城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺的选择

城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺的选择

0渗滤液处理方法废水提取物主要有四个特点：高浓度、长期储存、不同流量和高水质变化。垃圾渗滤液中含有重金属离子和有机物等多种污染物,近年来,从渗滤液中还监测出含有致癌物质卤代烃(AOX)。而工业生产部门所使用的垃圾填埋场的渗滤液成分更为复杂,含多种有毒有机物和无机物,如不加以妥善处理,不仅污染地表水,也会污染地下水,对人们生产和生活构成严重威胁,因而对渗滤液的处理显得十分必要。目前渗滤液的处理方法主要有场外综合处理(与城市污水厂的合并处理)和场内单独处理(建设独立的场内完全处理系统)两大类。处理工艺主要有物化法、生物法、土地法、回灌法以及上述方法的组合。文章就近年来垃圾填埋场渗滤液处理工艺进行分析,并在综述其研究进展的基础上对渗滤液处理工艺的研究方向进行展望。1渗滤液预处理研究目前采用的处理渗滤液的物化法主要有混凝、化学沉淀、活性炭吸附、化学氧化、电化学氧化、化学还原、离子交换、树脂吸附、反渗透膜、超滤、AOPs(即高级氧化过程,包括湿式氧化、光化学氧化、Fenton法氧化等)、蒸干法和吹脱等方法。物化处理的主要目的是去除渗滤液中的有毒有害重金属离子及氨态氮,为渗滤液的达标排放和生物处理系统有效运行创造良好的条件。针对渗滤液中氨氮的浓度过高,国内外常采用磷酸氨镁沉淀法去除。Li等将MgCl2·6H2O,Na2HPO4·12H2O将Mg2+∶NH4+∶PO43+按照1∶1∶1的摩尔比投加到渗滤液中,15分钟内渗滤液中氨氮质量浓度可从5618mg·L-1降低到112mg·L-1。渗滤液中重金属和难降解有机物质常采用吸附法去除,Rodriguez等采用活性碳、树脂等去除循环回灌后渗滤液中为难降解的有机物(如腐殖质等),可去除13.5%左右的COD,主要对应于难降解有机物质,最终出水COD质量浓度可低于200mg·L-1。沈耀良等采用混凝焦炭吸附法处理苏州七子山垃圾填埋场渗滤液的预处理研究表明,采用聚合氯化铝PAC(用量为400mg·L-1)作混凝剂,焦炭(用量为8～10g·L-1)作吸附剂,可有效去除渗滤液中的COD和各种重金属离子,COD去除率为58%,重金属去除率为60%,色度去除率为68%,其中铜离子几乎能完全去除。尽管物化法已在渗滤液处理中得到广泛的应用,但单纯使用仍难以达到理想的效果。2生物处理法2.1渗滤液的预处理处理垃圾渗滤液的好氧生物处理法主要有活性污泥法、生物接触氧化法、生物转盘法、氧化沟法、SBR法、AB法、生物活性炭流动床法、氧化塘法和微生物絮凝法等。AhmetUygur等分别对比了厌氧(An)-缺氧(Ax)-好氧(Ox)3步SBR法、厌氧-好氧-缺氧-好氧4步SBR法和厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧5步SBR法对渗滤液的处理效果,研究结果表明:5步法效果最好,运行21h后出水COD,氨氮和PO4-P质量浓度分别为1400,107和65mg·L-1。运行过程中若加入活性炭粉末(PAC,1g·L-1)可提高营养物质的去除效率,21h运行后去除75%的COD,44%的氨氮,以及44%的PO4-P。2.2生活垃圾填埋场处理垃圾渗滤液的厌氧生物法有UASB法、ABR法、ASBR法、厌氧混合床过滤系统法和厌氧滤池法等。UASB是一种较新型的厌氧处理反应器,由于其高浓度的颗粒污泥床,厌氧处理设备具有更强的处理能力。Kennedy等在COD有机负荷(ORL)处于0.6～19.7g·L-1·d-1的范围内,水力停留时间12～24h的条件下,渗滤液中可溶性COD的去除率为71%～91%。此外Kettenue等采用UASB对芬兰EspooAmmassuo城市垃圾填埋场渗滤液在低温(13～23℃)条件下进行了现场试验研究。