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關鍵詞:UASB反應器 垃圾滲濾液 快速啟動
Abstract: Conditions for quick start-up of UASB reactor treating landfill leachate have been studied. The results show: at the embient water temptemperature in summer (25~ 30℃), when inoculated with surplus sludge from municipal wastewater treatment plant (which uses conventional activated sludge process) and cultivated step-by-step, and by controlling the liquid up-flowing speed at 3.0m/d, the UASB reactor can be started-up within 50 days in treating landfll leachate, with the organic loading rate (as CODcr) up to 10 kg/(m3.d).and the CODcr removal rate over 70%. Granulation of the sludge in this reactor can he completed within 90 days, which is 1~ 4 months shorter than with conventional start-up.
Key words: UASB reactor; landfill leachate; quick start-up
目前,在處理城市生活垃圾填埋場的滲濾液方面,世界上一些國家如新西蘭、美國、澳大利亞等采用了UASB藝,運行效果良好[1]。我國也有實例,如福州、武漢、昆山等地在處理垃圾滲濾液時也有采用UASB工藝。但由于我國對這方面研究不足,使得相當一部分處理垃圾滲濾液的UASB反應器啟動十分困難。為此,本研究側重于為實現處理垃圾滲濾液的UASB反應器的快速啟動提供實驗依據和科學方法。
1 實驗方法
1.1 實驗裝置
實驗用UASB反應器采用內徑為200 mm有機玻璃圓柱,高2.1m,總容積55L,有效容積50L,在高度方向上每隔300mm開一取樣孔。
1.2 實驗步驟及條件
①投加接種污泥,接種污泥投加量為UASB反應器有效容積的25%左右:接種污泥來自上海市某生活污水處理廠二沉池的剩余污泥,ρ(MLVSS)=5350mg/L。沉降性能良好。
②第一周將UASB反應器的有機負荷(以CODcr計)控制在0.5kg/(m3.d),以后每隔7d增加一次有機負荷,即有機負荷為1,2,4,7,10kg/(m3.d)。
③通過調節(jié)回流水量而控制整個啟動期間液體上升流速(也即表面水力負荷)在3.0m周左右。
④考慮到高污泥停留時間是厭氧反應器高效運行的保證,本啟動期間并未進行排泥,從而保持高污泥濃度和高污泥停留時間。
⑤由于厭氧細菌在30-40℃活性較高,而實際工程加溫費用較為昂貴,故水溫選夏季室內水溫25-30℃進行啟動實驗。
⑥垃圾滲濾液來自上海市老港城市生活垃圾填埋場調節(jié)池滲濾液原水,本實驗在啟動階段對此原水進行了稀釋,使產(CODcr)-2500mg/L,p(NH3-N)≈200mg/L,ρ(TP)≈3.5mg/L,在工程中可以通過出水回流來稀釋較高濃度的滲濾液。
2 結果與討論
2.1 選擇壓與污泥顆粒化
已有的研究表明,當溫度等外界條件一定時,對UASB反應區(qū)內的顆粒污泥的形成影響最大的是基質的種類、濃度以及液體上升流速(也即表面水力負荷)和表面產氣負荷(合稱選擇壓)。由Hickey[2],Letting G.[3],Driessen[4]等人的研究表明基質的質量濃度(CODcr)在4000mg/L以下為宜。同時在Riitta[5]等人的研究中認為液體上升流速在 2.5-3.0m/d(甚至0.72-0.96 m/d[6])之間時,最有利于UASB反應器內污泥的顆粒化。鑒于以上原因,本實驗的液體上升流速控制在3.0±0.2m/d,較國內的報道(一般為10m/d以上)要低得多。圖1反映了反應區(qū)內污泥平均粒徑與選擇壓(以液體上升流速與表面產氣負荷之和計)隨時間的變化。由圖1可見,在表面產氣負荷快速增長期(第30天至第60天)污泥粒徑增長迅速,平均增長了1.0mm,不僅充分說明了選擇壓對于污泥平均粒徑有顯著的影響,而且還從另一側面證明了充氣攪拌確實可以加快污泥顆?;M程[7]。
2.2 有機負荷
有機負荷與CODcr去除率隨時間的變化情況如圖2所示。由圖2可見,隨著運行時間的增長CODcr去除率總體上是逐步增長的,且每次有機負荷突增后,CODcr去除率有所下降但又會馬上回升;同時進水濃度對UASB反應器也有一定的影響,如在第44天時進水CODcr的質量濃度從原來的約2500mg/L升到約 3500mg/L時,CODcr去除率下降到54.9%,但第46大又達到了63.4%,說明UASB反應器抗沖擊負荷能力比較強。對于UASB反應器處理垃圾滲濾液而言,只經過50d的啟動,有機負荷(以CODcr計)就高達10kg/(m3.d),且CODcr去除率高達70%以上,這顯然比常規(guī)所需的啟動時間4-6個月[4]要短得多。究其原因,是因為在CODcr去除率較低(30%-60%)時,底部進水口的乙酸質量濃度較高(1000-1500mg/L),充分發(fā)揮7以巴氏甲烷八疊球菌為主體的球狀顆粒污泥(又稱A型顆粒污泥)在乙酸濃度較高時比增殖速度快的生理特性;而常規(guī)啟動為了避免酸化,常在CODcr去除率達80%-90%后才提高有機負荷,其結果是從一開始即維持體系中較低水平的乙酸濃度,而無法培養(yǎng)起A型顆粒污泥[7]。
2.3 出水揮發(fā)性脂肪酸VFA與叫值
出水揮發(fā)性脂肪酸VFA在厭氧反應器控制中被認為是最重要的參數,這是因為VFA的去除程度可直接反映甲烷菌的活性,在正常情況下,底物先由酸化菌轉化為VFA,而VFA又易被甲烷菌轉化為甲烷氣體,因此甲烷菌活躍時,出水VFA濃度較低。一般認為出水VFA的質量濃度低于200mg/L時,說明反應器運行良好,反之當VFA的質量濃度高于800mg/L,就有“酸化”的危險[6]。而對于連續(xù)流厭氧工藝,一般認為當pH值在7.0-7.2時的有機負荷是比較理想的,而只要溫度及進水水質不變,出水的pH值主要取決于有機負荷。有機負荷一定時,消化液的pH值很快就趨向某一固定值。已有經驗證明:有機負荷低時,pH值較高;反之亦然。由此可知,VFA與pH值在某種程度上有較為直接的關系,這一點在本啟動中也得到了很好的反映,詳見圖3。
大多數研究者認為:pH值的測定較VFA測定方便得多,所以當條件有限時,可以利用VFA與pH值這種較為直接的關系,通過出水的pH值間接指示出水的VFA質量濃度。由圖3可見,只要pH值在7.15以上(本啟動進水PH值在7.0-7.1之間),就可以較好地將VFA的質量濃度控制在400mg/L以下。
2.4 堿度與氨氮(NH3-N)
厭氧工藝出水的堿度通常是由其中的共軛酸堿對(主要有NH4+/NH3,H2CO3/HCO3-,HCO3-/CO32-,H2S/HS-,HS-/S2-,HAC/AC-等)決定的。因而厭氧體系的總堿度可粗略地由下式計算:
總堿度=[HS-]+[HCO3-]+2[CO32-]+[NH3]+[Ac-]
McCarty建議總堿度應維持在2000-5000mg/L的范圍內,如果反應器總堿度小于1000mg/L就會導致pH值的下降,H2S的質量濃度不應高于150mg/L、NH3-N的質量濃度不應高于1000mg/L[8]。本啟動實驗期間,UASB反應器內總堿度平均值約為2100mg/L,而NH3-N的質量濃度在180-300mg/L變化,運行情況良好。
轉貼于 3 結論
①采用城市生活污水廠的剩余污泥接種,在夏季自然水溫25-30℃左右時,經逐步培養(yǎng)法,可以在50d的時間里完成UASB反應器處理垃圾滲濾液的啟動,使其有機負荷(以CODcr計)高達10kg/(m3.d),且CODcr去除率高達70%以上(較常規(guī)啟動少用1-4個月的時間),進而在90d里完成污泥的顆粒化。
②可以通過利用A型顆粒污泥在較高的乙酸質量濃度(1000-1500mg/L)下比增殖速度快的生理特性而達到縮短啟動時間的目的。
③UASB反應器處理垃圾滲濾液,較低的液體上升流速(本實驗在3.0m/d左右)有利于加速污泥顆?;M程。
④為了保證厭氧微生物有較高的增殖速度,應保持較高的啟動溫度(25-35℃)為宜。
⑤適當的堿度(約2100mg/L)有利于維持UASB反應器內pH值的穩(wěn)定。
參考文獻:
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[3] Lettinga G, Hulshoffeol L. W. UASB-process design for various types of wastewaters [J]. Wat Sci Technolm,1991,24(8)87-107
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[5] Riitta H Kettunen, Jukka A R. Performance of an on-site UASB re-actor treating leachate at low temperature[J]. Wat Res, 1998, 32(3): 537 -- 546.
