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關鍵詞:可好氧降解 可厭氧降解 生物毒性
1.1.1 0.前言
生垃圾滲濾液是垃圾焚燒場內垃圾堆場發酵的產物,具有pH低、污染成份復雜、COD濃度高、可生化性好等特點。
1.1.2 1.可好氧降解特征
1.1.2.1 1.1實驗材料、裝置及實驗方法
實驗用水:實驗用原水取自溫州市蒼南垃圾發電廠的垃圾儲炕。
實驗用污泥:污泥取自溫州市蒼南污水處理廠污泥濃縮池,VSS/SS為64.9%。
試驗裝置:試驗裝置采用江蘇電分析儀器廠生產的直讀式BOD測定儀。
1.1.2.2 1.2結果與分析
實驗用水:實驗用原水取自溫州市蒼南垃圾發電廠的垃圾儲炕。
實驗用污泥:未馴化污泥取自蒼南污水處理廠污泥濃縮池,VSS/SS為64.9%。
試驗裝置:反應瓶采用100mL醫用瓶(總容積為123mL),甲烷產量采用200mL帶刻度血清瓶測量(內裝3%NaOH溶液,沼氣中的CO2和H2S幾乎可以被堿液完全吸收),整個裝置置于水浴鍋內。
實驗方法:參考ASTM有機物厭氧降解性試驗方法確定ATA試驗步驟如下:用基礎緩沖液懸浮清洗污泥三次以去除殘留基質,基礎緩沖液的配方如下表所示:
各反應瓶中注入等量污泥,瓶內污泥濃度(以VSS計)約為1.2g/L。
每瓶中加1mL濃縮的葡萄糖營養液,使瓶內COD為1000mg/L。在30度下恒溫1小時后用氮氣吹掃瓶內空氣5分鐘以除氧和控制PH值。將血清瓶搖勻后靜止培養于30度的恒溫室內,每24小時記錄一次產甲烷的量并重新將血清瓶搖勻。
若各反應瓶之間的累計產量和產氣速率基本一致,則可用于下步試驗。若某瓶產氣量與各瓶平均產氣量相差大于10%,則棄置該反應瓶。
按不同的研究要向各反應瓶投加一定量廢水和污泥。同上面的操作后靜置于恒溫室中,定時記錄累計甲烷產量,直至取得計算所需的數據。
將各反應瓶的累計產氣量與時間繪成曲線,綜合廢水COD的去除率計算各種不同條件下廢水的厭氧產甲烷速率。
1.1.3.2 2.2對未馴化污泥的ATA測試結果
由于對滲濾液中的厭氧毒性物質的種類與濃度沒有明確的參考資料,所以在這里做個生物毒性測試,以考察原水有無生物毒性及其抑制濃度下限,為滲濾液的厭氧降解設計提供參考依據。實驗方法參考ASTM有機物厭氧降解性試驗方法,測量最初五天的產氣量數據,實驗結果如下圖所示
由圖1可以看到:40%、60%、80%和100%配比的滲濾水的初期產氣量遠遠小于20%配比滲濾水的產氣量,這表明滲濾液存在著一定的厭氧生物毒性,其抑制濃度下限在10000mg/L左右。
1.1.3.3 2.3焚燒場滲濾液的BMP測試
關鍵詞:填埋場滲濾液;組成;處理技術
中圖分類號:U664.9+2文獻標識碼:A 文章編號:
隨著我國城鎮化水平的提高,城市垃圾的排放量不斷增加,由此造成的資源緊張和污染愈加嚴重。作為城市垃圾中二次污染問題內容之一的滲濾液處理方法和技術的研究也日益得到重視。垃圾滲濾液的組成復雜,污染物濃度高,水質波動較大,處理難度較高。對于垃圾滲濾液的處理,一方面通過優化垃圾填埋場的構造,減少滲濾液的發生量,另一方面根據不同填埋場的具體情況及其它經濟技術要求提出有針對性的處理方案和工藝。
1滲濾液的來源
垃圾滲濾液的產生主要包括生活垃圾本身含有的和填埋過程中發生厭氧生物反應生成的水份以及填埋場區的淺層地表滲流水及降水滲入。滲濾液產生量及滲濾液組成的影響因素很多,主要包括垃圾組成,氣溫及年平均降雨等氣候條件,填埋區的水文地質條件。此外,隨填埋時間及填埋垃圾降解階段而有很大變化。
2 滲濾液的組成
2.1 有機組分構成城市生活垃圾填埋場早期滲濾液中COD值可達每升數萬毫克,晚期滲濾液一般在每升數千毫克。從有機物在不同物理組分上看,基本為溶解態組分和膠體態組分,顆粒態組分含量較少。
滲濾液中主體有機物包括揮發性脂肪酸(分子量
