（环境工程专业论文）双口垃圾填埋场垃圾渗沥液处理设施改造优化.pdf

摘要 摘要 目前，国内外对控制污染，保护环境越来越重视。生活垃圾及垃圾渗沥液 因危害到城市市容及居民健康，历来备受关注；垃圾填埋作为我国主要的生活 垃圾处理方式，其产生的垃圾渗沥液属于高浓度有机废水，成份复杂，对周围 地下水和地表水均会造成严重的环境污染。 天津市滨海新区开发开放已纳入国家“十一五规划 ，天津市市委、市政 府高度重视环境保护，已陆续开展“国家模范城市一、“国家卫生城市、“国 家园林城市一等创建活动，以改善入居条件、生态环境，提升天津国际大都市 形象 天津市双口垃圾填埋场位于天津市市区的北部，是利用世行贷款和国家增 量资金建设的垃圾处理设施，设计填埋作业区面积为4 0 万m 2 ，填埋区总库容7 3 9 万m 3 ，设计规模为日填埋垃圾量2 7 0 0 t ，日处理垃圾渗沥液3 0 0 t 。原垃圾渗沥 液处理工艺为“氨吹脱+ 厌氧处理( u a s b ) + 好氧处理( d a t i a t ) 一，设计出 水指标达到三级排放标准，但随着双口垃圾填埋场运行时间的加长，垃圾渗沥 液中结构稳定的有机化合物比例高，这种含高氨氮、高c o d 、高b o d 、高s s 的 废水，由于影响因素较多，处理难度很大，出水水质并不稳定，不能满足“生 活垃圾填埋场污染控制标准新的出水排放指标，已危及到垃圾填埋场的正常 运行和周边水环境的改善。为保护周边水体，保证双口生活垃圾填埋场的稳定、 安全、高效运行，垃圾渗沥液处理设施进行改造优化是必须的。 本论文基于对双口垃圾填埋场垃圾渗沥液处理设施改造优化的研究，按现 渗沥液达标排放标准，结合垃圾渗沥液处理技术分析及国内垃圾渗沥液处理工 程实例，在研究双口垃圾填埋场垃圾渗沥液处理实际问题及原处理工艺的基础 上，按技术先进、安全可靠、经济合理的设计要求，设计出“a o _ u f + 臭氧氧化 + 船r + 纳滤一和“水解+ a 0 2 s 十二级a o - 船r + n f r o 一等两套垃圾渗沥液处理 技术工艺方案。通过对两套方案的进一步优化分析，比选出技术工艺更为成熟、 更符合实际的“水解+ a 0 2 s + 二级a o - m b r + n f r 0 处理技术工艺作为最终的改 摘要 造实施方案。同时，本论文对改造前后的渗沥液处理运行效果做了经济比较分 析。 本论文的研究，希望能对我国相关垃圾填埋场垃圾渗沥液处理设施改造工 程项目，提供一定的成功借鉴经验；同时，又提出膜综合技术工艺在垃圾渗沥 液处理应用中的展望思考。 关键词：垃圾渗沥液处理技术改造工艺优化 经济分析 a b s t r a c t a b s t r a c t i i lt h er e a ty e a r s ，b o t ha th o m ea n da b r o a dt oc o n t r o le n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n , i n c r e a s i n ge m p h a s i so nt h ep r o t e c t i o no ft h ee n v i r o n m e n t , r e l a t e dt ot h el i v i n g e n v i r o n m e n to fu r b a nr e s i d e n t sl i v i n gg a r b a g ed i s p o s a l ，b u ta l s oc a u s ef o rc o n c e r n l a n d f i l ls i t eo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t ea st h em a j o rw a s t ed i s p o s a lm e t h o di nc h i n a , i n a c c e p t i n gt h eg a r b a g e ，t h ep r o t e c t i o no f t h ee n v i r o n m e n tp l a y sah u g er o l e l a n d f i l l l e a c h a t ei sl i f ea f t e rt h eg a r b a g el a n d f i l lc o n t a i n i n gd e c o m p o s e do r g a n i cm a t t e ra n d t h em i x t u r eo fr a i nw a t e r ，l a n d f i l ll e a c h a t ep r o c e s s i n gh a sa l w a y sb e e nt os o l v e p r o b l e m s t h ed e v e l o p m e n ta n do p e n i n gu po ft i a n j i nb i n h a in e wa r e ah a v eb e e nb r o u g h t i n t ot h e 什llt hf i v e - y e a rp l a n , t h em u n i c i p a