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我国垃圾渗滤液处理现状及存在问题

2014-09-02来源:互联网
摘要:对我国垃圾渗滤液处理历史和现状进行了总结,并对垃圾渗滤液氨氮浓度高和可生化性差等问题进行了探讨。述评了渗滤液处理的研究方向,即高浓度氨氮处理技术和渗滤液深度处理技术。

关键词:垃圾填埋 垃圾渗滤液 深度处理



0 引言

  随着我国城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高,我国城市生活垃圾的产量在急剧增加。到1999年,我国的城市生活垃圾年产量已达到1.4亿吨t,并且以每年8%~10 %的速度递增,人均日产垃圾已超过1 kg,接近工业发达国家水平。

  根据我国垃圾处理无害化、减量化、资源化的原则,将有一大批生活垃圾卫生填埋场得到新建。而垃圾渗滤液是否处理达标排放是衡量一个填埋场是否为卫生填埋场的重要指标之一。作为一种高浓度有机废水,渗滤液的处理近几年得到了广大研究人员的关注,进行了大量的试验研究,取得了不少成果,并有一批渗滤液处理厂已经或正在兴建。

  但由于渗滤液的水质的复杂性和特殊性,我国渗滤液处理还存在一些问题。本文对我国渗滤液处理现状进行了总结,并对存在问题提出一些研究方向。

1 排放标准

  垃圾渗滤液处理作为一个卫生填埋场必不可少的环节,近几年越来越受到人们的重视,我国根据渗滤液排放的收纳水体不同,渗滤液的排放标准也不尽相同,具体见表1[1]。

2 处理现状

  受到经济发展水平的限制,我国卫生填埋起步较晚,真正意义上的卫生填埋场从20世纪80 年代末才开始建设。渗滤液处理厂的建设就更晚,从时间上看,渗滤液的处理经历了三个阶段。

2.1 第一阶段

  表1 垃圾渗滤液的排放标准

排放标准 COD (mg/L) BOD (mg/L) NH3-N (mg/L) SS (mg/L)
三级 1000 600 - 400
二级 300 150 25 200
一级 100 30 15 70
  注:三级标准是排市政管网的标准,二级和一级分别是排地表水的标准。
  此阶段在90年代初期,处理工艺主要参照城市污水的处理方法,代表性的工程实例有杭州天子岭、北京阿苏卫等。

  杭州天子岭渗滤液处理厂简介:

  渗滤液处理厂处理量为300 m3/d ,采用三沉二曝活性污泥法工艺。

  设计进水指标为:COD为6000 mg/L, BOD为3000 mg/L;出水标准为: COD为300 mg/L,BOD为60 mg/L,SS为100 mg/L,pH为6~9。

  工艺特点为:采用两段式活性污泥法,对 DO与MLSS的浓度控制要求不一样, 一段利用细菌和低级霉菌占优势的混合种群,二段培养原生动物占优势。

  渗滤液处理厂从1991年开始投产,在填埋初期,由于渗滤液的有机物、氨氮浓度较低、可生化性较好,因此可以满足排放要求。随着填埋时间的延长,垃圾渗滤液的浓度越来越高、成分越来越复杂、可生化性降低,且变化幅度大、变化规律复杂,使得处理难度越来越大。

  北京阿苏卫渗滤液处理厂简介:

  渗滤液处理厂处理量为1 000 m3/d,工程投资为700万,采用厌氧+氧化沟的处理工艺。

  设计进水指标为:COD为5000 mg/L, BOD为2000 mg/L;出水标准为二级排放标准。

  阿苏卫渗滤液处理厂的运行情况与天子岭情况类似。

  在此阶段,由于渗滤液处理厂主要参照城市污水处理厂进行建设,没有考虑到渗滤液水质特性,因此都存在不能稳定运行的状况,出水也不能稳定达标。以生物处理为主的处理工艺处理成本一般为3~5元/m3。

2.2 第二阶段

  此阶段在90年代中后期,研究人员考虑到渗滤液的水质独特性,如高浓度的氨氮、高浓度的有机物等,采取了脱氨措施,采取的处理工艺一般为氨吹脱+厌氧处理+好氧处理,代表性的工程实例有深圳下坪、香港新界西等。

