填埋場垃圾滲濾液處理現狀及新方法探究
摘 要: 闡述了垃圾滲濾液的來源和水質特點以及垃圾滲濾液的危害,對垃圾填埋場滲濾液處理現狀和處理方法進行了闡述和總結,同時針對目前國內主要垃圾滲濾液處理技術和工藝的應用情況,分析了國內垃圾滲濾液處理工程技術應用中的關鍵問題。對垃圾滲濾液的處理新技術進行總結并作出展望。
關鍵詞:垃圾滲濾液; 處理技術;生物處理;催化氧化;COD 去除率
垃圾滲濾液是指垃圾在填埋和堆放過程中由于垃圾中有機物質分解產生的水和垃圾中的游離水、降水以及入滲的地下水,通過淋溶作用形成的污水[1]。垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水,具有COD和氨氮含量高、水質成分復雜、色度較高、微生物營養元素比例失調等特點。若未經處理或處理不當,將嚴重污染農作物和水生物,污染地表水、地下水及土壤,并通過食物鏈直接或間接地進入人體組織與細胞中,導致各種危害,危害生態環境和人體健康[2]。因此對垃圾滲濾液進行有效的處理,將其對環境的影響降至。
1垃圾滲濾液的處理現狀
滲濾液性質的復雜多變性給滲濾液的處理處置帶了的困難,到目前國內外尚未發展出完善的適合垃圾滲濾液處理的工藝。對滲濾液的處理處置目前的途徑主要有以下幾個方面:(1)將滲濾液輸送到城市污水處理廠與城市生活污水合并處理;(2)采用滲濾液回灌技術處理;(3)現場建造滲濾液處理廠處理[3]。
1.1與城市生活污水合并處理
合并處理就是將垃圾滲濾液就近引入城市污水處理廠與城市污水合并進行處理的方式。城市污水量較大,可對滲濾液起到稀釋作用,但需控制好比例,以避免對城市污水處理廠造成沖擊負荷。有研究表明,如果滲濾液的量與城市污水量之比<0.5%,同時滲濾液帶來的負荷增加在10%以下則是可行的。在合并處理時,為了避免垃圾滲濾液中的有毒有害物質對城市污水的副作用和減輕沖擊負荷,常采用對滲濾液進行預處理后再合并的方案[4]。沈耀良等[5]在處理蘇州七子山垃圾滲濾液時,采用先經過場內物化預處理(吹脫+混凝沉淀+焦炭吸附)再到城市污水處理廠合并處理的工藝,取得了良好的處理效果。
1.2 滲濾液回灌處理技術
滲濾液回灌處理技術是指采用適當措施,將從填埋場底部收集到的滲濾液,經方式預處理或直接利用動力設施重新打到填埋場覆蓋層表面或覆蓋層下部,利用填埋場覆土層及各年齡段垃圾的物化以及生物降解作用對滲濾液進行處理的一種方法[6]。早于20世紀70年代對滲濾液回灌處理技術進行研究,隨后歐洲一些也開始利用可控制的滲濾液循環系統來治理垃圾填埋場的滲濾液。20世紀80年代末期國內開始對滲濾液回灌處理進行研究,近幾年國內外主要進行回灌加速穩定化的研究[7]。
國內早有關垃圾滲濾液回灌是1995年同濟大學徐迪民等進行的研究。研究表明滲濾液回灌能較好地適應滲濾液水質水量的變化、加速填埋場穩定化進程、投資省、運行費用低,具有較為廣闊的應用前景[8]?;毓喾ㄌ幚砟壳把芯恐饕?/span>
集中在水量平衡、凈化能力、回灌處理影響因素和處理效果等方面。
1.3現場建滲濾液處理廠
合并處理與土地處理比較經濟、簡單,但受各種客觀因素的限制,大部分城市只能在填埋場建立獨立的滲濾液處理系統進行就地處理?,F場修建滲濾液處理廠必然涉及到滲濾液處理工藝,目前滲濾液的處理工藝基本上都是采用的廢水處理所運用的工藝,包括生物法、物化法與土地法等。
2 我國垃圾滲濾液處理存在的問題
目前,由于我國的城市生活垃圾未分類,垃圾滲濾液成分復雜、濃度高,滲濾液處理廠存在的問題主要表現在:
( 1) 常規滲濾液處理工藝運行效果不佳
主要原因為: ①抗沖擊負荷能力差。生物法處理污水一般要求相對穩定的污水水量及水質,而在垃圾處理設施中,在雨季豐水期,調節池的容量相對不足,勢必造成對生物處理系統負荷的沖擊,影響處理效果; 在枯水期,滲濾液量極少,而氨氮等污染物濃度高,抑制了微生物生長。②處理工藝重啟較為困難。冬季后滲濾液量很少,單元反應器再啟動相對困難。③工藝適應性差。隨填埋時間的延長,營養元素嚴重失調,滲濾液碳氮比下降,可生化性降低。④脫鹽率偏低。我國垃圾中由于含有大量餐廚垃圾,使得滲濾液中含鹽量偏大,但生物法脫鹽相當困難。⑤生物法脫色相當困難。滲濾液中含有大量難降解發色物質,生物法對于后期尾水的脫色效果基本為零[9]。
(2)垃圾滲濾液中有毒有害物質尚未考慮
