垃圾滲濾液處理優(yōu)化組合工藝
摘要： 對垃圾滲濾液處理難點(diǎn)進(jìn)行了分析，綜述了垃圾滲濾液國內(nèi)外處理現(xiàn)狀、處理工藝、應(yīng)用進(jìn)展以及存在弊端，重點(diǎn)闡述了單級自養(yǎng)脫氨氮和OFR兩項(xiàng)專利技術(shù)處理垃圾滲濾液的工藝、原理、應(yīng)用范圍、技術(shù)優(yōu)勢、工程實(shí)例及其推廣方向，提出單級自養(yǎng)脫氨氮+OFR兩項(xiàng)專利技術(shù)的優(yōu)化組合工藝有效解決了垃圾滲濾液處理的兩大難點(diǎn)及其廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液 自養(yǎng),脫氨
引言：
近十幾年來國外學(xué)者就垃圾滲濾液的處理進(jìn)行了大量的探索和研究，取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)，有的已用于工程實(shí)踐。我國在垃圾滲濾液的處理研究方面起步較晚、起點(diǎn)較低，有不少失敗的教訓(xùn)，但也獲得了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)。由于滲濾液水質(zhì)水量的復(fù)雜多變住，目前尚無十分完善的處理工藝，大多根據(jù)不同填埋場的具體情況及其它經(jīng)濟(jì)技術(shù)要求采取有針對性的處理工藝。本文針對垃圾滲濾液處理的難點(diǎn)進(jìn)行分析，通過與國內(nèi)外處理技術(shù)的對比，提出垃圾滲濾液最佳處理組合工藝。
1 垃圾滲濾液水量、水質(zhì)特性及處理難點(diǎn)
對滲濾液的水量、水質(zhì)特征的研究是滲濾液處理工藝選擇的必要前提。
1．1 滲濾液水量特性
（1）水量變化大：垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液量的大小受降雨量、蒸發(fā)量、地表徑流量、地下水入滲量、垃圾自身特性及填埋結(jié)構(gòu)等多種因素的影響。其中，最主要的是降水量。由于垃圾填埋場是一個敞開的作業(yè)系統(tǒng)，因此滲濾液的產(chǎn)量受氣候、季節(jié)的影響非常大。
（2）水量難以預(yù)測：滲濾液的產(chǎn)生量受到多種因素的影響，要準(zhǔn)確預(yù)測滲濾液的產(chǎn)生量是非常困難的。
1．2 滲濾液的水質(zhì)特性
（1）污染物種類繁多：滲濾液的污染成分包括有機(jī)物、無機(jī)離子和營養(yǎng)物質(zhì)。其中主要是氨、氮和各種溶解態(tài)的陽離子、重金屬、酚類、丹類、可溶性脂肪酸及其它有機(jī)污染物。
（2）污染物濃度高，變化范圍大：在垃圾滲濾液的產(chǎn)生過程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后產(chǎn)生的污染物經(jīng)過溶解、洗淋等作用進(jìn)入垃圾滲濾液中，以致垃圾滲濾液污染物濃度特別高，而且成分復(fù)雜。垃圾滲濾液的這一特性是其它污水無法比擬的，造成了處理和處理工藝選擇的難度大。
（3）水質(zhì)變化大：垃圾成分對滲濾液的水質(zhì)影響大。不同的地區(qū)，生活垃圾的組成可能相差很大。相應(yīng)的滲濾液水質(zhì)也會有很大差異。垃圾滲濾液水質(zhì)因水量變化而變化，同時隨著填埋年限的增加，垃圾滲濾液污染物的組成及濃度也發(fā)生相應(yīng)的變化。
（4）營養(yǎng)元素比例失衡：對于生化處理，污水中適宜的營養(yǎng)元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾滲濾液中的BOD5/P大都大于300，與微生物所需的磷元素比例相差較大。
1．3垃圾滲濾液處理難點(diǎn)
（1）滲濾液高濃度氨氮問題：垃圾滲濾液氨氮濃度一般從數(shù)十到幾千mg/L不等。與城市污水相比，垃圾滲濾液的氨氮濃度高出數(shù)十至數(shù)百倍。一方面，由于高濃度的氨氮對生物處理系統(tǒng)有一定的抑制作用；另一方面，由于主濃度的氨氮造成滲濾液中的C/N比失調(diào)，生物脫氮難以進(jìn)行，導(dǎo)致最下終出水難以達(dá)標(biāo)。
（2）滲濾液可生化性差的問題：一方面是指隨著填埋場時間的延長，滲濾液的生化性降低，在填埋后期，可生化性很差，BOD/COD值小于0.1，此時滲濾液俗稱老化滲濾液。另一方面是指在填埋初期，雖然填埋場的可生化性較好，但是靠生物處理很難將之處理至二級甚至一級標(biāo)準(zhǔn)以下，一般來講，滲濾液中的COD中將近有500～600mg/L無法用生物處理方式處理。
2 國內(nèi)處理現(xiàn)狀及存在的弊端
2．1 處理現(xiàn)狀
我國衛(wèi)生填埋起步較晚，起初主要以氨吹脫+厭氧+好氧為主，運(yùn)行成本較高（15～20元/噸），出水一般可達(dá)到垃圾滲濾液三級標(biāo)準(zhǔn)。