lg o v e r n m e n tc o m m i t t e eo ft i a n j i n e m p h a s i so nt h ep r o t e c t i o no ft h ee n v i r o n m e n th i g h l y ，a n dd e v e l o paf e wm o v e m e n t s u c ha s n a t i o n a lm o d e lc i 旷 n a t i o n a ls a n i t a r yc i t y “ n a t i o n a lg a r d e nc i t y a n ds oo n i ns u c c e s s i o n t h e a i mi st oi m p r o v et h ec o n d i t i o no fh a b i t a t i o na n dt h ee n t i r o n m e n t a n da d v a n c ev i s u a l i z eo ft i a n j i ni ni n t e r n a t i o n a l t i 嘶i nl a n d f i l ls i t el o c a t et h en o r t ho ft i a n j i nc i t y ，a n dt h ea r e ai s4 0 0 0 0 0 m z 1 1 1 e s c a l ei so fl a n d f i l l7 2 0 m da n dt h el e a c h a t ei s3 0 0 t d t h el e r c h a t et r e a t m e n tp r o c e s si s a m m o n i ab l o wu a s b - d a t i a t b u t 嬲t i m eg o e s ，t h er a t i oo fo r g a n i cc o m p o u n d si n t h el a n d f i l ll e a c h a t eb e c o m eh i g h ，a n dt h i ss o r to fl a n d f i l ll e a c h a t ec o n t a i nh i g h a m m o n i a - n , h i g hc o d ，h i g hb o da n d1 l i g hs s ，s ot h eq u a l i t yo ft r e a t e d w a t e ri s u n s t e a d y t h ef o r m e rp r o c e s sc a n n o ts a t i s f i e dt h en e w s t a n d a r d - s t a n d a r df o rp o l l u t i o n c o n t r o lo nt h el a n d f i l ls i t 2 0 0 8 ，a n dt h el a n d f i l ll e a c h a t eh a si n f l u e n c e dt h en o r m a l w o r k i n g ，w h a t sm o r et h ew a t e ra r o u n dw e r ep o l l u t e d f o rt h ew o r k i n go fl a n d f i l l s t e a d i l y , s a f e t ya n de f f i c i e n t l y ，i ti sn e c e s s a r yt or e f o r ma n do p t i m i z ep r o c e s sa n d f a c i l i t i e so ft h el a n d f i l ll e a c h a t e1 1 l i ss t u d yi sb a s e do nt h er e f o r m m i n ga n do p t i m i z i n g t h ep r o c e s sa n df a c i l i t i e so ft h el a n d f i l ll e a c h a t ei ns h u a n g k o u a c c o r d i n gt ot h en e w s t a n d a r da n de n g i n e e r i n gp r o j e c t ，c o m b i n et h ee x i s t e n tp r o b l e ma n df o r m e rp r o c e s s ， a n da d o p ta d v a n c et e c h n o l o g y ，s a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i n gs y s t e m ，e c o n o m i c a ld e s i g n 。 