（环境工程专业论文）双膜法（mbrdtro）处理城市垃圾焚烧厂渗滤液的试验研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 垃圾焚烧处理是以最快速度实现城市生活垃圾无害化、稳定化、资源化 和减量化的最终处置目标的重要手段，在国外发达地区已经得到广泛使用， 随着我国城市垃圾的产量和垃圾热值的不断升高，在东、南部经济发达的城 市，焚烧也逐渐得到推广运用。然而同垃圾填埋法处理一样，焚烧厂垃圾在 处置过程中，也会由于堆放和储存过程中的分解和压滤等作用产生高浓度的 垃圾渗滤液。本课题的研究通过对焚烧厂垃圾渗滤液的特点分析，提出利用 双膜法( m b r + d 眼r 0 的组合工艺) 对渗滤液进行处置。 分别研究在不同的h r t 、溶解氧、操作压力和膜清洗方法和清洗时间的 条件下对整个系统出水水质的影响并对m b r 和d 墨r o 工艺的特点进行了研 究。根据研究结果和实际监测数据优化系统操作参数，得出最佳操作条件。 试验研究表明( 1 ) 在渗滤液原水c o d 。浓度为2 5 0 0 0 4 5 0 0 0 m 彰l 、n h 3 - n 浓度为1 0 0 0 1 8 0 0 m g l 、s s 浓度为9 0 0 2 0 0 0 m l 的进水条件下，m b r 工 艺在水力停留时间为6 d 、溶解氧为3 4 m g l 、膜操作压力保持在4 2 b a r 等条 件控制情况下，m b r 工艺出水水质为c o d c 。浓度为1 0 0 0 2 5 0 0 m 叽、n h 3 n 浓度为1 5 0 3 5 0 m l 、s s 浓度小于2 5 m g ，l ，m b r 系统对于渗滤液原水中 c o d 。，、n h 3 一n 、s s 的去除率分别达到了9 3 、8 0 、9 8 以上，有效的降 解了垃圾渗滤液中大部分污染物，为后续d t - r 0 工艺创造了良好的进水条件。 ( 2 ) d t r o 作为m b r 的后续深化处理工艺，对m b r 出水进行了进步的 去除，d t _ r o 系统出水水质分别是c o d 。浓度为4 0 1 0 0 m 班、n h 3 - n 浓度 小于2 5 m g l 、s s 浓度小于0 5 m l 、电导率小于3 5 0 m s c m ，去除率分别为 9 5 、8 8 、9 8 、9 6 以上，出水水质完全达到甚至超过设计要求排放值。 因此m b r + d t - r o 组合工艺对于焚烧厂垃圾渗滤液污染物的去除具有较强的 处理能力。( 3 ) 通过对于系统膜性能的变化特点和膜污染以及清洗方法进行 了研究，表明延长膜寿命是降低系统处理成本的方法之一，对工艺经济成本 分析，验证了本试验所采用的m b r + d t _ r o 工艺相对于多级r o 工艺具有一 定的经济优势。 本试验研究较为成功的解决了上海御桥垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的处理问 题，采用m b r + d t _ r o 工艺将会为类似的垃圾焚烧厂以及垃圾填埋场渗滤液 的处理提供一定技术参考价值。 关键词：焚烧；垃圾渗滤液；膜生物反应器( m b r ) ；超滤；碟管式反渗透( d t - r o ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t t bf e a 】j z et h ep u l p o s eo fw a s t eh a 皿l e s s ， s t a b i l j z a t i o n ， r e c y c l j n g a n d m i n i m i z a t i o n ，i n c i n e f a t i o n sp l a y s 卸i m p o n a n tm l e si nt h ed i s p o s a l0 fm u n i d p a l s o l i dw a s t e ( m s w ) a n dh a v eb e e nw i d e l yu s e d 矗b f o a d w i t ht h ed e v e l o p m e n to f u r b a n i z a t i o n ，t h ea m o u n to fm s w a n di t sh i g l l e r h e a t i n gv a l u ei no u rc o u n t r yi s i n c r e a s i l l gc o n t i n u o u s l y g a r b a g ei n c i n e r a t i o ni sb c i n gp o p u l a r i z e dg r a d u a l l yi n e a s ta n ds o u t i lo fc h i n a b u tt h er e f i l s e1 e a c h a t ei nu r b a ng a f b a g ei n c i n c r a t i o np l a n t i sal 【i n do fw a s t e w a t c rw h i c hi sv e r yd 髑c u l tt 0 仃e a t t 1 l ee m p h a s i so ft h i ss t u d y