此外,滲濾液中還存在芳類化合物、鹵代烴、臨苯二甲酸鹽、酚類化合物、苯胺類化合物以及其它微量有機物質。濃度一般濃度在每升數毫克或更低。2.2無機離子和氨氮滲濾液中含有較高濃度的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Cl-、HCO3-、SO42-。它們濃度在每升幾十至幾千毫克之間波動。滲濾液中NH3-N的主要來源是填埋垃圾中蛋白質等含氮類物質的生物降解。濃度最高可達5000mg/L以上,一般濃度在500~2000mg/L之間,較高的氨氮濃度致使滲濾液C/N過低,營養比例失衡,此外氨氮濃度過高也會降低生物酶活性,造成滲濾液的可生化性較低。
2.3重金屬離子填埋場含有一定量的鎘、銅、鉛、鉻、砷、錫、鋅、鉬、鈷、汞等重金屬元素。重金屬離子容易與無機離子及大分子有機物等發生離子交換、沉淀、吸附、絡合(螯合)等作用,因此重金屬存在的化學形態相當復雜,呈絡合態的重金屬離為主要存在形態。一般地,滲濾液中大多數重金屬因在堆體內的吸附、沉淀等衰減而濃度很低,一般約在0.002~0.5mg/L之間,無需處理即可達標。鋅由于是兩性元素,溶解度較大,所以濃度較高,一般處于0.5~2mg/L之間,高時可達幾十上百mg/L。
3 滲濾液的處理方式
目前主要的垃圾填埋場滲濾液處理方式有以下四種:
① 將未經處理的填埋場滲濾液運至城市污水處理廠予以合并處理;
② 將填埋場滲濾液進行預處理后運至城市污水處理廠予以合并處理,即預處理——合并處理;
③ 將滲濾液進行填埋場循環噴灑處理;
④ 在填埋場建設污水處理廠進行單獨處理。
3.1合并處理
將滲濾液與城市污水處理廠合并處理是填埋場滲濾液最簡單的處理方案,不僅節約了場內建設污水處理廠所需的大額支出,而且省掉了污水處理廠的運行費用,降低了處理成本。城市污水處理廠大量的城市污水對滲濾液產生稀釋、緩沖作用,并且為滲濾液處理提供了必須的營養物質。盡管有以上優點,但合并處理并不是普遍適用的方案。一般來說垃圾填埋場往往距離城市污水處理廠較遠,滲濾液的運輸成本會比較高。此外,由于滲濾液特殊屬性,過量的滲濾液會對城市污水處理廠造成沖擊負荷,影響城市污水處理廠的正常運行,甚至導致崩潰。因此在考慮合并處理時,應考慮距離因素及滲濾液與城市污水的混合比。
目前,國內尚沒有足夠的經濟條件在在所有垃圾填埋廠場內建設獨立的污水處理廠,合并處理不失為一種經濟的處理方案,但須根據實際情況及滲濾液的特性進行深入的可行性研究,找到可行的預處理方法和合理的滲濾液與城市污水混合比例,采用高效、穩定的合并處理工藝系統。
3.2預處理--合并處理
預處理-合并處理是基于減輕垃圾滲濾液含有的毒性物質對城市污水處理廠運行產生的危害而采取的一種場內聯合處理方案。滲濾液首先通過場內預處理設施予以處理,一方面去除氨氮、重金屬離子、SS、色度等污染物質,另一方面通過厭氧生化改善滲濾液可生化性,降低負荷,為后續的合并處理創造有利條件。
對于高濃度的氨氮的去除可采用吹脫等物化方法,此外可以結合生化工藝考慮采用具有脫氮功能的處理系統(A2/O或A/O)。對于重金屬離子去除的預處理工藝多采用化學混凝沉淀等物化法。
3.3場內回噴
場內回噴是指滲濾液經收集后,通過回灌系統在場內實施循環噴灑處理。場內回噴是可作為有效的滲濾液處理方法。滲濾液經場內循環噴灑,可通過蒸發、植被吸收減少滲濾液的發生量,從而降低滲濾液處理成本;此外,通過場內回噴可增加填埋垃圾的的含水量,增強微生物活性,以利于污染物的降解。此方法的應用需要注意衛生安全等問題。
目前美國已有200多座垃圾填埋場采用了此項技術,該項技術在我國的應用較少。據資料介紹,唐山市垃圾衛生填埋場采用了循環噴灑處理方法處理滲瀝液[2]。滲瀝液經收集并經沉淀調節池處理后,噴灌回流至填埋場;沉淀調節池中的沉淀污泥與滲瀝液一并回流至填埋場,避免了污泥的二次污染。
3.4單獨處理
考慮到環境及成本問題,通常城市垃圾填埋廠被建設在遠離城市的偏遠地區。在采用合并處理造成運輸成本過高時,建設場內獨立污水處理廠便成為一種備選方案。在建設獨立污水處理廠時,考慮到填埋場滲濾液有污染負荷高,有毒有害物質較多等特性,應采取多種處理方法有機整合的綜合處理工藝。一般采取預處理—生物處理—后續處理的工藝流程。4 國內外垃圾滲濾液主要處理技術