[6] C M M Campos, G K Anderson. The effect of the liquid upflow ve-locity and the subatrate concentration on the start-up and steady-state periods of lab-scale UASB reactors[J]. Wat Sci Technol, 1992, 25 (7): 41--50.
關鍵詞:垃圾滲濾液 處理 方法
引言:
由于垃圾滲濾液對環(huán)境和人類的嚴重危害性,因此必須有效的處理,達到國家排放標準。但是由于滲濾液的性質特點,與一般工業(yè)廢水和生活污水來對比,其處理難度和成本都要高很多,還沒有完善出經濟高效的處理工藝,這使得垃圾滲濾液的處理成為污水處理方面的一個世界性技術難題,受到了廣泛關注和深入研究。
一、與城市污水的合并處理
合并處理是把未經處理的垃圾滲濾液引入到填埋場附近的污水處理廠,數量較大的城市污水緩沖和稀釋滲濾液,以及利用城市生活污水里的營養(yǎng)物質,使垃圾滲濾液與城市生活污水同時進行處理。但是,城市污水處理廠可以接納的垃圾滲濾液是非常有限的。經國外學者研究顯示,垃圾滲濾液與污水的比例超過0.5%,活性污泥的負荷量會增加一倍。而且,由于垃圾滲濾液本身特有的水質及變化特點,用合并處理這種方案時,應該加以控制,否則易給城市污水處理系統帶來嚴重的沖擊負荷,甚至會影響或破壞其正常運行。加之,合并處理受到填埋場附近有無污水廠的條件限制,還要考慮滲濾液在運輸工程中的運費和運輸工具等,因此合并處理未能得到廣泛推廣應用。
二、土地處理法
土地處理法是指利用土壤顆粒的過濾作用以及通過吸附、離子交換或沉淀作用,將垃圾滲濾液中的懸浮固體及溶解成分去除的處理方法。目前主要有兩種處理方法:回灌處理法及人工濕地。
1.回灌處理法
最早是由美國Poh land在上世紀70年代提出的,主要是利用垃圾填埋層這個“生物濾床”凈化垃圾滲濾液。垃圾滲濾液通過覆土層、垃圾層后會發(fā)生物理反應、化學反應和生物反應,使其被降解、截留及減少?;毓嗵幚矸绞狡鋬?yōu)點主要有設施簡化、運行費用低、基建投資省、耐沖擊負荷等。據估計,英國約有50%、美國也近200多座填埋場用的是回灌技術,Delaware州固體廢棄物管理局已將滲濾液循環(huán)處理技術應用于許多城市垃圾填埋場。
國內學者利用回灌處理+鐵促電化學氧化工藝對滲濾液進行處理,結果表明:處理后COD和NH4+-N濃度值分別降低到300ing/L以下和15mg/L以下,該工藝能夠處理可生化性較好的滲濾液。但回灌處理不足之處是容易堵塞土壤,氨氮大量積累,處理后的濃度較高,需再處理等,所以很少用回灌處理單獨處理滲濾液,此項技術在我國的應用并不普遍。
2.人工濕地
它是近幾年出現了的一種新工藝,就是人為制造出的適合水生或濕地植物生長的“環(huán)境”,其中有大量的多種活性微生物。水中可溶性固體、有機物、COD、BOD5、氮、磷及重金屬等污染物經這些微生物的生化反應,轉變成為植物生長所需的營養(yǎng)物質,從而降解污染物。其優(yōu)點是管理方便、費用低等,缺點是處理效果跟季節(jié)變化有關,且處理有機物的濃度也較低。人工濕地不適應北方寒冷的地區(qū),而適應在植物生長茂盛且生長期長的南方地區(qū)人工濕地系統多用于滲濾液的深度處理中。
三、單獨處理
單獨處理,就是在垃圾填埋場外建立獨立的處理系統,其處理方法主要有:生物處理法、物理化學法以及物化一生物組合工藝。單獨處理的優(yōu)點是能夠根據水質、水量不同的滲濾液,合理選擇處理運行工藝,易于獲得和控制運行參數,不受限于污水混合比,而且能大量處理滲濾液,是目前國內外廣泛用的處理方案。
1.生物處理法
垃圾滲濾液的生物處理法就是利用微生物在一定條件下可以大量繁殖的特點,及其自身的新陳代謝作用,吸附降解污染物,從而分離和去除污染物的方法。根據微生物的呼吸類型,生物處理一般主要包括有好氧、厭氧和厭氧-好氧生物結合處理(兼性處理)三種。有些學者認為COD濃度在5000mg/L以上的高濃度滲濾液建議采用厭氧方法進行前段預處理,然后用好氧或其他后續(xù)處理方法;COD濃度在500mg/L以下的滲濾液建議使用好氧生物處理法;COD濃度在500-5000mg/L之間的滲濾液可以根據實際情況選擇好氧或厭氧處理。
2.物理化學法
物理化學法是利用物理化學的原理和化工單元操作設計處理工藝,它與生物處理法相比,在投資和運行費用上要多出10多倍,一般都是與生物處理相結合,作為滲濾液的預處理或深度處理工藝,其主要處理方法有吸附法、化學沉淀法、吹脫法、高級氧化技術、膜分離處理技術等。
2.1吸附法
吸附法作為一種高效的物化處理手段,主要是通過使用各種不同類型的吸附劑,如活性炭、高嶺土、焦炭、焚燒爐底灰、沸石、硅藻土、粉煤灰、蒙脫石等多孔性固體物質,目前該方法在廣泛應用在化工廢水、重金屬污染、印染廢水等的污水處理領域。蹄選出一種合適而低廉的吸附劑,是吸附法處理廢水的關鍵。在垃圾滲濾液的處理中,吸附法主要作用是去除滲濾液的色度、金屬離子和難降解的有機物污染物等。
2.2化學沉淀法
它主要利用加入某種化學沉淀劑,發(fā)生化學反應,將溶解性離子轉化成不溶性固體,達到去除難降解有機物、COD、NH4+-N和重金屬。絮凝沉淀是常用也是最重要的一種化學沉淀方法,它主要是加入絮凝劑,使懸浮物及膠體顆粒加速沉降。
3.物化-生物結合工藝
滲濾液是高濃度、高分子化合物多、高毒性的廢水,只是采用單一的處理工藝很難使其處理后達標排放,越來越多的學者著眼與研究采用物化法和生物法組合的處理工藝處理滲濾液,且處理效果很好。
①對滲濾液利用厭氧-SBR-混凝沉淀Q合工藝進行處理,處理后滲濾液中COD和氨氮可達到148. 4mg/L和2. 2 mg/L, COD和氨氮的去除率分別為91. 2%和90.4%,有機物和氨氮去除效果較好。②對滲濾液用混凝吸附-兩段SBR法進行處理。預處理使用的混凝劑是聚合硫酸氯化銀鐵,對SS的去除率為84%,對色度的去除率為92%,對化學需氧量的去除率為53%,B濾液的可生化性同時得到提高。
四、結語:
近幾年,我國加大了對滲濾液處理的投資力度,北京市的阿蘇衛(wèi)填埋場、深圳下坪垃圾填埋、浙江杭州天子嶺垃圾填埋場等不斷引進國外先進技術,使我國的滲濾液處理水平邁入了新的時期。但是,由于考慮經濟和運行費用的考慮,我國的滲濾液處理仍以生物技術為主,國外的滲濾液處理則以物理化學處理技術的研究和應用為主,而對于滲濾液這種有機污染物、氨氮、重金屬濃度較高的高污染廢水來說,僅僅靠單一的生物、物理化學的處理技術無法將其處理達標排放,滲濾液的處理應從提高處理效果,降低處理成本的角度考慮,靈活用生物法與物化法結合的多種復合方法進行處理。
參考文獻:
【關鍵詞】垃圾;填埋;滲濾液;處理
0.前言
本文根據對城市生活垃圾進行探討,分析了垃圾填埋場滲濾液處理的情況,同時,根據對各個先進技術工藝進行深入了解,分析出先進的工藝技術能夠更好的進行垃圾處理,使其適合我國經濟的發(fā)展與環(huán)境的保護。文章還探討了對于生活垃圾填埋場滲濾液問題的處理及解決,為我國環(huán)境保護提供資料參考。
1.垃圾填埋場滲濾液特征
1.1滲濾液來源
(1)降水。由于氣候的變化,經常產生降雨或者降雪的天氣,雨水或者雪融化形成的水分滲入到地表,形成降水滲漏。(2)地表水流滲入。地表水主要包括對于地層表面的灌溉,使地表上的水流入地下,滲入到填埋垃圾中。(3)地下水滲入,填埋垃圾產生空缺會使地下水滲入。(4)自身水分。生活垃圾中,自身自帶的水分。(5)分解。垃圾經過分解變化形成水分。
1.2滲濾液水質特征
