（市政工程专业论文）准好氧填埋垃圾渗滤液全循环回灌处理达标工艺研究.pdf

中文摘要 摘要 论文通过准好氧垃圾填埋柱所产生的渗滤液的处理研究，探寻一种适合此种 渗滤液性质的经济实用的处理方法，为今后准好氧填埋技术的深入研究和工程应 用提供理论基础与技术支持。 研究采用先将可生化性高，易被微生物降解的初期渗滤液进行全回灌处理， 即将产生的全部渗滤液参与回灌至准好氧垃圾柱中，利用准好氧填埋垃圾体中的 微生物对渗滤液进行处理；当渗滤液基本稳定时，其可生化性较差，难以被微生 物处理时采用物化法进行处理本研究根据渗滤液自身的特点采用f e n t o n 氧化法 进行处理。 试验结果表明，准好氧填埋垃圾柱全回灌处理法可显著降解垃圾渗滤液中的 有机染污物。水力负荷与回灌频率是影响准好氧填埋垃圾柱对其渗滤液处理效果 的主要因素，本研究中，其取值越大越好，且最优的水力负荷与回灌频率为： 1 5 3 l m 2 d ，3 抛日。在最优操作条件下的准好氧垃圾柱渗滤液各项污染指标在回 灌l o o d 左右达到基本稳定。且可明显地消除氨氮的积累。 当渗滤液的c o d 1 0 0 0 m g l , b o d c o d 2 0 0 后，生化处理 系统的效率就会下降，当渗滤液与城市污水合并处理时，就可能出现这种磷缺乏 的问题，在这种情况下应给进水补充磷。 1 3 2 渗滤液的单独处理 单独处理技术可分为生物处理技术、物化处理技术、土地处理技术以及各种 技术的联用【3 5 3 6 】。 1 3 2 1 生物处理技术 生物法设备运行简单，成本低，但难以适应水质和水量的变化，尤其是当氨 氮浓度高时，生物法将受到抑制，对难降解的有机物则无能为力生物处理方法 主要有好氧法和厌氧法两种形式。好氧法包括生物塘、生物膜法和活性污泥法等； 厌氧法包括厌氧固定膜生物反应器、混合反应器及厌氧塘等。单独采用厌氧法处 理渗滤液的情况较少。采用厌氧好氧法处理高浓度的垃圾渗滤液不仅经济合理， 而且能达到较高的处理效率。 稳定塘 稳定塘技术是自然界中水体自净过程的强化，最初用于城市生活污水的处理， 在生活垃圾渗滤液处理中运用稳定塘技术也取得了较好的效果。稳定塘技术又包 括厌氧塘、兼氧塘和氧化塘三类 3 7 1 。 厌氧固定膜生物反应器 英国b r i t a n n i a 填埋场运用厌氧固定膜生物反应器，在进水c o d 为9 2 4 5 m g l ， b o d 5 为5 3 4 0 m g 1 的情况下，c o d 的去除率最高可达7 2 ，b o d 5 的去除率最高达 8 3 ，平均水力停留时间控制在6 天左右。 活性污泥法 活性污泥法处理渗滤液在美国和德国几个处理厂的运行结果表明，通过提高 污泥浓度来降低污泥的有机负荷，可以获得今人满意的处理效果。对于c o d 为 4 0 0 0 一1 3 0 0 0 m g l ，b o d 5 为1 6 0 0 1 1 0 0 0m g l ，n h 4 + - n 为8 7 - 5 9 0m g l 的渗滤液， 7 重庆大学硕士学位论文 混合式好氧活性污泥法对b o d s 去除率可稳定在9 0 以上。但是必须注意到，活 性污泥法处理垃圾渗滤液的效果受温度影响较大。而且随着填埋场场使用年限的 增加，渗滤液从“新鲜渗滤液”转化为“老渗滤液”其b o d s c o d 从0 5 加6 降低到 o 1 甚至零点零几。其生化性非常的差。 渗滤液作为高浓度难降解的污水，要达到日益严格的排放标准，单纯用生物 法是很难达到目的的。国内外渗滤液处理的试验研究与工程运行经验表明，生物 处理法的出水c o d 一般在5 0 0 q 2 0 0 m g l ，不能达到现行的我国生活垃圾填埋污染 控制标准( g b1 6 8 8 9 9 7 ) 的二级标准。 