垃圾滲濾液處理技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)
垃圾滲濾液是城市生活垃圾衛(wèi)生填埋后產(chǎn)生的二次污染。在大氣降水和垃圾自身降解等作用下,直接或間接地污染地表徑流,以及污染地下水體,極大地影響了人們對(duì)自然水體的利用。為保護(hù)自然環(huán)境,切實(shí)保證人們正常的生產(chǎn)、生活,對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行有效、合理地污染治理成為一項(xiàng)勢(shì)在必行并且異常艱巨的任務(wù)。
1、垃圾滲濾液的性質(zhì)
垃圾滲濾液的產(chǎn)生受眾多因素影響,根據(jù)幾個(gè)主要的產(chǎn)生來(lái)源(降水、地下水侵入、垃圾組成結(jié)構(gòu)、填埋場(chǎng)頂部的地表徑流和水分蒸發(fā)等)分析,滲濾液不僅水量變化大,而且不呈周期性變化,由此引起了水質(zhì)的較大變化。污染物種類繁多,滲濾液中可檢出幾十種有機(jī)污染物,包括單環(huán)芳烴類、多環(huán)芳烴類、雜環(huán)類、烷烴及烯烴類、醇及酚類、酮類、羧酸及酯類、胺等,污染物濃度高,濃度變化范圍大。不僅如此,垃圾滲濾液水質(zhì)也會(huì)由垃圾填埋場(chǎng)場(chǎng)齡的不同,各有特點(diǎn),生物難降解有機(jī)物的比重呈直線上升趨勢(shì)。Chian和Scott等人對(duì)滲濾液水質(zhì)與垃圾填埋場(chǎng)場(chǎng)齡規(guī)律進(jìn)行了研究并得出結(jié)論:場(chǎng)齡小于5a的垃圾滲濾液水質(zhì)特點(diǎn)是pH值較低,CODcr和BOD5濃度較高,且BOD5/CODcr的比值較高,且BOD5/CODcr的比值較高,同時(shí)各類重金屬離子的濃度也較高;場(chǎng)齡大于5a以上的滲濾液的主要水質(zhì)特點(diǎn)是pH值接近中性,CODcr和BOD5濃度相對(duì)較低,且BOD5/CODcr的比值較低,而NH3-N濃度較高,重金屬離子濃度則開始下降。
2、垃圾滲濾液處理工藝
垃圾滲濾液的處理方法主要包括物理化學(xué)法、生物法兩大類。
2.1物理化學(xué)法
主要有化學(xué)沉淀、膜分離技術(shù)、化學(xué)氧化、光電催化氧化等多種方法。
2.1.1化學(xué)沉淀法
以水玻璃、硫酸、硫酸鋁和廢鐵屑為原料制出的聚硅酸硫酸鋁鐵類混凝劑(PSAFCA)處理垃圾滲濾液,結(jié)果表明:沉淀處理后垃圾滲濾液CODcr去除率達(dá)58%,如果結(jié)合臭氧氧化滲濾液,CODcr去除率可達(dá)70.6%,BOD5去除率達(dá)75.4%,色度去除率為94%。A.A.Tatsi等使用鐵系、鋁系混凝劑對(duì)不同場(chǎng)齡的垃圾滲濾液進(jìn)行了研究,研究表明,在pH為10的條件下,投加2g/L的鐵系混凝劑,垃圾滲濾液CODcr去除率可達(dá)80%。
化學(xué)沉淀對(duì)于重金屬離子的去除是比較有效的,但該法對(duì)于去除滲濾液中的其它有機(jī)污染物是不完全的,處理后廢水的CODcr值仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家有關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)。為此,該法不能作為單一工藝來(lái)處理垃圾滲濾液,同時(shí)沉淀物的后處理仍將帶來(lái)新的問題。
2.1.2膜分離技術(shù)
國(guó)外正逐漸采用新型的膜分離技術(shù)處理和凈化垃圾滲濾液,其中反滲透(RO)分離技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛,并取得了很好的效果。1977年,Chian和Krug相繼肯定了反滲透技術(shù)處理滲濾液是最有效方法之一。Hurd等選用3種低壓聚酰胺RO膜處理TrailRoad垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的試驗(yàn)結(jié)果表明,透過液的流量取決于操作壓力大小及TOC的濃度,當(dāng)操作壓力小于1.03×106Pa時(shí),透過液的流量為26L/(m2•h)～54L/(m2•h),TOC和Cl-的去除率>96%,NH3-N的去除率>88%。