i st 0f i n daw a yt or c a l i z er e f u s e l e a c h a t et r e a t m e n t u s j n gm e m b r 柚e b i o f e a c t o r ( m b r ) l i n kt h ed i s ct u b er e v e r s eo s m o s i s ( d t - r 0 ) t e c h n o l o g yt ot r e a tj t ， t l l er c s u l t sp f o v e dt h i sp r o c c s sc a nr e a l i z e dt h et f e a t l l l e to fl e a c h a t eo nt h es p o to f m s wi n c i e r a t i o np l a i l t t h em a i nf a c t o re 骶c to p e 西r i i l 蛐c eo fm b r + d t _ r 0p r o c e s sa b o u t r e m o v a l0 fc o n t a m i n a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d ，s u c ha sh r l 毡，d o ，o p e r a t i o n p r e s s u r e ， m e m b r a n e c l c a n i n g i n t e a la n dd e a n i n gm e t l l o d s a n dt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w ：( 1 ) t h er a n g eo fc o d c r 、a m m o n j a n i n o g e n 、s si nt h e r a ww a t e ro fl e a c h a t ew e r e2 5 0 0 0 4 5 0 0 0 m g ，l 、1 0 0 0 1 8 0 0 m g 几、9 0 0 2 0 0 0 m l ，r c s p e c t i v e l y it h er c m o v a l so fc o d c r 、a m m o n i a - n i n o g e n 、s so ft h e s y s t e mo fm b r a ta nh r to f6 d ，d 0o f3 4 n l g lo p e r a t i o np r e s s u r eo fu fa t 4 。2 b a ra c h i c v e d9 3 、8 0 、 9 8 ， r c s p e c t 主v e ly t h ee f n u c e 玳 c o d c r 、 锄m o n i a - n i n o g e n 、 s sr a n g e d1 咖2 5 0 0 m g l 、 1 5 0 3 5 0 m la n dl e s st h a n 2 5 m g l ，r e s p e c t i v e l y ( 2 ) t h ei n n u e n fo fd t r oi st h ee m u e n to fm b r ，t h e r e m o v a l so fc o d c r 、a m m o n i a n i n o g e n 、s sa n dc o n d u c t i v j t yo ft h e s y s t e mo f d t - r ou p w a r do f9 5 、8 8 、9 8 、9 6 ，r e s p e c t i v e ly 码ee f f i u c e n tc o d b 、 锄m o n i a - i r t o g e n 、s sa i l dc o n d u c t i v i t yr a n g e d4 0 1 0 0 m l 、l e s st h a n2 5 m g ，l 、 l e s s l l a n0 5 m l 、l e s st l l a n3 5 0m s c m ，r e s p e c t i v e l y ( 3 ) b yt l l ei n v e s t j g a t i n go f t h ec h a n g e 主nm e m b f a n ec a p a b i l i t y ，m e m b r a n ep o l l u t ea n dm e m b r a n ec l e a n i n 岛i t i n d i c a t e dt h a tp r o t r a c tt h em e m b f a n eu s i n gt i m ei sa ni l l l p o r t a n tw a yt or e d u c et h e c o s ti nd j s p o s a lo fl e a c h a t e a n db yt h ed i s c u s s i o no fe c o n o m y i ti s s u r et h a t m e m b r a n eb i o r e a c t o rl i n kt