t h e r ea r et w op r o c e s s “a o u f + o z o n a t i o n + m b r + n f ”a n d “h y d r o l y s i s + a 0 2 i s + t w os t e p s 刖o m b r 坩晒瓜o ” a b s t f a c t t h r o u g ht h i ss t u d y ，i tw i l lo f f e rs o m es u c c e s s f u le x p e d e n c ei nr e f o r m m i n ga n d o p t i m i z i n gp r o c e s sa n df a c i l i t i e so ft h el a n d f i l ll e a c h a t e i nt h et i m e ，t h i ss t u d yp u t f o r w a r ds o m ep r o p o s a lt ot h eu s i n go fm e m b r a n et e c h n o l o g yi nl a n d f i l ll e a c h a t e k e yw o r d s ：l e a c h a t e ；p r o c e s st e c h n o l o g y ；p r o c e s so p t i m i z a t i o n ；e c o n o m i ca n a l y s i s 第一章绪论 第一章绪论 第一节城市垃圾填埋处理现状 随着我国卫生城市的建立，城市垃圾卫生填埋场的建设也在迅速发展。城 市垃圾遍布全国各城市和城乡结合部，已成为社会一大公害。城市垃圾的治理 和现代化城镇建设密不可分，环境脏乱臭，不但破坏城市的形象，更直接影响 城市居民的生活空间和身体健康。 城市垃圾卫生填埋是目前我国城市垃圾集中处置的主要方式，真正意义上 的卫生填埋场从2 0 世纪8 0 年代末才开始建设。生活垃圾卫生填埋场指的是用于 处理处置城市生活垃圾的，带有阻止垃圾渗沥液泄漏的人工防渗膜，带有渗沥 液处理或预处理设施设备，运行、管理及维护、最终封场关闭符合卫生要求的 垃圾处理场地。其机理是利用厌氧发酵方法，将垃圾中的有机物质通过厌氧微 生物及好氧微生物的作用，转化为二氧化碳，甲烷等无害产物n 1 反应过程脚： 有机物+ 0 2 一h 2 0 + c 0 2 + n h 3 + n o n - + s o ( 2 - + p o 卜+ ( 1 1 ) 有机物一h 2 0 + c 0 2 + n h 3 + c h 4 + h 2 s + 低分子有机物 ( 1 2 ) 垃圾填埋处置的主要问题是渗滤沥液的收集控制问题。城市垃圾要做到卫 生填埋，其中垃圾填埋场渗沥液的净化处理必须达到排放标准，因此渗沥液的 处理是解决垃圾卫生填埋的主要途径之一 我国垃圾卫生填埋处理起步较晚，填埋场垃圾渗沥液处理的建设就更晚， 最初的渗沥液处理工艺参照城市污水的处理方法，主要采用沉淀、曝气、活性 污泥法工艺，由于渗沥液水质的特殊性，因此处理系统存在着运行的状况不稳 定，出水水质也不能稳定达标等问题。 目前国内各大城市的垃圾卫生填埋场多采用生化技术处理垃圾渗沥液，但 由于垃圾渗沥液水质水量的复杂和多变性，造成处理困难，一般的生化处理工 艺技术很难使垃圾渗沥液达标。这种情况为垃圾填埋场带来许多问题：排放不 出的废水不可能全部反喷利用，剩余量积存在场内不仅占用大的空间，也会造 成二次污染：填埋场一般距市区都比较远，周边没有城市污水管网，外运到污 水处理厂又很不经济等问题。随着城市垃圾卫生填埋技术在国内应用的不断扩 大，渗沥液处理的问题引起了人们高度的重视，采用有效的处理手段，使其能 l 第一章绪论 达到排放标准，并能作为生产用水和绿化用水，这对填埋场的正常运行、对节 约水资源、对周边环境的保护是非常重要的。 我国的城市垃圾年产生量1 2 - 1 4 亿吨，人均垃圾产生量4 5 0 5 0 0 千克， 并且还在以每年5 - - 1 0 9 6 的速度递增。我国由于经济承受能力低和对环境污染重 视程度不够，据有关资料显示，9 0 - 9 5 的垃圾未经处理而直接堆积于郊区或倒 入江河，约有2 3 的城市陷入了垃圾围城的困境。这种长期以来不加任何防护 措施的不合理堆置，造成垃圾渗沥液对地下水的严重污染。我国的许多良好水 源由于垃圾渗沥液的入渗而无法再继续饮用，这对原本水资源就缺乏的我国造 成了极大的威胁因此渗沥液污染问题的解决，是当前环卫与环保工作者急待 解决的一大难题。 第二节垃圾渗沥液产生机理及水质特征 1 2 1 垃圾渗沥液产生机理 垃圾渗沥液主要来源于垃圾本身含有的水分以及进入填埋场的雨雪水和其 它水分垃圾进入填埋场后，由于自身的好氧或厌氧发酵、降水的淋溶、冲刷、 浸泡而产生大量的污水，即为渗沥液。垃圾填埋场产生的渗沥液主要是由于直 接降水和周围汇水进入填埋场垃圾堆体而产生的3 l 。 垃圾渗沥液中的污染物来源复杂，主要有以下三个来源：一是垃圾本身含 有的大量可溶性有机物；二是垃圾通过生物、化学、物理作用产生的可溶性物 质；三是覆土和周围土壤中进入渗沥液的可溶性物质，成分非常复杂，但对于 生活垃圾渗沥液来说，其中的某一特定污染物的浓度均很低。 1 2 2 垃圾渗沥液水质特征 垃圾填埋产生的垃圾渗沥液富含大量的氮磷元素，不仅氨氮含量较高，而 且其它成分变化复杂，渗沥液p h 值一般在3 - 9 之间，c o d 在2 0 0 0 一6 2 0 0 0 m g 几范围 内，b o d 从6 0 - - 4 5 0 0 0 m g l ，重金属浓度和市政污水浓度基本一致。