结果表明,即使在冬季,UASB也能有效地去除污染物。3植物处理系统土地法是利用土壤-微生物-植物这一生态系统的吸附、离子交换、化学沉淀和生物降解性能对渗滤液中的污染组分予以去除的一种处理方法。土壤植物处理系统(S-P)不仅利用土壤或陈垃圾的物化及生化作用,而且还利用了植物和微生物的修复技术。1985～1986年在瑞典建立了大规模现场S-P系统进行试验。在前3年,测得年平均蒸发量从实验前的140mm增加到340mm,增加了2～3倍。氮的浓度从6193mmol·L-1下降到2196mmol·L-1,平均下降了60%,并且随着植物的生长和根系的发展,处理效果还可进一步提高。4填埋场渗滤液Pohland在1975年首次提出渗滤液的回灌技术,并运行了将渗滤液连续回灌到垃圾表面的实验,一年后渗滤液的ρ(COD)从2000mg·L-1下降到1000mg·L-1。他的研究还表明对填埋场进行渗滤液的回灌,一方面能在填埋场内形成更有利于产生甲烷的环境(湿度增大、氧化还原电位降低、重金属离子浓度下降等);另一方面回灌的渗滤液给填埋场内带来了大量的有机物,使微生物种群更加丰富,水质分布更为均匀,从而提高填埋场内垃圾的产甲烷速率,降低渗滤液的污染强度,加快垃圾的稳定化进程。他把垃圾填埋场看作生物反应器,提出由于填埋场内垃圾处于不同的稳定化阶段,根据垃圾的稳定化进程可以将产甲烷区垃圾层排出的渗滤液回灌至新填入的垃圾层(产酸区),而将新垃圾层所产生的渗滤液回灌至老龄填埋区,这样有利于加速污染物的溶出和有机污染物的分解,同时加速垃圾层的稳定化进程。4.1渗滤液回灌对垃圾初始稳定化的影响原渗滤液直接回灌可以促进填埋场厌氧生物的活性,从而提高了有机物降解速率。一般而言渗滤液中的COD,氨氮和氯离子的浓度在12个月内达到最高值后逐渐下降到稳定。Walsh等认为渗滤液回灌促进了初始阶段的产酸化过程,促进垃圾水解酸化,但不能促进产甲烷,因为填埋场中的缓冲能力不足以维持一定的pH值。Lay等将渗滤液回灌和不回灌对填埋层的影响进行了对比试验,得出含水率为75%是加速垃圾稳定化的初始条件;渗滤液回灌能提高乙酸转化为甲烷的速率,对丙酸和丁酸无太大的影响;渗滤液回灌能提高填埋层的缓冲能力,减少因pH值降低而对产甲烷的抑制作用,从而缩短了产甲烷阶段的时间。4.2实验方法与回灌量一般的生物处理方法有厌氧处理和好氧处理。RobinSon等将渗滤液曝气并加入营养物(P043-)回灌后,没有发现对覆盖层上的草产生负面影响,这主要是由于曝气降低了渗滤液的污染强度。Walsh等用从产甲烷填埋层排出的渗滤液回灌,使得填埋层很快就开始产甲烷。另外渗滤液的pH在整个实验过程中都很高,且回灌量大更有利于垃圾降解。Chugh在实验中将陈垃圾与新鲜垃圾渗滤液交叉回灌。首先,陈垃圾渗滤液回灌入新鲜垃圾填埋单元起接种作用,并且冲洗出抑制物(主要是有机物)。新鲜垃圾渗滤液回灌入陈垃圾填埋单元,利用其中的甲烷菌种将回灌液中的有机酸转化为甲烷,然后产生的渗滤液再回灌至新鲜垃圾层,这样交替回灌直到新鲜垃圾达到稳定。认为在60d内,未分选的垃圾中约80%的可降解有机物被降解。实验还研究回灌量不同的效果。Viettez等在实验室首先将渗滤液原液循环152d,从153d至335d将渗滤液经上流式产甲烷反应器处理后回灌至填理层,从336d至524d将渗滤液原液回灌至填埋层。得出垃圾中碳水化合物、蛋自质和脂类的转化率分别为90%,49%和37%。通过对填埋层和产甲烷反应器的产甲烷过程研究,认为固相水解是一级反应,其速率常数为0.017d-1,且垃圾水解速率慢于产甲烷速率。4.3滤液调节ph值回灌一般的物化处理方法是调节回灌渗滤液的pH值。Pohland和Barlaz等得出渗滤液调节pH值回灌可以加快进入甲烷化过程。Walsh等和Kinman等在渗滤液中加入缓冲剂后回灌,认为可以使填埋场中pH保持近中性,这有利于产甲烷,还可以使渗滤液的污染强度迅速下降。但,欲将垃圾中80%的有机