h ed i s ct u b er e v e r s eo s m o s i sp r o c e s sw i t hm a n y a d v a n t a g e si ne f f i c j e n c y ，s t a b i l i t y ，a r e a ，a u t o c o n t r o l ，o p e m t i o n ，a n de c o n o m yi s a n e wt e c h n o l o g ys u i t a b l ef o r t h et r e a t m e n to n e f u s el e a c h a t ej nm s wi n c i n e r a i i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第i 页 p l a t i ns u m m a r y ，t h i sr e s e a c hs o l v e st h ed j f f i c u l tp m b l e mo f r c f u s el e a c h a t e | f e a t m 如to nt h es p o to fm s wj n c j n c f a t i o np j a n t u s i j l g 瑚e m b r a n eb j o f e a c t o rl i n k m ed i s ct u b er c v e t s eo s m o s i sp r o c e s si l lr e f u s el e a c h a t eh a sj n s t m c t i o n a lf u n c t i o n a n dp r a c t i c a lv a l u e ，a n di tc o u n db eu s e dt ot f e a tl c a c h a t ei no t h e fm s w i n d n e r a t i o nm a ma n d1 e a c h a t eo fl a d f i l lf i e l d k e yw o r d s ： i c i n e r a t i o n ；r c f i l s ei e a c h a t e ：m e m b r a n eb j o r e a c t o r ( m b r ) ； u l t r a f i l l f a 虹o n ；d j s ct u b er e v e f s e0 s m o s i s 暑r o ) 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将 本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书 2 不保密d 使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：刮瞬 日期：i “譬夕1 。喾翥嬲缬t 螃日龌：7 护7 ，岛j 、秽5 | 5l 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研 究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 针对垃圾焚烧厂垃圾渗滤液就地处理技术进行课题研究，利用目 前在渗滤液处理技术中两种比较热门的处理技术( 膜生物处理技术和 碟管式反渗透技术) 的结合使用实现对焚烧厂垃圾渗滤液的就地处 理，尤其是关于碟管式反渗透( d t _ r o ) 技术在焚烧厂垃圾渗滤液处 理实践中尚属首次，同时焚烧厂垃圾渗滤液的研究本身也在国内外属 于新的方向。通过本课题的研究对于其它高浓度有机废水的处理提供 了新的思路。 鬻茹爿绲 日期：。乏一6 车岁自知膏 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 垃圾无害化处理技术 当前，我国正处于经济高速发展阶段，相应城市化在迅速发展，人民的 生活水平也在不断的提高，随之而来的是城市垃圾也在不断的增多，据资料 表明，我国人均垃圾产生量为4 4 0 5 0 0 k a ，并且每年以1 0 的速度递增i lj ， 1 9 9 6 年全国城市生活垃圾清运量就已经达到了1 亿吨，1 9 9 9 年垃圾清运量 1 1 3 亿吨，2 0 0 0 年。我国城市生活垃圾的年产生量达到了1 5 亿吨以上：当 前，全国6 6 0 座城市中已经有2 0 0 多座城市陷入垃圾的包围之中口】。垃圾历 年堆存量更是高达6 0 多亿吨，侵占了5 亿多平方米土地1 3 j 。如此庞大的垃 圾如果不及时妥善的加2 王处理，将会对环境造成严重的污染，从而制约了经 济的进一步发展。 近年来，由于环境问题的进一步突出，城市垃圾引起了各相关部门和科 研机构的重视，城市生活垃圾的综合治理水平得到了显著的提高，城市生活 垃圾处理正按照“以减量化为基础，以无害化为主体，以资源化为目标”的垃 圾治理基本方针稳定发展。据国家环保总局加0 3 年环境状况公报，全国生 活垃圾清运量为1 4 8 5 7 万吨，比上年增加8 8 ；其中生活垃圾无害化处理 量为7 5 5 0 万吨，比上年增加2 0 ，生活垃圾无害化处理率为5 0 8 i 。