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垃圾滲瀝液處理新技術概述

摘要】介紹了我國垃圾滲瀝液的特性和處置形勢,闡述了MVC工藝、GZBS污水處理工藝、單級自養脫氨氮技術+OFR氧化絮凝復合床等3種已在國內開始應用的滲瀝液處置新工藝,并對垃圾滲瀝液處置工藝的選擇和未來發展方向提出了建議。

【關鍵詞】垃圾滲瀝液;達標排放;新工藝

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1005-8206(2016)01-0008-03

  1垃圾滲瀝液的特性

  垃圾滲瀝液是垃圾在堆放和填埋過程中因發酵作用、降水淋溶、地表水和地下水滲透而產生的。垃圾滲瀝液的成分受垃圾組成、垃圾填埋時間、填埋技術、氣候條件等因素影響,其中垃圾填埋時間是最主要的影響因素。若按填埋場場齡劃分,一般填埋時間在1a以下的為年輕滲瀝液,1~5a的為中齡滲瀝液,5a以上的為老齡滲瀝液[1]。

  垃圾滲瀝液的水質一般具有以下特點:①組成復雜,含有多種有機污染物、金屬和植物營養素;②有機污染物濃度高,COD和BOD最高可達幾萬mg/L;③金屬種類多,含10多種金屬離子;④氨氮高,變化范圍大;⑤組成和濃度會發生季節性變化[2]。垃圾滲瀝液的處理手段主要以生物法為主,其中年輕滲瀝液中易生物降解的有機物含量較高,B/C大,氨氮較低,適宜采用生物法處理。但是隨著填埋場場齡的增加,垃圾滲瀝液的可生化性會降低,氨氮大幅增加。這些都會抑制生物法的處理效果。垃圾滲瀝液的氨氮含量很高,達到了城市污水的幾十到幾百倍的標準,如果使用傳統的城市污水處理方法,根本就達不到排放的要求。隨著填埋的時間不斷增加,氨氮含量也會不斷增加,破壞了垃圾滲瀝液中的碳氮比例,對生物處理系統中的微生物活性產生巨大的影響,降低生物脫氮的效率。垃圾滲瀝液的水質受到各種因素的影響,如氣候、地理位置、時間以及經濟水平等,這就造成了垃圾滲瀝液的水質變化很大[3]。

  2垃圾滲瀝液處理新工藝

  2.1機械壓縮蒸發(MVC)工藝

  MVC工藝,即(低能耗)機械蒸汽壓縮蒸發(Mechanical Vapor Compression)工藝,該工藝的原理在1個世紀以前就已經有了研究,基于控制水平和機械加工水平的限制,直到20世紀70年代才開始在美國海軍艦艇中用作從海水中分離出淡水,為遠洋艦艇提供淡水補給。

  由于該工藝具有能耗低、出水水質優良、運行管理方便等特點,不斷被應用到其他的行業,如用于高濃度無機鹽廢水處理、高濃度有機廢水處理,也應用于純水制備和高濃度化工廢液的濃縮,近年來在國內外經常用于垃圾滲瀝液的處理等。MVC工藝在垃圾滲瀝液中的應用完全是物理化學分離過程,工藝過程為:滲瀝液經過濾器去除大部分SS及細小的纖維后進入后續高效自動控制低能耗MVC蒸發裝置,在蒸發裝置內利用閃蒸原理,把滲瀝液原液的水蒸發,蒸汽經冷凝后變成蒸餾水排出,蒸餾水中含有的氨,經DI離子交換系統進一步處理達標排放,出水為脫鹽蒸餾水,可作為生產、綠化用水;離子交換系統采用鹽酸再生,產生氯化銨液體,再生液與MVC濃縮液一起回灌至填埋場。同時蒸發過程產生的不冷凝氣體經酸堿處理后,達標排放。

