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[關鍵詞]城市生活垃圾;滲濾液;處理方案;工藝分析
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)35-0069-01
在當今時代,人們對生活垃圾的處理方式主要包括:垃圾焚燒、垃圾填埋、垃圾堆肥等,對于經濟相對不是很發達,垃圾低位熱值偏低的中小城市,比較常用處理方式就是衛生填埋。因為這種方式所需經費偏低,操作比較簡單,管理也比較方便,而且衛生填埋具有處理和處置(最終消納處理)城市生活垃圾的雙重功能,因此,對于任何一個城市,衛生填埋都不能或缺。目前全國縣級填埋場建設數量和投入運行的數量都處于較高的狀態。然而,表面上看似我們不留痕跡的將所有生活垃圾都處理了,可是在填埋的過程中,會產生大量的滲濾液,這些滲濾液造成的環境污染更加嚴重,而且所含的成分及其復雜,污染物的濃度非常高,所以,對城市生活垃圾滲濾液的處理迫在眉睫,更需要我們對其進行妥善處理,降低它產生的危害。
一、城市生活垃圾滲濾液的具體特征
城市生活垃圾滲濾液對環境的污染被世界公認為對人類身體健康的威脅程度最大,所以,我們需要對其相關成分嚴格分析,方便對其科學合理的處理。
(一)濃度非常高的污染水
城市生活垃圾滲濾液也可以被稱為是濃度非常高的污染水,它具有相當復雜的污染成分,且污染水中的各種成分的物理性質、化學性質都是不穩定的,有些成分的性質會隨著季節、溫度的變化而變化,在滲濾液中也富含各種鹽類以及氨氮等成分,對環境的污染相當嚴重。
(二)滲濾液的組成成分復雜
由于城市的生活垃圾形形,生活垃圾的產生形式也是千奇百怪的,所以,在我們對其進行填埋處理時,各種成分都滲入到填埋場中,然后,再經過降水的過程,滲濾液隨之產生,又或者經過微生物的降解加上降水的過程,也會成為城市生活垃圾滲濾液的重要組成成分。久而久之,填埋場中滲濾液的酸性隨著時間逐漸增強,最后對環境的威脅程度也在升高,而且人類的身體健康也會受到嚴重威脅。
二、城市生活垃圾滲濾液的處理方案分析
2008年以前,我國垃圾填埋以簡單填埋為主,生活垃圾填埋場基本無垃圾滲濾液處理裝置,已運行的生活垃圾填埋場,滲濾液收集后可直接并入或通過預處理后并入城市污水管網進入污水處理廠進行處理。但《生活垃圾填埋污染控制標準》(GB16889―2008)的出臺,對城市生活垃圾衛生填埋場水污染物處理設施、污染物達標排放限制提出了更高要求。
2008年7月1日新標準出臺后,不僅要求新建生活垃圾填埋場應設置污水處理裝置,生活垃圾滲濾液(含調節池廢水)等污水需自行處理并符合相關污染物排放控制要求。而且凡在新標準出臺前建設的生活垃圾衛生填埋場,均需要改造垃圾滲濾液處理設施,自2011年7月1日起,現有全部生活垃圾填埋場應自行處理生活垃圾滲濾液并執行標準規定的水污染排放濃度限值。
通常,我們根據滲瀝液的進水水質、水量、排放標準、技術可靠性及經濟合理性等因素綜合考慮,選擇具體的處理方案。其中深度處理是滲濾液處理工藝中必須的,也是保證達標及運行管理的關鍵步驟,一般以物化處理作為深度處理,主要處理方案有以下幾種:
①預處理+生物處理+深度處理
②預處理+深度處理
③生物處理+深度處理
三、城市生活垃圾滲濾液的處理工藝分析
城市生活垃圾滲濾液屬于高濃度難降解有機廢水,國內外利用了一些處理工藝,如:生物處理、物化處理、地面處理等,我們在使用的過程中,將這些工藝組合起來,增強處理效果,才能實現達標排放。
(一)生物處理
生物處理一般包括好氧處理、厭氧處理兩種工藝。在對污水濃度較高的滲濾液進行處理時,我們就可以利用厭氧處理工藝,來達到處理的效果。在對污水濃度不是太高的滲濾液進行處理時,我們可以利用好氧處理。例如:活性污泥法、氧化塘法、生物膜法、生物轉盤法等都是屬于有氧處理工藝的,其中活性污泥具有維持高有機負荷的作用,而且它還能夠有效減少水力在滲濾液處理過程中的停留時間,節省了處理工藝需要的空間,使得處理的效果更好。另外還有厭氧生物濾池、厭氧污泥床等屬于生物處理中厭氧處理工藝。但是,在日常的處理過程中,我們一般將厭氧、好氧處理工藝結合起來,即厭氧-好氧處理工藝,對這種處理工藝,工作人員具有熟練的技術以及純熟的理論知識,能夠很好的將其處理效果發揮出來。而且這種處理工藝的運行成本相對比較低, 但是,使用該種處理工藝處理后的滲濾液往往難以達到標準,而且隨著填埋時間的增加,氨氮的增加和營養的降低,可生化性的變差,處理難度越來越大。所以,我們一般在預處理后,采用生物處理和物化處理相結合的工藝,實現最佳的處理效果。
(二)物化處理
物化處理一般包括膜處理、吸附過濾、高級化學氧化等。主要以膜處理工藝為主,包括納濾和反滲透工藝。這兩種工藝都可用于工業領域的處理以及污水的處理,而且反滲透處理有時也做軍事應用。例如:光催化氧化技術、電解氧化處理技術、等離子技術等都是物化處理工藝的重要表現形式,其中電解氧化處理技術能夠有效降解滲濾液中典型的難處理的有機化合物,如苯酚等,為后續的進一步生化處理提供便捷;光催化處理是利用半導體二氧化鈦、氧化鋅、三氧化鐵等對滲濾液做氧化處理,而且投入實際應用中也取得了很好的效果,提高了城市生活垃圾滲濾液深入處理的效果;等離子技術也是一種有效的處理工藝,這種技術是將滲濾液中難降解的物質通過高脈沖放電處理,使其成為可溶解的物質,讓滲濾液的可生化性提高,也能夠有效降低滲濾液中氨氮物質對微生物的抑制作用。總的來說,該種處理工藝不受BOD5/COD比值變化的影響,出水率能夠穩定達標,在選擇處理工藝的過程中,我們也會選擇采用預處理后直接用膜處理工藝,如預處理+兩級DTRO,但處理成本比較高,對管理的要求比較嚴格。
(三)其他處理工藝
土地處理在一般情況下是不會被使用到的,該種處理工藝是通過土壤中顆粒的過濾作用,以及離子吸附和沉淀等,能夠有效地將城市生活垃圾滲濾液中的懸浮的固體物質去除,但是,不被使用的原因就是在使用該工藝的過程中,會產生重金屬的二次污染,而且也會有刺鼻的惡臭隨之產生,也會造成對環境的污染。除此之外,還有回灌法等處理工藝可供選擇,而且,目前,國內外也正在積極研究更加科學有效的處理工藝,如:微波處理、磁化處理等工藝都處于研究階段,相信在不久的將來,我們就可以研究出更加合理的處理工藝,并與處理方案結合起來,最大限度地將城市生活垃圾滲濾液的污染降到最低。
四、結束語
總之,我們不能忽視城市生活垃圾滲濾液對人類生體健康的污染,而且“保護環境”、“保護我們共同生活的家園”等話題也是目前國際上激烈呼吁的熱點話題,讓我們不得不重視這部分的污染源。所以,相關人員還需要更深層次地對城市生活垃圾滲濾液的處理方案及工藝進行分析,最大限度地降低滲濾液對環境的危害以及對我們人類身體健康造成的危害,共同為創設綠色環境做貢獻。
參考文獻
[1]郭曼,基于厭氧序批式反應器的垃圾滲濾液預處理研究,西南交通大學,2014年05月.