1 3 2 2 物化处理技术 有资料显示。在c o d 为2 0 0 0 4 0 0 0 r a g l 时，物化方法的c o d 去除率可达 5 0 8 7 。和生物处理相比，物化法不受水质水量的影响，出水水质比较稳定， 对生物法难以处理的重金属离子和难降解的有机物有较好的去除效果，尤其对 b o d s c o d 比值较低( 0 0 7 - 0 2 0 ) 、难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果。 但在水处理成本和处理工艺上尚须进一步优化过去物化法只用在处理填埋时间 较长的单元中排出的渗滤液，即便是单独应用，在去除难生化降解的污染物时仍 能保持一定的去除效率。而现在随着渗滤液处理排放标准越来越严格，物化法也 用来处理新鲜的渗滤液，且是渗滤液后处理工艺中最常用的方法【矧。物化处理主 要包括：化学沉淀、活性炭吸附、膜分离、密度分离、化学氧化、化学还原、离 子交换、吸附法、催化电解氧化、电渗析、电解、电凝、汽提、深度氧化和蒸发 一焚烧等。这些方法在一定的程度上，对渗滤液的水质和水量有所改善，但不能 从根本上使渗滤液得到完全的处理。 ( 1 ) 絮凝沉淀工艺 絮凝法优先去除悬浮的或胶体的有机物，一般分子量大于1 0 0 0 0 的有机物通 过胶体的脱稳凝聚、吸附架桥及卷扫沉淀等作用，用正常的药剂量即可完全去除。 而溶解状态的分子量小于1 0 0 0 0 的有机物，其去除率最大只能达到2 0 3 0 ，通过 絮凝沉淀工艺，可以将腐殖质从中小分子亲水性的形式逐步凝聚转变成大分子疏 水性的絮凝体，然后通过沉淀或过滤的工艺将其去除。 有资料比较了碱式氯化铝p a c 、高聚合铝铁盐c h y 等几种常用无机混凝剂， 确定c h y 为最佳混凝剂。当c h y 投加量为6 , 1 0 m g t 时，处理p h 值为7 9 6 、吸 光度0 5 1 0 、色度1 2 8 倍、c o d l 8 9 2 m g l 的渗滤液，其出水吸光度为0 1 4 4 色度 1 2 倍、c o d l l l 3 m g l ，吸光度、色度，c o d 的去除率分别为7 1 8 、9 0 6 、4 1 2 ， 药剂成本为1 3 元吨。用p a c 混凝剂处理深圳玉龙坑垃圾填埋场生物处理后的渗 滤液，进水c o d l 0 0 ( h n g l ，药剂投加量为( 3 0 0 5 0 0 ) m g l 时，c o d 的去除率为 4 0 t 3 9 j 。l o i z i d o n m 等以c o d ( 4 0 0 0 ，8 5 0 0 0 ) m g l ，b o d c o d 为0 1 0 - 0 2 0 的渗滤 8 1 国内外研究现状综述 液做试验水样，当用石灰和硫酸亚铁作混凝剂时，c o d 的去除率为3 9 ，当用石 灰和聚合铝铁盐作混凝剂时，c o d 的去除率为3 1 。事实证明，用混凝法处理 生物处理后的垃圾渗滤液( 利用铁盐或铝盐作絮凝剂) ，反应过程中最佳的p h 值对 于铁盐和铝盐分别为5 和6 ，而这两种絮凝剂的去除效率及其不同的搅拌方式之间 没有明显的差异。最小的加药量5 0 0 - 1 0 0 0 9 m 3 渗滤液之间，其中铁盐的加药量与 理论加药量很接近。c o d 的去除率约为3 0 - 4 0 ，很难有突破性的提高。当絮凝沉 淀工艺前增加吸附工艺，且吸附工艺的出水能够保持在4 0 0 5 0 0 m g l 以上时，絮 凝沉淀工艺的c o d 去除率还可以提高到7 5 。 