  深圳下坪渗滤液处理厂简介:

  渗滤液处理厂处理量为800 m3/d,采用氨吹脱+厌氧复合床+SBR的处理工艺。

  设计进水指标为:COD为5000~ 10000 mg/L,BOD为1000~6000 mg/L, NH3-N为2000~3000 mg/L;出水标准为三级标准。

  该工程投资1500万,工程于2002年投入使用,通过为期一年的运行,设备运行良好、出水稳定达标,处理成本12元/m3。

  工艺特点:采用了化工规整填料塔,有效地解决了渗滤液的脱氨问题。出水的氨氮保持在 10 mg/L左右。

  香港新界西渗滤液处理厂简介:

  渗滤液处理厂处理量为1800 m3/d,采用氨汽提+SBR的处理工艺。

  设计进水指标为:COD为10 000 mg/L,BOD为4000 mg/L,NH3-N为 3000 mg/L;出水标准为:COD<1000 mg/L,NH3-N<25 mg/L。

  该工程投资700万美元,工程于1998年投入使用,处理成本为4.35美元/m3。

  工艺特点:采用了汽提吹脱塔,将渗滤液的水温提高到60~70 ℃,用蒸汽进行汽提,减少了气量,同时不需要对渗滤液进行pH调整,另外,该渗滤液处理厂采用了脱氨尾气的分解装置,利用高温焚烧炉,操作温度在850 ℃,用催化燃烧的方法将脱氨尾气的氨气分解成氮气,有效地解决了脱氨尾气二次污染的问题。

2.3 第三阶段

   2000年以后,由于经济的飞速发展,新建的渗滤液处理厂一般远离城区,渗滤液没有条件排入城市污水管网,因此处理要求也相应提高,一般需要处理到二级甚至一级排放标准。此时的渗滤液若仅靠生物处理无法达到处理要求,一般采取生物处理+深度处理的方法。代表性的工程实例有广州新丰、重庆长胜桥等。

  广州新丰渗滤液处理厂采用的是 UASB+SBR+反渗透处理工艺,处理规模为500 m3/d,工程投资约6000万,处理成本约25 元/m3。重庆长胜桥渗滤液处理厂采用的是反渗透的处理工艺,处理规模500 m3/d,工程投资约 3 700万,处理成本约10元/m3,目前这两个项目均在建设过程中。

3 存在问题

  目前,我国的渗滤液处理厂存在的问题主要表现在:

3.1 渗滤液高浓度氨氮的问题

  高浓度的氨氮是渗滤液的水质特征之一,根据填埋场的填埋方式和垃圾成分的不同,渗滤液氨氮浓度一般从数十至几千mg/L不等。随着填埋时间的延长,垃圾中的有机氮转化为无机氮,渗滤液的氨氮浓度有升高的趋势。

  与城市污水相比,垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。一方面,由于高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用;另一方面,由于高浓度的氨氮造成渗滤液中的C/N比失调,生物脱氮难以进行,导致最终出水难以达标排放。

  因此,在高氨氮浓度渗滤液处理工艺流程中,一般采用先氨吹脱,再进行生物处理的工艺流程。目前氨吹脱的主要形式有曝气池、吹脱塔和精馏塔。国内用得最多的是前两种形式,曝气池吹脱法由于气液接触面积小,吹脱效率低,不适用于高氨氮渗滤液的处理,采用吹脱塔的吹脱法虽然具有较高的去除效率,但具有投资运行成本高,脱氨尾气难以治理的缺点。以深圳下坪为例,氨吹脱部分的建设投资占总投资的30%左右,运行成本占总处理成本的70%以上。这主要是由于在运行过程中,吹脱前必须将渗滤液 pH调至11左右,吹脱后为了满足生化的需要,需将pH回调至中性,因此在运行过程中需加大量的酸碱调整pH,为了提供一定的气液接触面积,还需要风机提供足够的风量以满足一定的气液比,造成了渗滤液处理成本的偏高。