2000年以后，由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，新建的滲濾液處理廠一般遠(yuǎn)離城區(qū)，滲濾液沒有條件排入城市污水管網(wǎng)，因此處理要求也相應(yīng)提高，一般需要處理到二級甚至一級排放標(biāo)準(zhǔn)。此時的滲濾液若僅靠生物處理無法達(dá)到處理要求，一般采取生物處理＋深度處理的方法。代表性的工程實(shí)例有廣州新豐、重慶長勝橋等。 廣州新豐滲濾液處理廠采用的是 UASB+SBR+反滲透處理工藝，處理規(guī)模為500 m3/d，工程投資約6000萬，處理成本約25元/m3。重慶長勝橋滲濾液處理廠采用的是反滲透的處理工藝，處理規(guī)模500m3/d，工程投資約3700萬，處理成本約15元/m3。北京市垃圾填埋場主要以反滲透為主，如下表：
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北京市垃圾滲濾液主要處理情況
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2．2 存在弊端
近年來膜生物反應(yīng)器及反滲透在垃圾滲濾液處理中應(yīng)用越來越廣泛。但是由于垃圾滲濾液與一般生活污水有較大差異且不穩(wěn)定，致使此技術(shù)有發(fā)展過程中面臨著阻礙其推廣應(yīng)用的難題。主要表現(xiàn)在以下方面：
（1）膜生物反應(yīng)器要根據(jù)不同的水質(zhì)及處理要求，用不同的膜及膜組件與各種好氧和厭氧生物廢水處理技術(shù)相結(jié)合，且處理能力和耐污能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)；
（2）目前中國內(nèi)外，尤其是在中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下，確定膜生物反應(yīng)器用于污水處理的最大經(jīng)濟(jì)流量是一個亟待解決的問題；
（3）反滲透膜成本高、壽命短、易受污染，是影響膜生物反應(yīng)器能否推廣應(yīng)用的重要因素；
（4）處理不徹底，反滲透膜處理產(chǎn)生的濃縮液還需進(jìn)一步處理。
2．3 傳統(tǒng)生物脫氮方法的技術(shù)缺陷
（1）廢水中碳源不足(C/N過低)，需投加甲醇等有機(jī)碳。增加了運(yùn)行費(fèi)用和運(yùn)行管理的難度；
（2）高濃度的氨氮對生物處理系統(tǒng)有一定的抑制作用；
（3）進(jìn)水中的高濃度氨氮和亞硝酸鹽抑制硝化過程；
（4）需要加堿中和。增加了處理費(fèi)用，有可能造成二次污染；
（5）系統(tǒng)總水力停留時間較長，有機(jī)負(fù)荷較低，增加了基建投資和運(yùn)行費(fèi)用。
3 垃圾滲濾液優(yōu)化組合工藝
垃圾滲濾液處理工藝流程：單級自養(yǎng)脫氨氮技術(shù)+ OFR氧化絮凝復(fù)合床
A．單級自養(yǎng)脫氨氮反應(yīng)器（專利號：ZL 2004 2 0035881.2）
高濃度氨氮是滲濾液處理的主要問題，傳統(tǒng)的生物脫氮很難滿足垃圾滲濾液處理的要求，單級自氧脫氨氮技術(shù)是將原來的兩級硝化反硝化脫氮方式，改變?yōu)樵趩渭壪到y(tǒng)中進(jìn)行。國內(nèi)首次提出了單級全自養(yǎng)脫氨氮工藝技術(shù)。通過利用好氧顆粒污泥方法，生物膜方法，實(shí)現(xiàn)了對垃圾滲濾液及相關(guān)高濃度氨氮廢水的高效率自養(yǎng)生物脫氮。鑒定委員會一致認(rèn)為，本項(xiàng)目成果對垃圾滲濾液及高濃度氨氮廢水的處理，從工藝路線提出，到過程優(yōu)化控制、反應(yīng)器的啟動，以及微生物學(xué)機(jī)理方面的研究勻達(dá)到國際先進(jìn)水平。
作用機(jī)理：
在好氧區(qū)，與短程硝化-反硝化原理相同，只是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，其反應(yīng)式如下：
NH4+ + 3/2O2 = NO2- + H2O + 2H +
在厭氧區(qū)，以NH4+為電子受供體，以NO3-或NO2-為電子受體，將NH4+，NO3-或NO2-轉(zhuǎn)變成N2。其反應(yīng)式如下：
NH4+ NO2=N2+ 2H2O
工藝技術(shù)特點(diǎn)：
（1）硝化反應(yīng)控制為部分亞硝化，可節(jié)省供氣量45％左右，節(jié)省動力消耗；運(yùn)行費(fèi)用低
（2）硝化和厭氧氨氧化在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，產(chǎn)生的亞硝酸氮可以被及時轉(zhuǎn)化，解除了過程的抑制。
（3）生物濃度高，水力停留時間短，反應(yīng)器總體積約為原來的1/2，減少占地面積；工程投資省。
（4）傳統(tǒng)脫氮工藝的反硝化過程在處理高氨低碳廢水時需要外加碳源，該工藝不需要外加碳源。
（5）去除率高，出水水質(zhì)好。
推廣應(yīng)用情況：
（1）2004年，湖南長沙黑麋峰垃圾滲濾液處理工程；
（2）2004年，湖南株洲南郊垃圾滲濾液處理工程；