表 明目前无害化处理已经成为我国城市生活垃圾处理的主要方式，就研究现状 而言，无害化处理技术主要包括垃圾焚烧法、堆肥发酵处理法和卫生填埋。 ( 1 ) 垃圾焚烧法 垃圾焚烧法是采用高温焚烧处理的技术手段，通过燃烧工艺的组织，将 垃圾中的有机成分和可燃成分燃烧完全的一种技术方法。相对于其他处理方 法，焚烧法具有以下的几个优点h l ：太大减少垃圾体积和重量，焚烧后的 灰渣还可综合利用( 焚烧后体积可减少9 0 以上) ：垃圾的处理速度快， 不需要长期储存；垃圾就地焚烧，不需要长距离运输；可以回收能量用 于发电和供热；通过组织低污染焚烧工况和焚烧炉的正确设计可实现很低 于发电和供热；通过组织低污染焚烧工况和焚烧炉的正确设计可实现很低 的二次污染。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 国外经济发达国家的垃圾焚烧技术源于1 9 世纪末，至二次世界大战以 后，焚烧技术迅速发展，至今，欧盟、美国、日本的焚烧技术居世界领先地 位【6 1 。其中日本由于土地资源匮乏，焚烧技术处理生活垃圾的比例最高，达 到了7 5 【7 1 。表1 1 是部分发达国家城市垃圾焚烧的状况1 8 】【9 1 。 表1 1 国外生活垃圾应用情况表 我国的垃圾焚烧处理始于上世纪8 0 年代末，尚处于起步发展阶段，“八 五”期间被列为国家科技攻关项目。截至2 0 0 3 年底，在全国3 4 5 个城市生活 垃圾处理设施中，各类垃圾焚烧厂为2 3 个，占城市生活垃圾处理设施总量 的6 7 ，各类垃圾焚烧厂处理规模为7 6 5 0 吨天，仅占5 6 1 1 0 j ，可见我国 焚烧技术还存在较大的发展空间。深圳垃圾焚烧厂是我国引进国外关键技术 和主要设备建成的第一座现代化焚烧厂，于1 9 8 5 年从日本三菱重工业公司 成套引进两台日处理为1 5 0 t d 的垃圾焚烧炉，并于1 9 8 8 年建成投产。随着 我国东南部地区和部分中心城市的经济发展以及垃圾组分的改变，垃圾热值 逐渐满足焚烧的基本要求，因此不少城市也将建设垃圾焚烧厂提上城市规划 的议程之中，其中上海、广州、珠海、成都等城市已经开工建设或建成垃圾 焚烧厂。2 0 0 4 年3 月，我国最大的生活垃圾焚烧处理工程在大连开工建设， 日处理垃圾量为1 5 0 0 吨，生活垃圾减容9 0 ，减量8 0 ，垃圾无害处理率 达1 0 0 1 1 。垃圾焚烧技术在我国的迅速发展为我国城市垃圾的合理处置觅 到新的途径。 总之，垃圾焚烧法在我国现阶段的垃圾处理中的作用将会越来越大，也 将为解决我国当前垃圾问题提供一定的道路。图1 一l 是垃圾焚烧系统的示 意图。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 图1 1 垃圾焚烧系统示意图 ( 2 ) 堆肥发酵处理法 堆肥发酵处理法是城市垃圾资源化、减量化、无害化的又一条重要路径， 它是利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人为条 件控制下，促进生活垃圾中可降解有机物为稳定的腐殖质的生物化学过程。 堆肥发酵技术系统分类有多种【1 4 】：按堆肥方式可分为间歇堆积法和连续堆 积法；按原料发酵所处状态可分为静态发酵法和动态发酵法；按堆制过程的 需氧量可分为好氧法和厌氧法等。我们通常讨论的堆肥法主要是按好氧堆肥 和厌氧堆肥来迸行。好氧堆肥技术指在有氧存在的状态下，专性和兼性好氧 细菌对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终产物主要是c 0 2 、h 2 0 、 腐殖质和热量。厌氧堆肥技术指在无氧存在的条件下，存在专性和兼性厌氧 细菌的作用降解有机物的生化过程，最终的产物为c h 4 、c 0 2 、腐殖质和热 量( 1 6 】。相对好氧堆肥而言，厌氧微生物对有机物的分解速度较慢，因此导 致其周期长、占地面积大、处理效率低，且易产生恶臭等缺点而并没有得到 广泛的应用。目前在国内外主要还是以好氧堆肥为主。图1 2 可以简要说 明好氧堆肥的过程1 1 4 j 。 最早的堆肥技术始于1 8 世纪2 0 年代的印度，但科学地研究堆肥工艺还 是近几十年的事 1 ”。现在堆肥技术比较发达的国家主要还是集中在欧洲和 美国、日本等国家和地区。但是各个国家对于堆肥的利用途径却不一致，在 美国，堆肥技术主要用于的是污水厂的污泥处理，目前在美国大约有2 7 4 套堆肥处理装霍利用来处理城市污水厂污泥【l 。而在欧洲，堆肥技术除了 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 应用于污泥处理之外，还广泛的用于禽粪和生活垃圾的处置，当前在处理城 市垃圾方面采用堆肥技术最多的国家是奥地利和法国，由于其采用机械化堆 肥，堆肥化处理的城市垃圾占生活垃圾总量的2 0 1 1 。日本也非常重视垃 圾堆肥技术，在札幌、歧阜等城市相继实行了堆肥处理城市垃圾【2 0 l 【2 ”。桥 话搏树对日本统计结果表明【引，利用堆肥处理城市垃圾的比例在日本得到逐 步的增加。 堆肥有机物 ( 舍c 、n 、o 、h 、p 、s ) 氧，微生物 合成细胞物质 f _ 蒗生物繁殖) c 0 2 、h 2 0 旷h 毗、5 叫。