關鍵詞:城市生活垃圾;垃圾滲濾液;污染控制技術;可生化性;生物處理;物化處理
中圖分類號:X705 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2009)12-0040-02
一、城市生活垃圾滲濾液的水質特征
(一)影響垃圾滲濾液水質的因素
滲濾液成分復雜,污染物濃度高且無變化規律。滲濾液的水質、水量隨著垃圾組分、當地氣候、水文地質、填埋時間和填埋方式等因素的影響而有顯著不同。由于影響因素多,造成不同填埋場、不同填埋時期的滲濾液水質和水量的變化幅度很大。
(二)垃圾滲濾液的主要水質特性
1 垃圾滲濾液中有機物種類多。垃圾滲濾液中有機物又可分為3類,即低分子量的脂肪酸類、中等分子量的富里酸類物質和腐殖質類高分子量碳水化合物。滲濾液中除含有常規的污染物質外,還含有包括某些致癌、促癌和輔促致癌物質。尤其是當生活垃圾與部分工業垃圾混合時,成分更為復雜。鄭曼英等對廣州大田山垃圾填埋場進行了取樣分析結果表明,從垃圾滲濾液中檢出的主要有機污染物77種。其中被列入我國環境優先污染物“黑名單”的有5種。
2 CODCr和BOD5濃度高。垃圾滲濾液的污染物濃度高,變化范圍大,這是其它污水無法比擬的,從而給垃圾滲濾液的處理和工藝選擇帶來了很大的難度。垃圾滲濾液中CODcr最高可達80000mg/L,BOD5最高可達35000mg/L。一般而言,CODCr,BOD5,BOD5/CODcr將隨填埋場的年齡增長而降低,堿度含量則逐漸升高。
3 金屬含量高。垃圾滲濾液含有銅、鋅、鐵、鉛等10多種金屬離子,由于國內城市垃圾不像國外那樣經過嚴格篩選,所以國內垃圾滲濾液中金屬離子濃度大大高于世界發達國家。滲濾液中鐵的濃度可高達2050mg/L,鉛的濃度可達12.3mg/L,鋅的濃度可達130mg/L,鈣的濃度甚至高達4300mg/L。浙江大學沈東升等的研究表明,當廢電器拆解垃圾與生活垃圾一起填埋時,其滲濾液中的cu、zn、Pb、Ni和Hg等重金屬離子的濃度可分別達到3、11.5、1.7、1.6mg/L和65μg/L。
4 微生物營養元素比例失調,氨氮含量高。在不同年齡的垃圾滲濾液中,碳、氮兩種元素的比例(C/N比)有較大的差異,常常出現比例失調的情況。隨著堆放年限的增加,垃圾滲濾液中氨氮濃度會逐漸升高。一般來說,對于生物處理,垃圾滲濾液中的磷元素總是缺乏的,例如在北美的幾個垃圾填埋場的BOD5/TP都大于300,此值與微生物生長所需要的碳磷比(100:1)相去甚遠。同時,BOD5/CODcr比值變化大,給生化處理帶來一定的難度。
5 水質變化復雜。垃圾滲濾液的成分和產量隨季節、時間等變化情況較復雜。其變化特性為:(1)產生量呈季節性變化,雨季明顯大于旱季;(2)污染物組成及其濃度呈季節性變化。平原地區填埋場干冷季節滲濾液中的污染物組成和濃度較低;(3)污染物組成及其濃度隨填埋年限的延長而變化。填埋層各部分物化和生物學特征及其活動方式都不同,“年輕”填埋場的滲濾液pH值較低,BOD5、CODCr、VFA、金屬離子濃度和BOD5/CODCr較高,“中年老”填埋場的滲濾液pH值中性偏堿,BOD5、CODCr、VFA濃度和BOD5/CODCr較低,金屬離子濃度下降,但氨氮濃度較高。
二、垃圾填埋滲濾液的現行污染控制技術及其研究進展
(一)垃圾滲濾液的生物處理
1 好氧生物處理。好氧法是常用的廢水生物處理方法之一。好氧生物處理中的活性污泥法、生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化法等都有用于垃圾填埋滲濾液處理的報道。好氧處理法也可有效地降低BOD、COD和氨氮濃度,還可以去除一些如鐵、錳等金屬。好氧處理中又以延時曝氣法用得最多,還有曝氣塘和氧化溝及生物轉盤等。