(1)水分滲入量小,大但是存在不同類型的水質。與城市中廢水、污水的胖放量來說,量比較小,但是收到土質及各個渠道的影響水質不同,同時水質變化也很大。(2)污染物濃度高。垃圾滲濾液中的污染物主要BOD、COD有機污染以及N污染等等,污染物濃度與垃圾中含有的易腐有機物呈正比例關系;氮物質越多,垃圾滲濾液的NH3N含量就越高;(3)金屬含量高。垃圾填埋場中產生的垃圾滲濾液含有十多種金屬離子,如鐵、鉛、鋅、汞等等;(4)可生化性。在垃圾填埋場,垃圾不斷填埋、不斷增加,隨著垃圾的堆積,早期垃圾因為積壓產生降解,受到空氣的流通有機物質會出現變質現象。在填埋完成后降解幾率會逐漸減小。在變質過程中,一些不容易降解的有機物質會隨著時間的增加而在填埋區(qū)域占主要位置,使?jié)B濾液的可生化性降低。
1.3主要成分
垃圾的來源渠道較廣,由此導致的垃圾組成成分十分復雜多樣,既含有有機物,也含有無機物,還含有大量的重金屬。
2.垃圾填埋場滲濾液處理方法
目前,垃圾滲濾液的處理方法主要是生化法、物化法,以及新的一些技術和方法。
2.1物化法
物化法主是對垃圾滲濾液進行預處理和深度處理。其主要功能是要去.圾滲濾液中的SS、NH-N、色度以及那些難以降解的有機物。當前,物化法主要有化學沉淀法、吹脫法、電化學氧化法、電催化氧化法、光助Fenton法、臭氧催化氧化法等等多種方法,當COD為2000-4000mg/L時,物化法可以將COD濃度去掉50%-87%。而且,經過物化法處理后,出水水質也將為穩(wěn)定,尤其對生物處理難度較大的低值COD、BDO有較為理想的處理效果。但物化法也有一些弊端,主要表現在處理的成本較高,不適合對那些大水量的垃圾滲濾液的處理。
2.2生化法
生化法則通常擔負起垃圾滲濾液處理系統中的主體工藝的角色,用于去除垃圾中的大部分可以生化降解的有機物和營養(yǎng)物。目前,使用較多的生化法主要有厭氧一好氧法、SBR法、MBR法等等。目前,國內外多數的垃圾滲濾液的處理工藝選擇r以生化法為主體,生化法的經濟性、易管理等特點使得該類方法得到了普遍應用
2.3其他技術
經濟的發(fā)展以及科學技術的不斷提高,在垃圾滲濾液的處理方面也在不斷的創(chuàng)新,研制出污染性小、有效的分解垃圾的技術,同時應用到實踐生活當中,為省市環(huán)境保護與人類健康提供基礎工藝。
3.廢水處理工藝
3.1工程概況及工藝流程
3.1.1工程概況。
某垃圾填埋場主要接受縣城周邊20萬人口的日常生活垃圾,平均填埋量為500rid,滲濾液的產生量約為20-120m3/d,設計處理能力為150m3/d,執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)標準。
3.1.2工藝流程。
考慮垃圾填埋場建設初期,滲濾液的生化性較好,可以通過將調節(jié)池中的滲濾液用泵進行提升,進入到UASB厭氧中,在去除大部分有機物之后,出水再流入到A/O-MBR池中,通過好氧生物的進一步作用后達到去除滲濾液中有機物的目的,最后經過硝化和反硝化達到去除滲濾液中的氨氮的效果。出水經過增壓泵的增壓,進行納濾處理后以達到進一步去除氨氮和有機物的目的,最終達到出水達標排放。對于那些后期進入填埋場的垃圾,由于滲濾液生化性較差,滲濾液中的碳氮含量濃度較低,可以直接進入A/O-MBR處理系統。
3.2高效節(jié)能管理。
對于垃圾滲濾液中水分的質量及水量容易發(fā)生變化,因此,為垃圾的處理與滲濾液的處理措施中增加了管理難度,因此,在處理垃圾滲濾液過程中,必須將滲濾液的水質及水量進行控制,控制機械設備的工作效率,有效改善垃圾填埋場的污染。在機械設備管理中,首先要進行機械質量的檢查,注意各個結構設計及材料質量的標準,應用先進技術,保證機械運行的高效性與穩(wěn)定性。其次,要注意對機械進行良好的管理與監(jiān)督,加大管理力度,將一些新技術應用到垃圾滲濾液的改善中,其中(1)需要專門的人員進行監(jiān)督,定期檢查垃圾量,控制垃圾的投放;(2)提高創(chuàng)新意識,加大科技投入,將先進的技術應用到垃圾管理的運行中,使新技術得到利用同時良好的控制垃圾滲濾液的問題;(3)引進專業(yè)人才進行管理,提高管理人員素質,采取培訓的手段將管理人員進行管理,并且提高人員素質與職業(yè)道德,使工作人員認真對待垃圾處理問題,提高其環(huán)境保護意識。
4.結論與建議
(1)不同處理方案的選擇,應在對填埋場滲濾液進行分析預測后,考慮處理系統運行的穩(wěn)定性和可靠性及耐沖擊負荷能力,進行技術經濟以及環(huán)境效益分析后慎重選擇;(2)滲濾液回灌技術因其技術、經濟優(yōu)勢,可以作為合并處理和單獨處理工藝方案的預處理,達到削減水量和污染物,并加速滲濾液水質穩(wěn)定化的作用;(3)對滲濾液回灌技術應加強對水量平衡的研究,在解決滲濾液惡臭污染物對大氣環(huán)境質量影響等問題的條件下,應采用蒸發(fā)量大的回灌技術;(4)對滲濾液生化出水中難降解的腐殖質類物質,從目前來看,采用高級氧化去除技術也存在經濟性的問題。除在超臨界水氧化技術等高級氧化技術方面深入研究外,還應對滲濾液膜處理技術進行研究。
【參考文獻】
[關鍵詞]垃圾滲濾液FEO技術應用
垃圾滲濾液是在垃圾填埋過程中產生的一種成份十分復雜的高濃度的有機廢水,目前還沒有特別有效的治理方法。傳統的生化處理法雖然常常用來處理滲濾液,但由于滲濾液中含有多種有毒有害的難降解有機物且水質水量變化很大,生化法的處理效果遠不及其對城市污水的處理?!癋EO技術”是我公司專門針對垃圾滲濾液開發(fā)的處理技術,在BOD5 CODcr比值低和很低時,使?jié)B濾液達標的關鍵性技術。
1垃圾滲濾液的特性
垃圾滲濾液的來源主要有直接降水、地表徑流、地表灌溉、地下水、垃圾自身的水分、覆蓋材料中的水分和垃圾生化反應的生成水等。其具有負荷高、水質成份復雜、濃度隨季節(jié)變化大、色度高、氨氮高、有毒性物質較多、可生化性逐漸降低等特征。滲濾液水質特征見表1。
表1 垃圾滲濾液水質特性表
項目 特 性
色味 呈淡茶色或暗褐色,色度一般在2000~4000倍之間,有較濃的腐臭味。
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7-8.5,呈弱堿性。若垃圾中煤灰多,呈弱堿性;煤灰成分少,有機物多,呈弱酸性。
BOD5 隨著時間和微生物活動的增加,浸出液中的BOD5也逐漸增加,一般填埋6個月至2.5年,達到最高峰值,隨后BOD5開始下降。
CODcr 填埋初期CODcr略高于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。浸出液中的BOD5/CODcr的比值比較高,說明浸出液較易生物降解,當填埋場填滿封場后的2~5年中BOD5/CODcr逐步降至0.1,則認為后期浸出液中難于生化降解的成分占主要。
TOC BOD5/CODcr值可反映浸出液中有機碳可生化狀態(tài)。填埋初期,BOD5/TOC值高,隨時間推移,填埋場趨于穩(wěn)定,浸出液中的有機碳以氧化狀態(tài)存在,則BOD5/TOC值降低。
溶解總固體 浸出液中溶解固體總量隨填埋時間推移而變化。填埋初期,溶解性鹽的濃度可達10000mg/l,同時具有相當高的鈉、鈣、氯化物、硫酸鹽和鐵等,填埋6~24個月達到峰值,此后隨時間的增長無機物濃度降低。
SS 一般在1000mg/l以下,垃圾填埋高度增加,SS值下降。
氨氮 氨氮濃度較高,以氨態(tài)為主。
磷 浸出液中含磷量少,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,一般不會超過環(huán)保標準,但若滲混入工業(yè)廢物或污泥混埋時,重金屬含量增加,超標可能性大。
細菌 浸出液含有毒有害物質及細菌病毒、寄生蟲等,其中大腸桿菌含量最大。
2垃圾滲濾液的處理技術
2.1生物處理技術
