垃圾渗透液处理
垃圾渗透液处理
垃圾渗透液处理

    城市垃圾填埋场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。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物,主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等,所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说,其pH值在4~9之间,COD在2000~62000mg/L的范围内,BOD5从60~45000mg/L,重金属浓度和市政污水中重金属的浓度基本一致。城市垃圾填埋场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入环境,会造成严重的环境污染。以保护环境为目的,对渗滤液进行处理是必不可少的。[1] 

    垃圾渗滤液水质特点

垃圾渗滤液是一种黑色或者黄褐色的带有恶臭气味的液体,渗滤液含有大量的有机物和无机物,包括各种难降解有机物(如各种芳香族化合物和腐殖质等)、无机盐(如铵根、碳酸根和硫酸根等)和金属离子(如铬、铅和铜等)。由于垃圾中的成分复杂,垃圾渗滤液水质的特点之一就是污染物含量很高,而且往往含有生物毒性,其中COD的质量浓度最高可高达20000mg/L以上,包含苯及其多种衍生物,氨氮的质量浓度可达2000mg/L,这种含有有毒有机物和高氨氮的废水给其处理,尤其是生物处理带来了极大的困难,除了有毒的芳香族化合物外,渗滤液还含有大量的腐殖质和腐殖酸等大分子有机物,这些有机物虽然没有生物毒性,但由于分子量大,具有很好的化学稳定性,微生物无法实现有效的降解,因此,只采用活性污泥法不能实现对渗滤液COD的有效去除,必须增加深度处理工艺,垃圾渗滤液的另一个特点是水质水量变化大,地域对渗滤液的水质有很大的影响,相对来说,欧美国家的渗滤液污染物浓度尤其是氨氮要低于亚洲国家,欧美国家渗滤液中的氨氮的质量浓度一般在1000mg/L以内甚至更低,而亚洲国家的渗滤液氨氮的质量浓度一般都在1000mg/L,甚至可以达到5000mg/L,这可能与不同地区不同的文化和生活习惯有关,同一地点不同时间产生的渗滤液水质差别也很大,根据垃圾填场的场龄不同,垃圾渗滤液可以分为早期垃圾渗滤液(填埋场场龄5a以内)、中期垃圾渗滤液(填埋场场龄5~10a)和晚期垃圾渗滤液(填埋场场龄10a以上)。 

    处理方法

    垃圾渗滤液的处理方法主要有4种方法:

1、排往城市污水厂合并处理,这种方法的优点是无需再另建处理厂,缺点主要有2个:一个是管网的投资费用大,填埋场一般远离市区,因此需要铺设较长的输送管网;另一个是增加了城市污水厂的不稳定因素,由于渗滤液水质复杂且不稳定,城市污水厂长期接受渗滤液会给其稳定运行带来极大的隐患,很容易使活性污泥出现中毒等不良症状。

2、向填埋场的循环喷洒处理,这种方法的优点是操作简便,处理成本最低,这种方法的缺点是并没有解决渗滤液的污染问题,渗滤液的产量会越来越大,处理会越来越困难。

3、预处理后汇入城市污水处理厂合并处理.这种方法的优点是处理工艺相对简单,同时降低了城市污水厂的风险,但缺点是投资较大,且城市污水厂的安全隐患依然存在。

4、单独建设污水站,渗滤液经污水站处理达标后排放,这种方法的优点是出水水质有保证,真正实现了渗滤液的有效处理,对环境的危害最小,缺点是对工艺的要求较高,运行和管理费用较高。

综合以上因素,垃圾填埋场主要采用单独建设污水站的方法进行处理,这些渗滤液处理厂一般采用物化(预处理)+生化(包括厌氧和好氧)+物化(深度处理)的组合工艺实现达标排放。   

    处理工艺:

    与城市污水合并处理

当填埋场与污水厂相距近,渗滤液运输的经济负担较小,可将渗滤液集中排入专用管线,连接至污水厂,与其它污水共同处理,以大幅降低渗滤液中高污染物浓度,最后由污水厂做无害化处理,这种方式成本低,易实施。要使污水厂稳定、可靠的运作,渗滤液的输入必须有限度,为的是控制污水厂全厂的污染物浓度。而含有高浓度有害物的渗滤液,通常要求其输入的量控制在污水厂能力范围的2%,才能保证污水厂的稳定运行。 [3] 