垃圾滲濾液是一種有毒有害廢水,這已經為人們所認可,但是我國對于垃圾滲濾液的主要監測指標還是停留在廢水的常規指標如:BOD5、COD、氨氮、總氮等。但隨著分析手段及人們對環保意識的提高,垃圾滲濾液中的有毒有害物質,如環境內分泌干擾物對人體的危害已越來越受到人們的關注。這類污染物質即使含量極其微小,一旦它們進入機體,將對生物體產生嚴重的后果,如生殖器官、內分泌系統、神經系統、免疫系統異常,產生致癌、致畸、致突變等生物效應。因此環境內分泌干擾物的研究受到了國內外學者的高度重視。在開發垃圾滲濾液處理技術的同時考慮對這些有毒有害污染的去除效果[10]。
(3) 垃圾滲濾液高氨氮問題難以解決
由于垃圾填埋場水文地質條件、填埋方式及垃圾成分的不同,垃圾滲濾液中的氨氮濃度從數十至幾千mg/ L不等。隨著填埋時間的延長,垃圾滲濾液中的氨氮還有升高的趨勢。高濃度氨氮造成了垃圾滲濾液C/ N失衡,對垃圾滲濾液生化處理過程中微生物有抑制作用,導致垃圾滲濾液的生化處理系統不能穩定運行[11]。
3 垃圾滲濾液處理技術
3.1 物理化學方法
尚愛安等[12]研究了絮凝劑Al2(SO4)3、PAC、FeCl3、PFS對垃圾滲濾液的預處理和后處理效果,結果表明,PFS和PAC的混凝效果較好,混凝預處理可有效降低難降解有機物的含量,并提高滲濾液的可生化性,混凝可以去除滲濾液中的有毒物質,因而能滲濾液生化處理中活性污泥的增殖,垃圾滲濾液經生化處理后再
接混凝處理便可保證出水COD達到二級排放標準; 沈耀良等[13]采用聚合氯化鋁作為混凝劑、焦炭作為吸附劑,可以有效去除滲濾液中的COD和重金屬離子。當聚合氯化鋁的用量為400mg/L、焦炭為8~ 10g/L時,COD去除率為8.9%,重金屬去除率為60%,色度去除率為68%,并且可以完全去除銅。
3.2厭氧—好氧結合處理法
為了發揮滲濾液好氧處理和厭氧處理技術各自的優勢,彌補這兩種處理技術各自的不足,高濃度滲濾液的生物處理一般都采用厭氧—好氧兩者結合處理工藝。實踐證明,該工藝對滲濾液的處理效果遠好于單純的好氧工藝或厭氧工藝。
同濟大學徐迪民等用低氧—好氧活性污泥法處理垃圾填埋場滲濾液,試驗證明:在控制運行條件下, 該工藝對滲濾液 COD、BOD5、SS 的去除率分別為 96.4%、99.6%和 83.4%[14]。 北京市政設計院采用 UA 和傳統的活性污泥法組合工藝處理垃圾填埋場滲濾液,滲濾液 COD 和 BOD5總去除率分別達到 86.8%和 97.2%[15]。 趙宗升采用厭氧—缺氧—好氧法(簡稱 A2O 法)工藝處理垃圾滲濾液,取得了很好的處理效果。 該法對滲濾液 COD 的總去除率為 96%,對 NH3-N 的去除率 99%[16]。
3.3光催化氧化技術
光催化氧化技術是半導體材料( 如TiO2) 或催化氧化劑受到能量大于帶隙能量的光照射時,處于價帶( vb)上的電子就被激發到導帶( cb) 上,使導帶上生成高活性電子( e-) ,價帶上生成帶正電的空穴( H+) ,形成氧化-還原體系,從而起到降解污染物的作用。潘留明等[17]用臭氧強化光催化工藝對垃圾滲濾液進行了深度處理,結果表明,該工藝不僅可以提高處理能力,還有效地改善出水的可生化性。
3.4微電解法
利用金屬腐蝕原理,以Fe、C 形成原電池對廢水進行處理,廢鐵屑是鐵和炭的合金,由純鐵和 Fe3C 及一些雜質組成,當鐵屑加入廢水中則形成成千上萬個細小的微電池,由于滲濾液內存在著穩定的膠體,當這些膠體處于電場中將產生電泳作用而被附集,從而沉降出來。湯貴蘭等[18]通過靜態正交實驗確定了廢鐵屑和焦炭佳投加體積比為 1∶3,佳反應pH 為4 的動態實驗中,反應時間1 h時,COD和色度去除率分別高達68 %和91 %;BOD5/COD 從 0.3 提高到0.5 左右。
4. 結論與展望
垃圾滲濾液是一種水質水量變化大、微生物營養元素比例失調、氨氮含量高、成分復雜的高濃度有機廢水[19]。垃圾滲濾液的特性隨環境變化而變化。早期滲濾液有機物和氨氮濃度都很高,但有機物易降解,晚期滲濾液中有機物濃度低且難降解,故高氨氮的有效去除是滲濾液處理的重點和難點。目前對垃圾滲濾液的處理仍以生物法為主,而處理垃圾滲濾液經濟、有效的方法仍然是厭氧-好氧組合工藝。
在未來的滲濾液處理研究方向上,可以從一下兩點進行研究:
(1)強化厭氧-好氧處理技術