垃圾渗滤液 的成分受生活习惯、收集和分选方法、地区和季节的影响有关，其浓度受多种 因素影响，较难预测和控制。这些因素在实际调控处理中会导致许多问题，例 如碳氮比失调、某些微量元素含量缺乏或超标( 对微生物的生长产生抑制、毒害 2 第一章绪论 作用) 等，给调试和运行管理带来非常棘手的难题。渗沥液的性质变化分为四个 阶段： 第一阶段是好氧分解阶段：在该阶段，渗沥液p h 值不大于6 5 ，含有大量高 浓度的有机质，b o d 与c o d 的比值较高，可生化性较好。 第二阶段是厌氧分解、甲烷加速产生阶段：在该阶段，渗沥液的p h 值升高， 所含有机质降低，可生化性降低，但b o d 与c o d 的比值仍较高。 第三阶段是稳定产气阶段：在该阶段，渗沥液p h 值上升到最大，有机质浓 度下降，可生化性差，b o d 与c o d 的比值降低。 第四阶段是厌氧分解、甲烷减速产生阶段：在该阶段，渗沥液p h 值保持不 变，有机质浓度继续下降，可生化性更差。 垃圾渗沥液的水质受垃圾成分、处理规模、降水量、气候、填埋工艺及填 埋场使用年限等因素的影响h 1 ，通常而言，具有如下特点： 一是渗沥液前、后期水质变化大。渗沥液的水质变化幅度很大，它不仅体 现在同一年内各个季节水质差别很大，浓度变幅可高达几倍，并且随着填埋年 限的增加，水质特征也在不断发生变化，如渗沥液的碳氮比、可生化性随着填 埋年限的增加而降低。通常在填埋初期，氨氮浓度较低，用生物脱氮就可去除 渗沥液中的氨氮，但随着填埋年限的增加，氨氮浓度不断增加，有时可高达 1 0 0 0 , 2 0 0 0 m g 1 ，因此最好采用物化法处理。 二是有机物浓度高。垃圾渗沥液中的c o d 和b o d 浓度最高可达几万毫克升， 与城市污水相比，浓度非常高。高浓度的垃圾渗沥液主要是在酸性发酵阶段产 生，p h 值略低于7 ，高级脂肪酸的c o d 占总量的8 0 以上，b o d 与c o d 比值为0 3 0 4 ，随着填埋场填埋年限的增加，b o d 与c o d 比值将逐渐降低。 三是填埋场垃圾渗沥液的组成十分复杂，所含有机物种类较多，不仅含有 有机污染物，还含有金属和有毒有害物质。据有关部门监测分析，垃圾渗沥液 中p h 值、b o o 、c o d 、氨氮等物质指标均超过国家标准。表1 1 为垃圾渗沥液的基 本水质特征： 表1 1 垃圾渗沥液基本水质特征 项目 垃圾填埋场渗滤液 颜色 嗅 总残渣 c o d 瞰) d 3 黄、黑灰色 恶臭 2 3 5 6 - 3 5 7 0 3 1 8 争5 4 4 1 2 1 1 6 - 1 9 0 0 0 第一章绪论 在旱季或枯雨期时，垃圾填埋场渗沥液水量少，垃圾自身的水分基本上被 覆土吸收或被蒸发掉。只有经过降雨后，垃圾填埋场才会有大量的渗沥液渗出 来，并且渗沥液的量与雨量的大小成正比。对于同一填埋场来说，其渗沥液的 性质会随着填埋场的使用时间而变化，对于新的填埋场，其渗沥液的p h 值低， 生化耗氧量( b o d ) 和化学耗氧量( c o d ) 高、b o d c o d 值高：而对于成熟填埋场，渗 沥液的特点则是b o d 与c o d 较低，b o d c o d 值也较低，而氨氮( n h 3 - n ) 浓度较高，p h 为中性。实际上，这种性质的变化反映了垃圾在填埋场内分解的五个阶段：调整 期、过渡期、酸形成期、甲烷形成期和最后成熟期。过程中存在两种主要作用， 一是固体垃圾中有机物分解，形成可溶性或挥发性的产物，进入渗沥液或大气 中：另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质的阴离子大分子化合物，主要 是含有羧基( 6 0 - 9 0 ) 嘲、羟基等功能团的脂肪族和芳香族化合物。它们一部分 留在垃圾中，一部分进入渗沥液，是渗沥液中有机物质的重要组成部分嘲。这两 个作用的综合结果是使渗沥液中不同分子量有机物增高，主要包括：低分子量的 脂肪酸、腐殖质类和高分子量的碳水化合物、中等分子量的灰黄霉酸( f u l v i c a c i d s ) 类物质口1 。郑曼英等人睥1 采用惠普5 8 9 0 型g c 和5 9 7 2 型m s 联机分析测定了垃 圾渗沥液中的含碳有机物，共检出主要有机污染物7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷 烃烯烃类1 8 种，酸类8 种，醋类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酞胺类2 种， 其它5 种。在7 7 种有机污染物中，已被确认的可疑致癌物1 种，促癌物、辅致癌 物5 种，被列入我国环境优先控制污染物。黑名单”的5 种。张兰英等人p 3 采用气 相色谱一质谱联用技术( g c m s d s ) 鉴定出垃圾渗沥液中的9 3 种有机化合物，其中 2 2 种被列入我国和美国环保局( e p a ) 环境优先控制污染物的黑名单中。c e c i l l i a o m a n 等u 们采用气相色谱与质谱联用分析测定了垃圾渗沥液中的含碳有机物，共 4 第一章绪论 检出有机污染物4 5 种。