垃圾渗滤液处理难点及其对策研究 当前位置:首页 >  垃圾渗滤液的处理
 

    垃圾渗滤液是指垃圾在填埋和堆放过程中由于垃圾中有机物质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。渗滤液的产生量受诸多因素的影响,如降水量、蒸发量、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情况等。渗滤液产量的计算方法有水量平衡法、经验公式法与经验统计法等。

    填埋场渗滤液作为一种水溶性的组分,其性征目前已基本被人们掌握。渗滤液的COD与BOD值都非常高,含有大量有机质、氮、磷以及重金属等,其浓度高、色度深。垃圾填埋场渗滤液对周围地下水和地表水均会造成严重的环境污染。垃圾填埋场大量的地下水污染事件表明:渗滤液是地下水最重要的污染源。渗滤液中含有相当多的有毒物质,且浓度很高,正成为环境的巨大威胁,渗滤液不经处理完全排入江河湖泊,其中的有机污染物、无机污染物会使水生生物和农作物受到污染,并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害。因此必须对垃圾渗滤液进行有效的处理,将其对环境的影响降至最低。但垃圾渗滤液却由于其性征的复杂性而使得对其的处理成为目前世界上较为棘手的科学难题之一。

1 垃圾渗滤液的处理现状

    渗滤液性质的复杂多变性给渗滤液的处理处置带了极大的困难,到目前国内外尚未发展出完善的适合垃圾渗滤液处理的工艺。对渗滤液的处理处置目前的途径主要有以下几个方面:(1)将渗滤液输送到城市污水处理厂与城市生活污水合并处理;(2)采用渗滤液回灌技术处理;(3)现场建造渗滤液处理厂处理。

1.1 与城市生活污水合并处理

    渗滤液与规模适当的城市污水厂合并处理,是最为简单的处理方案,它不仅可以节省单独建设渗滤液处理系统的大额费用,还可以降低处理成本,利用污水处理厂对渗滤液的缓冲、稀释作用和城市污水中的营养物质,实现渗滤液和城市污水的同时处理,但这并非是普遍适用的方法。一方面,由于垃圾填埋场往往远离城市污水厂,渗滤液的输送将造成较大的经济负担;另一方面由于渗滤液所特有的水质及其变化特点,在采用此种方案时,如不控制,则易造成对城市污水厂的冲击负荷,甚至破坏城市污水厂的正常运行。因而,在考虑合并处理方案时,必须研究其工艺上的可行性。

1.2 渗滤液回灌处理技术

    渗滤液回灌处理技术是指采用适当措施,将从填埋场底部收集到的渗滤液,经一定方式预处理或直接利用动力设施重新打到填埋场覆盖层表面或覆盖层下部,利用填埋场覆土层及各年龄段垃圾的物化以及生物降解作用对渗滤液进行处理的一种方法。美国最早于20世纪70年代对渗滤液回灌处理技术进行研究,随后欧洲一些国家也开始利用可控制的渗滤液循环系统来治理垃圾填埋场的渗滤液。20世纪80年代末期国内开始对渗滤液回灌处理进行研究,近几年国内外主要进行回灌加速稳定化的研究。

    渗滤液回灌技术实质上是以填埋场为巨大的生物滤床,将渗滤液收集起来,通过喷灌使之回流到填埋场。回灌技术具有很多显著的优点,如设施简单,投资省,耐冲击负荷强,对重金属去除率较高,有效降低渗滤液氮含量,促进垃圾填埋场的稳定化等等。但同时,回灌技术也存在许多难以解决的问题,如回灌过程恶臭气体的挥发增加,产气量加大容易引发安全问题,对垃圾填埋场的正常运行产生一定的干扰等等,而且单纯的回灌技术并不能保证污水的达标排放。

1.3 现场建渗滤液处理厂

    现场建渗滤液处理厂在国外应用比较多,近些年国内也有不少大型填埋场修建了配套的渗滤液处理厂,但国外在这方面积累的经验较多。现场修建渗滤液处理厂必然涉及到渗滤液处理工艺,目前渗滤液的处理工艺基本上都是采用的废水处理所运用的工艺,包括生物法、物化法与土地法等。