生物處理可大致分為厭氧生物和好氧生物處理兩種技術。在厭氧生物處理裝置中,滲濾液中的復雜有機分子被產甲烷細菌轉化成甲烷和二氧化碳,產生極少數量的需要處理的污泥,同時還具有低能耗、低運行費和所需營養(yǎng)物少等優(yōu)點。成熟的工藝有厭氧濾池(AF)、升流式厭氧污泥床(UASB)、高效厭氧反應器(UBF)等。
對于BOD與COD比值遠大于0.5的早期滲濾液,含有大量易于生物降解的脂肪酸,好氧系統是非常有效的。微生物在氧氣存在的條件下作用于有機物質,為保持好氧階段生物活性,特別是處理含有高濃度有機物的早期滲濾液時,提供大量的氧氣是非常必要的,當滲濾液有機負荷隨時間變化時,系統可通過改變氧氣供應來調整。好氧生物處理方法包括活性污泥法、生物轉盤、滴濾池和氧化塘等。
2.2 物化處理技術
物化處理技術是指通過物理化學的方法去除滲濾液中的C0D、SS、色度、重金屬等。相對于生物法,物理化學法不受滲濾液水質水量的影響,抗沖擊負荷能力較強,出水水質比較穩(wěn)定,尤其在廢水可生化性較差的時候有比較好的處理效果。近年來,用于滲濾液處理的物化法主要有活性炭吸附、化學沉淀法、吸附法、化學氧化法、反滲透法、電滲析、FEO技術等多種方法。其可作為預處理或深度處理而為滲濾液的達標排放和生物處理系統有效運行創(chuàng)造良好的條件。
2.3 組合式工藝處理垃圾滲濾液
滲濾液成分復雜,僅采用普通的生物處理工藝難以達到理想的效果,因此需采用合適的預處理措施來提高它的可生化性,以改善后續(xù)工藝的運行環(huán)境。對于處理垃圾滲濾液采用物化和生化組合式的處理工藝,可以避免這兩種方法的缺點。我公司積累近十年的工程實踐經驗,成功地開發(fā)了“厭氧+FEO+氨吹脫+好氧”的處理工藝,該處理工藝已經成功應用于十幾個垃圾滲濾液處理工程。實踐證明該工藝處理高濃度的垃圾滲濾液是目前確保出水穩(wěn)定達標的最可行技術路線之一,CODcr、BOD5、氨氮和色度的去除率均很高,是目前較先進和比較可靠的方法之一。
3FEO處理技術介紹
“FEO處理技術”是我公司專門針對垃圾滲濾液開發(fā)的滲濾液處理技術,在BOD5/CODcr比值低和很低時,使?jié)B濾液達標的關鍵性技術。我公司將該技術應用于漳州市九龍嶺生活垃圾填埋場滲濾液處理工程,湛江生活垃圾填埋場滲濾液處理工程、陽江生活垃圾填埋場滲濾液處理工程、福安垃圾填埋場滲濾液處理工程、合肥市龍泉山垃圾填埋場滲濾液處理工程等工程均獲得成功,凈化效果十分顯著。
其作用如下:FEO反應器中填料主要由Fe、Al、C、Mn、Zn、石墨等二十幾種物質按一定的配比均勻混合而成。FEO反應器由FE罐及高級氧化罐兩部分組成,“FE”指反應器中的主要填料鐵(Fe),而“O”表示氧化反應。它主要利用電解質溶液中鐵屑及其它金屬晶體結構與碳之間形成的許多局部微電池,來處理工業(yè)廢水的一種電化學處理技術。FEO反應器在沒有外加電能條件下,充分利用金屬-金屬、金屬-非金屬之間的電位差而產生的無數微小電池的作用,使廢水中的污染物通過電化氧化-還原反應、凝聚、氣浮和沉降等作用,達到凈化的目的。其電極反應式如下:
陽極反應:FeFe2++2e,E0(Fe/ Fe2+)=-0.44V
陰極反應:2H++2e2[H]H2,E0(H+/ H2)=0.00V(酸性介質)
O2+2H2O+4e4OH-,E0(O2/ OH-)=0.41V(堿性介質)
O2+4H++4e2H2O,E0(O2/ H+)=1.23V
FEO反應器特點是作用機制多、協同效應強、適用范圍廣、去除效果好、運行費用低、脫色效率高。它采用多組合工業(yè)混合原料及多元催化劑,進行多種生物化學反應、電化學反應和凝絮吸附共沉淀效應,從而分解難生化和不可生化的有機物,降低色度,為后續(xù)生化處理提供良好保障。
4FEO技術處理垃圾滲濾液工程案例
合肥龍泉山垃圾填埋場滲濾液處理站為我公司于2004年設計施工,并于2005年投入運營。合肥龍泉山垃圾填埋場位于合肥市肥東縣橋頭集鎮(zhèn),該滲濾液處理站是垃圾填埋場的主要配套工程,設在填埋庫區(qū)的西北面,該項目由我公司設計施工,合肥市建設投資公司負責工程建設,華夏監(jiān)理公司負責工程監(jiān)理。垃圾滲濾液污水調節(jié)池容積為5萬m3,滲濾液處理站設計處理規(guī)模為600m3/d,處理達標后的污水,由一條約10km的管線排入店埠河,最終進入巢湖。
垃圾滲濾液處理站設計進水水質如下:
CODcr≤6000mg/L BOD5≤3000mg/L,
SS≤500mg/LNH3-N≤800mg/L
垃圾滲濾液處理站出水排放標準如下:
滲濾液處理出水水質執(zhí)行《生活垃圾填埋污染控制標準》GB16889-1997標準中的二級標準,即:CODcr≤300mg/L,BOD5≤150mg/L,SS≤200mg/L,NH3-N≤25mg/L,pH=6~9。
本處理站工藝主體路線:UASB+FEO+氨吹脫+CASS是不同于其它傳統處理工藝,其是以先進的專利技術及工藝處理理論為依托,以大量的工程實例為基礎逐步發(fā)展改進確立起來的,具有高度的針對性及先進性,是目前垃圾滲濾液處理的成熟的處理工藝。而FEO技術作為我公司的專利工藝更是在該工藝主體線路中起到關鍵的作用。
經過這幾年的運營實踐,FEO對經過厭氧處理以后的垃圾滲濾液處理平均效果見表2。
表2FEO進出水水質對比表
水質指標 CODcr
(mg/L) BOD5
(mg/L) 氨氮
(mg/L) 色度
(倍)
進水水質 3000 1200 800 3000
出水水質 2250 1020 640 150
由此可見FEO對 CODcr有25%的去除率,對BOD5有15%的去除率,氨氮也有20%的去除率,而對色度的去除率達95%。通過測量進出水的B/C也得到了提高。實踐證明,FEO有如下優(yōu)勢:
4.1 垃圾滲濾液的色度很高,可達2000倍以上,工藝流程的主體系統采用生化為主的處理工藝,生化處理對色度的去除能力較弱,而“FEO處理技術”對有機色度的去除率可達95%以上。
4.2 垃圾滲濾液含有10%~35%難生化降解的有機物質,特別是填埋場到中后期或封場后,難生化和不可生化物質將占主導成份,只通過生化處理無法有效去除?!癋EO處理技術”中因加入特殊的催化氧化劑,可使垃圾滲濾液中的大分子難生化物質斷鏈為小分子,同時可改變一些難生化物質的分子結構,通過投加藥劑反應可生成沉淀去除。
4.3 FEO處理技術可以去除相當一部分CODcr、NH3-N,減少后續(xù)生化處理的負荷。縮短生化時間,降低運行成本。
4.4 生活垃圾中可能混入一些工業(yè)垃圾,增加垃圾滲濾液中重金屬的含量,采用FEO處理技術,能有效地去除垃圾滲濾液中的重金屬離子,確保處理后的重金屬達標排放。
5結論
垃圾填埋場因所處地區(qū)氣候(降水)、水文特點,也與填埋場運行時間密切相關,滲濾液水質是連續(xù)變化的,所以對滲濾液的處理,不僅要考慮工藝方法對滲濾液的處理效果,而且更要考慮該工藝方法對水質、水量變化的適應性。物化法控制條件靈活、調整參數方便可靠,而生物法則對連續(xù)變化的滲濾液水質具有較好的適應性,結合兩者各自特點,采用組合式工藝“厭氧+FEO+氨吹脫+好氧”處理垃圾滲濾液。FEO技術對于水質水量的變化有很好的適應性,在其水質水量變化時均能夠穩(wěn)定的運行。FEO技術處理垃圾滲濾液將是一個發(fā)展方向,有著廣闊的應用前景。
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【關鍵詞】衛(wèi)生填埋;滲濾液處理;沼氣處理
1.背景及設計參數
齊齊哈爾市位于黑龍江省西北部的嫩江平原。地勢北高南低,土地總面積為42289平方公里.人口561.1萬,其中市區(qū)人口143.9萬[1]。
