实现关键技术与装备国产化,以降低设施建设运营成本,不断提高渗滤液处理设备现代化水平。
3.分类处理,源头减量
1)实行雨污分流
由于雨水渗入是渗滤液的主要来源,因此控制雨水的渗入是控制渗滤液产生量的最重要的措施,填埋场一般通过雨污分流的方式将大部分的雨水分流到填埋区外,从而将渗滤液产生量控制到最低。
2)控制地下水的渗入
对地下水管理的目的在于防止地下水进入填埋区,一般通过设置地下排水系统,在填埋场底部和周围设置防渗系统能有效防止地下水进入填埋区,减少渗滤液产生量。
3)进行有机垃圾及危险废物的源头分类收集,限制其进入生活垃圾填埋场,并逐步建设配套的处理设施。源头分类收集是行之有效的解决途径。进行有机垃圾的源头分类收集不仅可以降低渗滤液的产生量及污染物浓度,可以利用厌氧消化等先进的生物处理技术充分回收沼气能源及生产高品质的堆肥,而且可以减少渗滤液中重金属盐的含量,从而减少污染地下水的风险。
4)采用先进的垃圾填埋技术、管理方式减少渗滤液的产生,如:采用生物反应器填埋场技术,降低渗滤液处理费用,加速有机物降解,提高填埋气体的产生量及产率;合理分期建设填埋作业区,减小填埋作业区的汇水面积以减少渗滤液的产生量,在填埋作业单元和未使用的单元间设置活动式围堰可有效地隔离渗滤液和地表水等。
三、结束语
目前,我国有大量的垃圾卫生填埋场渗滤液未得到有效控制。因此,填埋场渗滤液对环境的影响是目前急需解决的问题。随着新的《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-2008自2008年7月1日开始实施,对垃圾渗滤液的处理提出了更高的要求,本文分析了国内渗滤液处理工艺实际应用中存在的问题,希望能为渗滤液处理技术的深入研究与探索提供有意义的参考。
参考文献
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