扩量 随水或气体释放，转换为熟或 排入环境提供生物合成用 图1 2 垃圾( 有机物) 的好氧堆肥过程 表l 一2 是1 9 8 6 年到1 9 9 2 年日本国内堆肥情况的比例，由于日本近年 来城市垃圾处理大力推行焚烧技术，所以这个比例有所回落，据最新资料表 明，目前日本国内堆肥处理占城市垃圾处理总量的4 2 i ”】。目前随着国外 垃圾分类制度的进一步推进以及填埋场垃圾的限制政策的执行，大于3 或 5 的有机物含量的垃圾将不能直接进入填埋场【2 3 】，因此含有大量有机质的 厨余生活垃圾将会越来越多用来进行垃圾堆肥。 表1 2 日本采用堆肥处理垃圾逐年增长情况 我国作为农业大国，全国的肥料需求量比较大，所以，政府有关部门都 非常重视城市垃圾的堆肥化技术。在国家“六五”、叫二五”、和“八五”科技攻 关计划中，均设立了堆肥化技术和专用设备的研究和开发课题。我国从8 0 年代起即开始应用“2 次发酵工艺”，采取了强制通风、好氧发酵，使1 次发酵 周期缩短为1 0 d ，堆肥机械日趋完善，生产趋向产业化，2 0 世纪9 0 年代初， 开始着手发展机械化连续堆肥生产技术。目前，已在北京、上海、杭州等许 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 多城市建立了一批城市垃圾的机械化连续堆肥化设旋i z “。国内比较具有代 表性的垃圾堆肥厂有北京南宫堆肥厂、常州环境卫生综合厂、济南垃圾堆肥 厂、天津市垃圾堆肥处置厂等。但是由于我国暂时还没有推行垃圾分类收集， 给垃圾堆肥带来了相当大的难度，和国外发达国家和地区相比，我国的堆肥 技术的应用还存在不小的差距。主要表现在以下几个方面1 2 5 j ：堆肥的有 效肥料成分含量较低且不稳定。初级堆肥化产品中的氮、磷、钾含量仅为 0 5 1 1 5 、o 3 0 7 、o 3 0 6 ，在肥效上无法和化肥竞争； 堆肥属于缓效性肥料，需要相当长的时间才能见效，其主要的作用在于保持 地力和提高农产品的质量，在提高产量方面不如化肥明显。此外，堆肥中含 有一定数量的碎玻璃、金属、废塑料等杂物会造成田间操作的困难，并且对 垃圾中病原体杀灭不彻底，容易造成二次污染。再者，若施用了发酵不完全 的未腐熟堆肥，其残余有机物在土壤中分解会造成植物根部缺氧而导致减产 或更严重的危害；由于堆肥技术对固体废物的减量化效果不高，处理后产 物体积仍很大，仍需要较大的堆存空间及较高的运输费用。堆肥施用是工作 量大，有明显的臭味，与现代化农业的需求有一定的距离；堆肥产品的成 本高，销量小。据2 0 0 3 年有关部门的资料显示：四川省1 9 9 8 年使用首批国 债资金兴建的1 1 家垃圾堆肥厂有8 家都未正常运行1 2 “。和其它垃圾处理法 一样，在处理过程渗出的废液( 渗滤液) 也带有极大的危害性，造成严重的 二次污染【2 竹。 总之，目前垃圾堆肥发酵处理法在我国还不适宜大规模的推广，要使得 垃圾堆肥化处置形成大的气候我们需要做的工作还很多。不过，相信堆肥作 为垃圾处理的一个重要方法，随着城市生活垃圾组成的改变、垃圾收集方式 的改变、垃圾收费制度的实旎以及现代生物技术水平的不断提高，将在城市 生活垃圾处理中扮演日益重要的角色。 ( 3 ) 卫生填埋 对于所有废物而言，填埋处理是消纳其的最有效方法，同时也是最终处 置方法，无论是采取焚烧处理还是堆肥化处理，都会存在有1 0 1 5 的 剩余物质需要填埋。早期的垃圾填埋处理由于未控制其对环境系统的污染和 破坏，造成了严重的后果。直到2 0 世纪3 0 年代，在美国的加州才有人首次 提出“卫生填埋”的概念。所谓卫生填埋，就是能对渗滤液和填埋气体进行控 制的填埋方式【2 8 】。应用卫生填埋处理生活垃圾的国家很多，在发展中国家， 9 9 以上的生活垃圾采用卫生填埋( 或简单堆放) 处理，对于国土面积比较 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 大的国家，也有许多采用卫生填埋方法【2 9 1 。例如：英国的垃圾填埋占9 0 ， 意大利占7 4 ，美国占6 7 ，德国占4 6 ，法国占4 5 【3 】。在我国，当前 仍然是以卫生填埋为主，绝大部分生活垃圾还是主要靠卫生填埋进行最终的 处理。图1 3 是卫生填埋场的剖面图【圳。 e 7 彳麓蓊雾j 受黪泸絮 习0 正了可，筹i 看扩， j 荔攀妻! ，豢1 1 芰萋糕爹4 儿 图1 3 卫生填埋场剖面图 1 一原地平线：2 一倾斜面：3 一单元；4 一每日覆土层；5 一中间覆土层：6 一作业区底面； 7 一作业面；8 一单元的厚度；9 一废物的终端覆土层# l o 一单元的高度；1 卜一台的高度 按照垃圾降解的机理，卫生填埋主要分为好氧填埋、厌氧填埋和准好氧 填埋三种类型，其中好氧填埋利用通风和送风装置，使得垃圾中含有充足的 氧气，让垃圾进行好氧分解，在这种情况下，垃圾性质可以较快的稳定，反 应过程产生较高的温度( 6 0 左右) ，将垃圾中的大肠杆菌等得以消灭。整 个好氧填埋类似于高温堆肥，其最大优点是由于通风加大了垃圾体的蒸发 量，可部分甚至完全消除垃圾渗滤液【2 9 】，从而有效的防止水体的污染。好 氧填埋比较适合干旱少雨的中小型城市，那些有机物含量高，含水率低的生 活垃圾适宜此法处置。但是好氧填埋法的推广应用也存在着一定的难度，主 要是工程结构复杂，施工难度大，投资费用较大，单位造价高等方面，目前 在我国仅有少许填埋场采用此类方式。