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垃圾渗沥液处理新技术概述

摘要】介绍了我国垃圾渗沥液的特性和处置形势,阐述了MVC工艺、GZBS污水处理工艺、单级自养脱氨氮技术+OFR氧化絮凝复合床等3种已在国内开始应用的渗沥液处置新工艺,并对垃圾渗沥液处置工艺的选择和未来发展方向提出了建议。

【关键词】垃圾渗沥液;达标排放;新工艺

中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1005-8206(2016)01-0008-03

  1垃圾渗沥液的特性

  垃圾渗沥液是垃圾在堆放和填埋过程中因发酵作用、降水淋溶、地表水和地下水渗透而产生的。垃圾渗沥液的成分受垃圾组成、垃圾填埋时间、填埋技术、气候条件等因素影响,其中垃圾填埋时间是最主要的影响因素。若按填埋场场龄划分,一般填埋时间在1a以下的为年轻渗沥液,1~5a的为中龄渗沥液,5a以上的为老龄渗沥液[1]。

  垃圾渗沥液的水质一般具有以下特点:①组成复杂,含有多种有机污染物、金属和植物营养素;②有机污染物浓度高,COD和BOD最高可达几万mg/L;③金属种类多,含10多种金属离子;④氨氮高,变化范围大;⑤组成和浓度会发生季节性变化[2]。垃圾渗沥液的处理手段主要以生物法为主,其中年轻渗沥液中易生物降解的有机物含量较高,B/C大,氨氮较低,适宜采用生物法处理。但是随着填埋场场龄的增加,垃圾渗沥液的可生化性会降低,氨氮大幅增加。这些都会抑制生物法的处理效果。垃圾渗沥液的氨氮含量很高,达到了城市污水的几十到几百倍的标准,如果使用传统的城市污水处理方法,根本就达不到排放的要求。随着填埋的时间不断增加,氨氮含量也会不断增加,破坏了垃圾渗沥液中的碳氮比例,对生物处理系统中的微生物活性产生巨大的影响,降低生物脱氮的效率。垃圾渗沥液的水质受到各种因素的影响,如气候、地理位置、时间以及经济水平等,这就造成了垃圾渗沥液的水质变化很大[3]。

  2垃圾渗沥液处理新工艺

  2.1机械压缩蒸发(MVC)工艺

  MVC工艺,即(低能耗)机械蒸汽压缩蒸发(Mechanical Vapor Compression)工艺,该工艺的原理在1个世纪以前就已经有了研究,基于控制水平和机械加工水平的限制,直到20世纪70年代才开始在美国海军舰艇中用作从海水中分离出淡水,为远洋舰艇提供淡水补给。

  由于该工艺具有能耗低、出水水质优良、运行管理方便等特点,不断被应用到其他的行业,如用于高浓度无机盐废水处理、高浓度有机废水处理,也应用于纯水制备和高浓度化工废液的浓缩,近年来在国内外经常用于垃圾渗沥液的处理等。MVC工艺在垃圾渗沥液中的应用完全是物理化学分离过程,工艺过程为:渗沥液经过滤器去除大部分SS及细小的纤维后进入后续高效自动控制低能耗MVC蒸发装置,在蒸发装置内利用闪蒸原理,把渗沥液原液的水蒸发,蒸汽经冷凝后变成蒸馏水排出,蒸馏水中含有的氨,经DI离子交换系统进一步处理达标排放,出水为脱盐蒸馏水,可作为生产、绿化用水;离子交换系统采用盐酸再生,产生氯化铵液体,再生液与MVC浓缩液一起回灌至填埋场。同时蒸发过程产生的不冷凝气体经酸碱处理后,达标排放。

  MVC工艺对垃圾渗沥液处理效果良好,不受温度、pH、进水浓度、进水成分等外界因素的影响,出水能达到GB16889—2008生活垃圾填埋场污染控制标准对一般地区的标准要求,且具有占地少,产水率高,操作管理方便,调试简单,可随开随停等优点,是一种值得推广利用的新工艺(图1)。但是,该工艺在实际应用中也有许多不足之处需要改进:①整套MVC蒸发系统能耗较高;②MVC蒸发产生的蒸馏水中通常含有200~300mg/L的氨氮,需要另外加装DI离子交换系统,将蒸馏水中溶解的氨氮和总氮吸附,使其达标排放;③垃圾渗沥液含多种有机物质和较高的pH,具有腐蚀性,对MVC装置的耐腐性要求很高;④渗沥液蒸发后设备的结垢问题严重影响系统正常运行。

低能耗蒸发MVC+DI工艺流程

  图1低能耗蒸发MVC+DI工艺流程

2.2 GZBS污水处理工艺

  GZBS污水处理工艺目前已用于杭州天子岭垃圾渗沥液处置工程。该工程处理规模可达1500t/d,设计进水渗沥液COD为15000mg/L,利用GZBS工艺可实现出水COD为60mg/L。

  GZBS工艺整套流程为“AT-BC系统+二级Fenton+二级BAF”,主要由前端生化处理及后端深度处理2部分组成(图2)。其中前端的生化处理部分基于日本的AT-BC技术的提升优化;后端深度处理部分主要采用Fenton+曝气生物滤池(BAF)的工艺,通过高级氧化工艺进一步对剩余的污染物质进行去除,最终提标排放。GZBS工艺的核心环节就是从日本引进的AT-BC系统。AT-BC系统由回转网状微生物接触器组成,系统中以Bacillus菌作为优势菌种。通过调节系统中溶解氧浓度和投加菌种营养液使Bacillus菌大量增殖,并调节膜盘的菌种长势、膜盘的污泥厚度、转盘的转速与进水水质浓度的关系,回流比的控制最终使整套系统处于最优状态。