設計參數:以主市區(qū)人口20萬人為例,平均每人每天產生垃圾2.0kg。處理規(guī)模為400t/d,總服務年限20年,垃圾經過小型垃圾壓縮中轉站壓縮后運至填埋場,填埋場垃圾滲濾液處理后的出水水質要求達到《國家污水綜合排放標準》。
2.生活垃圾的處理原則
生活垃圾應按減量化無害化資源化有機結合的原則處理, 同時, 還應考慮地區(qū)經濟的發(fā)展水平, 對于中小城鎮(zhèn)還應考慮盡量減少基建投資費用以及運行費用。減量化的基本任務是通過適宜的手段減少和減小固體廢物的數量和容積,垃圾處理需占用大量的土地, 盡管各種處理方法的用地指標不同, 但都有不同程度的減容效果。無害化的基本任務是將固體廢物通過工程處理,達到不損害人體健康,不污染周圍的自然環(huán)境。無害化是垃圾處理的基本要求。無論何種處理方法, 均應有消毒滅菌等防止對環(huán)境造成二次污染的設施。資源化的基本任務是采取工藝措施從固體廢物中回收有用的物質和能源,垃圾中分選出的廢舊物資的回收利用,垃圾處理中的余熱、沼氣的回收利用, 堆肥產生的肥料, 堆肥中止后復墾造地等, 都是垃圾資源化的內容。
3.工程概況
垃圾填埋場依所在場址自然地形條件的不同, 大致可分為山谷型填埋場、平原型填埋場和坡地型填埋場三種類型。山谷型填埋場一般填埋區(qū)庫容量大, 單位用地處理垃圾量最多, 考慮齊齊哈爾的自然地形因素,選則平原型填埋場。主要設計和建設內容由進場區(qū)、填埋區(qū)、滲濾液處理區(qū)、沼氣導排區(qū)四大部分組成。主體工程包括填埋庫場地平整和構建、截洪溝、防滲系統、滲濾液集排系統和調節(jié)池、滲濾液處理系統、沼氣收集及處理系統、以及配套的道路系統等
4.填埋工藝
生活垃圾的填埋有厭氧性填埋和好氧性填埋兩大類,普通厭氧性填埋和厭氧衛(wèi)生填埋由于未設置或只設置簡單的排滲導氣系統,不符合我國現行城市生活垃圾衛(wèi)生填埋的有關標準,目前已不采用[2]。改良型厭氧衛(wèi)生填埋通過設置完善的排滲導氣系統可有效防止垃圾產生的滲濾液和有害氣體污染周圍環(huán)境,其衛(wèi)生標準高,填埋作業(yè)簡便,但這種填埋類型也存在產生的滲濾液濃度,滲濾液處理效果難以達到高標準要求的缺點。好氧性填埋主要是利用機械向填埋垃圾中鼓風,從而使垃圾快速腐熟,達到早期穩(wěn)定有機物的效果,由于通氣管路多,作業(yè)繁雜,投資費用高,目前也較少用。半好氧性填埋主要是利用滲濾液收集管和填埋氣體導氣石籠向垃圾中排入自然風,使填埋場部分區(qū)域處于有氧狀態(tài),從而加速有機物分解,降低滲濾液濃度,其填埋作業(yè)方式與改良型厭氧衛(wèi)生填埋類似,但所產生的滲濾液水質的穩(wěn)定性和可生化性卻有較大的改善,可在一定程度上降低滲濾液的處理難度??紤]到本設計中的填埋場對處理后的滲濾液的出水水質要求較高,故采用了準好氧性填埋形式。在設計中為實現準好氧性填埋,還采取了如下措施。在滿足滲濾液導排要求的情況下適當加大滲濾液導排管管徑使其處于非滿流狀態(tài);適當抬高場底標高,將加入調節(jié)池得到排管管底標高控制在調節(jié)池最高水位以上,在垃圾體中設置導氣盲溝;適當加大導氣石籠直徑,提早設置沼氣收集設施。通過采取上述措施,空氣可由滲濾液導氣管、導氣石籠,導氣盲溝進入庫區(qū)填埋堆層,并隨著垃圾體的不斷堆高和沼氣逐漸被收集,使垃圾堆體內部形成一定的負壓,空氣不斷進入填埋體內,達到準好氧填埋的目的。
5.填埋場滲濾液控制及防滲處理
5.1 滲濾液
垃圾滲濾液是垃圾場運行過程中產生的主要污染物,滲濾液中含有大量的各種有機、無機污染物、重金屬、細菌等有毒有害物質,并且COD、BOD 濃度較高,如果任其排放,對周圍環(huán)境的污染及破壞程度是難以估量的,因此,必須嚴格控制垃圾滲濾液產量,它是衛(wèi)生垃圾填埋場設計成功與否的關鍵所在。影響滲濾液的主要因素:滲濾液主要來源于垃圾填埋場范圍內的降水滲透、地下水侵入、垃圾本身所含水分及其堆放過程中產生的腐熟液。影響滲濾液產量的因素十分復雜,主要有降水、地下水侵入、垃圾成分、垃圾填埋過程中地表水的徑流情況及水分蒸發(fā)等。垃圾填埋場一般不會建造在承壓地下水有可能侵入的地方,因此,“地下水的侵入”是指地表的潛水,這部分潛水的量與降水密切相關,在北方地區(qū)除夏季的瓜果等垃圾富含水分外,其余季節(jié)富含水分垃圾較少,所以降水是滲濾液的主要來源。滲濾液調節(jié)池的功能, 是蓄水和調節(jié)滲濾液處理站進水水質、水量。調節(jié)池的容積主要取決于降雨量,其優(yōu)點是:(1) 最大限度地減少雨季時垃圾滲濾水向下游污染的可能性;(2) 利于滲濾水的自凈功能, 減少污水處理的進水負荷;(3) 利于滲濾水的反灌噴淋措施的實現。所設計的垃圾處理場日處理量為400 t , 考慮各方面因數, 調節(jié)池容積為1800 m3 。
5.2 垃圾滲濾的防滲處理
考慮到垃圾滲濾液的特點和受城市污水廠處理總量的限制等多方面因素的影響,在衛(wèi)生填埋場現場建設滲濾液處理設施. 目前,國內外采用的垃圾滲濾液處理技術主要包括:物化處理、生物處理等[3]。 滲濾液的生物處理① 好氧處理法. 好氧處理主要包括:活性污泥法、曝氣氧化塘、好氧穩(wěn)定塘、生物轉盤和滴濾池. 好氧處理不僅可以有效去除BOD5 、COD 和氨氮,還可以去除一部分錳、鐵等金屬元素. 例如:廣州大田山垃圾填埋場采用的“活性污泥—氧化塘”相結合的處理工藝,處理效果良好; ② 厭氧處理法. 厭氧處理法包括:厭氧污泥床、厭氧式生物濾池、厭氧接觸池、混合反應池、分段厭氧硝化、厭氧穩(wěn)定塘等方法. 大量實驗表明,厭氧生物處理特點是能耗低,剩余污泥產生量少,所需的營養(yǎng)物質也較少,對高濃度有機廢水處理效果良好,但單獨采用厭氧法進行處理的較少,一般再用好氧生物處理進一步確保其出水水質.③ 好氧、厭氧、物理化學結合處理法. 根據北京市政設計研究院的試驗表明,采用厭氧—好氧工藝處理垃圾滲濾液,處理工藝經濟合理、效果較好,對COD 和BOD5 的去除率分別達到86 %和97 %。
6.結語
隨著生活水平的提高和環(huán)境保護技術的發(fā)展, 生活垃圾的處理已成為經濟可持續(xù)發(fā)展要解決的基本問題。由于中小城鎮(zhèn)經濟實力較差, 生活垃圾成分中無機物含量高, 熱值低, 可燃成分少, 衛(wèi)生填埋將是主要的處理方式。在衛(wèi)生填埋中, 又以半好氧型衛(wèi)生填埋法處理比較適合。但衛(wèi)生填埋場的總體設計是一個非常復雜的問題,相關的影響因素很多。由于經濟能力的原因,我們不可能一開始就制定出 “完美”的衛(wèi)生填埋場。但在我力所能及的范圍內,充分考慮了填埋場的各項影響因素和有針對性地加強填埋場的安全設計了這樣一個填埋場。希望 既能處理好生活垃圾, 又能投資省、見效快。
參考文獻
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關鍵詞:垃圾填埋場;滲濾液;處理技術
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1674-0432(2011)-07-0276-2
隨著我國經濟的快速發(fā)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(wèi)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。垃圾滲濾液中含有多種污染物,包括重金屬離子和有機物,不僅在水中存在時間長,范圍廣,而且危害極大,若不妥善處理將對環(huán)境造成嚴重污染。有效收集和處理垃圾滲濾液已成為城市環(huán)境急需解決的問題,垃圾滲濾液的處理技術成為研究者關注的熱點和難點。
1 垃圾滲濾液的產生及特點