生物处理法

垃圾填埋场环境复杂,其中不乏各类高污染有害物,威胁着周边的水生生态系统,尤其是地下水。为了解决安全排放问题,各地区制定的排污标准不断提高。在对垃圾渗滤液进行处理时,要想达到如此苛刻的标准,那么就要保证处理工艺的合理、稳定和科学。对生物处理法而言,它具有经济性、可靠性、简易性等特点,为此,生物处理法常作为渗滤液处理过程中的主体工艺。在衡量水质的可生化性时,可通过对BOD/COD值的变化来判断,如果该值小于0.3,需要配合适宜的预处理法,待其大于0.3后才能使用生物法进行处理;当BOD/COD大于0.3,可以直接使用生物处理法,此法包括厌氧、好氧生物处理,或两种处理法相结合。 [3] 

厌氧生化处理

厌氧生物处理的有目的运用已有近百年的历史。但直到近20年来,随着微生物学、生物化学等学科发展和工程实践的积累,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,有机负荷低等特点,使它在理论和实践上有了很大进步,在处理高浓度(BOD5 ≥2000mg/L)有机废水方面取得了良好效果。

厌氧生物处理有许多优点,最主要的是能耗少,操作简单,因此投资及运行费用低廉,而且由于产生的剩余污泥量少,所需的营养物质也少,如其BOD5/P只需为4000∶1,虽然渗滤液中P的含量通常少于1mg/L,但仍能满足微生物对P的要求。用普通的厌氧硝化,35℃ 、负荷为1kgCOD/(m3•d),停留时间10d,渗滤液中COD去除率可达90%。

    利用此法处理的渗滤液有机污染物浓度较高时,能够获得较好的效果,具有成本低、能耗低和运营简单的优势。主要的厌氧处理法主要有厌氧消化池、上流式厌氧污泥床(UASB),以及厌氧生物滤池(AF)。

(1)厌氧生物滤池(AF)由下而上进水,剩余污泥量得到降低,能够抵挡一定的冲击。加拿大学者研究发现,在去除渗滤液时,使用AF的方法可使COD的去除效率达到91%;但是随着负荷的增加,COD的去除率会骤减。

(2)上流式厌氧污泥床(UASB)具有较小的能耗和HRT。研究实验测得,在23℃的条件下,HRT=9.5h,此时有高于70%的COD去除率;随着水利停留时间的增加,COD的去除率降低。

(3)厌氧消化池投资小,其结构较为简单,出水效果不理想。针对HRT=13d、BOD=8000mg/L和COD=11000mg/L的渗滤液,波利测得,出水BOD和COD的去除率均达到了95%。

通常情况下,在好氧处理之前会设置厌氧处理方式,厌氧处理的工艺效率会受到环境等诸多因素的干涉和影响,如果填埋场场龄超过5年,适合使用厌氧处理法处理高污染的渗滤液;只是,该方法不适合早期填埋场。 [3] 

    好氧生化处理

    利用该方法可以实现铵态氮的硝化作用,去除渗滤液中的可降解有机污染物及部分金属离子,并有效降低BOD5、COD、NH3-N浓度,十分适宜于早期的填埋场,广为使用的生物处理法有曝气塘、传统活性污泥法,以及膜生物处理法。

(1)曝气塘工艺具有广占地、低成本的特点。处理过程对温度的依赖性很强,温度影响了微生物活性,可能间接降低处理液的可生化性,最终的处理效率也随之降低,此法多用在经济较落后的地区。在低温环境下,研究测得此工艺对N、P的去除率达到65%。

(2)活性污泥法成本低廉,得以广泛使用。为了减少污泥的有机负荷,普遍运用增加污泥的量的方式来实现,处理效果较好。美国宾州污水处理厂用活性污泥法处理COD=6000~20000mg/L、BOD5=3000~12000mg/L、NH3-N=200~2000mg/L的渗滤液,得到高于95%的BOD5去除率。活性污泥通过阶段性、周期进行运作,这就是序批式活性污泥法(SBR),它合并了出水、污泥分离和进水工序,具有较低的成本,泥水的分离效果也较为理想。使用SBR处理渗滤液后,国内学者发现,COD的去除率高达91%。