[關鍵詞]城市生活垃圾衛生填埋填埋氣體滲濾液
1城市生活垃圾現狀
隨著現代工業的興起和城市迅猛發展,人口大量涌入城市,使城市的生活垃圾產生量大大增加。這些垃圾占用大量的土地,且種類繁多,成分復雜、危害性強。如果處理不當,勢必污染城市的大氣、水、土壤等,進而降低和破壞城市自然生態系統的調節凈化能力[1]。
目前國外城市垃圾采用的處置方式主要有衛生填埋、焚燒、堆肥等3種,表1為這3種處置方式的比較。
表1生活垃圾處置方式對比
工藝 優點 缺點 適用范圍
衛生填埋 處理量大、方法簡單、費用低 占地大、管理要求高、對外部環境要求高、使用期限有限 無機物>60%、含水量0.5 t/d
焚燒 處理量大、占地小、無害化徹底 費用高、控制不當產生二次污染物如SO2、NOx、飛灰等 垃圾低位熱值>3300 kJ/kg時,不需添加輔助燃料
堆肥 處理量大、費用低、工藝相對簡單 肥分含量低,長期使用影響土壤結構 垃圾中可生物降解有機物≥10%、從肥效出發應>40%
我國城市生活垃圾處置也主要采用填埋、焚燒和堆肥等方法,其中,以填埋為主,占70%以上;其次是高溫堆肥,占20%以上;焚燒量甚微[2]。
焚燒與堆肥技術在我國發展較慢,原因主要為:(1)我國城市生活垃圾未實行分類收集,垃圾成分復雜不利于燃燒與堆肥;(2)焚燒廠的投資太大,運行成本太高;(3)控制不當將產生二次污染問題;(4)垃圾堆肥產品銷路不暢;(5)工藝技術和設備與國外亦有較大的差距。
針對我國現階段國情,我國絕大部分垃圾仍采用填埋進行處理為主,并且在今后相當長時間內,垃圾填埋處理還將占主導地位。
2衛生填埋技術
在我國,由于垃圾填埋場啟用時間早,許多填埋場在最初的選址、設計、施工和使用中,未按現行的城市生活垃圾衛生填埋技術規范執行,填埋場底部和周邊都沒有采取防滲措施,垃圾產生的滲漏液和填埋氣體,極易給周邊環境和企業、社區帶來污染和安全隱患。
2.1 填埋氣體。填埋氣體是城市生活垃圾中的有機成分經過厭氧降解產生的混合氣體,其主要組成為CH4、CO2、H2、N2和O2,還有少量的H2S、NH3、辛烷、氯乙烯等,其中CH4、CO2(沼氣主成分)占填埋氣體的99.5%~99.9%,NH3、H2S等有毒的惡臭氣體,占填埋氣體的0.2%~0.4%。這些氣體一旦遇到房屋或棚罩阻攔,將不斷積累,最終可能導致火災和爆炸事故。垃圾內的易燃易爆物質在一定條件下,也會自行燃燒爆炸。
2.2 滲漏液。垃圾滲濾液主要來源于垃圾本身、垃圾發酵過程以及受水體浸泡而產生的廢水。其主要特征為:滲濾液中污染物的濃度非常高,成分復雜,水質惡劣,一般COD濃度達幾千或者上萬;一些年代久的垃圾填埋場,COD濃度可高達幾萬,并且含有高濃度的氨氮,滲濾液可生化性很差,含有大量的重金屬、多種病源微生物等有毒有害物質,而且滲濾液的組成成分會隨著填埋時間的延長越來越惡劣。
3填埋氣與滲漏液的處理技術
3.1 填埋氣的收集技術
3.1.1豎井收集系統。早期的填埋氣主要用豎井收集系統,具體做法是在填埋場填埋作業后不久,通過挖掘機械或人工打井的方式建造豎井系統。
3.1.2表面收集系統。填埋場在表面覆蓋完成以后,便可進行表面收集系統的安裝。整個系統是由排氣管編織而成的收集網,填埋氣通過排氣細管輸送到系統的幾個中央采氣點進行收集。
3.1.3水平收集系統。水平式收集系統是在垃圾填埋到一定高度后,在填理場內鋪設水平收集主管,然后,將水平氣管收集到的氣體匯集到主收集管。
3.2 填埋氣的應用
3.2.1直接燃燒。對填埋氣進行加工處理后,可以直接供給工業及溫室用戶,其中以供暖或工業生產為用途的熱效率最高。填埋氣的經濟效益取決于填埋場到用戶的距離及發生源的連續性。
3.2.2發電。主要由填埋氣收集燃燒系統和發電系統組成,填埋氣經收集后,經加壓輸送至內燃發機組,燃燒轉化成電能傳輸出去。
3.3 滲濾液的處理現狀
滲濾液水質復雜,這給滲濾液的處理處置帶來了很大的困難,目前國內外還沒有非常完善的處理工藝,對滲濾液的主要處理途徑是:
3.3.1與城市污水合并處理。將垃圾滲濾液就近引入城市污水處理廠,與城市污水合并進行處理。
3.3.2滲濾液回灌技術處理。用適當的方法,將在填埋場底部收集到的濾滲液從其覆蓋表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場。
3.3.3滲濾液處理廠處理。目前,用于垃圾滲濾液處理的方法主要有生物法和物理化學法。
3.4 滲濾液的主要處理工藝
3.4.1活性炭吸附法
在滲濾液的處理中,該方法主要用于去除水中難降解的有機物(酚、苯、胺類化合物等)、金屬離子(汞、鉛、鉻)和色度,一般情況下,對COD和NH3-N的去除率為50%~70%[3]。活性炭吸附法處理可適應水量和有機負荷的變化,且設備緊湊,管理方便。方士等[4]用回流式兩級序列間歇式活性污泥法(SBR)―活性炭吸附混凝工藝處理高氨氮、低碳氮比的垃圾滲濾液,粉末活性炭和鋁鹽投加量分別為1‰(W/V)和0.4‰(W/V),吸附時間為100 min,總的水力停留時間為82 h,CODCr和氨氮的去除率可以穩定在90%以上,出水中氮的主要形態為NO2--N,出水CODCr
3.4.2化學氧化
化學氧化法可以分解滲濾液中難降解的有機物,從而提高廢水的生物降解性能。其中高級氧化技術因能夠產生極強氧化性的?HO自由基而越來越廣泛地被用于處理滲濾液。Fenton法由于費用低、操作簡便而受到人們的重視。張暉等[5]介紹了Fenton 法處理垃圾滲濾液的中試試驗,結果表明,當雙氧水與亞鐵鹽的總投加比一定(H2O2/Fe2+=3.0)時,COD的去除率隨雙氧水投加量的增加而增加。當雙氧水的總投加量為0.1 mol/L時,COD的去除率可達67.5%。Fenton 法在處理高濃度的有機污水方面有很大的潛力,但它的缺點是對pH值敏感,且處理后的廢水需進行鐵離子分離回收。其他的氧化劑主要有臭氧、氯和氯系氧化劑,但后者由于殘留產物的高毒性,不適合采用。
值得一提的是,近年來出現的光催化氧化技術,它具有工藝簡單、能耗低、易操作、無二次污染等特點,尤其對一些特殊污染物的處理具有顯著的效果。因此,該方法在垃圾滲濾液的深度處理方面有很好的應用前景。譚小萍等[6]對影響垃圾滲濾液的光催化處理的因素進行了研究。結果表明:光強越大,最佳TiO2投量就越小;最佳反應時間一般宜在1.5~2.5 h;波長為253.7 nm的紫外線殺菌燈價格低廉、使用廣泛、處理效果好,COD去除率可達40%~50%,脫色率可達70%~80%。
3.4.3組合工藝處理技術
如前所述,垃圾滲濾液由于水質復雜使得單一工藝不能很好地達到理想的處理效果。所以宜采用組合工藝對滲濾液進行處理。
目前國內外已經發展出許多組合工藝,且取得了較好的處理效果。Laitinen等[7]研究了SBR和淹沒式膜生物反應器(MBR)組合工藝處理垃圾滲濾液,在SBR中,SS、BOD5、NH3-N和PO43--P的去除率分別達到89%、94%、99.5%和82%。MBR進一步提高了出水水質,并減少了水質的波動,其中SS和PO43--P的去除率分別超過了99%和88%,BOD5和NH3-N的去除率均超過97%,TN去除率可以達到50%~60%。王延濤[8]研究山西省平順縣填埋場滲濾液處理工藝(如圖1所示),該工藝采用高效專用微生物處理單元缺氧+厭氧(UBF)―曝氣生物流化床(BFB)組合工藝,運行結果表明:當進水SS為600 mg/L,NH4+-N濃度為700 mg/L,BOD、COD的濃度分別為4500 mg/L、10000 mg/L,經過處理后,出水SS、NH4+-N、BOD和COD的濃度分別降到75 mg/L、10~30 mg/L、30~50 mg/L、600~900 mg/L;總去除率:SS=95%,BOD=99%、COD=94%。
3.4.4膜滲析與分離系統
膜處理一般與其他處理方法聯用,超濾或微濾常常作為反滲透的預處理。袁維芳等[9]對廣州市大田垃圾填埋場滲濾液預處理出水進行了反滲透實驗研究,結果表明,進水壓力為3.5 MPa,pH值為5~6的條件下,當進水COD濃度為250~620 mg/L時,出水濃度幾乎為0,去除效率達100%,平均透水量為30~42 L/(m2?h)。但膜分離方法一次性投資費用大,而且對濃度較高的滲濾液,處理費用很高。
4結語
在我國,衛生填埋技術是生活垃圾處理的主要手段,而填埋產生的滲濾液是一種高濃度、成分復雜、水質水量易變化的污水,人們對滲濾液的處理一直處于探索和發展之中。針對垃圾滲濾液的處理,可選用的方法雖然較多,但不同程度地都存在一些缺陷,如何選擇最佳處理,工藝或將現有的處理工藝有機結合,降低運行成本,提高出水質量是目前需要研究解決的問題。
參考文獻:
[1] 段麗杰,馬繼力,孟凡萍.城市生活垃圾對城市生態系統的破壞及防治對策分析[J]. 內蒙古環境科學,2009,21(5): 26-36.