絮凝沉淀工艺的不足之处是：会产生大量的化学污泥；出水的p h 值较低，含 盐量高；氨氮的去除率较低；出水c o d 达不到国家一级排放标准；需要根据生化 处理后的出水水质灵活地调节混凝剂的投加量；操作管理麻烦。所以即使有一定 的处理效率，在选用时还是要慎重考虑。 ( 2 ) 膜分离工艺 渗滤液后处理中经常采用反渗透工艺。渗滤液的组分、浓度、流量是多变的， 而且很难确定，反渗透技术对这种波动不敏感，而且最新一代的反渗透膜也保证 了反渗透技术在渗滤液处理中的正常运行，这些反渗透膜的使用年限可以达到2 巧 年，并且能够连续运行1 5 0 小时而无需清洗。 根据e h r i g 在1 9 8 9 年的研究，一级反渗透工艺可使c o d ，b o d 和a o x 的去 除率达到8 0 ，但是氨氮和氯离子的去除率要达到较高水平则至少需要二级反渗 透工艺。在韩国，为处理“年老”的渗滤液中难降解的有机物和高浓度的氨氮，使用综 合膜处理工艺，包括一个膜生物反应器和反渗透装置。处理效果为c o d c r 去除率 9 7 ，总氮的去除率9 1 ，运行成本仅为传统处理方法的6 0 【4 1 1 。l i n d e 等利用反 渗透法处理3 种不同的渗滤液，发现来自于普通填埋场渗滤液和含有可生物降解废 物填埋场渗滤液的处理效果很好，c o d 和氨氮去除率超过9 8 ，并发现透水量和 传导性之间有显著线性的关系【4 2 】。近5 年来，西方一些发达国家还兴起了一种毫微 级膜过滤技术，t r e b o u e t 等结合物化预处理过程进行毫微级膜过滤，能够去除难降 解的c o d ，使出水c o d 满足排放标准 4 3 1 ，b i l s t a n d t 等用反渗透法处理垃圾渗滤 液的研究表明：反渗透法的出水可以直接排放到任何水体中，f e 、c u 、c r 、z n 的 去除率可以达到9 9 ；悬浮固体的去除率可以达到1 0 0 ，浓缩倍数可达1 3 倍。 国内近年来也对反渗透法处理垃圾渗滤液有所研究。袁维芳m 比较y k 种型号的 反渗透膜对垃圾渗滤液的处理效果，该研究试验得出：醋酸纤维素膜为最佳膜材 料。 总之，反渗透工艺因其在渗滤液处理方面的高效性、模块化、管理成熟和易 于自动控制等优点，应用得越来越多，但其如下缺点也要引起重视： 9 重庆大学硕士学位论文 1 ) 小分子量物质的截留率低( 例如氨、小分子的a o x 物质等) ； 2 ) 高浓度的有机物或无机可沉降物容易造成膜污染或在膜表面结垢等问题； 3 ) 由于操作压力高( 3 0 - - 5 0 b a 甚至更高) 造成能耗大； 4 ) 一次性投资大； 5 ) 反渗透浓液的处理是最大的困难，将其回灌到填埋场中已经不可取了，因 为浓液的污染物浓度很高，是非常危险的废物。目前多采用蒸发和干燥的方法， 但费用很高。 ( 3 ) 活性炭吸附工艺 活性炭吸附工艺适用于处理填埋时间长的或经过生物预处理后的渗滤液，它 能去除中等分子量的有机物质。七十年代在欧洲的研究表明，用活性炭处理生化 后的垃圾渗滤液，c o d 的去除率为5 0 - 6 0 ，若用石灰石作预处理，去除率可高 达8 0 。活性炭的总量和去除的c o d 的成线性关系，在活性炭的投量为 8 0 0 1 2 0 0 9 m 3 时为3 0 - 3 2 m g c o d g 活性炭。e v a nd i a m a d i p o ul o s l 4 s m 絮凝、活性 炭吸附、氨吹脱组合工艺处理c o d 为1 1 4 1 m g l 的难生物降解的垃圾渗滤液，其 c o d 的去除率达7 3 左右。s a m u a l h o 的垃圾渗滤液活性炭吸附试验显示，渗滤 液的c o d 去除率为5 5 ，色度基本上可以完全去除。 