膜分離污染物的效果是顯而易見的,經(jīng)分離后的出水能夠達(dá)到國(guó)家相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn),該法能連續(xù)化操作,機(jī)械化程度高,易于管理,水質(zhì)的不穩(wěn)定性對(duì)膜處理效果的影響較小。但該技術(shù)在國(guó)內(nèi)遲遲不能被用于實(shí)際工程,究其原因?yàn)槟げ牧铣杀靖?且膜在處理這種受污染較嚴(yán)重的水體時(shí),膜極易被污染,較難清洗,難以再次利用。開發(fā)一種成本低廉的膜產(chǎn)品以及相應(yīng)的膜清洗技術(shù)對(duì)該法的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值的提高具有深遠(yuǎn)意義。
2.1.3化學(xué)氧化法
化學(xué)氧化法是利用強(qiáng)氧化劑將廢水中的有機(jī)物氧化成小分子的碳?xì)浠衔锘蛲耆V化成CO2和H2O,H2O2和O3是最常用的兩種氧化劑。
以活性炭作催化劑、H2O2作氧化劑處理垃圾滲濾液。結(jié)果表明,在H2O2/CODcr=1.5,活性炭/H2O2=0.6,pH值為2的條件下反應(yīng)可以在180min內(nèi)結(jié)束,其中CODcr及色度的去除率分別為82.8%和85.5%。國(guó)外也有人以Fenton’s試劑對(duì)處于成熟期的垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液的預(yù)處理效果進(jìn)行了研究。研究表明:CODcr初始濃度為10540mg/L,經(jīng)Fenton’s試劑預(yù)處理后,CODcr的去除率達(dá)到60%,B/C也由原來(lái)的0.2變?yōu)?.5,大大提高了滲濾液的可生化性。
O3的氧化能力比氯強(qiáng),能迅速而廣泛地氧化分解水中大部分有機(jī)物。但是O3極易分解,且它只能將大分子有機(jī)物質(zhì)氧化成小分子有機(jī)物質(zhì),而不能將大分子有機(jī)物質(zhì)氧化成CO2和H2O。垃圾滲濾液中Cl-濃度較高,如用H2O2和O3化學(xué)氧化處理,極有可能在氧化有機(jī)物的同時(shí),產(chǎn)生具有較大毒性的氯代有機(jī)物,非但不能徹底去除滲濾液中有機(jī)物污染,更大程度上加重了對(duì)水體的污染。
2.1.4光、電催化氧化法
光催化氧化反應(yīng)是利用光催化半導(dǎo)體TiO2在紫外光照下,使得TiO2產(chǎn)生電子空穴,在吸附H2O后,形成吸附態(tài)的•OH,•OH基團(tuán)是一種具有強(qiáng)氧化活性的自由基,它與有機(jī)物結(jié)合后,能夠很快發(fā)生氧化-還原反應(yīng),達(dá)到降解有機(jī)物的目的。電催化氧化反應(yīng)的基本原理也與光催化氧化反應(yīng)類似,不同之處就是能量的來(lái)源是電能,并且能量的大小可以通過電流密度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
采用光催化氧化法對(duì)垃圾滲濾液深度處理的研究表明:投加一定量的TiO2后,反應(yīng)時(shí)間控制在1.5～2h,具有較好的處理效果,一般CODcr去除率可達(dá)40%～50%,脫色率可達(dá)70%～80%。國(guó)外采用TiO2作光催化半導(dǎo)體處理垃圾滲濾液也有類似的報(bào)道,有人分別使用H2O2、O3和紫外/可見光3種光增強(qiáng)氧化法對(duì)滲濾液的作用,經(jīng)處理后,滲濾液CODcr的去除率為40%～50%,脫色率70%～80%。
采用電解氧化法對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行深度處理的研究結(jié)果表明,電解氧化過程中,NH3-N優(yōu)先于CODcr被氧化去除,CODcr去除率為90.6%,NH3-N的去除率為100%。同樣,CossuR以Ti/PbO2和Ti/SnO2作為陽(yáng)極材料,CODcr值從1200mg/L降到150mg/L,去除率達(dá)到87.5%,NH3-N基本能夠完全地被去除。