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[5] 張暉,Huang C P. Fenton法處理垃圾滲濾液[J].中國給水排水,2001,17(3):1-3.
[6] 譚小萍,王國生,湯克敏.光催化法深度處理垃圾滲濾液的影響因素[J].中國給水排水,1999,(5):52-54.
[7]Niina Laitinen,Antero Luonsi,Jari Vilen. Landfill leachate treatment with sequencing batch reactor and membrane bioreactor[J]. Desalination,2006,191(1-3):86-91.
關鍵詞:垃圾填埋;滲濾液;uasb;綜合物化法
1 概述
對于實行填埋、焚燒和回收同步運行綜合處理處置策略的城市而言,其垃圾填埋場的處置對象一般僅限于生活垃圾,不包括 工業 垃圾、醫療垃圾和其它有毒、有害廢棄物。垃圾填埋場產生的垃圾滲濾液,采用uasb—綜合物化法聯合處理,經處理后的滲濾液可達到《生活垃圾填埋污染控制標準》(gbl6889—1997)中的三級排放限值后排入城市二級污水處理廠。
2 垃圾滲濾液處理工藝的選擇
2.1 垃圾滲濾液水質
垃圾滲濾液具有水質復雜,水質水量變化大且不呈周期性,codcr、bod5、nh3-n、重金屬濃度高及微生物營養元素比例失調等特點。其各種成份變化主要取決于填埋場的年齡、深度、微生物環境以及所填埋的垃圾的組成等,其中填埋場的場齡是影響垃圾滲濾液水質的最重要因素。
綜合考慮國內部分垃圾填埋場滲濾液典型濃度(如表1所示)及該市未來垃圾成份的變化趨勢,確定垃圾滲濾液水質指標(如表2所示)。
2.2 垃圾滲濾液產生量
垃圾填埋場滲濾液產生量受垃圾本身含水量、場地水文地質條件、氣候條件、填埋方式等諸多因素影響,其產生量呈明顯的無周期性,滲濾液產量可以下式估算:
q=(w 2 —w 2 —w 3 —w 4 —w 5 )×a
式中:q—滲濾液水量 a—填埋場匯水面積 w 1 —降雨量
w 2 —單位面積地下水滲入量 w 3 —單位面積垃圾及覆土的含水量
w 4 —單位面積地表徑流量
w 5 —單位面積 自然 蒸發量
根據以上 計算 公式,同時 參考 德國對多個垃圾填埋場的統計(滲濾液量為降水量的25%—58%),綜合以上兩種估算方法確定垃圾填埋場建成運行后,垃圾滲濾液產生量約1500t/d。
2.3 處理工藝的選擇
2.3.1 滲濾液處理方案
1、垃圾滲濾液處理工藝
處理工藝充分考慮了垃圾滲濾液水質、水量特點,綜合各種因素及現有垃圾滲濾液處理的經驗教訓,確定采用uasb一綜合物化處理工藝流程(工藝流程如圖1所示)。填埋場垃圾滲濾液自調蓄池流入滲液處理廠格柵區池,格柵出水后經調理槽提升至uasb反應池,然后滲濾液自流至分解池、置換反應池、絮凝反應池、沉淀池出水排出。在氣溫高,厭氧反應良好且出水達標時,可超越物化分解池,直接進入下一個處理單元進行處理。生化及物化污泥經污泥濃縮機壓縮后送入填埋場填埋處理。
2、處理效果
調蓄池及污水處理廠各處理工序處理效果如表3所示。
2.3.2 滲濾液處理工藝特點
污水調蓄池不僅具有調蓄水量、均勻水質的作用,而且具有沉淀、厭氧酸化水解等作用,codcr、bod5、tn的去除率均可達50%左右,其容量和處理規模是衛生填埋場的重要設計參數。
uasb系統主要靠厭氧微生物來降解垃圾滲濾液中有機污染物,有較高污染物去除效率,同時具有較高的容積負荷率和去除率,產生沼氣供現有沼氣發電廠利用,同時可去除氮、磷,大幅度消滅蟲卵及致病菌,且運行費用底,工藝比較成熟,管理方便,操作簡單。
綜合物化法是通過超聲波系統、負氧離子發生器、水中放電和絮凝沉淀等一系列物理發生器,使滲濾液產生一系列物理化學作用,氧化各種有機物并使之礦化。其技術特點是:
①對水質及環境變化的適應性強,抗沖擊負荷能力高:
②處理設施自動化程度高,且運行可靠、操作簡便;
③對填埋場后期可生化性差、氨氮高的滲濾液有很好的處理效果:
④污泥穩定性強,粘度低,沉降性能好,易處理。
從總體思路上分析,選用厭氧uasb—綜合物化處理工藝流程是可行的,首先經過厭氧菌的作用,將滲濾液中長鏈大分子難降解有機物轉變為小分子有機物,可進一步提高綜合廢水的可生化性,消耗廢水中的n、p等污染物質,然后通過綜合物化作用,使出水有機物濃度達標。
3 注意問題
考慮到垃圾滲濾液廢水的特殊性,應注意以下幾個問題:
1、隨著填埋時間的延長,特別是在終場后,廢水可生化性將明顯降低,原有工藝參數可能無法滿足新的水質要求,效果變差,因此在處理過程中,應不斷研究調整,使處理工藝保持較高的處理效果:
2、加強清污分流工作,盡可能削減垃圾滲濾液的產生量,以減少對處理工藝的負荷沖擊;同樣,過多的截流洪水進入垃圾滲濾液將會造成水質的巨大波動,影響最終出水水質:
【關鍵詞】餐廚垃圾;無害化處理
1.項目建設背景及必要性
1.1項目建設背景
2012年4月19日,國務院辦公廳印發了《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃的通知》([2012]23號),明確了“到2015年,直轄市、省會城市生活垃圾全部實現無害化處理,城市生活垃圾無害化處理率達到90%以上,全國城鎮新增生活垃圾無害化處理設施能力58萬噸/日”的主要目標,并進一步提出了“在已啟動餐廚垃圾處理工作的基礎上,繼續推動餐廚垃圾單獨收集和運輸,以適度規模、相對集中為原則,建設餐廚垃圾資源化利用和無害化處理設施”的建設任務。
1.2項目建設必要性
在相當長的一段時期內,國內餐廚垃圾主要作為城市近郊養豬的飼料。由于其來源復雜,極有可能引起疾病的傳播,現已被政府明令禁止。城市垃圾處理處置方法通常有焚燒和填埋,如果將城市生活垃圾進行焚燒,由于餐廚垃圾的水份含量常常高達90%左右,發熱量為2100~3100kJ/kg,和其它垃圾一起焚燒,不但不能滿足垃圾焚燒發電的發熱量要求(即5000kJ/kg以上),反而會導致燃燒爐燃燒不充分而產生二英;如果將生活垃圾進行填埋,同樣因為混入的餐廚垃圾水分含量高而不宜處理。因此餐廚垃圾有必要進行單獨無害化處理。
2.處理工藝確定
2.1XX市餐廚垃圾物理、化學性質分別見表。
以上數據分析表明,XX市餐廚垃圾具有以下特性:
a)含水率高,混合測試樣含水率高達87.07%。
b)易腐性,富含有機物,混合測試樣有機干物質高達92.8%。
c)油脂及鹽分含量高。
2.2餐廚垃圾處理工藝選擇
目前,餐廚垃圾處理工藝主要有填埋、焚燒、厭氧消化、好氧堆肥等,各處理方式的優缺點對比分析見表3。
根據表中各種餐廚垃圾處理方式優缺點的比較,結合XX市餐廚垃圾的特性,對XX市餐廚垃圾處理方式的選擇做出如下分析:
(1)高含水率的餐廚垃圾,往往成為填埋場垃圾滲濾液的主要來源;餐廚垃圾黏度大,分散性差,也不利于在填埋場攤鋪和壓實;此外餐廚垃圾有機物含量較高,填埋方式未對其進行有效的資源化利用,因此餐廚垃圾不適宜采取填埋工藝。
(2)高含水率的餐廚垃圾不宜采用焚燒工藝,因為含水率高會增加焚燒燃料的消耗;餐廚垃圾中含有的大量脂類物質在重金屬催化條件下生成二英,若處理不當易對環境造成嚴重的二次污染。
(3)堆肥適合于處理易腐有機質含量較高的垃圾,高含水率的餐廚垃圾在堆肥的過程中易將整個堆垛全部空間填死,空氣無法進入內部,致使微生物處于厭氧狀態,使降解速度減慢并產生硫化氫等臭氣。
(4)結合我國國情及XX市具體情況,相對其它餐廚垃圾處理方式,厭氧消化方式具有突出的優勢,主要體現在以下幾個方面:
① 厭氧消化后產生的沼氣是清潔燃料。
② 固體物質被消化以后,可以得到高質量的有機肥料或土壤改良劑。