2 厭氧生物處理。厭氧處理方法包括上流式厭氧污泥床(UASB),厭氧生物濾池(AF),厭氧接觸法,混合反應器及厭氧塘等。厭氧處理有許多優點,最主要的是能耗少,操作簡單。因此,投資及運行費用低廉,而且由于產生的污泥量小,故所需的營養物質也少。英國P.S Ball等對垃圾填埋滲濾液的低耗處理進行了研究,在室溫20℃~25℃時,厭氧處理表明,95%以上的可溶性BOD被去除,基本上去除了所有的鐵,90%以上的氮被轉化為游離態氨。但是,廣州市大田山垃圾場滲出液采用該工藝處理時,卻幾乎沒什么效果。有報道,加拿大Hahflax Highway 101填埋場浸出液平均COD為12850mg/L,BOD5/CODCr為0.7,pH為5.6。采用厭氧濾池,在pH值調至7.8,負荷為4kgCOD/m3.d時,COD去除率可達90%以上,并發現如果負荷增加,去除率急劇下降。
3 厭氧一好氧聯合處理。由于垃圾填埋滲濾液是有毒、有害的高濃度有機廢水,單獨采用好氧處理或厭氧處理往往難放要求。在現行的滲濾液處理工藝中,大多采用厭氧―好氧組合處理系統。實踐證明,采用厭氧一好氧處理工藝既經濟合理,處理效率也高,不僅可以較有效地去除COD和BOD,還可較好地去除氮和磷等。生物脫氮除磷常采用這一組合工藝。
4 氧化塘處理。氧化塘(又稱生物塘或穩定塘)多見于滲濾液的處理中。氧化塘處理具有投資小、運行費用低、操作方便等優點,因而被廣泛用于廢水處理,在垃圾填埋滲濾液的處理中更常見。與活性污泥法相比,氧化塘體積大,有機負荷一般不高,故多用于滲濾液的最后處理工序,以保證出水水質達標。氧化塘可以是好氧塘,也可以是厭氧塘或兼性塘。
(二)垃圾滲濾液的物化處理法
1 混凝沉淀。混凝沉淀可以大幅度去除滲濾液中的SS及色度等,常用的混凝劑包括A12(S04)3、Fe3O4和FeCl3等。對于垃圾滲濾液而言,鐵鹽的處理效果要比鋁鹽具有優越性。有研究表明,對于BOD5/COD值較高的“年輕”填埋場的滲濾液而言,混凝對COD和TOC的去除率較低,通常只有10%~25%;而對于BOD5/COD值較低的“老年”填埋場的或者經過生物處理的滲濾液而言,混凝對COD和TOC的去除率則可以達到50%~65%。
2 化學沉淀。化學沉淀主要用于去除垃圾滲濾液的色度、重金屬離子和濁度等,常用的化學藥劑為ca(OH)2,對于垃圾滲濾液而言,其投加量通常控制在1~15g/L之間,對COD可 以去除20%~40%,對重金屬離子可去除90%~99%,對色度、濁度及SS等可以去除20%~40%。化學沉淀也可用于去除垃圾滲濾液中的氨氮,生成磷酸銨鎂復合肥,但此項研究仍處于小試階段。
3 吸附。吸附可以去除滲濾液中的COD和氨氮,常用的吸附劑有顆粒活性炭和粉末活性炭,此外還有粉煤灰、高嶺土、泥炭、焦炭、膨潤土、蛭石、伊利石和活性鋁等。當采用活性炭用于滲濾液的處理時,對COD和氨氮的去除率可以達到50%~70%。
4 吹脫。吹脫主要用于去除垃圾滲濾液中的高濃度的氨氮,以保證后續生物處理的正常運行。吹脫出的NH3需經過回收處理,以防對空氣造成污染。
5 膜分離。膜分離主要用于滲濾液的深度處理,包括微孔膜、超濾膜和反滲透膜等,其對滲濾液中COD和ss的去除率均可以達到95%左右。對于此類工藝來講,由于費用昂貴,限制了它在實際工程中的推廣使用。
(三)垃圾滲濾液的土地處理法
滲濾液的土地處理主要是通過土壤顆粒的過濾、離子交換、吸附和沉淀等作用去除滲濾液中的懸浮固體顆粒物和溶解成分。通過土壤的微生物作用使滲濾液中的有機物和氨發生轉化,通過蒸發作用減少滲濾液的發生量。滲濾液的土地處理包括:慢速滲濾系統、快速滲濾系統、表面漫流、濕地系統、地下滲濾以及人工土地滲濾等多種土地處理系統。土地處理投資省、運行費用低,但受氣候條件和地域限制一般只應用于干旱地區。
(四)垃圾滲濾液的其他新處理技術
1 回灌一常規處理一膜分離結合的處理技術。這種處理技術將常規處理技術、高新膜分離技術和回灌技術有機地結合起來,優勢互補,解決了處理出水水質達標的難題,加速了垃圾填埋的穩定化進程。