  MVC工藝對垃圾滲瀝液處理效果良好,不受溫度、pH、進水濃度、進水成分等外界因素的影響,出水能達到GB16889—2008生活垃圾填埋場污染控制標準對一般地區的標準要求,且具有占地少,產水率高,操作管理方便,調試簡單,可隨開隨停等優點,是一種值得推廣利用的新工藝(圖1)。但是,該工藝在實際應用中也有許多不足之處需要改進:①整套MVC蒸發系統能耗較高;②MVC蒸發產生的蒸餾水中通常含有200~300mg/L的氨氮,需要另外加裝DI離子交換系統,將蒸餾水中溶解的氨氮和總氮吸附,使其達標排放;③垃圾滲瀝液含多種有機物質和較高的pH,具有腐蝕性,對MVC裝置的耐腐性要求很高;④滲瀝液蒸發后設備的結垢問題嚴重影響系統正常運行。

低能耗蒸發MVC+DI工藝流程

  圖1低能耗蒸發MVC+DI工藝流程

2.2 GZBS污水處理工藝

  GZBS污水處理工藝目前已用于杭州天子嶺垃圾滲瀝液處置工程。該工程處理規??紗?500t/d,設計進水滲瀝液COD為15000mg/L,利用GZBS工藝可實現出水COD為60mg/L。

  GZBS工藝整套流程為“AT-BC系統+二級Fenton+二級BAF”,主要由前端生化處理及后端深度處理2部分組成(圖2)。其中前端的生化處理部分基于日本的AT-BC技術的提升優化;后端深度處理部分主要采用Fenton+曝氣生物濾池(BAF)的工藝,通過高級氧化工藝進一步對剩余的污染物質進行去除,最終提標排放。GZBS工藝的核心環節就是從日本引進的AT-BC系統。AT-BC系統由回轉網狀微生物接觸器組成,系統中以Bacillus菌作為優勢菌種。通過調節系統中溶解氧濃度和投加菌種營養液使Bacillus菌大量增殖,并調節膜盤的菌種長勢、膜盤的污泥厚度、轉盤的轉速與進水水質濃度的關系,回流比的控制最終使整套系統處于最優狀態。

垃圾滲濾液GZBS工藝流程

  圖2 GZBS工藝流程

  GZBS生化系統總氮的去除率高,該工藝經過微生物Bacillus優勢菌的自然降解后,總氮從2500mg/L降至150mg/L,去除率可以達到94%以上,為后續的深度處理工藝有效降低了處理負荷和處理難度。且生化系統的污泥濃度高達10000mg/L以上,污泥沉降性能好,出水澄清度高,未出現過污泥膨脹上浮等異常現象,有效解決了垃圾滲瀝液處理中經常出現的污泥膨脹、泥水分離難、水溫波動及碳氮比失衡影響處理效率等問題??氨萂BR工藝中高污泥濃度、出水SS低的優勢,但投入成本、運行成本均比MBR工藝要低。

  GZBS深度處理系統采用的是Fenton高級氧化+BAF曝氣生物濾池的組合工藝,可有效保證滲瀝液處理的連續穩定達到GB16889—2008表3標準。

  GZBS技術對于垃圾滲瀝液處理是一種操作簡單、效果穩定、實用性極強的處理工藝。全工藝段沒有采用膜處理工藝,無濃縮液產生,解決了目前國內滲瀝液處理方面最大的一個瓶頸。但是由于GZBS工藝中需要用到Fenton藥劑和生物營養液,整套工藝的運行成本相對較高,如何使該工藝環境性和經濟性相協調依然是今后的研究重點。

  2.3單級自養脫氨氮技術+OFR氧化絮凝復合床

  該工藝主要由兩端主體處置環節組成。在脫氨氮階段,單級自氧脫氨氮技術將原來的兩級硝化反硝化脫氮方式,改變為在單級系統中進行。通過利用好氧顆粒污泥方法、生物膜方法,實現了對垃圾滲瀝液及相關高濃度氨氮廢水的高效率自養生物脫氮。到了OFR污水處理階段,系統以電能作OFR反應物的激發能,以來源穩定、性能優良、無毒、穩定的物質作為OFR反應的引發劑,以來源豐富、零成本的空氣(氧氣)作為反應原料。集物化處理中氧化分解、混凝、吸附、絡合、置換、消毒于一體。根據廢水中需要去除的污染物的種類和性質,在2個主電極之間充填高效、無毒而廉價的顆粒狀專用材料、催化劑及一些輔助劑,組成去除某種或某一類污染物最佳復合條件下,裝置內便會產生一定數量的具極強氧化性能的羥基自由基(?OH)和新生態的混凝劑。這樣廢水中的污染物便會發生諸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用,能有效降低水中的COD、SS、重金屬、色度、pH等。