  另外,空气吹脱法对于年平均气温较低的地区,存在低温条件下吹脱无法正常运行和冬季吹脱塔结冰的问题,在我国北方地区,其应用受到一定的限制。

  采用汽提的方式虽然可以较好的解决氨氮的去除问题,但由于需要提高渗滤液的水温,其处理成本仍然较高。

  据上所述,各种吹脱方式的特点对比见表2。

  表2 各种吹脱方式的对比

吹脱方式 效率 尾气处理 占地 成本 气温
曝气池 低 难处理 大 低 有影响
吹脱塔 较高 难处理 较小 高 有影响
精馏塔 很高 较易处理 最小 高 无影响
  3.2 渗滤液可生化性差的问题

  渗滤液可生化性差主要体现在两个方面:

  一是指随着填埋场填埋时间的延长,渗滤液的生化性降低,在填埋后期,可生化性很差,BOD/COD 值小于0.1,此时的渗滤液俗称老化渗滤液。

  另一方面,在填埋初期,虽然渗滤液的可生化性较好,但是光靠生物处理也很难将之处理至二级甚至一级标准以下,一般来讲,渗滤液的 COD中将近有500~600 mg/L无法用生物处理的方式处理。

4 研究方向

  根据渗滤液处理存在的问题,目前我国垃圾渗滤液处理工艺的关键主要集中在以下两个方面:高浓度氨氮处理技术和渗滤液深度处理技术。

4.1 高浓度氨氮处理技术

  高浓度氨氮处理技术,目前应用较多的主要有氨吹脱和生物脱氨技术。氨吹脱技术大多用空气为吹脱介质,低效率的吹脱设备吹脱的方式。相对而言,精馏塔脱氨是一种比较有前途的解决方案,虽然采用该法需要一定量的蒸汽,但由于水温提高了,可以减少调整pH的酸碱用量,还可以减小气液比,减少风机的电耗。另外,由于蒸馏后,脱氨尾气可以通过冷凝直接转换成液氨,可以回收利用,有效地解决了尾气难以治理的问题。因此,新型高效吹脱装置的开发,脱氨尾气的妥善处理成为了今后研究的方向。

  除了氨吹脱的方法脱氨以外,生物脱氮也是一种经济、有效的脱氨方式。但传统理论认为:氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的;硝化过程需要大量的氧气,而反硝化过程则需要一定的碳源。渗滤液氨氮浓度很高,C/N值较低,无法通过单一的生物脱氮方式解决渗滤液的脱氨问题。目前对生物脱氮技术又有了很多新的认识,如好氧反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化、短程硝化等,这些技术具有需氧量低、能耗低、负荷高、对碳源碱度需求低等优点。Mavinic D.S.等人的研究表明[2~4],在外加碳源的条件下,采用前置反硝化的MLE 工艺处理高氨氮渗滤液(氨氮浓度最高达到 1200 mgN/L)时,试验取得了较好的结果,并在研究中提出了厌氧氨氧化去除氨氮的概念。这些技术如果能在渗滤液中应用成功,将可以提高生物脱氮的能力,减少氨吹脱的量。尽量用经济的脱氮技术来处理渗滤液,这对降低处理成本,无疑起着积极的作用。

4.2 渗滤液深度处理技术

  对于老化渗滤液,由于生物处理基本无效,因此,必须采用以物化为主的深度处理技术处理。深度处理技术一般有深度氧化法,如臭氧氧化、臭氧+光催化氧化、臭氧催化氧化,以及膜处理技术等。

  国内曾进行了用负钛型TiO2作为催化剂进行光催化氧化的研究。国外对渗滤液的深度处理研究颇多,主要集中在光催化氧化和反渗透, A.Wenzel等人通过用鼓泡塔+薄膜光反应器对比UV/H2O2、UV/H2O2/O3、UV/O3等方法处理垃圾渗滤液的研究表明[5]:从运行成本和去除效率来考虑,采用UV/O3方法处理渗滤液是最为有效的方法。深度氧化技术的研究主要集中在高效反应器的研制,以提高单位能耗的处理效率,降低反应的能量输入,找出适合中国国情的渗滤液深度处理技术,使渗滤液达到相应排放标准。