③ 在有機物質轉變成甲烷的過程中實現了垃圾的減量化。
④ 厭氧消化產生的沼氣可以利用進行發電,減少了溫室氣體的排放量。
⑤可實現分離油脂資源化,厭氧微生物耐鹽毒性較強,且節省能耗。
以上分析表明:應用厭氧消化技術處理餐廚垃圾在生態環境方面具有突出的優勢,從能量需求、排放產物和運行過程對周圍環境衛生影響的角度看,厭氧消化技術能夠實現環境、社會和經濟效益的協調統一,對環境和經濟的可持續發展都具有重要的意義。
基于上述技術分析,推薦XX市餐廚垃圾無害化處理處置工程采用厭氧消化處理技術。
2.3厭氧消化工藝的選擇
按照厭氧發酵反應罐的操作條件,餐廚垃圾厭氧消化處理技術可分為以下幾類:
(1)按照固體含量可分為:濕式、干式。
(2)按照溫度可分為:中溫、高溫。
濕式厭氧消化和干式厭氧消化的對比分析見表4。
根據以上濕式和干式厭氧消化的對比分析,結合XX市餐廚垃圾含水率較高的特點,本項目適宜采用濕式消化工藝。
中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的對比分析見表5。
【關鍵詞】厭氧消化;城市生活垃圾;綜合利用;有機質垃圾
一、前言
城市垃圾已成為當今世界的一大公害,也成為我國環境污染的突出問題之一。近幾年來,我國城市生活垃圾產量達1億多噸,且每年以10%的速率增長。而且隨著城鎮化進程的加快,垃圾產量將持續增長。傳統的垃圾處理,填埋、堆肥和焚燒是最常用的方法,但由于垃圾衛生填埋和焚燒處理的環保要求較高,焚燒和填埋成本也隨之增加,且這些方式本身存在一定的弊端,對土壤、地下水和大氣都會造成嚴重污染局面。由于環境立法的日益嚴格和垃圾的分類收集,為垃圾處理提供了條件。在各種處理方法中,生物方法成為處理分類收集有機部分的一種有效方式,它能最大程度地循環利用有用成分。在生物處理方法中,利用微生物將有機物轉化為甲烷、二氧化碳、無機營養物和腐殖質的厭氧技術逐漸引起人們的重視。
二、我國垃圾處理現狀及存在問題
解決垃圾問題的目標是將垃圾減容、減量、資源化、能量化及無害化。目前主要有填埋、堆肥及焚燒處理三種方法。填埋是目前我國大多數城市解決生活垃圾出路的主要方法,到2003年底全國共有559座生活垃圾填埋場,近85%的城市生活垃圾采用填埋處理。利用微生物分解垃圾有機成分的填肥處理,雖在我國具有悠久歷史,但由于各種原因目前堆肥處理的效率不高,限制了該處理方法的發展。垃圾焚燒技術在我國的研究和應用起步于八十年代中期,隨著我國東南部沿海地區和部分大中城市的經濟發展和生活垃圾低位熱值的提高,不少城市已將建設生活垃圾焚燒廠提到了議事日程,目前正處于快速發展階段。
各種方法都具有自身的局限性。填埋處理不僅填埋掉了廢物,也埋掉了可回收利用的資源,填埋場占地面積大,且存在嚴重的二次污染,如地下水污染,土壤污染,堆放場產生的臭氣嚴重影響場地周邊的空氣質量等。堆肥周期長,占地面積大,衛生條件差,堆肥處理產生的肥料肥效低、成本高,與化肥比銷售困難,經濟效益差。而焚燒處理對垃圾低位熱值有一定要求,且垃圾焚燒對垃圾具有選擇性,焚燒不僅使垃圾中的可利用資源被銷毀,產生的大量煙氣,造成熱能損失。產生的煙氣必須凈化,凈化技術難度大,運行成本高,焚燒設備一次性投資大,焚燒產生的殘渣還必須消化。
當前,我國城市生活垃圾處理存在的問題主要表現在以下幾個方面:(1)城市生活垃圾資源利用水平低下,與發達國家相比存在較大差距;(2)雖然我國各地均設有城市垃圾收集、運輸、處理的專門機構,但垃圾處理的整體水平較低,大部分城市垃圾采用混合回收方式,加大了垃圾出來難度,垃圾資源化未能引起相關部門的重視;(3)在我國垃圾處理的經費主要來自國家和地方財政,資金主要用于垃圾的清運和掩埋處置,難以滿足資源化需求。
三、厭氧消化處理技術
(一)厭氧消化處理工藝
城市生活垃圾中的紙類、塑料、織物、金屬等被分揀回收利用后,剩余的主要是廢棄的動植物有機物質,其含水量高達80%左右極易腐爛,除了其中的木質素外都可進行厭氧消化降解。若利用傳統的填埋等方法進行處理,可能增加處理成本,造成二次污染。針對我國現行垃圾處理方式的弊端,應用厭氧消化技術處理城市生活垃圾,實現垃圾無害化,資源化和減量化的目標是可行的。
生活垃圾的厭氧發酵是指在無氧條件下,微生物分解有機物,其中的C、H、O轉化為沼氣-甲烷和二氧化碳,而N、P、K等微量元素存于殘留物中并轉化為易被動植物吸收利用的過程。有機物首先通過快速增值和對PH敏感的酸化菌將其水解和發酵轉化為揮發酸,揮發酸通過乙酸菌氧化為乙酸鹽、分子氫和二氧化碳,甲烷菌再將這些物質轉化為甲烷,一般厭氧消化可分為水解酸化階段、產氫、產乙酸階段和產甲烷階段。
(二)厭氧消化工藝研究進展
厭氧消化處理城市垃圾,主要集中處理城市垃圾中廚房剩余垃圾以及庭院垃圾,德國、丹麥等歐洲國家已建成一批消化處理廠,利用廚房垃圾產沼氣的研究較為成熟。早在20世紀80年代厭氧消化技術已成為日本等國的研究課題,近年來,在引進歐洲技術的同時,地方政府支持進行了工業規模生產。厭氧消化技術最早應用于高濃度有機廢水處理,在城市垃圾處理中占的比例還小。1920年,英國農學家AlbertHoward發明了厭氧堆肥法,而后通過不斷的技術革新,逐步形成了以濕式完全混合厭氧消化、厭氧干發酵、兩步厭氧消化等為主的工藝形式。
1.濕式完全混合厭氧消化。濕式完全混合厭氧消化(簡稱濕式工藝)應用最早也最廣泛,其液化、酸化和產氣3個階段在同一反應器內進行,工藝過程簡單、投資小、運行和管理方便。早期消化工藝中沒有攪拌裝置,易引起分層現象,反應器中較輕的部分上升成浮渣層,較重的部分下沉成為底層,這樣在反應器中形成3個濃度不同的物理層,不但影響混合效果,而且損傷發酵設備。自上世紀90年代以來,攪拌器應用研究的快速發展,利用機械沼氣混合攪拌取得了很好的效果。但由于酸化、水解、產甲烷均在同一反應器中同時進行,通常認為在這個系統中各階段反應都不能達到各自最佳的反應條件,處理效率低。與其他工藝相比,濕式工藝含水量高,可以稀釋抑制物的濃度(固體濃度達15%),在一定程度上也加大了系統的抗抑制能力。
2.一步厭氧干發酵。濕式工藝的廣泛應用,為提高其處理能力,提出了一步厭氧干發酵系統。厭氧干發酵系統的固體濃度可以維持在20%-50%,大大提高了處理能力。干發酵系統中只有含水率非常低的原料需要進行稀釋,且用水量小。同時,厭氧干發酵系統對進料的分選要求不高,原料進入處理系統前,只需用滾筒篩將大的顆粒物去除即可。然而,從投資角度看,干發酵工藝比濕式工藝要高得多,另外,由于固體濃度的加大,需要設計能夠抗酸、抗腐蝕性強的發酵反應器。
3.兩步厭氧消化工藝。在濕式工藝和干發酵工藝中,垃圾中的有機質轉化為沼氣的過程是在一個連續的生化反應中完成,各個不同的反應階段難以達到其各自的最佳反應條件。例如酸化階段會導致PH值的下降,產甲烷階段要求接近中性或偏堿的環境,而兩步厭氧消化工藝即是要創造兩個不同的生物和營養環境條件如:溫度和PH等。典型的兩步工藝,在第一階段進行反應物的酸化和水解,第二個階段進行產甲烷。在微生物環境方面,水解產酸菌和產甲烷菌對厭氧環境的要求不同,只有在產甲烷階段,由于甲烷菌是嚴格的厭氧菌,才需要嚴格的厭氧環境。