由上可以看出，活性炭的吸附效果较好。但不得不承认活性炭价格较高，且 缺乏一种简单、经济、有效的活性炭再生方法，在生产性试验中，由于渗滤液水 质的变化等原因，出现了去除效率下降和活性炭被大量污染的现象，故其推广使 用受到了限制。尽管如此，仍可考虑首先进行生物预处理，再将该工艺与絮凝沉 淀工艺相结合时，以保证出水的c o d 和a o x 维持在较低水平 ( 4 ) 化学氧化工艺 化学氧化法的突出优点在于能转化几乎所有的物质，故被广泛用于渗滤液的 深度处理在德国目前约有1 0 0 座填埋场渗滤液处理厂，其中有1 5 座以化学氧化为 深度处理工艺。 化学氧化法是利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成小分子的碳氢化合物或 完全矿化成= 氧化碳和水。研究表明，化学氧化剂能够去除渗滤液的色度和其中 的硫化物，并能去除2 阻5 0 的c o d 。常用的化学氧化剂有氯气、次氯酸钙、高 锰酸钾、过氧化氢和臭氧等。在垃圾渗滤液的处理中，国外常用的氧化剂有双氧 水和臭氧。 双氧水的氧化能力较弱，一般需要与催化剂如硫酸亚铁( 两种合在一起就称做 f e n t o n 试剂) 作用才具有很强的氧化性，加药量一般每一份溶解性的硫要投加 1 5 0 份的过氧化氢。f e n t o n 氧化法可使带有苯环、羟基，c 0 2 h 及一s 0 3 h ，n 0 2 等取代基的有机物氧化分解，从而提高废水的可生化性，降低废水的毒性，改变其 1 0 1 国内外研究现状综述 溶解性、混凝沉淀往，有利于后续的生化或混凝处理。f e n t o n 试剂具有反应迅速， 温度、压力等条件缓和且无二次污染，试剂价格低廉等优点而被广泛运用 f e n t o n 直接氧化的机理除产生o h 自由基氧化外，f c n t o n 试剂还具有混凝作 用，y 咖等人发现在去除渗滤液中的有机物方面。f e n t o n 反应主要靠混凝作用， 而且对大分子的有机物( m w 5 0 ) 特别有效其去除率达7 2 一8 9 ，而对分子重量小 于5 0 的有机物，其去除率仅为4 3 。y u n 【4 7 】等研究了f e n t o n 反应条件对去除率的 影响。f e n t o n 反应受p h 值f c ，、投加量的影响最大，最佳p h 为4 ，硫酸铁最佳 投加量为5 0 0 m 朗。单独的双氧水也能取得4 5 的c o d 去除率。张晖等【拈】用f e n t o n 法处理三种不同的渗滤液时发现，其c o d 。去除率在3 8 - 5 6 之间。经笔者多次试 验发现f c n t o n 法对渗滤液的n h 3 - n 去除率是很低或者说是基本不能去除。 电化学氧化方法一主要有电f e n t o n 、电解、电渗析、高压脉冲放电等离子体 技术等。台湾的u n 【4 即等用电f e n t o n 与s b r 结合工艺处理了渗滤液，结果表明电 f e n t o n 对难降解的有机物和非有机物其有较好的效果，电化学工艺可取得2 6 7 的c o d 。去除率，而电f c n t o n 可取得6 7 3 的c o d 。去除率，电f e n t o n 反应最佳 条件为p h = 4 h 2 0 2 投加量为7 5 0 m g n 且电f c n t o n 反应速度快，3 0 r a i n 内，电f e n t o n 即可取得很好的c o d 、色度、n 、p 去除效率。 虽然各种氧化法对对有机物的去除率高、，但也存在许多弊端，主要是大功率 高能电子发生装置造价昂贵、技术要求高，为了防止射线辐射，需要特殊的保护 措施等，以及能量消耗较大，能量利用率不高。