垃圾滲濾液,又稱浸出液或滲瀝水,是垃圾填埋場中不可避免的二次污染物[1],主要來源于降水、垃圾含有的水和微生物厭氧分解產生的有機廢水[2]。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。
垃圾滲濾液污染物含量受垃圾成分、填埋年限、氣候條件和填埋場設計等多種因素的影響[3]。垃圾滲濾液水質特點可以概括為:①污染物種類多,成分復雜,濃度高。劉軍等使用GC-MS 對垃圾滲濾液中有機組分進行分析,共有63種有機化合物,大多是難以生物降解的有機化合物,如酚類、雜環(huán)類、雜環(huán)芳烴、多環(huán)芳烴類化合物,約占滲濾液中有機組分的70%以上[3];有機物濃度高,COD和BOD5濃度高,最高可達幾萬mg/L。②水質、水量變化復雜。垃圾填埋場的水文氣候條件、地質條件、地理位置、構造方式、填埋時間等不同,垃圾滲濾液的成分和產量也發(fā)生變化。而且生物可降解性隨填埋齡的增加而逐漸降低。③營養(yǎng)比例失衡。滲濾液中氨氮含量高,C/N值常出現失調情況,同時p缺乏,微營養(yǎng)比例不能滿足水處理的要求。
2 垃圾滲濾液處理工藝技術
在《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008) 于2008年7月1日頒布實施后,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,在此不多作介紹,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。
2.1 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。
例如北京阿蘇衛(wèi)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(wěn)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。
另外,早期滲濾液生化處理工藝選擇沉淀池進行泥水分離,但是由于高污泥濃度的污水在沉淀池中的沉降性差,抗污泥膨脹的能力差,從而造成生化池中的污泥濃度偏低,出水水質不穩(wěn)定。
2.2 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(fā)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(fā)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。
據相關實例數據表明,MBR系統對COD的去除率在90%以上,NH3-N在95%以上。任鶴云等采用MBR法處理滲濾液,生化部分采用硝化/反硝化工藝,膜部分采用的超濾+納濾膜,出水COD小于60mg/L,SS小于50mg/L,氨氮小于18.8mg/L重金屬等未檢出[4];康建雄等應用UASB-A/O-膜工藝處理垃圾滲濾液取得良好效果,CODcr,BOD5和氨氮的去除率分別達97.3%、98.6%和92.8%,出水水質優(yōu)于國家排放標準[5]。
2.3 膜處理技術
膜處理技術包括微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)等,常用于二級處理后的深度處理,多以微濾(MF)、超濾(UF)代替沉淀、過濾、吸附、除菌等常規(guī)深度處理中的預處理,以納濾(NF)、反滲透(RO)進行水的軟化和脫鹽。在垃圾滲濾液處理系統中,由于滲濾液的生化性較差,單獨依靠生化反應和MBR系統并不能完全實現水質達標排放,因此MBR的出水需要進一步深度處理。根據目前的處理技術,MBR出水還可通過NF或RO系統進一步處理,RO和NF都能去除細菌、微生物、溶解鹽等,但RO效果更好。一般RO和NF之前的進水都必須進行預處理,對SS及濁度都有明確的要求,一般SS≤1mg/L,濁度≤5NTU,pH控制在中性左右。對RO、NF影響比較大的環(huán)境因素除進水水質外,還有壓力、溫度等,這些因素是可控的,因此系統運行的穩(wěn)定性有了一定保證。
蘇也研究表明,MBR-NF工藝經過4個多月的運行,運行穩(wěn)定,在進水CODcr遠高于設計值的情況下,出水狀況仍然良好,滿足設計要求[6]。
2.4 組合工藝流程
目前由于環(huán)境污染的不斷加重,國家從加強環(huán)保的角度出發(fā),頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標準排放標準》(GB16889-2008),其中出水總氮成為一個重要的指標(非敏感地區(qū)40mg/L,敏感地區(qū)20mg/L)。為了滿足新的垃圾滲濾液排放標準中對總氮的要求,原有MBR工藝進一步優(yōu)化,增加一個二級硝化反硝化環(huán)節(jié),如圖1所示,MBR工藝優(yōu)化為A/O/O+A/O+外置超濾膜(UF)可以保證出水總氮達標排放。
圖1 工藝流程圖
綜上所述,滲濾液處理的工藝以“生物法+膜處理”為主,該工藝技術處理滲濾液可以達到2008年《生活垃圾填埋場污染控制標準排放標準》的排放要求。其中,生化處理過程可以有效地降解、消除污染物,膜分離處理過程可以有效地分離去除不可生化降解的殘余污染物。
3 結論和建議
垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水,其處理技術各有利弊,單獨采用任何一種處理技術很難使?jié)B濾液達標排放。因此,必須將處理工藝由單一化向多元化發(fā)展,通過組合工藝充分發(fā)揮各工藝的優(yōu)勢,以達到滿意的處理效果。“生物法+膜處理”工藝技術處理滲濾液可以達到2008年《生活垃圾填埋場污染控制標準排放標準》的排放要求,但在垃圾滲濾液的處理過程中仍存在一些問題。
3.1 老齡化填埋場滲濾液可生化性差
滲濾液的可生化性差,新生滲濾液用生化法處理是可行的,但是隨著填埋場時間的延長,滲濾液的可生化性降低,尤其是在填埋后期,可生化性很差,B/C不足0.1,生化法使用受到限制。應根據填埋場所處階段來選擇合適的工藝進行滲濾液處理。
3.2 濃縮液處理
膜分離過程可以有效地分離去除不可生化降解的殘余污染物,但同時會產生濃縮液,濃縮液的最終處理也是目前水處理行業(yè)中一個亟待解決的問題。目前濃縮液的處理方法主要有回灌法、蒸發(fā)法、高級氧化+混凝沉降組合法、活性碳吸附和離子交換法等,但是回灌法勢必造成鹽的累積;蒸發(fā)法能耗相當大,而且蒸發(fā)器要有很強的抗腐蝕能力;高級氧化+混凝沉降法對有機物有很好的去除效果,但是對總氮去除效果不明顯;活性碳吸附和離子交換法用來處理濃縮液很容易達到飽和容量,再生困難,運行費用昂貴。
滲濾液水質如果可生化性好的話,優(yōu)先選擇生化法,但是滲濾液中含有大量難降解的物質和毒性物質,生化出水仍需要深度處理,膜技術的應用解決了深度處理的問題,但是膜處理也存在膜污染和濃縮液處理的問題,如何通過技術改進和工藝組合降低運行成本和減少膜污染是今后研究的方向。
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關鍵詞:垃圾填埋場;水環(huán)境;污染控制
引言
隨著我國城市的快速發(fā)展,城市規(guī)模日益擴大、人民生活水平也在不斷提升,城市垃圾產量也隨之不斷增長,城市垃圾處理已經成為了重要的城市發(fā)展問題。城市垃圾衛(wèi)生填埋已經成為了我國城市垃圾集中處理的主要方式,垃圾地下填埋成本較低、工藝簡單,在國內得到了廣泛應用,但在垃圾填埋的過程中,其滲濾液卻可能會對水環(huán)境造成一定的污染,因此必須要針對垃圾填埋場水環(huán)境污染控制問題進行深入研究[1]。