2 超聲降解水體中有機污染物技術。超聲降解水體中有機污染物技術主要是利用頻率在15 kHz以上的聲波在溶液中以一種球面波的形式傳遞,超聲波在輻照溶液過程中會引起許多化學變化,稱為超聲空化。超聲空化是液體中的一種極其復雜的現象,液體中的微小水泡在超聲波的作用下被激化,表現為泡核的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程,能夠將廢水中有毒的有機物轉變為C02、H2O、無機離子或比原有機物毒性弱的有機分子;具有少污染或無污染、設備簡單、操作方便和高效等優點,同時伴有殺菌消毒功效,是一種很有應用潛力的水處理新技術。
3 充氧氣機的立用技術。用于水體治理的新型環保產品一美國愛爾充氧氣機,在滲濾液處理中亦可以得到有效的應用。它大大地提高了污水中的曝氣效果,使好氧微生物在充足的氧量下,分解其中的有機污染物,增強降解的效果從而提高出水水質。
三、結語
【關鍵詞】垃圾填埋;垃圾滲濾液;控制與處理;滲濾液回灌
一、垃圾滲濾液的產生
垃圾滲濾液產生的主要來源有:
(1)降水的滲入 降水包括降雨和降雪,它是滲濾液產 生的主要來源。
(2)外部地表水的流入 這包括地表徑流和地表灌溉。
(3)地下水的滲入當填埋場內滲濾液水位低于場外地下水水位,并沒有設置防滲系統時,地下水就有可能滲入填埋場內。
(4)垃圾本身含有的水分這包括垃圾本身攜帶的水分以及從大氣和雨水中的吸附量。
(5)垃圾在降解過程中產生的水分 垃圾中的有機組分在填埋場內分解時會產生水分。
二、垃圾滲濾液的產生量
垃圾滲濾液的產生量是受多種因素的影響,一般與下列因素有關:氣候、季節條件(包括降雨量及蒸發量等);地面流失、地下水滲入、垃圾的特性、地下層結構、表層覆土和下層排水設施的設置情況等,但降雨量和蒸發量是影響滲濾液產生的重要因素,滲瀝液的產量估算方法很多,有理論法、實測法和經驗公式法。確切估算是比較困難的,因此,一般采用經驗公式計算,比較簡便的計算公式為:
Q=10-3·C·I·A
式中:
Q——日平均滲瀝液量,m3/d;
C——流出系數,%;
I——設計日降水量,mm/d;
A——填埋場集水面積,m2。
流出系數(C)與填埋場表面特性、植被、坡度等因素有關,一般為0.2-0.8,設計日降水量可根據當地的氣象資料來獲得,填埋場集水面積可由填埋場的實際面積確定
三、垃圾滲濾液的水質特征
由于垃圾滲濾液的來源使得垃圾滲濾液的水質具有與城市污水所不同的特點:
(1)有機物濃度高 垃圾滲濾液中的BOD5和COD濃度最高可達幾萬mg/L,主要是在酸性發酵階段產生,pH達到或略低于7,BOD5和COD比值為0.5~0.6。
(2)金屬含量高 垃圾滲濾液中含有十多種金屬離子,其中鐵和鋅在酸性發酵階段較高,鐵的濃度可達2000mg/L左右,鋅的濃度可達130mg/L左右。
(3)水質變化大 垃圾滲濾液的水質取決于填埋場的構造方式、垃圾的種類、質量、數量以及填埋年數的長短,其中構造方式是最主要的。
(4)氨氮含量高垃圾滲濾液中的氨氮濃度隨著垃圾填埋年數的增加而增加,可高達1700mg/L左右,氨氮濃度過高時,會影響微生物的活性,降低生物處理的效果。
(5)營養元素比例失調對于生化處理,污水中適宜的營養元素比例是BOD5:N:P=100:5:1,而一般的垃圾滲濾液中的BOD5/P大都大于300,與微生物所需的磷元素相差較大。
(6)其他特點 滲濾液在進行生化處理時會產生大量泡沫,不利于處理系統正常運行。由于滲濾液中含有較多難降解有機物,一般在生化處理后,COD濃度仍在500~2000mg/L范圍內。
四、控制垃圾滲濾液的工程措施
控制垃圾滲濾液的工程措施主要有:
(1)入場垃圾含水率的控制 垃圾填埋過程中隨填埋垃圾帶入的水分,相當部分會在垃圾壓實過程中滲濾出來,其量在滲濾液產生量中占相當大的比例。為此,必須控制入場填埋垃圾的含水率,一般要求小于30%(質量分數)。
(2)控制地表水的滲入量 由于地表水的滲入是滲濾液的主要來源,因此消除或者減少地表水的滲入量是填埋場設計的最為重要的方面。