而直接f e n t o n 法具有不需要特殊 的装置，能耗也不高，而且药剂普遍，所以被国内广泛采用。 臭氧的氧化能力比氯强，能迅速而广泛的氧化分解水中大部分有机物，且用 臭氧作氧化剂时，没有剩余污泥的问题。但是臭氧极易分解，且它只能将大分子 有机物氧化成小分子的有机物，而不能将大分子有机物质氧化成为二氧化碳和水； 对于含有大量的有机酸的酸性渗滤液使用臭氧作氧化剂不是很有效的，因为有机 酸是耐臭氧的，相应就需要很高的投加剂量和较长的接触时间。同时，臭氧本身 是一种有害气体，对操作者会产生危害，另外臭氧的制备及其维护费用极高，臭 氧消毒费用是氯气的2 - 8 倍。目前，这种两种氧化法用来处理渗滤液均因费用太高 而未得到推广应用。 1 3 2 3 土地处理技术 土地处理，主要通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤 液中悬浮固体和溶解成分。通过土壤中的微生物作用使渗滤液中的有机物和氮发 生转化，通过蒸发作用实现渗滤液减量。渗滤液的土地处理包括：慢速渗滤系统 ( s r ) 、快速渗滤系统( r i ) 、表面漫流( 0 f ) 、湿地系统( w l ) 、地下渗滤土地处理系统 c o g ) 以r 人工快滤处理系统( a g o 等多种土地处理系统。目前用于渗滤液处理的土 1 1 重庆大学硕士学位论文 地法主要是回灌法和人工湿地。 ( 1 ) 渗滤液回灌处理 渗滤液回灌，就是用适当的方法将在填埋场底部收集到的渗滤液从其覆盖层 表面或覆盖层下部重新灌入填埋场回灌作为垃圾渗滤液土地处理的一种方法， 主要是利用垃圾填埋层这个“生物滤床”净化渗滤液，r o b i n s o 和m a r l s 等人的研究 表明：渗滤液回灌可以提高垃圾层的含水率( 由2 0 2 5 提高到6 0 - 7 0 ) , 增加垃圾的 湿度，增加垃圾中微生物的活性，加速产甲烷的速率、垃圾中污染物溶出及有机 物的分解，缩短填埋场垃圾的稳定化进程( 使原需1 5 - 2 0 年稳定垃圾缩短至2 3 年) 。 与生物及物化法相比具有以下特点： 1 ) 提高垃圾填埋层含水率，增强微生物酶活性和降解污染物的能力； 2 ) 能较好地适应渗滤液水质水量的变化，耐水力冲击负荷强； 3 ) 可使渗滤液水量通过蒸发、蒸腾作用减量，降低渗滤液处理费用； 4 ) 可接种大量微生物，加速垃圾的降解速率，缩短垃圾稳定化进程； 5 ) 投资省，维护费用低。 根据工艺流程中布水系统的不同，渗滤液回灌可以分为喷灌、针注、水平井、 表面灌溉和竖式井等五种方法。回灌作为垃圾渗滤液处理方法之一，目前在国外 己得到广泛应用。据估计，在英国5 0 的填埋场进行了渗滤液回灌，美国己有2 0 0 多座垃圾填埋场采用此技术处理渗滤液。c h i a n 等人报道，通过回流循环，渗滤液 的b o d s 和c o d e r ，可分别降至3 0 - 3 5 0 m g l 和7 0 - 5 0 0 m g l s o l 。北英格兰的s e a m e r c a r t 垃圾填埋场通过渗滤液循环喷洒2 0 个月后渗滤液的c o d c r 值明显降低，金属 浓度大幅度下降【5 。因此，对填埋场渗滤液回灌及其影响进行研究，对其今后在 国内的推广应用具有重大的实际意义。由于准好氧填埋场自身及其渗滤液的独特 特点，对准好氧填埋场降解规律和回灌后的渗滤液的处理工艺的研究是就更具有现 实意义的 ( ，骑人工湿地处理系统 土壤植物处理系统( s _ p 系统) 不仅利用土壤或陈垃圾的物化及生化作用，而 且还利用了植物根系对微生物的强化和植物修复技术对渗滤液进行处理。 