生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺

生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺 张 静 （环境与市政工程系 024409253） 【摘要】随着我国工业化步伐加快，中国城市化水平不断提高。全国城镇人口不断增加， 2012 年我国城镇人口首次突破 50%。世界发达国家的城市化平均水平在 80%以上。近十年我国 城市化平均水平按 55%考虑且全国（内地）总人口数不发生增长，随之带来的是生活垃圾的不 断增加。若每城市人口人均产垃圾量按 1kg/人天计算，则每天产生的垃圾量为 73.68 万 t/d。近二十年来，国外发达国家城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥、回收 处理方式。 采用卫生填埋处理城市生活垃圾，必定会产生垃圾渗滤液目前，国内外垃圾渗滤 液处理主要方法：化学混凝沉淀、氨吹脱法、催化氧化法、生化法、膜过滤、回喷等。而单一 方法很难把渗滤液处理彻底，一般均采用二种或以上组合工艺处理。本文通过考察国内外垃圾 渗滤液处理工艺，比较各自的优缺点，旨在找到一种更有效的处理垃圾渗滤液工艺及垃圾渗滤 液处理工艺研究方向。 【关键词】技术改进；渗滤液；渗滤液处理工艺 1. 渗滤液控制系统概述 生活垃圾卫生填埋是我国目前广泛采用的垃圾处理方法。现代意义的垃圾卫 生填埋已发展成为底部和四周都密封的结构,从而防止了渗滤水的流出和地下水的 渗入,并且对垃圾渗滤液进行收集和处理,有效地保证了环境的安全。在垃圾填埋 过程中,会产生大量的高浓度渗滤液。 渗滤液控制有两个方面的含义:一是渗滤液水质的控制;二是渗滤液水量的控 制。本文重点讨论渗滤液水量控制。渗滤液的产生主要来自三个方面:一是降水的 渗入,包括降雨和降雪,它是渗滤液产生的主要来源;二是原有垃圾中含有的水分; 三是垃圾在降解过程中产生的水 分。渗滤液控制系统设计主要包括:防止渗渗滤液扩散、减少产生量、调解+回灌/ 回喷、完全场内处理。 2. 垃圾渗滤液处理方法及原理 (1) 化学混凝沉淀 以化学混凝剂使水中悬浮颗粒和胶体凝聚成大的颗粒从而沉降得以与水分离的水 处理技术。化学混凝沉淀一般为垃圾渗滤液处理的前处理或者说预处理。 (2) 氨吹脱法 吹脱工艺是利用调节 pH 至碱性来改变铵离子的电离平衡，使水中的铵盐以游离 氨形式存在，再通过吹脱，大量空气与溶液充分接触，使液相中氨转移到气相中 实现水中氨氮的去 除，氨氮的脱除效率可以达到 50%80%，COD 的去除率一般为 1030%，所以吹脱 通常作为处理工艺的前处理。 (3) 催化氧化法 通过催化剂的作用，降低反应能，使原本不能发生氧化还原反应的两种或多种物 质发生氧化还原反应。 (4) 生化法 目前常用的生化法分为好氧生化法和厌氧生化法；两种方法都是利用细菌对有机 物的高效反应机能，对有机物进行分解。不同的是，前者利用好氧菌在有氧的环 境下，对有机物进行分解；后者利用厌氧菌在无氧的环境下，对有机物进行分解。 (5) 膜过滤 目前膜过滤，根据过滤精度的不同，分为微滤、超滤、钠滤、反渗透等。其中超 滤分为内置式与外置式，可以与好氧生化工艺联合应用。内置式好氧处理工艺即 我们通常所说的 MBR 工艺。就反渗透处理垃圾渗透液而言，分为卷式膜过滤工艺 和蝶式膜过滤工艺。 (6) 回喷 回喷处理垃圾渗滤液，即是将产生的垃圾渗滤液收集后回喷或者说回灌填埋场垃 圾堆体的一种方法。通过回喷，利用垃圾堆体本身天然的菌种分解回喷水中的有 机物，从而最终使垃圾堆体稳定。 3. 垃圾渗滤液处理方法优缺点 (1) 化学混凝沉淀法 化学混凝沉淀处理垃圾渗滤液，主要去除渗滤液中的悬浮物及胶体，在加碱 后，对重金属也有较好的去除。但对水中溶解的 BOD、COD 去除较小。仅作为渗 滤液处理工艺段的预处理。 (2) 吹脱处理法 吹脱工艺中氨氮的脱除效率主要受 pH、温度的影响，要想达到较高的脱除率 只有达到较高的 pH 或较高的温度，同时需要很高的气水比，这就使得吹脱工艺 需要耗费大量的药品和能源，在不需要加热的前提下，通常吨水运行费用在 10 元以上，作为一项前处理工艺，10 多元的运行费用相对较高。