从这些有机物成分中可以推断出填埋场正处于厌氧产气 阶段。多数填埋场因为只接受生活垃圾，渗沥液中重金属离子含量很少，但某 些填埋场由于有工业垃圾的进入，使渗沥液中含有多种重金属离子，如c u 、p b 、 c d 、c r 、z n 、f e 、h g 、m n 、a s 等。垃圾渗沥液对周围水体、土壤、大气、生 物等方面均会造成严重的二次污染，并会直接或间接的危害人类的身体健康。 表1 2 列出了国内垃圾填埋场渗沥液水质典型范围。 表1 2 国内垃圾填埋场渗沥液水质典型范围 说明：按照垃圾渗沥液产生年限可分为：l 、初期渗沥液( i n i t i a ll e a c h a t e ) 一般指填埋 0 s 年的垃圾产生的渗沥液。2 、中期渗沥液( m e d i u m - t e r ml e a c h a t e ) 一般指填埋5 一- 1 0 年的垃圾产生的渗沥液。3 、后期渗沥液( a n a p h a s el e a c h a t e ) 一般指填埋1 0 年以上的垃圾 产生的渗沥液4 、封场后渗沥液( c l o s e dl a n d f i l li e a c h a t e ) 一般指垃圾填埋场封场后产生的 渗沥液 第三节垃圾渗沥液危害 垃圾填埋场随着时间的增长，场下的土壤对大部分有机污染物的吸附达到 饱和，甚至过饱和，达到最大吸附量后沿着地下水流向作扇形扩散，因此垃圾 渗沥液对周围地下水和地表水均会造成严重的环境污染。c a l v e r 曾报导距垃圾 处理厂的蓄水池5 1 2 m 远的一口井中水，其硬度、钙、镁浓度、总固体量和c 0 2 都有增加。德国l a n g 报导距离填埋场4 k m 远的地表水下游，水质出现恶化。国 内郑曼英等报导广州市龙虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封场，但直至1 9 9 5 年其排出 的渗沥液b o d 、c o d 、氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。田扬捷n 列等报导，上海 老港垃圾填埋场地处海滨，其他下水系统受到垃圾渗沥液和海水的双重影响评 价结果表明：填埋场地下水系统明显受到垃圾渗沥液污染，主要污染成分n h 3 一n 、 c o d 、重金属p b 和c d ：不同污染成在地下水系统的空间分布存在显著差异：渗沥 液对地下水的总体污染程度正在加重。赵万有n 3 3 等报导，垃圾填埋不采取防渗 s 第一章绪论 措施，对地下水必然造成严重污染，主要表现在地下水的水质混浊有臭味，c o d 仃 氮含量高：油、酚污染严重：细菌及大肠菌超标。 第四节国内垃圾渗沥液处理工程实例分析 2 0 0 0 年以后，随着经济的发展，新建的垃圾填埋场一般远离城区，渗沥液 没有条件排入城市污水管网，因此对渗沥液的处理要求也相应提高。渗沥液采 用深度处理技术可达到一级或二级排放标准。2 0 0 3 年以来，国内一些垃圾填埋 场先后引进国外的技术处理渗沥液，而应用较多的是膜处理技术，应用膜技术 处理渗沥液的工程相继建成，使我国的渗沥液处理有了很大的发展。 表1 3 列出近年来国内垃圾渗沥液处理典型实例。 表1 3 垃圾渗沥液处理典型实例 6 第一章绪论 天津市滨海新区大港区垃圾填埋场于2 0 0 5 年被建设部评定为生活垃圾无害 化处理i 级生活垃圾填埋场，垃圾渗沥液处理工艺为：氨氮吹脱一混凝沉淀一 水解酸化一厌氧移动床生物膜反应器一好氧移动床生物膜反应器一膜生物反应 器一臭氧氧化一生物活性炭，实际运行效果良好，能够达到标准g b l 6 8 8 9 - 1 9 9 7 一级排放标准。 第五节双口垃圾填埋场渗沥液处理设施问题及改造必要性分析 1 5 1 垃圾渗沥液问题的提出 双口填埋场垃圾渗沥液处理工艺设计于1 9 9 8 年，采用了u a s b _ - d a t - i a t 处 理系统。由于当时国内对垃圾渗沥液的处理尚处于起步阶段，参考资料少，且 渗沥液水质、水量受季节变化和填埋场的运行等因素影响经常变化，因此设计 进水水质与实际进水水质偏差较大。 在实际运行中，双口填埋场技术人员对2 0 0 2 - 2 0 0 3 年进水水质进行统计分 析，结果发现全年大部分时间进水c o d c r 5 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 7 0 0m g 几并通过 减小处理水量，延长各工艺水力停留时间的方式进行补救，处理效果仍难以保 持稳定，至2 0 0 7 年垃圾渗沥液已趋于老龄化，进水c o d 。、b o d 。明显下降，可生 化性变差，n h 。一n 上升至2 0 0 0m g l 左右，现有工艺已无法满足处理要求，大量 渗沥液积存于填埋区内，危害甚大。现工艺存在的具体问题分析如下：一是u a s b 反应器全年运行且无加热及保温措施，在冬季池内水温低于1 0 摄氏度，污泥生 长困难，同时高浓度氨氮长期的冲击作用也抑制了污泥的活性，现在u a s b 反应 器内污泥浓度仪为卜2 5 9 l ，已基本失去厌氧反应意义。二是d a t - i a tt 艺脱 氮效果不佳，这点可从出水水质及p h 偏高得到验证；运行中大量泡沫覆盖池面， 经常出现泥水分离用难、污泥膨胀问题，出水s s 较高。