光、電催化氧化反應(yīng)同樣也存在著運(yùn)行費(fèi)用高這一主要缺點(diǎn),有機(jī)物降解的快慢與•OH基團(tuán)產(chǎn)生的數(shù)量、快慢有直接的關(guān)系,有資料表明,•OH基團(tuán)與有機(jī)物的反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),其反應(yīng)速度與•OH基團(tuán)以及有機(jī)污染物的濃度都直接相關(guān),在工程處理中,為達(dá)到一定的光、電催化氧化效果,提高•OH基團(tuán)的濃度,勢(shì)必加大電能的消耗,根據(jù)CossuR的電解實(shí)驗(yàn),電流的有效利用率僅為30%。欲采用該方法處理滲濾液,其首要問題是提高電流的利用效率,所以選擇優(yōu)良的電極材料以及設(shè)計(jì)•OH基團(tuán)時(shí)空產(chǎn)率高的光、電催化反應(yīng)器已經(jīng)成為該法處理滲濾液的兩大主要研究方向。
2.2生物法
生物法處理垃圾滲濾液是最常用的方法,國(guó)內(nèi)幾大主要垃圾填埋場(chǎng)污水處理技術(shù)多采用生物技術(shù),包括好氧生物處理、厭氧生物處理和厭氧好氧相結(jié)合的處理方式。
2.2.1好氧生物處理
好氧生物處理包括活性污泥法、曝氣氧化塘、生物膜法、生物轉(zhuǎn)盤和生物滴濾池。其中活性污泥法是城市垃圾滲濾液好氧生物處理最為常用的方法。
國(guó)內(nèi)外活性污泥法污水處理廠的運(yùn)行結(jié)果表明,通過提高污泥濃度來(lái)降低污泥有機(jī)負(fù)荷,活性污泥法可以獲得令人滿意的垃圾滲濾液處理效果。采用低氧-好氧兩段活性污泥法處理滲濾液,研究結(jié)果表明進(jìn)水濃度CODcr為6446mg/L,BOD5為3502mg/L,經(jīng)處理后CODcr、BOD5的去除率分別達(dá)到96.5%和99.6%。
好氧生物(活性污泥法)處理垃圾滲濾液具有良好效果的報(bào)道已有多篇,但能夠長(zhǎng)期運(yùn)行的工程實(shí)例卻少之又少。某垃圾填埋場(chǎng)采用的滲濾液處理系統(tǒng)就是典型的活性污泥法,在垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)行之初,其處理的確取得了良好的效果,但垃圾填埋場(chǎng)在運(yùn)行幾年后,處理后的滲濾液越來(lái)越不能達(dá)到預(yù)期的效果,水質(zhì)變化是該系統(tǒng)不能正常運(yùn)行最直接的因素。
2.2.2厭氧生物處理
目前,國(guó)內(nèi)外使用厭氧生物處理最多的形式是上流式厭氧污泥床(UASB)上流式厭氧過濾器啟動(dòng)期短,耐沖擊性好等特點(diǎn)。采用上流式厭氧過濾器對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理的結(jié)果表明,上流式厭氧過濾器處理垃圾滲濾液的效果良好,在中溫(35～40℃)消化時(shí)高濃度(3000～8000mg/L)進(jìn)水CODcr的去除率達(dá)95%左右,常溫消化的CODcr去除率也可達(dá)90%左右;反應(yīng)器的容積負(fù)荷可達(dá)5kgCODcr/(m3•d)以上。Kennedy,K.J.運(yùn)用連續(xù)上流式厭氧污泥床處理技術(shù),CODcr的去除率能夠達(dá)到77%～91%。有人也嘗試使用厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)處理城市污水與垃圾滲濾液混合廢水過程中的水解酸化作用及污泥特性進(jìn)行了研究。經(jīng)研究,ABR可有效地改善混合廢水的可生化性。進(jìn)水BOD5/CODcr為0.2～0.3時(shí),出水BOD5/CODcr可提高至0.4～0.6。
厭氧生物處理技術(shù)適于處理溶解性有機(jī)物,在處理高濃度(BOD5≥2000mg/L)有機(jī)廢水方面取得了良好效果。在提高滲濾液可生化性方面,表現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì),但該法處理滲濾液后,CODcr濃度依然比較高,故目前而言,該法一般不作為單獨(dú)使用的處理方式。
2.2.3厭氧-好氧生物氧化工藝
國(guó)內(nèi)許多垃圾填埋場(chǎng)廢水處理采用厭氧-好氧相結(jié)合的生物氧化處理工藝。對(duì)高濃度的垃圾滲濾液采用該法經(jīng)濟(jì)合理,處理效率高,厭氧工藝能夠彌補(bǔ)好氧處理較難處理生化性較差這一特點(diǎn),而好氧工藝同時(shí)也能滿足厭氧工藝需后續(xù)處理的工藝要求。
2.3對(duì)去除氨氮的研究