垃圾渗滤液GZBS工艺流程

  图2 GZBS工艺流程

  GZBS生化系统总氮的去除率高,该工艺经过微生物Bacillus优势菌的自然降解后,总氮从2500mg/L降至150mg/L,去除率可以达到94%以上,为后续的深度处理工艺有效降低了处理负荷和处理难度。且生化系统的污泥浓度高达10000mg/L以上,污泥沉降性能好,出水澄清度高,未出现过污泥膨胀上浮等异常现象,有效解决了垃圾渗沥液处理中经常出现的污泥膨胀、泥水分离难、水温波动及碳氮比失衡影响处理效率等问题。堪比MBR工艺中高污泥浓度、出水SS低的优势,但投入成本、运行成本均比MBR工艺要低。

  GZBS深度处理系统采用的是Fenton高级氧化+BAF曝气生物滤池的组合工艺,可有效保证渗沥液处理的连续稳定达到GB16889—2008表3标准。

  GZBS技术对于垃圾渗沥液处理是一种操作简单、效果稳定、实用性极强的处理工艺。全工艺段没有采用膜处理工艺,无浓缩液产生,解决了目前国内渗沥液处理方面最大的一个瓶颈。但是由于GZBS工艺中需要用到Fenton药剂和生物营养液,整套工艺的运行成本相对较高,如何使该工艺环境性和经济性相协调依然是今后的研究重点。

  2.3单级自养脱氨氮技术+OFR氧化絮凝复合床

  该工艺主要由两端主体处置环节组成。在脱氨氮阶段,单级自氧脱氨氮技术将原来的两级硝化反硝化脱氮方式,改变为在单级系统中进行。通过利用好氧颗粒污泥方法、生物膜方法,实现了对垃圾渗沥液及相关高浓度氨氮废水的高效率自养生物脱氮。到了OFR污水处理阶段,系统以电能作OFR反应物的激发能,以来源稳定、性能优良、无毒、稳定的物质作为OFR反应的引发剂,以来源丰富、零成本的空气(氧气)作为反应原料。集物化处理中氧化分解、混凝、吸附、络合、置换、消毒于一体。根据废水中需要去除的污染物的种类和性质,在2个主电极之间充填高效、无毒而廉价的颗粒状专用材料、催化剂及一些辅助剂,组成去除某种或某一类污染物最佳复合条件下,装置内便会产生一定数量的具极强氧化性能的羟基自由基(•OH)和新生态的混凝剂。这样废水中的污染物便会发生诸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用,能有效降低水中的COD、SS、重金属、色度、pH等。

  单级自养脱氨氮技术有效解决了渗沥液处理高氨氮的难点,氨氮去除率达国家排放标准;多项中试结果表明OFR氧化絮凝复合床技术处理垃圾渗沥液可使COD去除率达90%以上,出水水质稳定且生化性明显提高。单级OFR处理时间仅为30min,OFR与生化技术联合使用处理垃圾渗沥液,在实际运行中只需经8~9h,其CODCr便可从4000~5000mg/L稳定降至100mg/L以下;色度可由1000多(倍)降到50(倍)以下,还能有效去除色度、SS、重金属等,出水澄清透明而且无臭味。单级自养脱氨氮技术+OFR氧化絮凝复合床具有投资省、运行费用低、占地面积小、处理彻底等特点,特别适用于垃圾渗沥液的深度处理。

  2.4渗沥液深度处理新技术分析

  垃圾渗沥液由于本身存在成分复杂、难降解有机物含量高、水质指标波动频繁等缺点,已经成为水处理领域的一道难题。垃圾渗沥液排放新标准颁布之后,国内可被利用的、能稳定满足排放标准的深度处理技术目前只有膜技术一种。但是膜技术存在的膜污染和浓缩液处置问题也一直困扰着固废行业从业者。笔者列举的3项技术都具有一定的先进性,可以实现垃圾渗沥液的有效降解,但各自也存在着不足:①MVC系统能耗较高,且设备结垢会影响工艺连续性,另外与膜技术一样,只是将污染物进行物理分离,蒸发后浓缩液仍需找寻出路;②GZBS工艺的核心环节是微生物Bacillus优势菌群,因此该工艺受微生物活性影响较大,工艺的稳定性需时刻关注,在深度处理环节的Fenton和BAF工艺的脱氮效果仍需考察;③单级自养脱氨氮技术+OFR氧化絮凝复合床仍然停留在小规模工程中试阶段,是否能放大到大型垃圾渗沥液处置工程还有待研究。

 3结论

  随着环保行业科技水平的进步,垃圾渗沥液处置新工艺不断出现。根据前文所述的新工艺可以看出,对渗沥液处置工艺的革新主要是将现有水处理技术重新组合和优化。但是,尚未有一套完整处置技术可以完全替代“前段生化,后端膜处理”的传统工艺体系。许多新技术仍处于研究和中试阶段。目前最适合渗沥液达标排放的技术工艺依然是“生化+膜技术”。在探索新技术工艺的同时,努力解决膜污染和浓缩液处置等现存的膜技术瓶颈问题也是未来渗沥液处置技术的一个发展方向。升级改造现有技术开发新型高效的处理技术,加强不同技术之间的集成研究,从整体上提高垃圾渗沥液的处理效率,降低投资及运行成本是今后垃圾渗沥液研究工作的重点。

  参考文献:

  [1]姚敏,黄力群,成一知.物化法处理MSW渗滤液研究进展[J].环境科学与技术,2010,33(4):77-83.

  [2]张富韬,方少明,松全元.活性炭对垃圾渗滤液中甲醛、苯酚和苯胺吸附规律的研究[J].安全与环境学报,2003,3(4):69-72.

  [3]梁梁,尹军,蒋宝军,等.催化氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展[J].中国资源综合利用,2009,27(12):40-43.