厌氧堆肥是目前国内外采用最多的填 埋形式，厌氧填埋就是将垃圾填埋体独立于周围环境，经过漫长的厌氧发酵 使垃圾实现最终稳定化、无害化【3 1 】f 3 2 】；由于无需提供强制通风供氧，使得 结构相对比较简单，降低了能耗，将投资和运行费用降低，管理和操作也比 较简单方便，工程造价低，可以回收甲烷气体，同时具有不受气候和垃圾成 分的限制等优点，因此适应性广。准好氧填埋介于好氧和厌氧之间，最早是 由日本提出的，准好氧填埋是依靠垃圾分解产生的发酵热造成内外温差使空 气自然流入填埋体，促使部分垃圾发生好氧分解，部分垃圾进行厌氧分解， 以此实现垃圾的稳定化【3 ”。由于准好氧填埋场垃圾体内具有厌氧和好氧共 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 存的特点，在费用上与厌氧填埋没有大的差别，且有机物分解方面不比好氧 填埋逊色，因此较适宜普及推广1 2 9 1 。表1 3 以上是三种填埋方式的比较。 表1 3 卫生填埋场分类比较 总体说来，卫生填埋技术具有投资省、运行费用低、管理方便，操作简 单等优点，但需要占用大量的土地。填埋1 t 垃圾需要占地3 m 2 ，如日处理 4 0 0 t 垃圾，一年占地约为4 4 万mz i ”】，因此对于那些土地资源缺乏的国家和 地区来说，采用填埋处理就不是很实际。而且填埋处理还会带来如填埋气体 和垃圾渗滤液等释放物，对环境的二次污染比较严重。但就目前我国的国情 而言，在相当长的一段时间以内，城市生活垃圾处理还是主要依靠卫生填埋 为主。 除了上述三种主要的城市垃圾处理方法以外，还有综合处理法等，但是 绝大多数国家和地区还是以垃圾填埋、焚烧、堆肥为主，尤其在我国，由于 经济基础较为落后，人口众多、人均土地资源面积不及世界人均的1 3 。因 此更需合理利用有限的国土资源，加快对先进的城市垃圾处理手段和方法进 行吸收和消化，促进垃圾处理“三化”进程，尽量的把垃圾作为一种资源加以 开发利用、变害为利、变废为宝，让垃圾资源重新进行自然生态和物质良性 大循环，实现经济可持续发展【3 “。所以，各个城市在规划城市垃圾处理方 案时须结合本地实际，采取适台当地长远发展的可靠方法。 1 1 2 焚烧厂垃圾渗滤液的产生、特点、危害 近几年来，垃圾焚烧技术越来越广泛的应用，在我国部分发达地区随着 垃圾组分的改变，垃圾热值的增高，使得这项技术得到了快速的推广；然而 焚烧除了烟气污染等需要进行控制和处置以外，同样也存在着垃圾渗滤液的 问题，由于以前用于焚烧的垃圾量少，产生的垃圾渗滤液相对较少，垃圾渗 滤液主要是通过排入市政污水管道由城市污水厂进行处理，但是随着人们对 环境的要求越来越高，加上现在垃圾焚烧厂往往远离市区，使得排入市政污 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 水管网的难度加大，造成垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的问题也就越来越明显，因 此，焚烧厂垃圾渗滤液的就地达标处理技术的研究也越来越多。 相对于填埋场渗滤液的处置而言，目前国内外对焚烧厂垃圾渗滤液的研 究还不是很多，而且就两者渗滤液本身雨言，也存在着定的差异，因此， 对于焚烧厂垃圾渗滤液的处理除了要结合填埋场渗滤液的技术考虑外，还要 考虑焚烧厂垃圾渗滤液自身的特点来进行。 ( 1 ) 焚烧厂垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液又称为渗沥水或浸出液，是垃圾在堆放或填埋过程中由于发 酵、降雨及径流的影响、以及地表水的浸泡而滤出的污水【3 竹。对于焚烧厂 垃圾渗滤液而言，采用露天堆放的垃圾其产生状况基本上和填埋过程产生渗 滤液的途径一样，主要来自以下几个方面【2 9 】【3 2 】【3 8 l ： 1 ) 直接降水。降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源。影 响渗滤液产生数量的降雨特性有降雨量、降雨强度、降雨频率、降雨持续时 间等。降雪和渗滤液生成量的关系受降雪量、升华量、融雪量等的影响。 2 ) 地表径流和下渗。降水的一部分形成地表径流，一部分被下渗。影 响地表径流的因素有雨量、雨强、垃圾堆放场的表面状况等；未被排走的水 分部分被蒸发，一部分下渗至垃圾堆体中并逐渐下渗到垃圾底部，有机物 含量高的垃圾和土层，持水能力较高，会减小下渗速率。 3 ) 蒸发和蒸腾作用。土壤和垃圾的蒸发及植被的蒸腾作用是垃圾堆放 场水分损失的两个重要环节。影响蒸发的因素有：辐射、气温、湿度、风速 和土壤以及垃圾中含水率大小和分布。 4 ) 废物中水分。随固体废物进入垃圾堆放场中的水分，包括固体废物 本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附。 5 ) 有机物分解生成水。垃圾中的有机组分在垃圾堆放场内经好氧、厌 氧分解会产生水分，其产生量与垃圾的组成、p h 值、温度和菌种等因素有 关。 由于采用露天堆放储存的垃圾焚烧厂受天气的影响很大，往往焚烧厂不 能连续工作，同时，在垃圾进入焚烧炉之前，同样还是必须运入室内进行发 酵熟化2 3 天，以达到渗出水分和提高热值的目的。露天堆放储存只是以 前垃圾焚烧厂限于堆放条件有限而采取的不得已的措施，现在国内外几乎已 经不采用这种方法了。 