(3)控制地下水的滲入量 控制地下水滲入就是控制淺層地下水的橫向流動,使之不進入填埋區。主要方法有設置隔離層、設置地下水排水管和抽取地下等。
(4)在平緩的斜坡上,水易于集結,因而大量滲濾,而在較陡的斜坡上,水容易流掉,從而減少了到達垃圾中的水量。因此常控制填埋場場底有不小于2%的縱橫坡,且將垃圾填埋的最終覆土層做成中心高、四周低的拱型,保持不小于5%的坡度,這樣可使部分降雨沿地表流走。但當表面斜坡大于8%左右時,表面徑流量就有可能侵蝕垃圾的頂部覆蓋物,使填埋場暴露,因此,表面斜坡應小得足以預防表面侵蝕。
(5)填埋最終覆土后,斜坡上常覆蓋不小于20cm的營養土和其他適合植被生長的土質,以利植被的生長,可以通過植物根系吸收水分,并通過葉面蒸發作用減少滲濾液發生量。
總體來講滲濾液產生量波動較大,但對于同一地區填埋場,其單位面積的年平均產生量在一定范圍內變化。
五、垃圾滲濾液處理工藝
常用的垃圾滲瀝液處理方式有以下四種:
(1)將滲瀝液輸送至城市污水處理廠進行合并處理;
合并處理是垃圾滲瀝液與適當規模的城市污水處理廠合并處理是最為簡單的處理方式。合并處理可以節省單獨處理所需要的投資費用;但由于垃圾填埋場往往遠離城市污水處理廠,滲瀝液的輸送將需要許多費用,不同污染物濃度的滲瀝液量與污水處理廠處理規模的比例要適當。據資料介紹,為保證城市污水處理廠的正常運行,避免滲瀝液對城市污水處理廠造成的沖擊負荷,要嚴格控制滲瀝液與城市污水的混合比,這一點很難作到。
(2)經預處理后輸送至城市污水處理廠合并處理,即預處理——合并處理;
垃圾滲濾液預處理的目的是保證生物處理過程中微生物處于良好的生長繁殖環境,即生物可降解的有機基質、適量的營養物質和銅、鎳、鋅等微量元素。 預處理-合并處理無論是在經濟、運轉方式的靈活性或在對出水水質的保證方面,是一種比較理想的處理方式。
(3)在填埋場建設污水處理廠進行單獨處理;
單獨處理與城市污水處理廠規模相比,滲瀝液的產量較小,因此單獨設置小規模的處理系統在單方水投資及運轉費用方面缺乏經濟上的優勢。而且垃圾滲瀝液中的營養比例(C:N:P)失調,主要表現在氮含量過高,而磷含量不足,在處理過程中需要花費削減氮及補充磷的費用。此外,對于滲瀝液中的多種重金屬離子和較高濃度的NH3-N,需要采用化學等方法進行必須的預處理乃至后處理,故其運轉費用較高。
(4)滲瀝液回灌至填埋場的循環噴灑處理。
滲濾液回灌就是將在填埋場底部收集的滲濾液從其覆蓋層表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場,利用填埋場垃圾層這個"生物濾床"凈化滲濾液。回灌縮短垃圾降解所需時間,增加垃圾壓實密度,進而增加垃圾填埋量,同時增加滲濾液在填埋場中的停留時間,使得滲濾液污染物充分降解而濃度大為降低。回灌法主要適用于氣候干旱、滲濾液產生量較少的情況。
從以上幾種垃圾滲濾液的處理方式可以看出前三種滲濾液的的處理方法工程造價過高,運行管理不便。尤其是對垃圾產量比較小,產生滲瀝液較少地區更不適宜選用。
而垃圾循環噴灑處理具有以下優點:垃圾填埋場進行滲濾液回灌不僅在降解滲濾液本身的污染負荷,而且可以通過蒸發和蒸騰作用達到滲濾液減量化目的,增加垃圾降解速率和降解程度,加速垃圾填埋場的穩定化進程,縮短填埋場對周圍環境影響的時間;減少封場后填埋場的監測、管理費用;增加填埋場土地重新利用的可能性。總之,回灌法與物化和生化法相比,能較好地適應滲濾液水質水量的變化,是一種投資省、運行費用低、且能加速城市垃圾填埋場穩定的方法。
六、建議
(1)城市垃圾滲濾液處理問題越來越受到關注,滲率液回灌技術因其投資省、運行費用低、抗水質水量沖擊負荷能力強、可以加快填埋場穩定等優勢而具有廣闊的應用前景。尤其對氣候比較干燥的新疆地區來講是更加適合的。應該推廣運用。
(2)滲濾液回灌技術的作用不僅僅是降解滲濾液中的污染物,因此研究應著眼于對垃圾填埋場整體污染物的管理和控制;滲濾液回灌的應用應在垃圾填埋場的設計建造的同時予以考慮。
參考文獻:
[1]中華人民共和國建設部.城市生活垃圾衛生填埋技術規范 CJJ17-88.