（3）2005年，江西九江垃圾填埋場垃圾滲濾液處理工程；
（4）2005年，湖南張家界三望坡垃圾滲濾液處理工程；
（5）2006年，湖南邵陽洞口縣垃圾填埋場滲濾液處理工程；
（6）2006年，湖南湘西自治州花垣縣垃圾填埋場滲濾液處理工程。
B． OFR氧化絮凝復(fù)合床技術(shù)（專利號：ZL02 1 14740.X）
氧化絮凝復(fù)合床技術(shù)（Oxido-Floculation Reactor，簡稱OFR）屬廣東省科技廳“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，榮獲國家發(fā)明專利。2004年6月30日，經(jīng)國家科委廣東省科技廳鑒定，認(rèn)為該技術(shù)成果已達(dá)到同類物理化學(xué)水處理技術(shù)的國際先進(jìn)水平。該技術(shù)已成功地應(yīng)用于美國、日本、馬來西亞、新加坡、北京、上海、廣東、浙江、福建、四川、香港等地多家企業(yè)。具有明顯的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。OFR技術(shù)是目前世界上成本最低、效率最高、實(shí)用性最好的垃圾滲濾液深度處理技術(shù)之一，該技術(shù)達(dá)到同類生物化學(xué)處理國際先進(jìn)水平。
作用機(jī)理：
由我國科研人員自主研發(fā)的OFR污水處理技術(shù)以最廣泛的電能作OFR反應(yīng)物的激發(fā)能，以來源穩(wěn)定、性能優(yōu)良、無毒、穩(wěn)定的物質(zhì)作為OFR反應(yīng)的引發(fā)劑，以來源豐富、零成本的空氣（中的氧氣）作為反應(yīng)原料。集物化處理中氧化分解、混凝、吸附、絡(luò)合、置換、消毒于一體。根據(jù)廢水中需要去除的污染物的種類和性質(zhì)，在兩個主電極之間充填高效、無毒而廉價的顆粒狀專用材料，催化劑及一些輔助劑，組成去除某種或某一類污染物最佳復(fù)合條件下，裝置內(nèi)便會產(chǎn)生一定數(shù)量的具極強(qiáng)氧化性能的羥基自由基（•OH）和新生態(tài)的混凝劑。這樣廢水中的污染物便會發(fā)生諸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用，能有效降低水中的COD、SS、重金屬、色度、PH等。
工藝技術(shù)特點(diǎn)：
OFR處理垃圾滲濾液，單級OFR處理時間僅為30分鐘，單級COD去除率可達(dá)60%～70%，色度可大幅度下降，同時經(jīng)OFR處理后的出水可生化性大幅度提高，提高了后續(xù)生化系統(tǒng)的處理效率。OFR與生化技術(shù)聯(lián)合使用處理垃圾滲濾液，在實(shí)際運(yùn)行中只需經(jīng)8～9小時，其CODCr值便可從4000～5000mg/L穩(wěn)定降至100mg/L以下；色度可由1000多（倍）降到50（倍）以下，出水澄清透明而且無臭味。主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
（1）不受垃圾埋填場場齡(填埋時間)的限制,不受垃圾滲濾液水質(zhì)水量的影響。OFR技術(shù)可與多種物化、生化技術(shù)聯(lián)合使用。
（2）投資和運(yùn)行成本大大低于膜分離為主的處理技術(shù)；
（3）系統(tǒng)是在封閉電極板中快速進(jìn)行，對外界環(huán)境無任何影響；
（4）處理后有機(jī)物最終產(chǎn)物為CO2和水，無濃縮液產(chǎn)生；
（5）可用于現(xiàn)有或新建高濃度有機(jī)廢水工程的后續(xù)深度處理，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定；
（6）OFR處理系統(tǒng)是在封閉電極板中快速進(jìn)行，對外界環(huán)境影響較小。
結(jié)論：
近年來，膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用越來越廣泛。本文通過對垃圾滲濾液的水質(zhì)、水量特性及處理難點(diǎn)的分析，指出了傳統(tǒng)生化處理及膜處理技術(shù)所存在的弊端，并提出了新型的組合處理工藝。單級自養(yǎng)脫氨氮專利技術(shù)有效解決了滲濾液處理高氨氮的難點(diǎn)，氨氮去除率可達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)；多項(xiàng)中試結(jié)果表明OFR氧化絮凝復(fù)合床技術(shù)處理垃圾滲濾液可使COD去除率可達(dá)90%以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定且生化性明顯提高，還能有效去除色度、SS、重金屬等，并具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、處理徹底等特點(diǎn)，特別適用于垃圾滲濾液的深度處理。
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