而采用室内堆放垃圾的焚烧厂所产生的垃圾渗滤液相对少很多，这也是 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 目前大多数焚烧厂垃圾堆放的主要形式，这种方式产生的渗滤液来源有： 外在因素：冲洗垃圾储存池的冲洗水和渗入水、运输过程渗入雨水、空 气中吸入水分等； 内在因素：垃圾自身所含的水分、垃圾分解产生水分等。其中垃圾自身 所含水分是采取室内堆放垃圾渗滤液的主要来源之一，当垃圾含水为4 7 时，每吨( t ) 垃圾可产生0 0 7 2 2 t 渗滤液【3 9 】。本课题研究的上海御桥垃圾焚 烧厂采用的垃圾堆放方式也是室内堆放。因此，以下对垃圾渗滤液的特性研 究等也是基于这种堆放形式进行展开的。 ( 2 ) 焚烧厂垃圾渗滤液特点 城市垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液属于早期的渗滤液，相对于填埋场的渗滤 液表现出更高浓度的特性，具体特征表现在以下几个方面： 1 ) 有机污染物种类多、浓度高和变化范围大。 垃圾焚烧厂垃圾渗滤液由于其来源特点，一般在监测过程中得到的 c o d 。，和b o d 5 分别2 5 0 0 0m l 和1 5 0 0 0 m l 以上，有时甚至分别达到 8 0 0 0 0 m l 和3 5 0 0 0 m g ，l 以上，相对于城市污水，污染物浓度极大，因此对 于处理方法的要求就更高。对于有关焚烧厂渗滤液中的具体成分的研究和分 析，可供利用的资料还不多见，但是可以参照填埋场渗滤液成分进行分析。 张兰英【4 0 】监测到的渗滤液中有机物种类共9 3 种有机化合物，其中2 2 种被 列为我国和美国e p a 环境污染物的黑名单中【4 1 】。通常，垃圾渗滤液中的有 机物分为三种f 2 9 】【4 2 l ：低分子量的脂肪酸类：腐殖质类高分子的碳水化 合物；中等分子量的黄腐酸类物质。垃圾焚烧厂渗滤液可对应于早期填埋 场渗滤液来进行分析，渗滤液中的有机物中可溶性有机碳约9 0 是短链的 可挥发性脂肪酸，其中以乙酸、丙酸和丁酸浓度最大。因此，焚烧厂的垃圾 渗滤液表现出有机污染物种类多，浓度高和变化范围大的特征。 2 ) 金属离子含量高。 垃圾焚烧厂垃圾渗滤液中含有大量的金属离子，其中铁和锌离子含量较 高，远远大于一般的排放标准，对微生物有强烈的抑止作用，因此对于生物 处理而言，往往需要加强对垃圾渗滤液中金属离子以及电导率的去除。上海 御桥焚烧厂垃圾渗滤液的电导率经常会超过3 0 0 0 吮s c m ，如此高的电导率 对该类垃圾渗滤液的处置和处理提出了更高的要求。 3 ) 氨氮含量商、含盐量高。 垃圾焚烧厂垃圾渗滤液作为典型的一种组成复杂的高浓度有害废水，高 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 的氨氮含量是重要的表现特征之一，通过现场监测表明，一般焚烧厂垃圾渗 滤液的氨氮浓度1 1 0 0 1 6 5 0 m g l 之间，有时可高达2 0 0 0 m l ，如此高的 氨氮浓度，使微生物营养素c ，n 比例严重失调，影响微生物的活性，降低 生物处理的效果。渗滤液中的氯化物和磷酸盐等盐类物质，有时也很高，影 响生物渗透压的平衡，制约生物处理的正常发挥，为避免对生物处理的不利 影响，必要时应进行脱盐处理。同时，由于还含有较高浓度的硫酸盐和碳酸 盐，对于物化处理也存在一定的影响。 4 ) 营养元素比例失调。 对于生化处理，一般而言，污水适宜的营养元素比例是 b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 ，由于渗滤液中氨氮含量较高，造成c n 比例失调，且磷 元素缺乏，使得微生物生长得到了限制，造成生物处理的困难进一步加大。 5 ) 其他特点 无论是垃圾焚烧厂垃圾渗滤液还是垃圾填埋场垃圾渗滤液，在进行生物 处理时均会产生大量的泡沫，不利于处理系统的正常运行。同时渗滤液还含 有较大的色度和刺激性气味等其他特点。 ( 3 ) 焚烧厂垃圾渗滤液的危害 焚烧厂垃圾渗滤液对环境的危害同填埋场垃圾渗滤液相似，可归结为以 下三个主要方面：对地下水和地表水的危害；对土壤和生物影响；对 受纳水体的污染。垃圾渗滤液属于高浓度有机废水，其妥善处理尤为重要， 自从2 0 世纪6 0 年代以来，世界各国逐渐意识到渗滤液对地表水和地下水的 污染并展开研究【4 3 。”。c a l v e r t 【4 8 j 曾报导距垃圾处理厂的蓄水池塘5 1 2 m 远的 一口井水，其硬度、钙、镁浓度、总固体量和c 0 2 都有增加。同时，垃圾 渗滤液还会对周围环境和生物造成严重的影响，其有效处理也有不小难度。 s u s a n ch a p e r d 等报导了渗滤液中重金属对周围环境及对后生物处理的毒性 影响【4 。总之，垃圾渗滤液中含有多种污染物成分，往往使得被其污染的 地下水和地表水表现为水质浑浊，有嗅昧，c o d ，三氮含量高，油、酚污 染严重，细菌、大肠杆菌超标【5 ，而如此高的污染物含量将会对产生源周 围环境造成巨大的危害，因此，必须对其进行合理有效处理，将对环境的影 响降至最低。 1 2 国内外垃圾渗滤液处理技术综述 由于垃圾渗滤液的成分复杂、污染浓度高，且产生水质水量随同围环境 西南交通大学硕士研究生学位论文第n 页 和气候以及垃圾组分的不同而存在很大的差异，因此，如何有效的处理垃圾 渗滤滚成为垃圾处理过程中所面临的巨大现实问题。综合所有处理形式，目 前垃圾渗滤液的处理有场内和场外两大类处理方案1 5 。 