4.制約厭氧消化處理工藝發展應用的因素。厭氧消化處理城市垃圾是一種古老的方法,其消化過程是一個動態、多相、多介質的物理、化學和生物反應緊密相關的復雜過程。其中有機物的生物、化學轉化及物質的傳輸與分布不易監控,在城市垃圾分選、厭氧發酵工藝、二次污染的處理等方面都存在許多問題。制約厭氧消化處理技術在城市垃圾處理應用中的制約因素主要表現在:(1)城市垃圾的分選需投入大量的人力物力,系統工程復雜。現階段要對城市垃圾作較系統的分選很難,城市垃圾分選效率將直接影響到堆肥生產的成本和產品的質量,故垃圾收集分區、分類收集和建立垃圾收費制度將是影響今后我國垃圾厭氧發酵產業進一步發展的關鍵因素;(2)厭氧微生物對垃圾中復雜有機物降解能力對發酵過程起決定性作用,選用優良的厭氧菌種是厭氧消化技術的核心。因此,發酵厭氧微生物的篩選、培養和鑒定也成為制約因素之一;(3)厭氧過程中溫度、PH值、營養物質和底物毒性對發酵過程有較大的影響,操作人員要不斷監視發酵過程、判斷和調整各種參數,很難實現實時監控;(4)消化過程中產生的廢水和廢氣由于處理效果不佳,已成為嚴重的環境污染源。廢氣的產生量和濃度隨垃圾的不同而改變,容易對處理系統造成沖負荷,從而導致處理系統的失敗;(5)消化產品的腐熟度是衡量厭氧消化過程的最終指標。未經腐熟的產品中有機物和毒性物質會造成植物生長的缺氧和間接毒性,危害作物生長。目前,對堆肥產品的腐熟檢測缺乏統一的標準,且檢測過程相對復雜,無法進行現場檢測。
四、垃圾厭氧消化處理的環保效益和經濟效益
厭氧消化技術能最大限度的循環利用垃圾中的可用成分,采用“分選+厭氧消化+堆肥”的方式處理可明顯減少溫室氣體的排放,抑制有毒氣體和液體的排放可避免二次污染。另外,使用厭氧消化技術處理生活垃圾,對垃圾中有用物質及能量加以回收和利用,使垃圾處理無害化、減量化。以我國2000年的垃圾量來計算,大約可以獲得25億立方米左右的沼氣,其經濟效益相當可觀。同時,厭氧消化處理的殘留物無論是做肥料還是飼料,都可取得較好的經濟效益。
五、結語
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高,城市垃圾日益增多,和資源、能源愈漸短缺的矛盾越來越突出。傳統的填埋、堆肥和焚燒處理方法的局限性限制了我國城市生活垃圾處理的發展。而目前垃圾整體處理水平低,規模小,技術落后,垃圾分選程度低,很大程度上限制了厭氧技術的使用。因此,必須認真研究和總結國內外生活垃圾資源化綜合利用的經驗,開拓厭氧消化處理技術,結合適合我國國情的城市生活垃圾資源化綜合利用的途徑,盡快解決我國城市生活垃圾問題,提高資源利用水平。
【參考文獻】
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關鍵詞:垃圾滲濾液; DTRO;優缺點分析;改進措施
中圖分類號:G353文獻標識碼: A
ANALYSIS AND IMPROVEMENT MEASURES ABOUT DTRO USED IN LEACHATE TREATMENT
Liu Zhongwei1Zhang Zhirong2
(1.Guangxi Urban-rural Planning Design institute, Nanning 530022 ,China;
2. Guangxi Transportation Research Institute, Nanning 530007,China)
Abstract: DTRO, an advanced RO membrane with special structure form, is used more and more in leachate treatment and got a good effect, but there are also some problems. Based on the analysis on the DTRO used in leachate treatment domestic and foreign, the paper raised the improvement measures.
Keywords: leachate; DTRO; analysis on strengths and weaknesses; improvement measures
1滲濾液水質特點
垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水,含有多種毒性物質和致癌物質,是世界公認的污染威脅大、性質復雜、難以處理的高濃度廢水。
滲濾液的水質與進入填埋場的垃圾類別有直接聯系,發達國家如德國、日本垃圾分類較好。以使用DTRO工藝較多的德國為例,德國垃圾填埋場對有機質的填埋比例進行了嚴格限制,因此BOD5很低,典型的滲濾液成分如下:
表1德國垃圾滲濾液水質
Table 1 Leachate quality in Germany
指標 電導率
(μS/cm) BOD5
(mg/L) COD
(mg/L) NH3-N(mg/L)
數值 15000~20000 300~500 3000~5000 1500~2000
我國除北京、上海、深圳等少數城市做了垃圾分類試點以外,其它絕大部分城市垃圾沒有分類,同時我國各地氣象條件各異域,因此我國垃圾滲濾液的水質與德國比,相差較大,有如下特點:
1)、填埋初期NH3-N濃度高,可以到3000mg/L以上,BOD5/COD值較高可達0.5以上,可生化性好,碳源充足,較易處理。
2)、隨著填埋時間的變化(通常5年左右),BOD5的濃度快速下降、COD的濃度緩慢下降,仍然保持較高濃度, BOD5/COD值較低,可生化性差,部分有機物(中等分子量的灰黃霉酸類物質)難生物降解;NH3-N濃度保持在1000mg/L左右,C/N比低,處理難度大。
3)、重金屬:一般滲濾液中的重金屬含量很低,不會超過排放標準,但當工業垃圾與生活垃圾混合填埋時,重金屬溶出數量會增加,與各地實際情況有關。
我國垃圾滲濾液水質與德國相差很大, BOD5濃度高很多,可生化性相對要好,特別是填埋初期。
2DTRO工藝分析
從2011年7月1日起,現有的所有滲濾液處理出水按新標準《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)執行,新標準對COD,總氮、重金屬及外運處理等方面提出了更為嚴格的要求,根據滲濾液的水質特點,有機物和氨氮是國家排放標準規定的兩個主要去除目標,它決定了滲濾液處理工藝的建設成本和運行費用。
2010年4月1日起實施的《生活垃圾填埋場滲濾液處理工程技術規范》(HJ 564-2010),提出了“生化處理+膜過濾”的原則性處理流程。
目前大多數垃圾填埋場濾液處理工藝為以下兩種:全膜過濾(DTRO)工藝和“生化處理+膜過濾”工藝,本文主要對全膜過濾(DTRO)工藝進行分析。
2.1國外DTRO工藝運行情況
1988年頗爾水技術公司在德國首次推出DTRO裝置用于垃圾滲濾液處理,在德國應用較多,因此以德國的實際應用為例進行介紹。德國垃圾填埋場對有機質的填埋比例進行了嚴格限制,滲濾液成分相對簡單,收集的垃圾滲濾液一般先經過預處理,再進入反滲透系統,同時對濃縮液進行處理,該技術取得了很好的應用效果,典型工藝流程如下:
圖一 德國典型DTRO處理工藝流程
Fig.1 Technological process of DTRO in Germany
2.2國內DTRO工藝運行情況
兩級DTRO工藝流程及水量平衡圖如下(Q為清水產量,DTRO產水率按80%計算):
圖二 DTRO工藝水量平衡
Fig.2 Water budget in DTRO process
兩級DTRO系統具有以下優點:
1)、預處理系統簡單,滲濾液通過保安過濾器(精密過濾)即可進入DTRO系統。
2)、抗沖擊負荷能力強、進水水質波動對其影響較小。
3)、通過碟管式反滲透膜(DTRO)將滲濾液分為濃縮液(污染物含量極高)和清水(含少量鹽)兩部分,是純物理分離。和生化處理比較,占地面積小、自動化程度高、對運行管理人員要求較低。
4)、發生故障時,啟動和關閉時間短。
5)、采用膜組件結構,容易改建和擴建。
6)、縮短產生滲濾液的時間,減少填埋場封場后的維護時間。