進一步強化已有的厭氧-好氧工藝,提高其承受沖擊負荷能力和運行的穩定
性,為實際工程提供技術支持和理論指導,為大規模推廣及其他特種廢水處理提供經驗。
(2)開發、低耗垃圾滲濾液厭氧-好氧治理新技術
短程脫氮與全程生物脫氮相比,短程生物脫氮可以減少25%的能耗,節省 40%的有機碳源,縮短約4. 3 倍的反應歷程。因此,若能在好氧段實現短程硝化將會更加和低耗的處理垃圾滲濾液。因此,開發新型的厭氧-好氧組合工藝,實現短程硝化和厭氧氨氧化工藝將是垃圾滲濾液處理的一個很好地發展方向,有待于廣大科研人員繼續進行深入研究。
參考文獻
[1]趙由才,龍燕,張華.生活垃圾衛生填埋技術[ M].北京:化學工業出版社,2004.
[2]聶發輝,李文婷,魯秀國,劉占孟. 礦化垃圾對滲濾液的吸附試驗及其動力學研究. 華東交通大學土木建筑學院,江西 南昌330013
[3]龍騰銳,易潔,林于廉,尤 鑫. 垃圾滲濾液處理難點及其對策研究. 重慶大學城市建設與環境工程學院,重慶400045
[4].董春松, 樊耀波, 李 剛, 吳琳琳. 我國垃圾滲濾液的特點和處理技術探討. 中國給水排水. [B] (2005)12- 0027- 05
[5] 沈耀良,張建平,王惠民.蘇州七子山垃圾填埋場滲濾液水質變化及處理工藝方案研究[J].給水排水, 2000,26(5):22- 26.
[6]沈耀良,曹曉瑩.城市垃圾填埋場滲濾液的回灌處理及其作用[J].江蘇環境科技,2004,17(2):4-6.
[7]張益,陶華.垃圾處理處置技術及工程實例[ M].北京:化學工業出版社、環境科學與工程出版中心,2002.
[8] 盧成洪徐迪民回灌法處理城市垃圾填埋場滲瀝液上海環境科學,1997,16(1)
[9] 唐鳳喜,曹國憑,劉景良,司軍. 我國垃圾滲濾液處理現狀及處理技術進展. 河北聯合大學學報 ( 自然科學版). 2095-2716( 2012) 01-0116-05
[10] 代晉國,宋乾武,王紅雨,王艷捷. 我國垃圾滲濾液處理存在問題及對策分析. 環境 工程2011年第29卷增刊.
[11] 代晉國,宋乾武,張玥,秦琦. 新標準下我國垃圾滲濾液處理技術的發展方向. 環 境 工 程 技 術 學 報. 2011年5月. 第1卷,第3期
[12] 尚愛安,趙慶祥,徐美燕,等.混凝在垃圾滲濾液處理中的作用研究[J].中國給水排水,2004,20(1):50-52.
[13] 沈耀良,楊銓大,王寶貞.垃圾滲濾液的混凝-吸附預處理研究[J].中國給水排水,1999,15(11):10-14.
[14] Nathalie Touze-Foltz,Christian Duquennoi,Eneric Gaget. Hydraulic and mechanical behavior of GCLS in contact with leachate as part of a composite liner [J].Geoetextiles andGeomembranes.2006,24(6):18-19.
[15] Ewa Neczaj,Malgorzata Kacprzak,Tomasz Kamizela,Joannal Lach,EwaOkoniewska.Sequencingbatchreactorsystemfor the co-treatment of landfill and dairy wastewate[J].Desalination.2008,222(6):404-409.
[16].D.Francois,C.Criado.Monitoring of leachate at a test road using treated flyash from municip alsolid was teincin erator[J].Journal of Hazardous Materials.2007,23(4):543-549.
[17] 潘留明,季民,王苗苗. 臭氧強化光催化對垃圾滲濾液的深度處理[J]. 環境工程學報,2008,2( 5) :660-663.
[18] 馮葉成,王建龍,錢易.生物處理新工藝研究進展[J].微生物學通報,2001,28(4):88-91.
[19] 于 敏 . 城市垃圾處理與可持續發展 . 污染防治技術,2007;20( 4) : 50—53