场内处理就是将渗滤液向填埋场和垃圾储存堆( 池) 喷洒，或者在垃圾 处理场内建立污水处理站进行单独的处理。渗滤液的循环喷洒不仅可以降低 污染物的浓度，还可以通过挥发作用减少渗滤液的产生。但是通过喷洒不能 完全消除垃圾渗滤液，所以一般的场内处理必须通过污水处理站处理后才能 排放。场内处理需要单独建立垃圾渗滤液处理系统而产生大额的费用，因此 处理成本相对较高。 场外处理是把垃圾渗滤液通过排放到城市污水处理厂与城市污水合并 处理，利用污水厂对渗滤液的缓冲、稀释作用实现垃圾渗滤液和城市污水的 同时处理。这种方法节约了大量单独建设污水处理系统的费用，但是也存在 如距离城市污水处理厂距离远造成输送的困难，以及由于垃圾渗滤液所特有 的水质特点对城市污水处理厂造成较大的冲击负荷，影响城市污水厂的正常 运行的缺点，所以这种方法也存在一定的风险。 目前，也出现了部分利用场内场外结合处理的措施，即是先通过场内预 处理去除较高的重金属、氨氮和色度等污染物或通过厌氧处理改善其生化性 后排入城市污水处理厂进行合并处理。 无论是场内处理还是场外处理，必然会涉及到渗滤液的处理技术。总结 目前所有垃圾渗滤液处理技术，大致上可以分为生物处理技术、物化处理技 术、膜处理技术、土地处理技术、蒸发处理技术以及上述技术的各种组合形 式等p “。而真正在实践中运用较多的还是集中在生物处理、物化处理和膜 处理技术、土地处理这几种方法中。 1 2 1 生物处理 生物处理垃圾渗滤液是利用微生物的新陈代谢作用以及微生物絮体对 污染物的吸附作用将渗滤液中的有机污染物去除的一种污水处理方法。它具 有处理效果好，运行成本低的优点，是目前运用最多的处理方法，生物处理 包括了好氧处理、厌氧处理、好氧厌氧结合这三种类型。许多学者认为对 c 0 d 浓度在5 0 0 0 0 m l 以上的高浓度垃圾渗滤液建议采用厌氧方法进行前 段处理，然后采用好氧或其他后续处理方法；对c 0 d 浓度在5 0 0 0 m 叠，l 以 下的垃圾渗滤液建议采用好氧生物处理方法；c o d 在5 0 0 0 5 0 0 0 0 m l 之 间的垃圾渗滤液可以根据实际情况选择好氧或厌氧处理f 5 3 1 。 西南交通大学硕士研究生掌位论文第1 2 页 目前，国内外对利用生物处理垃圾渗滤液的研究很多。英国的水研究中 心【5 4 报道用u a s b 处理c o d 1 0 0 0 0 m l 的渗滤液，当负荷为3 6 1 9 7 k g c o d “m 3 d ) ，平均泥龄为1 0 4 3 d ，温度为3 0 时c o d 和b o d 5 的 去除率各为8 2 和8 5 。李军1 5 5 】等人采用复合式厌氧反应器和0 淹没式 生物膜曝气池及碱化吹脱塔技术对深圳下坪垃圾卫生填埋场渗滤液进行处 理，复合式厌氧反应器水力停留时间为2 o d ，容积负荷为9 5 k g c o d ( m 3 d ) 。 水温为3 4 时，其对c o d 的去除效率为8 3 3 ，b o 如去除率为8 8 4 。 1 2 2 物化处理和膜分离 之所以把膜分离和物化处理结合在一起来讨论，主要是因为膜分离技术 也属于物化处理的一种。物化处理是利用各种物理和化学手段来处理废水中 的各种污染物，理论上讲采用物化处理可以去除水中所有的污染物且不受水 质水量变化波动影响，出水水质也较稳定，尤其对可生化性能较差 ( b o d c o d 比值比较低0 0 7 o 2 0 ) 难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的 处理效果【5 6 】。但物化法的投资大、处理成本、运行费用较高，通常只用于 色度、s s 、氨氮、重金属离子等的去除【5 7 ，”j ，有时也用于渗滤液中难生物 降解的c 0 d 去除。目前，国内外用于处理渗滤液的物化方法主要有：混凝 沉淀和气浮、吹脱、电解氧化、光催化氧化、化学药剂氧化、吸附以及膜分 离等f 5 9 _ 6 1 】。所谓膜分离技术是指通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的 差异，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液 体进行分离、分级和富集的方法【6 2 j 。目前在水处理领域常见的膜分离技术 包括微滤( m f ) 、超滤( u f ) 、纳滤( n f ) 和反渗透( r 0 ) 等，广泛应用 于海水淡化，造纸、化工、电镀废水处理等各个领域，并取得了良好的处理 效果。近年来国内外一些专家学者也在膜处理垃圾渗滤液方向上作出了尝 试，得到了不错的结论。在德国d 锄s d o r f ，用反渗透技术继续处理生化后 的垃圾渗滤液得到了成功的运行。荷兰以及瑞士也先后采用了反渗透技术处 理垃圾渗滤液怿”。湖南大学袁维芳等人也对垃圾渗滤液预处理出水进行了 反渗透实验研究【6 钔。试验表明，在适当的进水压力等条件下，对于c o d 。 去除率可以达到1 0 0 。 1 2 3 土地处理 垃圾渗滤液的土地处理技术兴起于上个世纪9 0 年代，主要是通过土壤 颗粒的过滤、交换、吸附、沉淀等作用去除其中的悬浮固体和溶解成分；通 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 过土壤的微生物作用使得渗滤液中的有机物和氨氮发生转化，并通过蒸发作 用减少渗滤液的产生量。目前，在渗滤液处理中，主要的土地处理法是回灌 和人工湿地。 渗滤液回