由于國內滲濾液水質濃度高,濃縮液沒采取處理措施直接回灌至填埋庫區,滲透過垃圾堆體,由滲濾液收集系統收集再次排入調節池,進入滲濾液處理站,是內部循環的,存在以下不足:
1)、污染物的降解主要依賴于垃圾堆體,垃圾堆體處于厭氧環境,系統中主要是兩類細菌:產酸細菌(異養菌)和產甲烷菌(自養菌),產酸菌比產甲烷菌增長快,產甲烷菌對PH值較敏感,最適宜pH值范圍約在6.8~7.2之間,如果產酸菌增長過快,垃圾堆體的PH值將低于6.5,產甲烷菌會受到抑制,兩類細菌數量將不平衡(新鮮滲濾液含有較高濃度的VFA,可生化性好,因此產酸菌增長很快,這種情況更容易出現),從而使滲濾液停留在產酸階段,污染物不能徹底分解,導致DTRO系統進水的有機物濃度較高,加速DTRO膜的污染。
2)、對于難生物降解的有機物和無機鹽類在系統內積累,反滲透系統進水濃度會越來越高。含鹽量越高滲透壓越高,進水壓力不變的情況下,產水量將降低。填埋初期滲濾液濃度較低,產水率較高,通常可以達到80%,中后期降到70%,甚至更低,從而縮短膜的使用壽命,大幅提高運行費用。
3)、濃縮液的回灌方式主要有三種:直接回灌至垃圾填埋層(垃圾在分層壓實期間,將滲濾液澆灌在作業面上)、表面回灌(通常用穿孔管噴灌)、覆蓋層下回灌(在垃圾填埋中間覆蓋層下鋪設管網或利用導氣石籠回灌)。前兩種方式會加速惡臭氣體揮發、影響填埋作業,第三種方式容易形成短流(經導氣石籠、庫底滲濾液收集系統直接進入調節池),污染物沒有經過垃圾層的有效降解。
4)、回灌把滲濾液中的有機物重新送回填埋場,加快了填埋場產氣速率,容易引發安全問題。
2.3國內早期采用DTRO工藝的滲濾液處理站運行情況
國內早期(2003~2004年)采用二級DTRO工藝的垃圾處理場滲濾液處理站,經過幾年的運行均進行了技術改造,詳下表。
表2 國內采用DTRO工藝的滲濾液處理站改造情況
Table 2 Technical transformation of domestic leachate treatment plant of DTRO process
項目 改造前處理工藝 改造后處理工藝
重慶長生橋垃圾填埋場 二級DTRO 膜生物反應器(MBR)+二級DTRO
北京安定垃圾填埋場 二級DTRO+高壓RO 膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)
北京阿蘇衛垃圾填埋場 二級DTRO 厭氧+反硝化+硝化+膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)+DTRO
改造后的工藝保留DTRO處理單元的同時增加了生化處理單元。
3改進措施
針對兩級DTRO工藝的分析和參照國內早期采用DTRO工藝的滲濾液處理站改造工藝,提出以下改進措施:
1)、新建填埋場在回灌初期為防止產酸菌增殖過快,保持產酸菌和甲烷菌數量的平衡以保證垃圾堆體的降解效果、降低滲濾液中有機污染物的濃度,可采用兩種方法:間斷回灌(短時間回灌后停止)、接種產甲烷菌。
2)、填埋作業過程中,采取措施保證回灌的效果,延長滲濾液在垃圾堆體中的停留時間,使污染物得到充分降解。
3)、DTRO處理單元前加生化處理單元,對于后期氨氮濃度高,碳源不足時,考慮外加碳源。
4)、對濃縮液進行處理(如Fenton試劑法、臭氧氧化法等),對于含有大量難生物降解的后期滲濾液,效果更明顯,可降低DTRO系統的進水濃度,提高產水率、延緩膜污染,從而降低運行費用。
4結語
兩級DTRO工藝處理垃圾滲濾液有許多優點,但也存在一些不足,針對這些不足采取適當的措施可以更好地發揮DTRO工藝的優勢。
參考文獻
[1] 樓紫陽.趙由才.張全.滲濾液處理處置技術及工程實例.北京.化學工業出版社.2007.224-227
關鍵詞:垃圾填埋場;滲濾液;處理技術
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1674-0432(2011)-07-0276-2
隨著我國經濟的快速發展,城市垃圾量也隨之增加,垃圾的妥善處理已成為人們急需解決的問題。我國大多數城市采用衛生填埋或焚燒的方式處理垃圾,由此產生了大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液中含有多種污染物,包括重金屬離子和有機物,不僅在水中存在時間長,范圍廣,而且危害極大,若不妥善處理將對環境造成嚴重污染。有效收集和處理垃圾滲濾液已成為城市環境急需解決的問題,垃圾滲濾液的處理技術成為研究者關注的熱點和難點。
1 垃圾滲濾液的產生及特點
垃圾滲濾液,又稱浸出液或滲瀝水,是垃圾填埋場中不可避免的二次污染物[1],主要來源于降水、垃圾含有的水和微生物厭氧分解產生的有機廢水[2]。垃圾滲濾液是高濃度有機廢水,若未經處理直接排放或未達標排放,會對周圍的地下水、地表水和土壤造成嚴重的污染。
垃圾滲濾液污染物含量受垃圾成分、填埋年限、氣候條件和填埋場設計等多種因素的影響[3]。垃圾滲濾液水質特點可以概括為:①污染物種類多,成分復雜,濃度高。劉軍等使用GC-MS 對垃圾滲濾液中有機組分進行分析,共有63種有機化合物,大多是難以生物降解的有機化合物,如酚類、雜環類、雜環芳烴、多環芳烴類化合物,約占滲濾液中有機組分的70%以上[3];有機物濃度高,COD和BOD5濃度高,最高可達幾萬mg/L。②水質、水量變化復雜。垃圾填埋場的水文氣候條件、地質條件、地理位置、構造方式、填埋時間等不同,垃圾滲濾液的成分和產量也發生變化。而且生物可降解性隨填埋齡的增加而逐漸降低。③營養比例失衡。滲濾液中氨氮含量高,C/N值常出現失調情況,同時p缺乏,微營養比例不能滿足水處理的要求。
2 垃圾滲濾液處理工藝技術
在《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008) 于2008年7月1日頒布實施后,對垃圾滲濾液的處理控制提出了更嚴格的要求。滲濾液水質水量受各種因素影響而變得非常復雜,存在大量生物難以降解的有機物,目前滲濾液的處理工藝主要有土地處理、物理處理、化學處理、生物處理等,但采用單一工藝處理,往往只能在某些指標上取得好效果,很難使出水達到排放標準。因此滲濾液的處理工藝不是一種方法能夠完成的,而是多種方法的組合工藝。
目前,滲濾液處理的組合工藝主要有兩種,一種是以生化反應為主的“生物法+膜法(納濾/反滲透)”處理系統;另外一種是以DT盤式膜組件為主的高壓膜過濾工藝。DT盤式膜組件是獨家工藝,過濾原理即為常見卷式反滲透膜過濾的原理,在此不多作介紹,本文重點介紹“生物法+膜法”的處理系統。生化法處理設備和運行管理簡單,成本低,對水質和水量的變化有很好的適應能力,適合我國生化垃圾有機物含量高、滲濾液可生化能力較高的特點,當前得到了廣泛應用。
2.1 早期生物處理工藝
早期的滲濾液處理工藝缺乏設計經驗,對滲濾液的水質特性考慮不夠充分,處理工藝主要參照城市污水處理工藝,選擇生物法中的氧化溝,SBR及接觸氧化工藝的比較多,由于這些工藝在曝氣量、停留時間上考慮的不足,最后導致了運行的失敗。
例如北京阿蘇衛滲濾液處理廠選擇“厭氧+氧化溝+沉淀池”的處理工藝,要求出水達到GB16889-1997二級標準,但是由于滲濾液水質水量隨時間變化大,尤其隨著填埋場時間的增長,可生化性低,導致出水不能穩定達標;昆山市第三垃圾填埋場滲濾液處理采用的是“厭氧+生物接觸氧化”工藝,運行過程中進水水質遠低于設計值,結果造成厭氧效果大幅下降,整個系統出水無法達標。
另外,早期滲濾液生化處理工藝選擇沉淀池進行泥水分離,但是由于高污泥濃度的污水在沉淀池中的沉降性差,抗污泥膨脹的能力差,從而造成生化池中的污泥濃度偏低,出水水質不穩定。
2.2 膜生物反應器(MBR)應用