即便如此，在气温 较低的地区运行，效果很难保证，出水极不稳定，甚至无法运行。吹脱出的氨气 如不吸收会造成二次污染，设吸收塔吸收后生成的硫酸铵由于浓度过低也没有很 3 好的出路。 (3) 催化氧化法 催化氧化法处理垃圾渗滤液目前均在实验室研究阶段，主要是常规氧化剂难 以将渗滤液的有机物氧化。由渗滤液中有机物组分复杂，在短期很难找到廉价的 氧化剂及合适的催化剂。催化氧化法处理垃圾渗滤液可以作为一个研究方向加以 进一步研究。 (4)传统活性污泥法 传统的活性污泥法，这里所说的传统活性污泥是指广泛应用于传统的市政污 水及工业污水处理的生化工艺，生物膜法如接触氧化、生物滤池，活性污泥法如 SBR、氧化沟、A/O 及其诸多的衍生工艺。这些传统工艺均在市政污水及工业污水 方面有很多成功的案例，但垃圾渗滤液有其显著的特点和诸多的不确定因素，这 就给传统生化工艺的实施带来很大的困难。应用于处理渗滤液中，在以下几方面 存在问题： 针对可生化性差的渗滤液无能为力，垃圾渗滤液成份复杂，含有大量高分 子难以生化降解的污染物，尤其是到填埋场晚期，渗滤液中的易降解有机物已在 垃圾堆体中消耗殆尽，生化工艺对其基本没有处理效果。 难以应对渗滤液的高浓度、高毒性，抗冲击能力差；渗滤液具有高浓度、 高毒性、水质水量变化大的特点，这些特点均会对生化系统造成很大的冲击，这 是在其它污水中比较少见的， 传统工艺由于污泥浓度低，面积大，混合效果差，从而易对局部区域的微 生物造成毒害抑制作用，进而影响整个系统的处理效果。 (5)厌氧处理法 厌氧工艺广泛应用于高浓度有机污水，也适用于部分垃圾渗滤液处理，通常 使用的厌氧反应器有上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、完全混合式厌氧反应器等。 在垃圾渗滤液处理中应用厌氧工艺有如下优势： 能耗低，厌氧不耗氧，只需要回流或搅拌，COD 的去除率可以达到 6070%，在 COD 浓度很高的情况下，COD 总量的去除是相当可观的，降低了整个系统的运行 费用； 可以产生再生能源；厌氧可以产沼气，沼气可以再利用，用来发电或产热； 二次污染小。厌氧产泥量小，减少了二次污染； 渗滤液除了含有高浓度的有机污染物外，还含有大量的氨氮、盐类、重金属 等污染物，厌氧工艺在应用中也同样存在很多局限性：过度的除碳造成反硝化困 难；厌氧工艺对于除炭来说效果明显，但对氨氮没有去除率，相反还会增加氨氮 的浓度，为后续的好氧除氨氮增加了负荷。对于某些类型的渗滤液，如中、 晚期 的填埋场渗滤液，COD 浓度相对较低，氨氮浓度则很高，炭氮比对于反硝化反应 来说已经失衡，如果前处理中设厌氧工艺，后续的反硝化则需要投加炭源。 对于厌氧填埋工艺，由于垃圾填埋堆体和调节池本身就是厌氧反应器，在渗 滤液处理工艺中再设置厌氧段，意义不大；厌氧反应器的产甲烷菌生长速度慢， 对生存环境要求苛刻，应用于渗滤液处理则表现为启动缓慢。 (6) 卷式膜法 卷式膜工艺，传统的卷式膜更多的应用于给水、市政污水、中水回用、海水淡化 等领域，包括卷式反渗透和纳滤。这种膜组件是针对纯水领域设计的，德国从 1986 年开始尝试应用到渗滤液的处理中，但因为接下来的运行中出现了膜污染问 题，有些已被替换成碟管式反渗透设备。 4 新式垃圾填埋场渗滤液处理技术 (1) DT 膜技术简介 DTRO 工艺，DT 膜技术即碟管式膜技术，分为 DTRO（碟管式反渗透）和 DTNF（碟 管式纳滤）两大类，是一种专利型膜分离设备。该技术是专门针对渗滤 液处理开发的， 1988 年在德国政府的支持下，由 ROCHEM 公司研制成功，并应用于德国 Ihlenberg 填埋场，至今已运行了十八年，目前设备运行稳定，日处理 1,500t 渗滤液。