三是现工艺以生化处理 为主，从运行数据分析，对b o d 5 去除率是比较高的，在夏秋季节达到了9 6 。但 由于渗沥液原水的c o 阢，较高，且渗沥液中含有较多的难以被生化降解的有机物， 对这部分c o d c ，采用生化处理难以奏效。随着污水排放标准的逐步提高，需要对 7 第章绪论 垃圾渗滤液的生化出水进行深度处理，靠双口现工艺要达到g b l 6 8 8 9 - 2 0 0 8 表3 的排放标准是很困难的，必须辅以适当的物化或膜处理等技术工艺。 1 5 2 垃圾渗沥液处理设施改造必要性 在2 0 0 5 年天津市“创模 检查中，国家环保部专家检查组提出了双口垃圾填 埋场垃圾渗沥液的处理问题。“创模一期间国家环保部专家组对双口生活垃圾 卫生填埋场提出“双口生活垃圾卫生填埋场渗沥液须尽快完善渗沥液膜处理工 艺，确保渗沥液稳定达标排放。此前应处理达到污水处理厂接纳标准，并送至 污水处理厂进行处理 。 现双口垃圾填埋场采用的渗沥液处理工艺原设计为渗沥液处理三级排放标 准，不符合国家环保部关于创建“国家环境保护模范城市对填埋场渗沥液处 理后必须达到g b l 6 8 8 9 - 2 0 0 8 表3 排放标准的要求。 鉴于双口垃圾填埋场的渗沥液问题不能达到国家环保部要求，已经影响到 天津市取得的“国家环境保护模范城市一成果，市政府、市市容园林委对此2 0 0 5 年“创模一遗留问题高度重视，为确保通过国家环保部“创模”专家组复查验 收，必须对现双口垃圾填埋场垃圾渗沥液处理进行技术工艺提升和设施改造。 同时，双口垃圾渗沥液处理设施优化改造实施后必将为周边水环境的改善带来 积极的影响，其环境效益和社会效益也是无法估量的。 综上，天津市双口生活垃圾填埋场，原有的渗滤液处置方式有一定的缺陷， 已不能满足新的排放标准，已经危及到垃圾填埋场的正常运行和周边水环境的 改善，为保护周边水体，保证双口生活垃圾填埋场的稳定、安全高效运行，进 行垃圾渗沥液处理设施工艺改造是很必要的。 第六节论文研究的目的及意义 鉴于目前国内外对控制环境污染，保护环境越来越重视，关系到城市居民 居住环境的生活垃圾处理，也备受关注。生活垃圾填埋场作为我国主要的生活 垃圾处置方式，在接纳生活垃圾，保护环境发挥着巨大的作用。垃圾渗沥液是 在生活垃圾填埋后垃圾含的可溶性腐烂有机物及雨雪水的混合液，垃圾渗沥液 处理历来都是解决的难题。 i 8 第一章绪论 国家有关部委对垃圾渗沥液处理后水质标准及相应处理设施都提高了指标 的要求，天津市滨海新区开发已纳入国家“十一五规划一，天津市市委、市政 府对环境问题高度重视，已陆续开展创建“国家模范城市 、“国家卫生城市 、 “国家园林城市 等，以改善人居条件、生态环境，提升天津国际大都市形象。 本论文基于对双口垃圾填埋场垃圾渗沥液处理设施改造优化的研究，按现 渗沥液达标排放标准，结合国家渗沥液处理规范及垃圾渗沥液处理工程实例， 在研究双口垃圾填埋场垃圾渗沥液处理实际问题及技术工艺的基础上，设计提 出两套技术先进、安全可靠、经济合理的垃圾渗沥液处理设施改造工艺方案； 通过对两套方案的进一步优化选择，确定出技术工艺更为成熟、更符合双口垃 圾填埋场实际的垃圾渗沥液处理设施改造工艺方案。同时，垃圾渗沥液处理设 施改造工艺确定后，本论文又对改造前后的渗沥液处理运行效果做了经济比较 分析 本论文的研究，希望能对我国相关垃圾填埋场垃圾渗沥液处理设施改造工 程项目，提供一定的成功借鉴经验。 9 第二章垃圾渗沥液处理技术的研究发展 第二章垃圾渗沥液处理技术发展研究 垃圾渗沥液处理是城市生活垃圾卫生填埋过程中的必不可少的环节之一。 各城市的垃圾填埋场结合自身的特点和环境，选择不同的垃圾渗沥液处理工艺。 目前垃圾渗沥液处理的方法主要有生物处理技术、物化处理技术、生化组合处 理技术、膜处理技术、土地处理技术、回喷处理技术等。 第一节垃圾渗沥液生物处理技术 垃圾渗沥液生物处理技术主要是指依靠处理系统中的微生物的新陈代谢作 用以及微生物絮体对污染物的吸附作用来去除渗沥液中的有机污染物的处理方 法。生物处理技术可分为厌氧处理技术、好氧处理技术、厌氧一好氧联合处理技 术等。 2 1 1 厌氧生物处理技术 厌氧处理技术主要有升流式厌氧污泥床( u a s b ) 、内循环厌氧反应器( i c ) 、 厌氧流化床反应器、厌氧固定床反应器( 厌氧滤池a f ) 以及上述反应器的组合 型如厌氧复合反应器( u b f ) 等。厌氧技术具有设计负荷高的优点，且处理过程 基本不耗能，因此在高浓度有机废水处理中，常被作为首选技术。厌氧工艺常 用于垃圾渗沥液好氧处理之前，可有效地降低c o d 负荷。原渗沥液经过厌氧处理 后，c o d 去除率可达到3 0 - - 9 0 加拿大h a l i f a x h i g h w a y l o l n 盯填埋场采用厌氧生物滤池处理垃圾渗沥液， 进水c o d 为1 2 8 5 0 m g l ，b o d c o d 为o 7 ，p h 值为5 - 6 ，将此渗沥液经石灰水调节p h 值 达到7 8 ，沉淀1 小时后进厌氧滤池，当负荷为4 k gc o d ( m 3 d ) 时，c o d 出水达到 1 0 0 0 m g l 以下，而当负荷再增加时，其去除率急剧下降，加拿大t o r o n t o 大学的 j g h e n r y 等n 砷，也在室温条件下成功地用厌氧滤池分别处理年龄为1 5 和8 年的 填埋场渗沥液，它们的c o d 各为1 4 0 0 0 m g l 和4 0 0 0 m g l ，b o d c o d 各为0 7 和o 5 ，当 负荷为1 2 6 1 4 5 ，水力停留时间为2 4 - 9 6 d 、时，c o d 去除率均可达9 0 以上。