針對早期生化法在滲濾液處理上的不足,MBR系統在設計生化反應部分時充分考慮滲濾液的水質特性,以反硝化池和硝化池為主,在停留時間、池體深度以及曝氣量方面,充分滿足滲濾液中有機物降解的需要。
膜技術在垃圾滲濾液處理中的應用引起了我國學者的極大關注。膜生物法(MBR)是近些年發展起來的一種集膜過濾和生物處理于一體的新型、高效的處理技術,在處理高濃度難降解有機物廢水方面有著廣泛的應用前景。在MF和UF基礎上研發的MBR系統已經廣泛應用于生化反應末端的泥水分離過程,利用膜的截留作用使微生物完全被截留在生物反應器中,實現水力停留時間和污泥齡的完全分離,使生化反應器內的污泥濃度從3-5g/L提高到10-20g/L,從而提高了反應器的容積負荷,使反應器容積減小,大大提高了生化系統的運行效果。
據相關實例數據表明,MBR系統對COD的去除率在90%以上,NH3-N在95%以上。任鶴云等采用MBR法處理滲濾液,生化部分采用硝化/反硝化工藝,膜部分采用的超濾+納濾膜,出水COD小于60mg/L,SS小于50mg/L,氨氮小于18.8mg/L重金屬等未檢出[4];康建雄等應用UASB-A/O-膜工藝處理垃圾滲濾液取得良好效果,CODcr,BOD5和氨氮的去除率分別達97.3%、98.6%和92.8%,出水水質優于國家排放標準[5]。
2.3 膜處理技術
膜處理技術包括微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)等,常用于二級處理后的深度處理,多以微濾(MF)、超濾(UF)代替沉淀、過濾、吸附、除菌等常規深度處理中的預處理,以納濾(NF)、反滲透(RO)進行水的軟化和脫鹽。在垃圾滲濾液處理系統中,由于滲濾液的生化性較差,單獨依靠生化反應和MBR系統并不能完全實現水質達標排放,因此MBR的出水需要進一步深度處理。根據目前的處理技術,MBR出水還可通過NF或RO系統進一步處理,RO和NF都能去除細菌、微生物、溶解鹽等,但RO效果更好。一般RO和NF之前的進水都必須進行預處理,對SS及濁度都有明確的要求,一般SS≤1mg/L,濁度≤5NTU,pH控制在中性左右。對RO、NF影響比較大的環境因素除進水水質外,還有壓力、溫度等,這些因素是可控的,因此系統運行的穩定性有了一定保證。
蘇也研究表明,MBR-NF工藝經過4個多月的運行,運行穩定,在進水CODcr遠高于設計值的情況下,出水狀況仍然良好,滿足設計要求[6]。
2.4 組合工藝流程
目前由于環境污染的不斷加重,國家從加強環保的角度出發,頒布了《生活垃圾填埋場污染控制標準排放標準》(GB16889-2008),其中出水總氮成為一個重要的指標(非敏感地區40mg/L,敏感地區20mg/L)。為了滿足新的垃圾滲濾液排放標準中對總氮的要求,原有MBR工藝進一步優化,增加一個二級硝化反硝化環節,如圖1所示,MBR工藝優化為A/O/O+A/O+外置超濾膜(UF)可以保證出水總氮達標排放。
圖1 工藝流程圖
綜上所述,滲濾液處理的工藝以“生物法+膜處理”為主,該工藝技術處理滲濾液可以達到2008年《生活垃圾填埋場污染控制標準排放標準》的排放要求。其中,生化處理過程可以有效地降解、消除污染物,膜分離處理過程可以有效地分離去除不可生化降解的殘余污染物。
3 結論和建議
垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水,其處理技術各有利弊,單獨采用任何一種處理技術很難使滲濾液達標排放。因此,必須將處理工藝由單一化向多元化發展,通過組合工藝充分發揮各工藝的優勢,以達到滿意的處理效果。“生物法+膜處理”工藝技術處理滲濾液可以達到2008年《生活垃圾填埋場污染控制標準排放標準》的排放要求,但在垃圾滲濾液的處理過程中仍存在一些問題。
3.1 老齡化填埋場滲濾液可生化性差
滲濾液的可生化性差,新生滲濾液用生化法處理是可行的,但是隨著填埋場時間的延長,滲濾液的可生化性降低,尤其是在填埋后期,可生化性很差,B/C不足0.1,生化法使用受到限制。應根據填埋場所處階段來選擇合適的工藝進行滲濾液處理。
3.2 濃縮液處理
膜分離過程可以有效地分離去除不可生化降解的殘余污染物,但同時會產生濃縮液,濃縮液的最終處理也是目前水處理行業中一個亟待解決的問題。目前濃縮液的處理方法主要有回灌法、蒸發法、高級氧化+混凝沉降組合法、活性碳吸附和離子交換法等,但是回灌法勢必造成鹽的累積;蒸發法能耗相當大,而且蒸發器要有很強的抗腐蝕能力;高級氧化+混凝沉降法對有機物有很好的去除效果,但是對總氮去除效果不明顯;活性碳吸附和離子交換法用來處理濃縮液很容易達到飽和容量,再生困難,運行費用昂貴。
滲濾液水質如果可生化性好的話,優先選擇生化法,但是滲濾液中含有大量難降解的物質和毒性物質,生化出水仍需要深度處理,膜技術的應用解決了深度處理的問題,但是膜處理也存在膜污染和濃縮液處理的問題,如何通過技術改進和工藝組合降低運行成本和減少膜污染是今后研究的方向。
參考文獻
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1 項目基本情況
某個生活垃圾填埋場位于浦城縣。垃圾填埋場總庫容約63.27萬m3,設計使用年限為15年,日處理規模確定為130t/d;填埋場采用“改良型厭氧衛生填埋處理工藝”對城市生活垃圾進行無害化處理。浦城縣是重點林業縣,鄉鎮居民多以木材為燃料,因此,生活垃圾中煤渣成分較少,而以果皮、塑料袋、廚余垃圾為主。
填埋場操作順序的總體規劃為按單元依次逐層推進,層層壓實,依次類推直至最終填埋標高。衛生填埋處理場的防滲處理包括水平防滲和垂直防滲兩種方式,由于該填埋庫區內不具備天然防滲的條件,為了保障人工襯層的安全性,采取環保型高密度聚乙烯(HDPE)土工膜作水平防滲工藝,同時采用復合防滲系統;滲濾液導流層位于場底,主要是有利于產生的滲濾液迅速匯集到主支盲溝中。
2 滲濾液污染特性
該項目處理對象為垃圾填埋場產生的滲濾液,滲濾液的水質受填埋垃圾的成分、規模、降水量和氣候等因素的影響,通常而言,具有如下特點。
(1)滲濾液水質變化大:滲濾液的水質變化幅度很大,它不僅體現在同一年內各個季節水質差別很大,濃度變幅可高達幾倍,并且隨著填埋年限的增加,水質特征也在不斷發生變化,如滲濾液的碳氮比、可生化性隨著填埋年限的增加而降低。通常在填埋初期,氨氮濃度較低,用生物脫氮就可去除滲濾液中的氨氮,但隨著填埋年限的增加,氨氮濃度不斷增加,COD不斷下降,最好采用物化法處理。
(2)有機物濃度高:垃圾滲濾液中的CODcr和BOD5濃度最高可達幾萬mg/L,與城市污水相比,濃度非常高。高濃度的垃圾滲濾液主要是在酸性發酵階段產生,pH值略低于7,低分子脂肪酸的COD占總量的80%以上,BOD5與COD比值為0.5~0.6,隨著填埋場填埋年限的增加,BOD5與COD比值將逐漸降低。
3 滲濾液的處理工藝
滲濾液的水質較為復雜,含有多種有毒有害的無機物和有機物,且還含有較高色度。以氧化溝為主的生化處理工藝,不適合處理高濃度有機物和高氨氮含量的垃圾場滲濾液,不能有效去除污水中難生物降解的有機物和氨氮,同時對色度的去除率較低,脫氮效率也不高,氨氮出水的穩定性較差,不能建立穩定的硝化反硝化功能。因此建議增加預處理工序,采取高級氧化技術進行預處理,推薦FEO技術,該技術是利用微電解以及催化氧化的原理來達到脫色、分解大分子難生物降解有機物的目的,可有效去除重金屬。同時,將氧化溝改為A/O工藝,由兼氧段、好氧段組成,A池在利用原水中碳源進行反硝化的同時,也起一定的水解作用將不易降解的大分子物質水解為小分子物質,利于好氧的降解,提高COD的去除效果。