1我國城市垃圾填埋場建設情況與滲濾液處理水平分析
我國城市垃圾填埋場衛(wèi)生填埋工作發(fā)展較晚,從上世紀80年代才真正展開對衛(wèi)生填埋場的建設,而對垃圾滲濾液的處理建設則要更晚。我國在垃圾衛(wèi)生填埋場建設方面投入了大量的財力與物力,獲得了較多成果,例如上海、北京等地區(qū)已經初步實現了對生活垃圾的無害化處理,反滲透出水也已經達到一級排放標準,但整體而言我國城市來及填埋場建設與滲濾液處理的發(fā)展仍然存在較多不足,許多垃圾填埋場在建設之初沒有嚴格按照設計圖進行建設,存在垃圾滲透液直接排放、防滲設施不達標等多個問題,給周圍水環(huán)境帶來了極大的負面影響。
2垃圾填埋場滲濾液對水環(huán)境存在的影響
城市垃圾填埋場在建設過程中必須采取有效措施對垃圾滲濾液進行處理,從而防止其向場外擴散,進而對周圍水環(huán)境帶來不可挽回的污染影響。根據中國環(huán)境科學研究院對此的研究,垃圾滲濾液中的污染物質主要包括以下幾個方面:一是垃圾自身含有的有害物質;二是垃圾在地下發(fā)酵過程中產生的水分以及有害物質;三是地下水浸泡垃圾而產生的廢水;四是回灌水。這些滲濾液是潛入地下的污染源,因此將給周圍水環(huán)境以及人體健康都帶來極大的損害,且這種危害是很難被及時發(fā)覺的,一旦污染問題開始凸顯時,實際造成的損害將已經到了難以彌補的地步,因此必須要在垃圾填埋場的建設時就充分重視對水環(huán)境污染的控制,從而較好的防范這類污染問題[2]。
3城市垃圾填埋場水環(huán)境污染控制研究
3.1填埋場防滲層設置
城市來及填埋場在建設時必須重視對防滲層的設置,從而有效防止垃圾滲透液對周圍水環(huán)境造成不可挽回的污染問題。垃圾填埋場的防滲層需要分為以下幾個部分:基礎、地下水導流層、膜下防滲保護層、土工膜、膜上保護層、滲濾液導流層以及土工織物層。其中土工膜自身的反滲透性較強,但是其缺點在于抗刺穿性能較差,因此在填埋場的垃圾填埋過程中極易出現破損而造成垃圾滲濾液的泄露,而膜下黏土保護層則具有較強的抗刺穿性能,因此即使土工膜出現破損也能夠較好的維持防滲透層的防護功能。值得注意的時,在鋪設土工膜層時,必須要對垃圾填埋場進行土壤滲透試驗,確保其滲透系數符合施工要求。
3.2排水系統設置
垃圾填埋場的排水系統主要包括以下三個部分:地下水、滲濾液以及雨水。在進行排水系統設置時,要將地下水疏排系統設置在防滲膜之下,并通過設置樹枝狀穿孔的PVC管道來進行地下水的排除工作;而滲濾液導滲系統則要設置在防滲膜之上,與地下水疏排系統實施分流處理;雨水排除系統則需要結合當地的地理風貌等因素進行設置,根據當地的自然地形來設置分區(qū),從而最大可能的降低進入到垃圾填埋區(qū)的降雨量,從而進一步降低了滲濾液水量。
3.3提高滲濾液處理水平
垃圾滲濾液的處理水平在一定程度上能夠決定垃圾填埋場的衛(wèi)生等級,垃圾滲濾液對周圍水環(huán)境將造成極大的影響,因此必須要充分重視對垃圾填埋場滲濾液的處理工作。一般的垃圾滲濾液處理方法主要包括物理化學處理方式已經以及生物處理方式。物理化學處理又包含混凝沉淀、過濾、活性炭吸附以及離子交換等,而物理化學處理方法能夠較為顯著的去除滲濾液中的污染物質,且其處理效果相對較為穩(wěn)定,但也存在處理成本較高的問題,因此必須有效結合生物法進行滲濾液的處理。在進行滲濾液的處理過程中,應該重視水質、水量對處理方法的影響,并盡可能的采用生化與物化方法相結合的形式,從而有效提升垃圾填埋場的滲濾液處理水平[3]。同時人工濕地處理技術在處理老化滲濾液方面也存在較多優(yōu)勢,因此也可以結合當地的自然地形、成本等因素選擇最佳的滲濾液處理方法。
結語
本文首先簡要分析了目前我國城市來及填埋場的建設情況以及對滲濾液的處理情況,同時也分析了垃圾填埋場滲濾液對水環(huán)境存在的影響,針對這些污染問題,本文對加強城市垃圾填埋場水污染控制問題展開了分析,認為要從填埋場防滲層設置、排水系統設置以及提高滲濾液處理水平這三個方面進行城市垃圾填埋場水污染控制。希望本文對垃圾填埋水污染問題的研究能夠對降低垃圾填埋對水環(huán)境的污染影響提供一定的幫助。
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關鍵詞:礦化垃圾反應床;滲濾液處理;生活垃圾
中圖分類號:X705文獻標識碼:A文章編號:1009-2374 (2010)15-0053-02
一、礦化垃圾反應床工藝簡介
(一)工藝概況
礦化垃圾生物反應床工藝是同濟大學提出的一種適用于垃圾滲濾液廢水處理的以廢治廢的低成本工藝。該工藝曾獲得2007年教育部技術發(fā)明二等獎和2008年上海市科技進步一等獎。
該工藝的突出特點是抗沖擊負荷性能優(yōu)越和運行費用較低。礦化垃圾含有大量的高活性微生物種群,具有高效處理滲濾液的能力,不需要固液分離裝置,即可達到較高的耐COD和NH3-N負荷沖擊能力。COD和氨氮去除效果大,去除率分別能達到95.8%和99.4%。合理控制水力負荷和進水間隔時間是保持相對穩(wěn)定的去除率關鍵。同時,由于礦化垃圾資源充足,無需曝氣,投資和運行成本低,系統運行費用約為
3元/m3,一般僅占常規(guī)處理方法的10%~30%。
(二)機理
礦化垃圾生物反應床凈化滲濾液的機理主要是配水期的截留、吸附及落干期的生物降解。在礦化垃圾里大部分可降解有機物已被去除,形成一些具有吸附和絡合能力的腐殖質類物質,并留下了很多微小的孔道,這些微孔適合微生物的附著生長。與此同時,在厭氧、缺氧或微氧的條件下,經過含有重金屬、高濃度鹽類、高濃度氨氮和其他有毒有害物質的滲濾液沖刷或浸泡,生長于垃圾中的微生物經過馴化、選擇和變異等作用,逐漸形成一個適應于這種環(huán)境的微生物群體。因此,相對于傳統生物處理法中的微生物種群,礦化垃圾中的微生物種群對滲濾液具有更強的適應性和處理能力。礦化垃圾反應床就是利用礦化垃圾本身的吸附和絡合性能,以及其中的微生物來處理滲濾液的。
二、工程設計實例
(一)工程概況
廣西隆林生活垃圾滲濾液處理工程位于縣城新州鎮(zhèn)內,廢水源自隆林生活垃圾填埋場,滲濾液處理工程規(guī)模為
60m3/d,占地面積約2400m2。考慮到該地區(qū)雨水季節(jié)時間長,滲濾液水質水量不穩(wěn)定,變化幅度大以及無力承擔高運行費等特點,選擇“厭氧調節(jié)池-礦化垃圾反應床-NF-RO”作為滲濾液處理工藝。
(二)設計進出水水質
表2隆林縣填埋場滲濾液進出水水質指標比較表
時間
項目 進水水質 出水水質
水質指標 設計值 水質指標 排放指標
CODCr (mg/L) 15000~25000 20000 96.7 ≤100
BOD5 (mg/L) 10000~15000 12000 29.1 ≤30
NH3-N (mg/L) 400~1500 800 23.1 ≤25
SS (mg/L) 1000~7000 5000 26 ≤40
(三)流程說明
圖1滲濾液處理流程圖
填埋場產生的滲濾液流進加蓋調節(jié)池進行厭氧處理,可以有效降低進入礦化床的污染負荷,之后滲濾液進入礦化垃圾反應器進行處理。礦化垃圾反應床分為三級,在三級生化作用下,可有效降低原水中的有機物、懸浮物及氨氮的含量,為后段的物化處理提供保障,減少膜處理的壓力,最后經納濾和反滲透達標排放。
(四)反應床的設計
1.反應床的分級。本工程中礦化垃圾反應床一共分為3級,第一級面積約為800m2,第二級面積約為600m2,第三級面積約為600m2,床高3m。需要注意的是,由于垃圾滲濾液濃度較高,前處理負荷較大,一級反應床需要比后兩級大1/3,以保證后續(xù)處理的正常運行。