当 负荷再增加，其去除率也急剧下降。由此可见，厌氧生物滤池可以处理垃圾渗 沥液，并达到一定的去除效果，但须保持较低负荷才能得到理想的处理效果。 第二章垃圾渗沥液处理技术的研究发展 同好氧方法相比，厌氧生物处理有几个优点：好氧方法需消耗能量( 空气、压缩 机、转刷等) ，而厌氧处理却可产生能量( 甲烷气体) 。c o d 越高，好氧方法耗能 越多，厌氧方法产能越多，二者的差异就越明显：厌氧处理时有机物转化成污泥 的比例( o 1 k gm l s s k gc o d ) 远小于好氧处理的比例( 0 5 k gm l s s k gc o d ) n 们， 因此污泥处理和处置的费用大为降低：厌氧处理时污泥的生长量小，对无机营养 元素的要求远小于好氧处理，因此适合于处理磷含量比较低的垃圾渗沥液。 2 1 2 好氧生物处理技术 渗沥液处理常用的好氧处理技术包括氧化沟、a 0 3 ：艺以及s b r 类技术，这 些方法的两大功能是去除有机物和生物脱氮，对降低垃圾渗沥液中的b o d 、c o d 和氨氮都取得一定的效果。该过程将去除c o d 和去除n h 3 - n 有机地结合起来，c o d 和n h 3 一n 去除率可达到3 0 6 0 。 好氧生物技术处理渗沥液原理： 硝化反硝化工艺均将好氧反应器分为缺氧段和好氧段，或将整个运行周期 分为缺氧时段和好氧时段。a o 工艺通过池体分格、氧化沟通过对曝气设备的特 殊布置、s b r 通过运行时序分别做到这一点。在好氧段内发生碳氧化( 有机物的 去除) 过程和硝化过程，在曝气充氧的条件下，异养菌群将有机物分解为c 0 2 和 h 2 0 等无机物，亚硝化菌群将n h 3 - n 氧化为n 0 2 - ，硝化菌群进一步将n 0 2 - 氧化为 n 0 3 - 。然后硝化混合液回流至缺氧段，反硝化菌群利用进水中的有机碳源，将 n 0 2 - 和n 0 3 - 还原为n 2 ，完成硝化反硝化脱氮过程。 活性污泥处理技术作为对废水处理的传统生物工艺得到最广泛的应用。美 国和德国的几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，活性污泥处理技术可 以获得一定的垃圾渗沥液处理效果。如美国宾州f a l lt o w n s h i p 印污水处理厂n 7 1 ， 其垃圾渗沥液的c o d 为6 0 0 0 - 1 3 0 0 0 m g l ，b o d 为3 0 0 0 - 1 2 0 0 0 m g l ，氨氮为 2 0 0 - 2 0 0 0 m g l ，曝气池污泥浓度( m u s s ) 为6 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，是一般污泥浓度的 3 - 6 倍。经过处理后的垃圾渗沥液最终出水b o d 为1 0 0 - 3 0 0 m g l ，去除率达9 7 ，但 在高污泥浓度条件下，其泥水分离采用一般的二沉池也是难以实现的。也有采 用低氧一好氧活性污泥法及s b r 等改进型活性污泥流程，其具有能维持较高运转 负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效町。同济大学采用低氧一好氧 活性污泥处理技术处理模拟渗沥液钾，最终出水的平均c o d 、b o d 、s s 分别从原 来的6 4 6 6 m g l 、3 5 0 2 m g l 以及2 3 9 6 m g l 相应降低到c o d 3 0 0 m g l 、 。 第二章垃圾渗沥液处理技术的研究发展 b o d 5 0 m g l ( 平均为1 3 3 m g l ) 以及s s i o o m g l ( q z 均为2 7 8m g l ) 。处理后的出 水若进一步用碱式氯化铝进行化学絮凝处理，可使出水的c o d 下降至u l o o m g l 以 下。与活性污泥法相比，生物膜上能生长时间较长的微生物，促进对垃圾渗沥 液的处理效果。u w e i a n d e r 等用悬浮载体生物膜反应器在1 0 2 6 c 下处理垃圾渗 沥液，t n 可去除9 0 左右，同时可去除2 0 左右的c o d ，曝气稳定塘体积大，有机 负荷低，尽管降解进度较慢，但由于其工程简单，所以在土地富裕的地区，是 最经济的垃圾渗沥液生物处理方法。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的 小试，中试及生产规模的研究都表明，采用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗沥 液处理效果。p i r b a z a r i 等曾尝试采用膜生物活性炭工艺对垃圾渗沥液进行处 理研究，向生物反应器中投加粉末活性炭，并最终形成了生物活性炭颗粒，再 对生物反应器的出水进行膜分离，实际就是分置式膜一生物活性炭方式处理垃 圾渗沥液，通过吸附、生物降解和膜过滤的共同作用，达到了较好的处理效果， 该工艺对t n 的去除率可达至u 9 5 - 9 8 ，对特殊有机物的去除率也超过9 7 。 