1.3.1 渗滤液处理工艺简介

    生物法是目前国内外渗滤液处理的主体工艺,它又包括好氧技术、厌氧技术及其两者的耦合技术。好氧生物处理技术国内外研究都很多,比如申秀英等人较早对活性污泥法进行了研究,而氧化沟、SBR、生物膜、氧化塘及其改进工艺等也是好氧生物处理的常见工艺。厌氧生物处理技术也较为丰富,如UASB工艺在世界上许多国家都有良好的运用,另外,厌氧生物滤池、厌氧SBR等厌氧生物处理工艺也运用较为广泛。厌氧-好氧生物处理工艺是中、高浓度有机废水的适宜工艺,在国内有许多该工艺的运用实例,比如广州垃圾填埋和深圳下坪生活垃圾卫生填埋场等均采用了厌氧-好氧生物处理技术。渗滤液的物化处理过程包含了混凝吸附、蒸发、高级氧化、浮选和膜处理技术等。蒋建国等的实验研究表明,复合混凝剂(90%PAC+10%PAM)及试剂A(一种壳聚糖)的处理效果明显优于PAC和PAM。尚爱安等对混凝在预处理与后处理渗滤液中的作用进行了研究。张徵晟等研究提出,高级氧化技术与生物处理联合运用和各种高级氧化工艺之间的优化组合将是实现高级氧化技术在渗滤液处理中工程化运用的发展方向。

    陈钰等以反渗透处理技术为例,重点介绍了膜处理技术在城市垃圾渗滤液处理中的应用,分析了膜处理技术的优势并提出膜处理技术在未来城市垃圾渗滤液处理中的发展趋势。

    渗滤液的土地处理技术主要包括塘处理技术和人工湿地处理技术。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试、中试和生产规模的研究都表明,采用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。李寒娥认为设计方案、基质、水生植物的选用以及微生物降解等方面,是决定人工湿地系统净化效果的主要因素。在国外,美国、芬兰、挪威、加拿大、英国、斯洛文尼亚等国都成功地应用了人工湿地系统工艺处理垃圾渗滤液。

1.3.2 各处理工艺优缺点比较

    垃圾渗滤液的生物处理方法运行费用相对较低、处理效率高,不会出现化学污泥等造成二次污染,但出水很难达到渗滤液的排放标准,同时渗滤液中高浓度的NH3-N导致C/N过低,磷元素缺乏,不能满足BOD∶N∶P=100∶5∶1的微生物营养需求,因而,对处理垃圾渗滤液这种高浓度、成分复杂的有机废水来说,生化法的应用受到一定限制。

    尽管物化处理技术受水质变动影响小,出水水质比较稳定,对于BOD5/CODCr比值较低,难以进行生物处理的渗滤液有较好处理效果,但仅使用物化方法处理很难达标,而且操作复杂、处理费用昂贵,因此物化法不适于单独对大量的渗滤液进行处理。土地处理主要是利用土壤的自净能力对垃圾渗滤液进行处理。这种方法简便经济,缓冲容量大,适合于土地广阔的地区,但该方法容易产生重金属和盐类在土壤中积累的问题,对土壤和地下水造成污染,过量的盐类也会对植物的生长产生影响。另外,土壤的渗透能力也会随着时间的延长而逐渐下降,对渗滤液的处理效率也随之降低。