關鍵詞:濃縮液、回灌、蒸發、高級氧化、膜蒸餾
中圖分類號:C35文獻標識碼: A
隨著經濟發展和社會進步,我國的垃圾產生量也在逐年增加,垃圾處理的方式主要有垃圾焚燒、衛生填埋、堆肥[1]。其中,衛生填埋以其運行費用低、管理相對簡便、處理量大及適應性強,成為我國垃圾處理采用的主要方式[2]。
滲瀝液是指垃圾在填埋和堆放過程中,由于垃圾中有機物的分解產生的水和垃圾中的游離水、降水以及入滲的地下水,通過淋溶作用形成的污水[3]。垃圾填埋場產生的滲濾液是一種含高濃度氨氮和難降解有機物、重金屬等成份復雜的廢水。
隨著人們對垃圾滲濾液處理日益重視,國家標準也越來越嚴格,2008 年7 月起正式實施的《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB16889- 2008)明確了垃圾滲濾液中總氮、氨氮、重金屬等污染控制指標,并提高了新建和現有填埋場的滲濾液污染物排放限值等要求[4],對傳統的處理技術提出挑戰。
目前,國內外處理工藝主要以MBR、RO、NF為代表的膜處理技術為主,采用NF/RO,為了保證為保證膜工藝運行周期及出水水質,膜的回收率通75%~85%,即會產生15%~25%濃縮液。不經處理直接排放的濃縮液很容易造成二次污染,是膜處理技術應用過程中亟待解決的問題。
1.濃縮液的產生及特點
濃縮液主要是膜截留下來的高濃度污染物,反滲透膜可有效截流包括一價鹽在內的小分子物質,故反滲透出水可以達到很高的排放標準,但其濃縮液鹽分含量很高。納濾膜具有選擇透過性,一價鹽(銨鹽和硝酸鹽、亞硝酸鹽)均無法被納濾膜截流,納濾出水達標保障性不及反滲透膜,但是其濃縮液中含鹽量較低[5]。
濃縮液的主要特點:1)有機物濃度高。根據 NF 或 RO 膜分離的選擇透過性原理,水能夠順利通過膜,其他成分部分或完全被截留,有機物含量較高; 2)可生化性差。膜濾濃縮液是垃圾滲濾液經過生物降解后,再通過膜處理得出的殘液,主要為不易降生物降解的物質。 3)成分復雜,垃圾滲濾液本身的復雜特性決定其膜濾濃縮液同樣具有復雜特性。
2.濃縮液的處理方法
目前,針對濃縮液的處理方法主要有:回灌、膜蒸餾、蒸發、高級氧化。
2.1回灌
所謂回灌就是把垃圾填埋場本身看做生物濾床,濃縮液注入到堆體上端,貫
穿堆體而流出。在這個過程中,垃圾堆體里活躍的微生物發揮生化降解作用,結
合物理作用等實現污染物的降解。對滲濾液回灌處理屢見報道,且見應用于實際。
研究和實際工作都表明,滲濾液的回灌處理能夠加速填埋場穩定化進程,促進有
機物降解,縮短產沼時間等。同時降解過程還有減容作用,使得場區內有效庫容
增大[6]。
蔣寶軍等[7]試驗了重慶市某垃圾填埋場經碟管式反滲透處理后濃縮液的回灌影響。試驗表明在技術上采用回灌處理濃縮液是可行的,通過回灌能有效去除 COD和 NH3-N,去除率分別為81.6%和70%。水力負荷對濃縮液回灌去除 COD 有較大影響,當水力負荷為32.38mL/(L?d)時,COD去除率為94%,而當水力負荷上升到202.36 mL/(L?d)時,去除率下降到70%。
劉研萍等[6]對濃縮液回灌進行實驗的結果表明亦證明回灌是處理濃縮液的有效手段。厭氧填埋條件下,回灌實現了81.6%的COD去除率,82.5%的BOD
5去除率和60%~70%的NH3-N去除率。在最佳水力負荷32.38 mL/(L?d)下,達到了 85%以上的COD去除率。對濃縮液pH進行調節后再回灌的研究發現,pH為9時,COD去除率最高,pH為11時,NH3-N去除率最高。
2.2膜蒸餾
膜蒸餾(Membrane Distillation,MD)的原理結合蒸餾的原理和膜的特性,疏水膜兩側的蒸氣壓力差作為傳質驅動力,推動水蒸氣從壓力高即溫度高的一側通過疏水性膜到達壓力低的一側而冷凝,實現水相和溶液的分離[8]。
膜蒸餾過程幾乎在常壓下進行,設備簡單,可以處理極高濃度的水溶液。由
于膜蒸餾過程的傳質推動力為蒸氣壓差,因此只需維持膜兩側的溫差即可,沒有
必要耗費很大能量把溶液加熱到沸點,便于就地取材,利用廉價能源推動膜蒸餾
過程發生。生產過程中產生的余熱就是很好的廉價熱源。
2.3蒸發技術
蒸發是將揮發性組分與非揮發性組分分離的物理過程,通過加熱溶液使水沸
騰氣化,不斷去除氣化的水蒸氣。濃縮液蒸發處理時,水分從濃縮液中沸騰而出,
污染物殘留在濃縮液中[9]。重金屬和無機物以及大部分有機物的揮發性都比水弱,
因此會留在濃縮液中,部分揮發性烴、有機酸和氨等污染物與水蒸氣最終存在于
冷凝液中。蒸發處理工藝把濃縮液處理到不足原液體積的2%~10%[10]。
浸沒燃燒、負壓蒸發、機械壓縮蒸發是常見的蒸發方式。