(3)生物膜法,它具有抵抗冲击负荷的能力,如果处理的渗滤液中NH3-N浓度较低,那么就能获得较好的效果。 [3] 

    厌氧-好氧组合工艺

虽然实践已经证明厌氧生物法对高浓度有机废水处理的有效性,但单独采用厌氧法处理渗滤液也很少见。厌氧、好氧处理法单独使用是无法达到排放标准的,如果两者进行结合,那么获得的除污率较为理想,同时大幅降低投资成本。对高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧好氧处理工艺既经济合理,处理效率又高。COD和BOD的去除率分别达86.8%和97.2%。

(1)厌氧好氧生物氧化工艺(厌氧硝化和生物氧化塘)

西南师大生物系对pH为8.0~8.6,COD为16124mg/L,BOD5为214~406mg/L、NH3- N为475mg/L的渗滤液采用厌氧好氧生物化学法处理,取得出水pH为7.1~7.9,COD为170.33~314.8mg/L,BOD5为91.4mg/L、NH3-N为29.1mg/L的良好效果。

(2)厌氧氧化沟-兼性塘工艺

该套工艺,当进水的COD较高时,出水水质良好;一旦COD 降低,特别是冬季低温少雨,COD降低到不利于生化处理时,出水各水质成分均偏高难以达标,出水呈棕褐色,尽管启用絮凝沉淀系统,效果仍不理想。由此可见,对于渗滤液的色度和NH3-N的有效去除,对生化处理将产生有利影响。

(3)厌氧-气浮-好氧工艺

(4)UASB-氧化沟-稳定塘

设计采用上流式厌氧污泥床奥贝尔氧化沟稳定塘工艺流程。垃圾填埋场的垃圾渗滤液集中到贮存库,依靠库址的较高地形,自流到集水池、格栅,经巴式计量槽计量后,靠势能流至配水池,再依靠静水头压至上流式厌氧污泥床。经厌氧处理后的污水流至一沉池进行固液分离,上清液自流到奥贝尔氧化沟,沉淀污泥靠重力排至污泥池,污泥定期用罐车送到垃圾填埋场或堆肥利用。

    污水在奥贝尔氧化沟进行好氧生化处理,奥贝尔氧化沟采用三沟式A/O工艺,具有先进的污水脱氮处理效果。该工艺突出的优点是在第一沟中既能对氨氮进行硝化,又能以BOD为碳源对硝酸盐进行反硝化,总氮去除率可达80%,由于利用了污水中BOD作碳源,导致污水中的 BOD5被去除,减少了污水中的需氧量。为了提高氧化沟脱氮效果,把第三沟的出水用潜水泵再抽至第一沟进行内回流,在第一沟中进行反硝化。

    经氧化沟处理的污水流入二沉池进行固液分离,澄清水自流至稳定塘进行生物处理。二沉池的剩余污泥靠重力排至浓缩池。浓缩池中的上清液回流至氧化沟处理,其浓缩后的污泥用潜水泵抽至罐车输送到垃圾填埋场填埋,或进行堆肥处理。  

    物化处理

    法针对大颗粒杂质,在对其进行预处理过滤时,可以使用物化处理法,同时也可以深度过滤微米级,甚至纳米级的微小粒子。为了保证主体工艺系统能够稳定的运行,物化处理要对渗滤液中的NH3-N和重金属离子进行过滤。主要的物化处理法包括膜处理、化学氧化法、吸附法,以及化学沉淀和混凝法等。  

    对渗滤液中存在的胶质物,通过絮凝状形态对其进行分离,此处理法称为混凝法,在该过程中需要借助化学药剂,即混凝剂。有研究显示,在利用混凝法处理后,在出水中,COD的去除率超过70%;分别把Fe3+和Al3+当作混凝剂,在混凝产物的产量方面,前者的产量要高于后者。而化学沉淀法是利用沉淀剂将NH3-N变成沉淀物,进而将其除去。在弱碱环境下,卡达斯等用Mg2+、PO43-沉淀剂在弱碱性环境中渗滤液NH3-N去除率高达98%。通过吸附法,可以将水中的腐殖质进行去除,最常用的吸附剂是活性炭。为了除去渗滤液中存在的难溶有机物,宾德等用活性炭吸附法将渗滤液中的难溶有机物除去率、出水色度指标等都比较理想。化学氧化法产泥率极低,是一种高效的、终极的除污方法。氨吹脱法的脱氮率较明显,但仅仅是以NH3的形式脱氮,对大气有污染隐患。膜处理法主要有反渗透、超滤、纳滤和微滤等,是利用膜所具有的筛选作用,对大分子的颗粒物进行分离,在进行深度处理时常使用此方法。在对比MF、UF对渗滤液的COD去除率进行研究后,皮昂克利兹获得的数据分别是25%和20%;皮特发现NF去除NH3-N、COD的能力分别是58%、96%;RO膜孔径最小,所以它有最好的处理效果。