1.3.3 组合工艺处理技术

    垃圾渗滤液由于其特殊的性质使得几乎任一单一工艺均不能完全达到理想的处理效果。由于渗滤液特别难以降解,尤其是后期的填埋场渗滤液更具复杂性,所以在填埋场现场修建渗滤液处理厂时,宜采用较为复杂的组合工艺对渗滤液进行处理。国内外目前已经发展出众多的组合工艺,大都取得了较为良好的处理效果。王坚等在研究UASB+MBR组合工艺对渗滤液进行处理的实验后指出,垃圾渗滤液中存在较多的惰性有机物,要想达到较高的水质标准,需要采用物化法和生物法相结合的组合工艺。吴军等在实验条件下研究了UASB+SBR+ARF(陈腐垃圾生物反应床)+EF(蚯蚓生物滤床)组合处理上海老港填埋场的渗滤液,研究结果表明,虽然该组合对BOD5和NH4+-N的去除率均超过99%,但COD的去除率仅能达到约76%,出水COD接近1400mg/L,超出1000mg/L三级排放标准,而且由于容易降解的有机物总是首先被去除,所以后续工艺的反硝化过程仍然面临碳源不足的问题。而熊小京等采用A/OMBR与BAF组合工艺处理垃圾渗滤液时可进一步降解A/OMBR出水中的剩余氨氮,但BAF处理单元几乎不能降解A/OMBR出水中的剩余COD,并且随着A/OMBR出水氨氮浓度的升高,BAF硝化活性受抑制的程度也随之增大。

    由此可见,目前国内外对渗滤液的处理工艺,总体上均采用生物处理为主体工艺,把物化法作为预处理或者后处理工艺,而土地法作为后处理工艺的系统或者作为单独的处理系统。但这些组合工艺在实际运行中也都存在一定的问题,为了尽可能地对渗滤液进行较为全面、有效地处理,在生物处理的基础上,必然需要对渗滤液进行一定的预处理,为了提
高处理效果,还必须增加部分后处理工艺。

2 微电解+氧化沟+砂滤组合工艺

    通过对目前国内外渗滤液处理部分组合工艺的研究可以发现,预处理+生物处理+后处理组合方式是目前较为理想的渗滤液处理模式。为此,结合各工艺的特点,笔者提出了微电解+氧化沟+砂滤的组合工艺对渗滤液进行处理。

2.1 微电解工艺

    渗滤液的预处理方法很多,但主要还是集中在物化法上面,如混凝吸附、蒸发、高级氧化、浮选和膜处理技术等。而微电解虽然属于电化学范畴,但同时也是一种高级氧化技术。

2.1.1 微电解原理及优点

    微电解法是利用金属腐蚀原理,形成原电池对废水进行处理的良好工艺,又称为内电解法、铁屑过滤法等。微电解一般采用铁屑(较多使用铸铁屑)与其它的一些物质(比如C、沸石等)组成反应系统。

    从机理来看,微电解处理废水是由下面五点机理协同作用的结果:(1)氧化还原反应;(2)电化学絮凝;(3)物理吸附;(4)铁的混凝作用;(5)铁离子的沉淀作用。其优点主要有经济性强,适用范围广,处理效果好,可同时处理多种毒物,使用寿命长,操作维护简便等等。

2.1.2 微电解的研究应用现状

    微电解是处理高浓度废水的一种很有效的方法,特别是对生化性较差,用普通生化方法难于处理的渗滤液效果明显。刘金香等在处理衡阳吉星垃圾填埋场的渗滤液时,通过实验得出,采用微电解处理该垃圾渗滤液的最佳HRT为80min,最佳pH值为3.5,在此条件下CODCr的去除率达到29.9%。

    丛利泽等在处理厦门某生活垃圾填埋场渗滤液时也采用了微电解对渗滤液进行预处理,通过对比实验得出,当pH=3、电解时间为30min时CODCr、NH3-N的去除最为理想,通过微电解处理可去除渗滤液中的大部分NH3-N和重金属离子,改善了废水的可生化性,有利于后续生化处理。

2.2 氧化沟工艺

    在城市生活污水处理中,氧化沟技术由于其耐冲击负荷强、处理单元少、处理效果好、脱氮效果佳、产泥率低等诸多优点而被广泛应用。氧化沟的种类各式各样,有帕斯韦尔(Pasveer)氧化沟、卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟、奥尔伯(Orbal)氧化沟和一体化氧化沟等多种类型。而作为一门技术相当成熟的污水处理工艺,氧化沟自然而然地被人们运用到垃圾渗滤液的处理中来。