2.反應床結構設計。(1)防滲層。防滲層的作用是阻止床內滲濾液流到床外,或阻止床外水滲入床內。設計防滲層結構與填埋場的單層水平防滲層類似,由下往上依次為750 mm左右的黏土層、2 mm厚的HDPE膜、600 g/m2的土工布。防滲材料在反應床平臺進行錨固,保證不被扯拉下滑,該做法可以替代一般的混凝土結構防滲,大大降低工程的費用。(2)集水系統。集水系統由厚度300 mm左右的碎石或卵石平鋪而成,中間設有集水盲管,在防滲層的坡度的作用下,滲濾液經處理后在集水管得到收集,進入下一級的處理。同時在集水管安裝有底層垂直通風復氧管,保證多余氣體的外排。(3)填料層。一定厚度的礦化垃圾細料,可有效過濾垃圾滲濾液的懸浮物顆粒,并為在反應床起主要生化反應作用的微生物提供生活場所。此外在填料層中間,安裝有通風復氧系統的水平和垂直花管。復氧管與外部空氣向聯通,保證反應床局部的通氣性,盡而實現反應床內部間歇厭氧好氧的反應過程。(4)配水系統的控制。國內礦化垃圾反應床布水方式上多采用移動式布水器布水,本工程設計采用旋轉噴頭取代穿孔管,能夠更均勻的將滲濾液均勻分布在礦化床的各個角落,同時利用控制提升泵的停啟,實現間歇布水方式,每三個小時布水器運行一次,一次運行布水30min。
同時為了保證反應床能夠正常運行,設計提升泵增加篩網裝置,濾去滲濾液中滲濾液中較大的雜質及顆粒物,有效防止旋轉噴頭堵塞的現象發(fā)生。
三、投資估算分析
表3垃圾滲濾液處理站工程投資表
序號 名稱 工程投資(萬元)
建筑工程 安裝工程 其他費用 合 計
1 土石方開挖及回填 4.78 4.78
2 調節(jié)池 50.29 50.29
3 礦化垃圾反應床及大棚 147.29 147.29
4 NF+RO系統 177.04 177.04
7 給水系統 16.21 16.21
8 排水系統 3.16 3.16
9 綠化工程 2.53 2.53
10 通透式圍墻工程 5.84 5.84
11 道路工程 2.72 2.72
合計 409.86
四、結論
1.就對滲濾液處理方法的選擇而言,采用生物處理為主體的工藝的投資和運行費用相對較低。礦化垃圾反應床工藝以礦化垃圾為主體的生物處理工藝,無論是在工程投資,還是運行費用上都比較低,并且在填埋場的滲濾液處理中得到廣泛應用,且效果良好。
2.礦化垃圾本身含有大量的高活性微生物種群,具有高效處理滲濾液的能力和抗沖擊負荷能力,對于隆林及其他廣西地區(qū)雨水季節(jié)時間長,滲濾液水質水量不穩(wěn)定,變化幅度大等特點有很強的適應能力,該工藝的推廣將有助于今后廣西生活垃圾填埋場滲濾液處理工程的實施和合理化建設。
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目前,我國已有大約三分之二的城市陷入到垃圾的圍城中,我國垃圾滲濾液的處理已成為不容忽視的問題,本人就目前我國垃圾滲濾液處理現狀和發(fā)展趨勢做出一些分析。
一、我國垃圾滲濾液處理現狀
目前,不同的生活垃圾處理,滲濾液的處理情況也是不相同的。例如堆肥廠的滲濾液處理,大部分都可以通過好氧堆肥的增加,或是利用生物的吸收來全部消納掉;而相對來說,焚燒廠的滲濾液處理就較為復雜,由于焚燒廠的滲濾液中污染物濃度較高,因此很難達到國家的排放標準。
據調查,目前我國的焚燒廠中能夠達到國家標準的廠子不足百分之二十,還有很多能夠達到國家標準的焚燒廠采用反滲透技術處理,這種技術能夠保證水質,但是不能夠保證出水率。據調查,部分焚燒廠即使水質達到了國家的標準,但是出水率僅僅在70%~80%左右。除此之外,生活垃圾填埋場滲濾液處理問題也是十分重要的,據調查,現在我國城市垃圾填埋場每日能產生6.4萬噸,而其中能夠達到一級排量標準的還不足百分之十,還有我們上文所說的反滲透技術處理,雖然能夠使出水達到一級標準,但是這種技術投資量較大,且運行費用高、出水率較低,并且存在著濃縮液無法進行徹底處理等問題。根據調查顯示,在我國生活垃圾處理設施中,每年都會有不少于2000萬噸的滲濾液沒有得到有效的處理,我們可以根據調查來進行一項計算,我國每天未處理的滲濾液大約是2209萬噸,加上上文提到的2000萬噸沒有得到有效處理的滲濾液,一共為4209萬噸。4200萬噸的滲濾液大約等同于22億噸城市污水。
綜上所述,我國垃圾滲濾液的排放及遷移轉化的過程,已經對生態(tài)環(huán)境和地下水的安全造成嚴重影響,嚴重的威脅到了公共衛(wèi)生安全。
二、我國垃圾滲濾液處理技術上存在的誤區(qū)
就目前我國的情況來看,如果垃圾滲濾液處理想要達到國家一級標準,使用的工藝一般為直接反滲透和生化處理反滲透;如果僅僅想要達到國家三級標準,采用的工藝一般為氨吹脫生化處理工藝或是厭氧生物硝化、反硝化。個人認為,以上這些工藝都存在著誤區(qū),下面來詳細的進行說明。
1.反滲透處理技術
滲濾液是污染濃度較高的廢水,如果采用反滲透技術對其進行處理,滲濾液原液會對反滲透膜造成污染,如果時間一長,滲濾液原液對滲透膜的污染就會導致反滲透膜的回收率降低。在最初反滲透處理技術研發(fā)的初期,經過兩三年的運行使用后,調查顯示:反滲透工藝的回收率從最初的80%下降到了50%左右。除此之外,利用反滲透工藝產生的濃縮液無法得到有效的處理,尤其是滲濾液中的高濃度氨氮,高濃度氨氮是無法通過回灌來妥善解決的,因為回灌只是通過垃圾體來進行厭氧處理,而高濃度的氨氮是無法去除的。因此,個人認為,高濃度濃縮液的處理和反滲透工藝材料的使用回收問題,是反滲透處理技術的一個誤區(qū)。
2.氨吹脫工藝技術
氨吹脫工藝技術就目前的發(fā)展來講,已經算是較為落后的一種技術了。因為氨吹脫技術需要大量的石灰,不斷調整PH值(最初PH值要調整到11左右,在處理過程中要調整為中性,并且控制在中性的范圍內),處理的成本較高。據調查,氨吹脫技術和反滲透技術的成本相當,而且氨吹脫技術的成本還有進一步上升的趨勢。
3.生物脫氮技術
目前,高濃度氨氮的處理逐漸引起廣大關注,而生物脫氮的方法,由于其需氧量過大,反應速率過慢,也無法妥善的處理高濃度氨氮的問題。有的學者提出采用亞硝酸硝化—厭氧氨氧工藝,這種工藝的原理是利用亞硝酸硝化,將氨氮轉化為亞硝酸氮,采用厭氧氨氧工藝,將剩余的氮氣轉化為氨氮,且經過學者計算,如果采用亞硝酸硝化—厭氧氨氧工藝出來的話,滲濾液的處理水力停留時間大概在2d內,每立方米的成本大概在3~5元之間,是傳統脫氮技術工藝的三分之一。因此,我認為這種方法應該是比較可行的。
三、我國垃圾滲濾液處理過程中存在的問題
個人認為,就我國目前垃圾滲濾液處理的現狀來將,存在的主要問題有以下幾個方面:
1.我國滲濾液處理工藝的處理效果不理想
由于在垃圾處理工程中,調節(jié)池的容量不足,會對處理系統產生沖擊,從而導致處理效果不佳;另外,隨著填埋時間的流逝,滲濾液碳氮比失調,令其可生化性逐漸降低,并且在我國有大量的餐廚垃圾,在這些垃圾的處理過程中,會導致滲濾液中的含鹽量失調,且大量的難降解物質,導致脫鹽和脫色的效果都比較差。
2.水質指標處理不達標
由于我國垃圾滲濾液成分復雜、可生化性差等各種特點,導致常規(guī)的工業(yè)處理并不能夠達到國家的相關標準,而先進的技術一般需要大量的人力和財力支持,容易造成嚴重的浪費。在處理過程中,高濃度氨氮的問題占據重要地位。滲濾液的水質的重要特征之一就是高濃度的氨氮,垃圾中的有機氮會隨著掩埋時間的延長而轉化成為無機氮,且氨氮的濃度也會越來越高。
四、結論
經過對我國垃圾滲濾液處理的現狀分析,個人認為,要想徹底解決目前存在的問題,就一定要從源頭開始做起,也就是說從最初的垃圾的分類開始,如果垃圾能夠被正確的分類回收,不僅能夠節(jié)約資源,減少填埋的有毒有害的物質,還能夠延長垃圾填滿場的使用時間,降低處理難度,從根本上減少滲濾液處理量,降低滲濾液處理資金的投入。
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