浸沒燃燒蒸發(Submerged combustion evaporation,SCE)就是把燃燒產生的高溫煙氣浸沒在液體中,煙氣以氣泡形式在液體中上升,劇烈的混合與攪動實現充分的熱量傳遞[11]。
岳東北等[12]對垃圾滲濾液的反滲透濃縮液采用蒸發法開展了試驗研究。結果表明,當濃縮液的pH在酸性范圍內時,提高pH使得冷凝液中NH3-N的濃度增大,COD 濃度減小。研究蒸發的不同階段物質逸出情況時發現,蒸發初期以有機物揮發為主,蒸發后期則以NH3-N揮發為主。
采用這個工藝處理某衛生填埋場的垃圾滲濾液的RO濃縮液,利用填埋氣(LandfillGas,LFG)作為燃料,岳東北等[13]發現經過兩級SCE處理,進水COD 從12000 mg/L降低到出水的低于230 mg/L,TDS也有大幅的下降。系統對RO濃縮液的濃縮倍數最高可達10倍。這種方法充分利用了填埋場內的 LFG,消除環境污染同時提高能源利用率。然而這種方法對 NH3-N 沒有去除效果。
膜濾濃縮液中的氯離子濃度很高,蒸發過程中溫度大于70℃時,氯離子即會對金屬材料產生強烈的腐蝕作用。為了解決常壓高溫蒸發所引起的設備腐蝕問題,采用負壓蒸發的方法來處理含高濃度氯離子的廢水。負壓蒸發利用水在負壓條件下沸點降低的規律,既避免氯離子對金屬的腐蝕(< 70℃),又保證了蒸發速率。
機械蒸發(Mechanical Vaporize Compression,MVC)是通過機械方式壓縮蒸汽使其溫度升高,蒸汽升高之后用作熱源加熱蒸發濃縮液。濃縮液受熱后一部分液體氣化形成蒸汽。形成的蒸汽受到機械壓縮后充當新的熱源。原先的熱源由于熱量散失導致溫度降低,逐漸形成蒸餾水。形成蒸餾水的冷凝過程熱量傳遞給新一批的濃縮液水樣。這個循環過程充分實現能量利用,降低了系統能耗。但是,此技術需要注意的地方在于 Ca2+和Mg2+在蒸發過程中存在結垢傾向,應采取緩垢和除垢的措施。設備接觸部分還要充分考慮設備選材問題防止設備腐蝕。
2.4高級氧化工藝
高級氧化工藝(Advanced Oxidation Processes,AOPs)由 Glaze 等人提出,以產生羥基自由基(?OH)產生與否進行判斷。高級氧化工藝中一般都含有氧化劑,部分含有催化劑,或光、熱、輻射等其它條件作為輔助強化產生?OH 的能力。?OH
具有強氧化能力,且與有機物反應時無選擇性。?OH與有機物發生反應后,大分子物質轉化為小分子物質,復雜物質轉化為簡單物質,有毒物質轉化為低毒物質。但是,高級氧化技術也存在氧化不徹底的缺點,需要進一步的絮凝沉淀,使得實際工程運行費用增加。
王東梅等[14]用Fenton氧化-絮凝-吸附法處理垃圾滲濾液濃縮液,實驗結果表明:Fenton氧化-絮凝-吸附法對垃圾滲濾液反滲透濃縮液有較好的處理效果,對TOC的去除率為95.9%,UV254的去除率為97.1%,色度的去除率為99.6%。
徐K士等[15]采用UV-Fenton工藝對垃圾滲濾液的納濾濃縮液進行處理,結果表明,UV-Fenton工藝能有效去除濃縮液中的有機污染物。TOC去除率隨著H2O2和FeSO4?7H2O投加量的增加而升高,該工藝對pH具有緩沖性,在初始pH為2.0-6.0時,TOC去除率受pH的影響較小;隨著初始溫度從20℃升至60℃,TOC去除率小幅下降。
3.結論
對比膜濾濃縮液主要的四種處理方法,回灌存在地下水污染的潛在風險。導流措施不到位時,垃圾堆體內可能形成短流,導致堆體內含水率增加。此外高鹽度的濃縮液加劇了鹽積累問題。鹽積累使得滲濾液電導率升高,膜產水率下降,甚至出現由電導率增高而導致膜過濾失效的問題。這些是采用回灌方式處理需要考慮的問題,目前多地已明確規定濃縮液禁止回灌。
膜蒸餾法則存在膜法處理中的共同問題,例如溫度極化和濃度極化造成傳質推動力下降和膜污染等。并且目前膜蒸餾處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液的研究尚未見報道。
蒸發工藝在實際運行過程中都會碰到設備結垢及腐蝕問題,并且純物理過程無法完全保證出水達標,需要聯合其他工藝。目前,蒸發工藝在滲濾液的處理領域已有成功應用。濃縮液中離子含量高,設備結垢問題在所難免,如果妥善解決這一問題,蒸發處理工藝不失為一種經濟可行的方法。
高級氧化技術在化學氧化過程中多數有機物被分解成二氧化碳,高價態的鹽和重金屬得到了完全固定,解決了整個系統鹽平衡的問題,系統水回收率高,抗負荷沖擊能力強。但工藝鏈長,處理技術比較復雜,間接增加了運行管理上的難度,并且需要加入具有很強氧化性的氧化劑及絮凝劑、混凝劑,產生的污泥造成二次污染。高級氧化技術在很大程度上提高濃縮液的可生化性,可與生化處理聯合,降低運行費用,達到標準排放。
參考文獻
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