1 3 3 垃圾渗滤液处理存在的问题 目前我国对于渗滤液的处理流程通常是对污水处理流程的稍加改迸，由于渗 滤液的水量、水质变化较大，已建成的处理厂普遍存在处理效果不好的问题。 垃圾渗滤液的处理存在的问题主要有如下几个方面： ( 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r f lg ，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 i 国内外研究现状综述 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。 c 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，b o d c o d 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c o d 中将近有5 0 0 6 0 0 m g l 无法用生物处理的方式处 理。 ( 3 ) 技术上可行的渗滤液处理工艺在经济性上均较差，如膜处理，投资和运行 费用均很高，且还有原液体积1 5 1 4 的浓缩液需迸一步处理；活性炭吸附和化 学氧化，运行成本基本无法承受； ( 4 ) 经济性好的渗滤液处理工艺在处理效果上无法达标，如生物处理，投资和运 行费用均较低，但通常情况下处理出水无法达标。同一个垃圾填埋场渗滤液的水 质随填埋时间变化大，这使得渗滤液的处理工艺设计十分困难和复杂。 ( 5 ) 很难有一种渗滤液处理方法，既能够经济地并且效果很好地处理初期可生 化性较高的渗滤液又能够处理随着填埋时间的延长而可生化性比较差的渗滤液。 显然，应进一步摸索各种技术可行、经济性又较佳的渗滤液处理新颖工艺， 且主要应体现以下特点：降低运行费用；满足更严格的排放标准要求；适应渗滤 液水质随时间的变化；去除难于处理的污染物，如总溶解性残渣；减少因渗滤液 回灌或填埋场生物反应器运行方式而引起氨氮浓度的积累。 垃圾填埋场的稳定化是一个漫长的动态过程，垃圾成分、降解环境等的复杂 性决定了垃圾渗滤液的降解过程也是极其复杂的。不同的填埋场、同一填埋场的 不同时段，垃圾渗滤液的水质水量都有着不同的特点，且周期性不明显，很难找 到某种处理方法对任何性质的渗滤液都适合。虽然世界各国对垃圾渗滤液处理进 行了较长时间研究，但迄今尚无一种比较切实有效的处理方法 s 2 1 。我国垃圾渗滤 液处理技术研究“七五”期间才起步，虽然渗滤液的处理方法很多，但存在着不少问 题，在有待于研究开发的新处理工艺和方法中，回流技术更具有开发潜力，具有 独特的技术和经济优势和广阔的应用前景。以后的研究侧重于以下一些方面： 寻找与回流相适合的渗滤液处理工艺组合；如何有效地将试验室研究成果运用 到工程中，形成成熟的工艺设计和运行经验；继续加强渗滤液回流技术的理论 重庆大学硕士学位论文 研究，如回流条件下准好氧填埋场内垃圾降解变化规律，渗滤液中氨氮的降解规 律和机理【5 3 l 。 1 4 2 课题的研究内容及技术路线 2 课题的研究内容及技术路线 2 1 课题研究的学术和实用意义 由综述我们可知随着城市人口的增加、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，垃圾包围城市的现象非常普遍嗍，垃圾 问题已日益成为城市环境改善的重要内容。目前世界上应用最普遍的垃圾处理技 术是卫生填埋法，德国7 2 的垃圾采用此种处理技术，英国占9 0 ，美国则高达 9 5 1 5 5 l 。卫生填埋法由