  單級自養脫氨氮技術有效解決了滲瀝液處理高氨氮的難點,氨氮去除率達國家排放標準;多項中試結果表明OFR氧化絮凝復合床技術處理垃圾滲瀝液可使COD去除率達90%以上,出水水質穩定且生化性明顯提高。單級OFR處理時間僅為30min,OFR與生化技術聯合使用處理垃圾滲瀝液,在實際運行中只需經8~9h,其CODCr便可從4000~5000mg/L穩定降至100mg/L以下;色度可由1000多(倍)降到50(倍)以下,還能有效去除色度、SS、重金屬等,出水澄清透明而且無臭味。單級自養脫氨氮技術+OFR氧化絮凝復合床具有投資省、運行費用低、占地面積小、處理徹底等特點,特別適用于垃圾滲瀝液的深度處理。

  2.4滲瀝液深度處理新技術分析

  垃圾滲瀝液由于本身存在成分復雜、難降解有機物含量高、水質指標波動頻繁等缺點,已經成為水處理領域的一道難題。垃圾滲瀝液排放新標準頒布之后,國內可被利用的、能穩定滿足排放標準的深度處理技術目前只有膜技術一種。但是膜技術存在的膜污染和濃縮液處置問題也一直困擾著固廢行業從業者。筆者列舉的3項技術都具有一定的先進性,可以實現垃圾滲瀝液的有效降解,但各自也存在著不足:①MVC系統能耗較高,且設備結垢會影響工藝連續性,另外與膜技術一樣,只是將污染物進行物理分離,蒸發后濃縮液仍需找尋出路;②GZBS工藝的核心環節是微生物Bacillus優勢菌群,因此該工藝受微生物活性影響較大,工藝的穩定性需時刻關注,在深度處理環節的Fenton和BAF工藝的脫氮效果仍需考察;③單級自養脫氨氮技術+OFR氧化絮凝復合床仍然停留在小規模工程中試階段,是否能放大到大型垃圾滲瀝液處置工程還有待研究。

 3結論

  隨著環保行業科技水平的進步,垃圾滲瀝液處置新工藝不斷出現。根據前文所述的新工藝可以看出,對滲瀝液處置工藝的革新主要是將現有水處理技術重新組合和優化。但是,尚未有一套完整處置技術可以完全替代“前段生化,后端膜處理”的傳統工藝體系。許多新技術仍處于研究和中試階段。目前最適合滲瀝液達標排放的技術工藝依然是“生化+膜技術”。在探索新技術工藝的同時,努力解決膜污染和濃縮液處置等現存的膜技術瓶頸問題也是未來滲瀝液處置技術的一個發展方向。升級改造現有技術開發新型高效的處理技術,加強不同技術之間的集成研究,從整體上提高垃圾滲瀝液的處理效率,降低投資及運行成本是今后垃圾滲瀝液研究工作的重點。

  參考文獻:

  [1]姚敏,黃力群,成一知.物化法處理MSW滲濾液研究進展[J].環境科學與技術,2010,33(4):77-83.

  [2]張富韜,方少明,松全元.活性炭對垃圾滲濾液中甲醛、苯酚和苯胺吸附規律的研究[J].安全與環境學報,2003,3(4):69-72.

  [3]梁梁,尹軍,蔣寶軍,等.催化氧化技術處理垃圾滲濾液的研究進展[J].中國資源綜合利用,2009,27(12):40-43.


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