    物化处理法需要的投资较大,如果对超大水量的工程使用此种处理方法,经济负担巨大。  

    土地处理法

    为了利用土壤具有的自净能力,人为的栽种植被,以此去除渗滤液中有害和有毒的物质,这就是土地处理法。土地处理法亦即土壤灌溉法,是人类最早采用的污水处理法,但是土地处理系统的应用多见于城市污水处理。对于渗滤液的处理方法,将渗滤液收集起来,通过喷灌使之回流到填埋场。循环填埋场的渗滤液由于增加垃圾湿度,从而提高了生物活性,加速甲烷生产和废物分解。其次由于喷灌中的蒸发作用,使渗滤液体积减小,有利于废水处理系统的运转,且可节约能源费用。北英格兰的Seamer Carr垃圾填埋场,有一部分采用渗滤液再循环,20个月后再循环区渗滤液的COD值降低较多,金属浓度有较大幅度下降,而NH3 -N、Cl-浓度变化较小。说明金属浓度的下降不仅是由于稀释作用引起的,也可能是垃圾中无机成分对其吸附造成的。

    该处理法具有较好的负载性,土壤的稳定化进程得到加速,不用在其运营过程中投入过多的资金,修缮成本也很低廉。倘若土地资源不够丰富,那么无法推广使用这种处理方法,该处理法显效漫长,很容易出现重金属的富集,对土壤的安全造成威胁。回灌法和人工湿地法是土地处理方法中最主要的方法。

    在对人工湿地进行研究后,嘉萨等人测得渗滤液的COD和BOD的去除率分别达到了70%和50%左右。欧美等地的研究者在人工湿地开发研究的过程中,即使时间长、气候恶劣,对渗滤液的处理都取得了不错的效果。国内的研究显示将pH值调整,回灌法的处理效果略有不同,碱性越强,对NH3-N有更高的去除率,碱性越弱,对COD有更高的去除率。

    尽管土地处理法的稳定性好、运行简单、成本低,但是要用长远的眼光看待环境问题,倘若重金属出现极为严重的沉淀,那么植被、土壤环境和地下水会就会受到较大影响。相比种植植被的初期,如果土壤的渗透力降低,那么表示土壤具有的自净能力已经发生退化,处理水质时无法得到理想的效果。土地资源极其有限,为此,土地处理法并不值得推广应用。 [3] 

    蒸发处理

    蒸发处理法常作为纯水的制作及对化学工业产生的废水进行深度浓缩,因为渗滤液的高污染、高危害的性质,近年来,许多国家开始使用蒸发系统处置渗滤液。

蒸发是一种易操作、但成本昂贵、对能源需求很高的处理方式。它运用加热、提供系统负压的途径,将渗滤液的水份蒸发,水汽通过冷却系统收集至储池,而浓液继续浓缩,到浓浆状态时,再利用脱水系统,使其失水近似干渣态。要把蒸发系统的运行状态利用到最佳,同时阻截可挥发物质及NH3-N的流失,通常在渗滤液的酸碱度方面做适当的调整。

    蒸发步骤及运行较简单,且能达到理想的效果。蒸发系统的设备精密,要消耗大量的能源。通常,当渗滤液NH3-N的浓度超标严重时,可考虑加入去NH3-N、去挥发物的工序。渗滤液通过蒸发处理的排水几乎达到理想要求,如果出水的挥发物质中COD浓度较高或NH3-N浓度较高,则要考虑更进一步的处理,以满足排放标准。

    蒸发系统还能对深度处理后的浓液进行进一步干浆化的处理,由此降低浓液回灌导致的盐富集、结垢等一系列隐患。


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