它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：碟管式膜组件 具有专利的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从 导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过 8 个通 道进入导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后 180 逆转到 另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导 流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料 端法兰处流出。 (2) DT 膜技术特点 DT 膜柱独特的结构使其具有以下特点，这也是膜分离工艺应用于渗滤液处理 所必需的特性。 最低程度的膜结垢和污染现象 如前所述，DT 组件具备 4mm 开放式宽流道及独特的带凸点导流盘，料液在 组件中形成湍流状态，最大程度上减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产 生，使得 DT 组件即使在高压的操作环境下也能体现其优越的性能。 膜使用寿命长 DT 膜组件有效避免膜的结垢，膜污染减轻，使反渗透膜的寿命延长。DT 的 特殊结构及水力学设计使膜组易于清洗，清洗后通量恢复性非常好，从而延长了 膜片寿命。实践工程表明，在渗液原液处理中，一级 DT 膜片寿命可长达 3 年， 甚至更长，接在其它处理设施后（比如 MBR）寿命长达 5 年以上，这对一般的反 5 渗透处理系统是无法达到的。 投资成本高 DT 膜处理通量比卷式膜小，单位面积的膜价格较卷式膜高。两相比较，大约 是卷式膜投资的 40 倍。 5 垃圾渗滤液处理技术改进及深入研究 目前，国内垃圾渗滤液处理技术应用之一为维尔利环境工程（常州）有限公 司的外置式 MBR+NF/RO（卷式膜） ，此工艺是在传统的生化处理基础上加以改进， 摈弃了氨吹脱，生化应用 A/O 工艺，大比例回流曝气池混合液，反硝化去氨氮。 NF/RO 均采用常规卷式膜，对于膜系统来说，投资不高，对于非膜处理系统来说， 投资还是偏高。此工艺 NF/RO 浓缩液均需要回喷堆场，对于多雨的中国南方应用 价值有限。 另一种国内垃圾渗滤液处理技术应用之一为北京天地人环保科技有限公司的 砂滤+精密过滤+RO（蝶式膜） ，此工艺在传统处理方法有更大的改进，纯物理过滤， 清液达标排放，浓缩液回喷堆场。较前者处理工艺路线短，但回喷量有增加，同 样对于多雨的中国南方应用价值有限。没有生化系统，如果堆场生化作用有限， 将有可能使系统 COD 越来越高，最 终跨膜压差达极限而不能运行。 第三种国内垃圾渗滤液处理技术为常规处理方法，工艺为氨吹脱+混凝沉淀+ 生化处理。此工艺较前两者投资费用省，运行费用也低于前两者，但目前出水不 能达到国家要求的标 准，应用受到限制。 6 结语 目前，国内垃圾渗滤液处理技术主要以国外引进产品技术为主，自主知识产权的 不多，且国外引进新产品也有水土不服的问题。我国人口众多，垃圾产生量大， 待处理的垃圾 渗滤液量大，处理技术有待进一步提高。处理技术改进方向应在传统方法上着手， 同时充分考虑堆场的处理效果。垃圾填埋场渗滤液控制系统是垃圾场设计的最重 要部分。在选取可靠的防渗措施的前提下,要把减少渗滤液产生量作为渗滤液控制 的首要因素,同时要加大调解 池容积,对渗滤液进行均质和调峰。这将减少渗滤液处理的负荷,降低投资和运行 费用。 参考文献 1 王湖坤，熊玲，龚文琪复合混凝剂的制备及处理垃圾渗滤液的研究J武汉理工大学 学报，2008，30， （04）：69-72 2 王礼宝，黄俊英，王礼兵FeSO4 复合脱色-吹脱-A/O 生物膜法处理垃圾渗滤液J西 南给排水，2007， 29， （05）：1-5 3 岳琳，王启山，石岩，何士忠 电-多相催化反应体系对垃圾渗滤液的降解J中国环 境科学，2008，28， （2）：131-135 4 刘研萍，李秀金，王宝贞 DT-RO 处理垃圾渗滤液工程介绍J给水排水， 2005，31， （08）：41-45 5 蒋宝军，李俊生，杨威等 垃圾渗滤液反渗透浓缩液回灌处理中试研究J哈尔滨商业 大学学报（自然科学版） ，2006，22， （06）：36-40 6 李颖，郭爱军 城市生活垃圾卫生填埋场设计指南，第 1 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