2 1 3 厌氧一好氧联合处理技术 虽然实践证明厌氧生物反应器处理高浓度有机废水的有效性，但单独采用 厌氧法处理渗沥液很少见。北京市政设计研究院自1 9 8 8 年进行了城市垃圾卫生 填埋场渗沥液处理技术的研究，经各种工艺组合的试验得出如下结论：对高浓度 的垃圾渗沥液采用厌氧一好氧处理工艺既经济合理，处理效率又高，c o d 和b o d 去除率分别为8 6 8 和9 7 2 。邹莲花等阻1 1 报导采用厌氧一吹脱一缺氧一混凝沉 淀流程处理深圳市玉龙坑生活垃圾填埋场渗沥液，当渗滤c o d = 2 5 0 0 m g l ，b o o = 5 0 0 m g l ，n h 。一n = 1 0 0 0 m g l 时出水各项指标低于排放标准。王宝贞等3 报导了 a ( 缺氧活性污泥) b ( 淹没式生物膜) 复合系统处理垃圾填埋场渗沥液，结果表明 c o d 、n h 3 一n 和1 n 去除率分别为9 4 2 ，9 5 1 和7 3 9 ，使其出水c o d 浓度可在 1 0 0 0 m g l 以下。 在实际运行过程中渗沥液的生化处理技术一般采用厌氧一好氧组合技术。 其特点是： ( 1 ) 厌氧具有处理负荷高、耐冲击负荷的优点，将其置于好氧生化之前， 能有效地降低c o d ，减轻好氧的处理负荷，节约投资和运行成本。 第二章垃圾渗沥液处理技术的研究发展 ( 2 ) 厌氧微生物经驯化后对毒性、抑制性物质的耐受能力比好氧强得多， 并能将大分子难降解有机物水解为小分子有机物，有利于提高好氧生化的处理 效率。 ( 3 ) 渗沥液中含有大量表面活性物质，直接采用好氧处理在曝气池往往产 生大量泡沫，并加剧污泥膨胀问题。经厌氧处理后表面活性物质得到了分解， 可显著减少好氧池的泡沫。 ( 4 ) 在厌氧处理过程中，厌氧微生物将有机物更多地转化为热量和能源， 而合成较少的细胞物质，因此厌氧的污泥产率较低，减少了污泥处理的投资和 运行管理工作量。 由于厌氧一好氧组合技术具有以上优点，在处理高浓度有机废水包括垃圾渗 沥液方面已获得大量成功经验和设计数据，技术比较成熟、运行费用较为低廉。 但是是否采取厌氧好氧组合技术还必须考虑实际的水质特征，如果原水水 质保持在一个低c n 比的水平，或是老龄化进程较为明显，这时就必须对厌氧技 术的可行性进行分析，对是否设计厌氧反应器论证分析。因为在硝化反硝化过 程中，必须保证一定的碳氮比，即提供足够硝化反硝化过程的碳源，一般要求 的碳氮比在4 - - 7 之间，能保证硝化反硝化所需要的碳源。 第二节垃圾渗沥液物化处理技术 垃圾填埋场稳定后，易生物降解的有机物质在渗沥液中的比例下降了。渗 沥液生物处理工艺的有效性，随垃圾的稳定而降低了。这时物垃圾渗沥液物化 处理技术更有助于该阶段垃圾渗沥液有效处理。 物化处理方法主要是利用物理和化学手段去除废水中的污染物。 现垃圾渗沥液物化处理技术主要有混凝沉淀技术、吸附技术、气浮技术、 吹脱技术、电解氧化技术、催化氧化技术、化学氧化技术等。 2 2 i 混凝沉淀技术 混凝技术就是在废水中预先投加混凝剂，在混凝剂的溶解和水解产物作用 下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚集来破坏胶体的稳定性，使废 水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离去除的过 程1 目前沉淀技术已是给水和废水处理中应用的非常广泛的技术方法。它可 第二章垃圾渗沥液处理技术的研究发展 以用来降低原水的浊度、色度等感观指标，去除多种高分子有机物，某些重金 属物和放射性物质：它可以自成独立的处理系统，又可以与其他处理单元过程进 行组合，作为预处理、中间处理和最终处理单元。由于垃圾渗沥液中存在大量 的胶体微粒，它们悬浮在水中，散射自然光，造成水体混浊心町：还含有一些溶解 在水中的有机或无机化合物，它们吸收自然光，造成水体呈一定颜色舱朝。因此， 用沉淀技术对其进行处理是行之有效的。沉淀技术是通过胶体的压缩双电层、 吸附中和、吸附架桥和沉淀物网捕等作用去除悬浮物，常用的混凝剂有硫酸铝、 氯化铁、和聚合氯化铝等。许多研究者汹3 对于沉淀技术用于城市垃圾渗沥液处 理，进行了深入的研究。一般凝剂最佳投加量卜1 5 9 l ，沉降受p h 值影响较大， c o d 的去除率一般在5 0 - 7 0 。但重金属的去除率很高，在9 0 左右，色度去除率 为5 0 一7 0 ，浊度、悬浮物质的去除率也可达7 0 - 9 0 ，助凝剂可增强絮凝作用， 但对浊度影响不大。沈耀良馏刀采用聚合氯化铝作混凝剂，焦炭作吸附剂，可有 效去除渗沥液中的c o d 和重金属离子，当聚合氯化铝的用量是4 0 0 m g l ，焦炭 8 一l o g l 时，c o d _ 二去除率为5 8 9 ，重金属的去除率为6 0 ，色度的去除率为6 8 ， 并且铜可以完全去除。刘东等例对化学絮凝技术处理垃圾渗沥液进行研究，得 出结论：说明渗沥液的化学絮凝法处理是切实可行的。另外，化学沉淀法是渗沥 液中加入某种化合物，通过化学反应生成沉淀以达到处理的目的。祝万鹏等啪1 报道了用石灰一硫酸亚铁一漂白粉处理垃圾渗沥液，其结果对砷、无机磷和亚 硝酸盐处理效果很好。混凝法与其他的废水处理方法比较，其优点为：设备简单， 维