  由于高级的处理技术意味着较高的投资和运行费用,如何找到一种廉价的处理方式,成为人们关注的问题。人工湿地处理技术由于具有建设和运行成本低、设备简单、易于维护等优点,用该技术处理渗滤液在近几年得到了一定应用。 Tjasa Bulc等人在Adriatic海滨建造了一座中试 CW(Constructed Wetland)[6],处理Dragonja一处公共填埋场的渗滤液,该人工湿地系统包括1座容积10 m3的均化池,2座互联的潜流床,总面积450 m2。在水力负荷为2~4.5 cm3/(cm2·d),进水COD 1264 mg/L,BOD 60 mg/L,NH3-N 88 mg/L的条件下,从1992~1996年连续监测,上述几种污染物的平均去除率分别为68%,46%,81%。这表明人工湿地对处理BOD/COD<0.05 的老化渗滤液具有较好的去除效果。另外人工湿地对氨氮的去除也有很好的效果,在监测过程中,渗滤液中氨氮浓度最高达到786 mg/L,去除率仍高达95%,这是因为湿地系统的砾石层和芦苇发达的根系具有巨大的比表面积,芦苇的根系提供了充足的氧,为硝化反硝化菌提供了生存介质和环境。

  人工湿地系统对于处理老化渗滤液具有较好的效果,因此也可作为渗滤液深度处理的方法,对于有地方建造湿地的填埋场应予以推广。

  另外对于封场后的垃圾填埋场的渗滤液也可采用人工湿地的处理方式。这是由于封场后的填埋场一般需在其表面覆盖粘土和营养土[7],并种上绿化植物,以防止雨水的侵入和填埋气体的扩散。如果将绿化植物改为芦苇等植物,并做好渗滤液的收集排放设施,这样不但可以利用闲置的土地大幅度降低渗滤液的处理成本,还可以取得良好的处理效果。
5 总结

  渗滤液作为一种特殊废水,其处理的投资、运行成本远远高于一般城市、工业污水,这主要是由于渗滤液氨氮浓度很高、有机物浓度高,导致处理工艺复杂,设备繁多。渗滤液由于在垃圾体已经经历了厌氧过程,其生化性相对较差,生物处理的停留时间较长,导致设施、设备的投资较大。而处理量一般相对较小,导致折旧、维修费较高。

  渗滤液处理由于较高的投资和运行费用,在对其进行处理时应根据当地情况,采取综合处理的措施。对于北方降雨量少,垃圾含水率较低的填埋场,采用回灌措施是较为经济、有效的方法,但对于南方城市,其应用受到一定的限制。

  对于有条件将渗滤液送至污水处理厂合并处理的地方,在不影响污水处理厂运行的前提下,可直接送至污水处理厂,否则应将之处理至符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》三级排放标准。对于没有条件与城市污水合并处理而直接排放到水体的地方,应根据不同水域,严格将之处理到二级、一级标准,避免对环境的污染。

  参考文献

1 中华人民共和国建设部标准.GB168891997生活垃圾填埋污染控制标准

2 Azevedo B D,Mavinic D S, et al.The effect of ammonia loading and operating temperature on nitrification and denitrification of a high ammonia landfill leachate Canadian. Journal of Civil Engineering, 1995, 22(3):524~534

3 Shiskowski D M, Mavinic D S. Biological treatment of high ammonia landfill leachate using predenitrification and pre/post denitrification processes. 4th Annual Environmental Engineering Specialty Conference, Canadian Society for Civil Engineering, Edmonton, Alberta, 1996

4 Shiskowski D M, Mavinic D S. Biological treatment of high ammonia leachate: influence of external carbon during initial startup. Wat Res, 1998, 32(8): 2533~2541

5 A Wenzel, et al. TOCremoval and degradation of pollutants in leachate using a thinfilm photoreator. Wat Res, 1999, 33(4): 937~946

6 Tjasa Bulc, et al. The use of constructed wetland for landfill leachate treatment. Wat Sci Tech, 1997, 35(5): 301~306

7 中华人民共和国建设部标准.C551788 1989城市生活垃圾卫生填埋场填埋技术标准

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