垃圾滲濾液之所以難處理,不僅因?yàn)樗豢缮缘挠袡C(jī)物濃度高,而且高濃度NH3-N(包括NH4+-N)的去除也同樣成為一個(gè)比較棘手的問題。為此,滲濾液脫除NH3-N的研究也已成為目前垃圾滲濾液治理研究的另一方向。水體中過剩NH3-N的污染,是加速水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的主要因素之一。高濃度游離NH3-N對(duì)微生物具有一定的毒性,同時(shí)也會(huì)影響微生物正常的生理代謝,抑制微生物對(duì)有機(jī)物的進(jìn)一步降解,所以,滲濾液中的有機(jī)物在進(jìn)行生物處理前,對(duì)NH3-N的預(yù)處理就顯得尤為重要了。
氨吹脫法是去除滲濾液中氨氮最普遍應(yīng)用的方法之一。有人采用規(guī)整填料塔吹脫去除垃圾滲濾液中的氨氮,對(duì)于氨氮濃度高達(dá)1500～2500mg/L的滲濾液取得較好的處理效果。在溫度為25℃,pH值為10.5～11.0,氨吹脫效率達(dá)95%以上。
物理化學(xué)方法處理NH3-N的效果是顯而易見的,但氨吹脫以及化學(xué)沉淀等工藝都要求在滲濾液中投加新的物質(zhì),增加了水質(zhì)的堿度,增加了滲濾液中其它離子的數(shù)量,這也為后續(xù)的生物處理產(chǎn)生了新的難題。氨的吹脫并不能從本質(zhì)上真正變?yōu)閷?duì)周圍環(huán)境無(wú)污染的物質(zhì),它只是將液相的氨經(jīng)吹脫后轉(zhuǎn)移至大氣環(huán)境之中,屬于污染物的二次轉(zhuǎn)移。生物法硝化-反硝化技術(shù)就解決了這些問題,傳統(tǒng)生物脫氮理論認(rèn)為,生物脫氮是通過好氧條件下的硝化作用以及厭氧(缺氧)條件下的反硝化過程。有人使用EM菌群在靜態(tài)條件下,研究了EM菌群對(duì)高濃度NH3-N轉(zhuǎn)化效果,經(jīng)23d處理后,NH3-N的去除率達(dá)到46%,從675mg/L降至357mg/L。目前,有人也發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌能夠同時(shí)吸收氧氣和硝酸鹽氮,反硝化作用在好氧條件下也成為了可能。生物法脫氨同時(shí)也普遍存在著去除率不高的缺陷。
3、垃圾滲濾液處理發(fā)展趨勢(shì)
對(duì)垃圾滲濾液的處理,各研究人員眾說紛紜,對(duì)于不同水質(zhì)的滲濾液,采用不同處理工藝,均取得了良好的效果。各垃圾填埋場(chǎng)因所處地區(qū)氣候(降水)、水文特點(diǎn),也與填埋場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間密切相關(guān),滲濾液水質(zhì)是連續(xù)變化的,所以對(duì)滲濾液的處理,不僅要考慮工藝方法對(duì)滲濾液的處理效果,而且更要考慮該工藝方法對(duì)水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性。物化法控制條件靈活、調(diào)整參數(shù)方便可靠,而生物法則對(duì)連續(xù)變化的滲濾液水質(zhì)具有較好的適應(yīng)性,結(jié)合兩者各自特點(diǎn),取之所長(zhǎng),補(bǔ)之所短。
采用UASB-AMT工藝(上流式厭氧污泥床-高濃度難降解廢水工藝)處理垃圾滲濾液,CODcr、BOD5去除率達(dá)到了93%和97%。運(yùn)用電催化系統(tǒng)-電生物炭接觸氧化床處理技術(shù)進(jìn)行中試,當(dāng)垃圾滲濾液廢水中的CODcr和NH3-N濃度分別在3000～5000mg/L以及1100～1780mg/L范圍時(shí),CODcr和NH3-N的去除率均可超過90%。
兩處理方式配合使用現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外滲濾液處理的主流,利用簡(jiǎn)單的處理設(shè)施(大容積污水調(diào)節(jié)池、沉淀池)在中短期內(nèi)控制好滲濾液進(jìn)入污水處理主設(shè)備的水質(zhì)、水量,使得設(shè)施能夠正常運(yùn)行。鑒于國(guó)內(nèi)許多垃圾填埋場(chǎng)采用生物處理技術(shù),但隨時(shí)間的變化,原本運(yùn)行良好的污水處理設(shè)施,現(xiàn)在滲濾液處理效果越來(lái)越不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn),為此采用物化法與原來(lái)生物技術(shù)的聯(lián)合處理技術(shù),避免了設(shè)施的重建,節(jié)約了費(fèi)用。
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