    在国内,许多填埋场对渗滤液处理都采用了氧化沟工艺作为生物处理单元。福州市红庙岭、中山市老虎坑、江苏姜堰市前堡、中山市坦州、北京市六里屯等多个垃圾卫生填埋场均采用了氧化沟工艺。在这些渗滤液处理厂中,氧化沟的运行均较为良好,对COD去除率达到50~80%,SS去除率为80%以上,而NH3-N的去除率在90%左右。因此,氧化沟作为笔者提出的组合工艺中的生物处理单元是非常可行的。

2.3 砂滤工艺

    过滤主要用于给水处理及污水深度处理,一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质,从而使水获得澄清的工艺过程。过滤对杂质的全面去除涉及到三个方面,即迁移机理、附着机理和脱落机理。过滤过程的影响因素有滤层厚度与粒度、有效粒径和不均匀系数、滤速、水温、水力波动以及化学因素等,一般来说,滤料越细、滤层越厚、过滤时间越长则处理效果越好。


    在垃圾渗滤液的处理工艺中,砂滤一般作为后续处理工艺。这主要是因为砂滤主要是去除水中的悬浮固体,垃圾渗滤液有机物浓度、氨氮含量高,但是渗滤液里的悬浮物并不多。所以过滤在垃圾渗滤液的COD等方面的去除效果不理想,但作为后续处理,可进一步去除垃圾渗滤液的COD、降低色度等指标。李亚峰等在进行了均粒石英砂滤料过滤效果的生产性实验后得出结论,均粒滤料的过滤性能优于非均粒滤料,将常规石英砂滤料更换为平均粒径相同的均粒石英砂滤料,能够延长过滤周期,提高产水量,经济效益明显。

2.4 各工艺之间的组合

    目前,国内并没有研究者提出微电解+氧化沟+砂滤的组合工艺来处理垃圾渗滤液。不过夏世斌等在研究微电解对其它废水的处理效果时提出了微电解-生化组合工艺,并指出,微电解-生化组合处理废水的效果受废水中含盐量的影响较大,在实际运行时应注意控制进水中盐的浓度。其中试研究表明,微电解生化组合工艺具有有机物去除效果好、结构紧凑、运行操作简便、维护少的特点,而其中试验正是建立在微电解氧化沟工艺的基础之上。而王锋等对微电解和砂滤的组合工艺对渗滤液的处理效果进行了研究。其实验结果作出了重要的结论:在色度的去除上,砂滤起了很大作用。一方面,砂滤吸附了部分水样中的发色基团;另一方面,砂滤也去除了水样中的绝大部分Fe(OH)2和Fe(OH)3絮体。由于本组合在预处理中提出了使用微电解技术,而氧化沟并不能对微电解产生的Fe(OH)2和Fe(OH)3絮体进行很好的去除,使得其出水略带黄色,因此,砂滤工艺的强化加入作用明显。最后经过砂滤处理,出水变得清澈,达到较为理想的处理效果。根据上述分析,拟工艺流程图如图3所示。
 
3 结 论

    垃圾渗滤液是一种高浓度、成分复杂、水质水量易变化的污水,人们对渗滤液的处理一直处于探索和发展之中,单一的渗滤液处理技术并不能满足人们对渗滤液的处理要求,必须采用多种方法的组合工艺。在众多组合工艺中,预处理+生化处理+后处理的组合是较为理想的组合方式。微电解由于其经济性、处理能力以及操作性上的优势成为众多预处理技术中最为适用、有效的技术之一;氧化沟具有良好的去除COD等污染物的能力,同时还具有优良的脱氮功能,能很好地对渗滤液中的NH3-N进行去除;砂滤是深度处理的常用技术之一,由于其对悬浮物和色度的良好去除功能而成为与微电解、氧化沟最理想的搭配。微电解+氧化沟+砂滤的组合工艺作为一种新的尝试,将会在今后的实践中进一步得到检验。