該填埋場使用:“滲瀝液調節池FEO預處理A/O+MBR納濾+反滲透消毒排放”的工序;濃縮液使用:“濃縮液儲池一體化設備臭氧反應池攪拌澄清池活性炭過濾消毒排放”。工藝流程詳見圖1所示。
[關鍵詞]生活垃圾;組分;處理技術;生物降解;發展趨勢
隨著我國城市人口的增長、城市規模的擴大以及居民生活水平的不斷提高,城市生活垃圾近幾年的產量都以8%的速度快速遞增,人均日產垃圾約1公斤左右。根據垃圾處理的“減量化、資源化、無害化”目標原則,我國近幾年新建了一批生活垃圾處理場。本文針對城市生活垃圾無害化綜合處理技術進行了探討。
1.城市生活垃圾來源產生與組分
1.1城市生活垃圾的來源產生
根據來源不同,可將城市生活垃圾分為居民生活垃圾、城市環衛垃圾、機關學校等集團垃圾三大類。
居民生活垃圾來自于居民的日常生活的廢棄物,主要有易腐有機質、塑料紙類等:城市環衛垃圾來自城市馬路和街面,其組成與生活垃圾相似,但以泥沙枯枝落葉和商品包裝物較多,易腐有機質較少:集團垃圾主要指機關、學校等在生活和工作過程中產生的廢棄物。
1.2生活垃圾組分
影響城市生活垃圾組分的主要因素有三個:城市經濟發展水平;城市居民生活習慣;城市燃料結構。經濟發達、生活水平較高的城市,廚余、紙張、塑料、橡膠等有機物含量較高。以燃煤為主的城市,垃圾中煤渣、沙石占較多份額。
許多國家城市居民日常食品改為冷凍、干縮、預制的成品或半成品,垃圾組分中瓜皮、果核等有機物大為減少;而各類紙張或塑料包裝物、金屬、玻璃器皿、廢舊家用電器等品種大大增加。我國垃圾成分與工業發達國家的顯著差別是;無機物多,有機物少,可回收物少。
隨著城市化進程的發展,燃料結構的改變,即城市電、氣化率的提高,以及城市居民生活水平的不斷改善,城市生活垃圾組份中的煤灰含量會逐年降低,有機物及可燃物含量逐年增高。
同時隨著城市管理的規范,環衛設施的不斷完善,磚瓦、陶瓷等建筑垃圾混入生活垃圾的現象將基本杜絕,無機組分逐年降低,而易腐敗有機物以及塑料、紙張、玻璃、金屬等可回收物質比例逐年增加。我國城市生活垃圾組分變化特點:
①清潔能源的使用,使廚余垃圾中的煤渣、灰分明顯減少,有機物比例逐年增加;
②工業化水平的提高,生活用品和食品的包裝日益講究,紙張、塑料等顯著增加;
③垃圾的發熱值提高很快,已達到中等發達國家水平。
2.城市生活垃圾處理技術
垃圾的處理利用,在很大程度上取決于垃圾的成分(物理成份),其次是經濟水平和技術條件以及地理、水文、環境、城市規劃等方面的因素。當前世界上工業發達國家城市垃圾處理的方法(按處理工藝區分)主要有下面幾種:
2.1衛生填埋
衛生填埋技術就是將城市垃圾填入大坑或洼地中,垃圾和地面接觸部位敷設防滲材料,阻止垃圾滲濾液滲入地下污染地下水體;場地底部敷設排水管道,將滲濾液排出場外處理;垃圾體內部有導氣系統,將填埋氣導出燃燒或利用;場地周圍設截洪溝阻止洪水進入場內。
填埋場封場后可以恢復地貌和維護生態平衡。該技術總的原則是不使掩埋的垃圾對地下水、地表水、土地、空氣及周圍環境造成污染。但衛生填埋的缺點是設計不當或管理不善易造成二次污染,并且被填埋垃圾發酵后產生的甲烷氣體易引發爆炸。垃圾填埋處理技術是我國城市垃圾處理的主要方法。
在傳統的衛生填埋場中,垃圾的生物降解是一個無任何控制的自然降解過程。由于垃圾組成成分復雜,物理、化學和生物特性差異很大,以及垃圾填埋場結構設計的局限性,無法為微生物提供適宜的生長環境,垃圾的降解過程受到限制。
因此,現行的衛生填埋場垃圾降解過程緩慢、穩定化周期長、降解不完全、產氣率低、滲濾液成分復雜。為了解決這些問題,20世紀70年代,美國率先開展了“生物反應器”填埋技術的研究。
生物反應器填埋場通過有目的的控制手段強化微生物過程,從而加速垃圾中可降解有機組分的穩定化進程。這些控制手段包括滲濾液回灌、營養添加、pH值調節、溫度調節、供氧等。生物反應器填埋場與傳統填埋場的本質不同在于生物降解過程是有控制的。一個填埋單元就是一個“可控生物反應器”。
關鍵技術研究包括:填埋氣體回收利用工程試驗研究;經濟耐用的新型人工合成襯層的開發;滲濾液處理新技術。
2.2堆肥
堆肥技術是使垃圾中的有機質在微生物的作用下進行生物化學反應,最后形成類似腐殖質土壤的物質,可作肥料或土壤改良劑。堆肥法是一種比較古老的垃圾處置措施。由于各國工業化發展程度不同,所有采用的堆肥工藝也有差異。堆肥包括好氧發酵和厭氧發酵兩種方式。厭氧堆肥的特點:
(1)處理工藝簡單,成品中能較多地保存氮,
(2)堆肥周期過長,占地面積大,有臭味,衛生條件差,有些物質不易腐爛,一些病菌不宜被殺死。好氧堆肥的特點:
①好氧條件下,物料分解比較徹底,衛生條件好,大部分病菌可殺死。
②堆肥周期短,效率高,處理過程一般為中溫高溫中溫。好氧堆肥方法在發展中國家受到歡迎。盡管堆肥工藝技術在我國有了一定發展,但由于工藝簡單、技術要求低、適宜于高有機質含量垃圾的處理。
目前我國的垃圾堆肥技術與發達國家的工業化堆肥技術尚有一定差距。主要在于我國的垃圾堆肥生產機械化水平低,堆肥質量差,肥效低,從而限制了堆肥產品的銷路。
因此,如何提高堆肥機械化水平和堆肥產品質量,是擺在我們面前的重要任務。城市生活垃圾處理技術關鍵技術的研究包括:垃圾復合肥成套技術與設備;垃圾高度復合生物有機肥成套技術與設備。
目前在歐洲,大約只有2%的城市垃圾被用來堆肥。20世紀中期,國外建造的第一批機械化工業生產堆肥裝置,大多數是把垃圾堆成垛,然后定期進行翻動,完成發酵過程,不進行預處理,也不進行非堆肥物的局部篩選。只是在近十幾年來,堆肥的工藝和機械化程度有了新的創新。
2.3垃圾焚燒技術
2.3.1層狀燃燒技術
層燃技術發展較早,國外早期大都采用這種燃燒技術。層狀燃燒關鍵是爐排,焚燒生活垃圾爐排結構要求較為復雜,成本昂貴,為使生活垃圾燃盡,高效燃燒,往往要加輔助燃料,但同時對污染物生成的控制難度較大。
2.3.2流化床燃燒技術
流化床燃燒技術是已發展成熟的新型清潔燃燒技術,爐控制料蓄熱量大、爐內傳熱強度高,更適宜燃燒發熱值低、含水分高的燃料,燃燒垃圾基本上可以不用助燃。床內燃燒溫度在800-900℃,燃燒穩定,高溫停留時間達3~4s,能有效控制二惡英等有害物質排放。
為了保證入爐垃圾的充分流化,對入爐垃圾的尺寸要求較為嚴格,需要進行一系列篩選、粉碎等處理,使其尺寸、性狀均一化。一般破碎到≤150mm,然后送入流化床內燃燒,床層物料多為石英砂,一次風經由風帽通過布風板送入流化層,二次風由流化層上部送入。
啟動、燃燒過程與普通流化床鍋爐相似,采用燃油預熱料層,當料層溫度達到600℃左右時投入垃圾焚燒。流化床燃燒技術完全符合生活垃圾焚燒的要求。
2.3.3旋轉燃燒技術
旋轉焚燒爐燃燒設備主要是一個緩慢旋轉的回轉窯,內壁用耐火磚砌筑,也可采用管式水管壁護滾筒,回轉窯直徑為4~6m,長度約為10-20m,根據焚燒的垃圾量確定,傾斜放置。
單臺回轉窯垃圾處理量目前可達到300t/d(直徑約4m,長約14m)。回轉窯過去主要用于處理有毒有害的醫院垃圾和化工廢料。它是通過爐本體滾筒緩慢轉動,利用內壁耐高溫抄板將垃圾由筒體下部在筒體滾動時帶到筒體上部,然后靠垃圾自重落下。
由于垃圾在筒內翻滾,可與空氣充分接觸,進行較完全的燃燒。垃圾由滾筒一端送入,熱煙氣對其進行干燥,在達到著火溫度后燃燒,隨著筒體滾動,垃圾翻滾并下滑,一直到筒體出口排出灰渣。
垃圾含水量過大時,可在簡體尾部增加一級爐排,用來滿足燃盡,滾筒中排出的煙氣,通過一垂直的燃盡室(二次燃燒室)。燃盡室內送入二次風,使煙氣中的可燃成分充分燃燒。對熱值低于5000kJ/kg(1200kcal/kg)含水分高的垃圾,旋轉焚燒爐有一定的難度,一般焚燒生活垃圾采用較少。
2.4熱解
指在無氧(外熱式熱分解)或缺氧(內熱式熱分解,又稱汽化)的條件下,高溫分解垃圾成燃氣、燃油等物質的過程。美國礦務局將廚房垃圾在密閉高壓釜內加熱到380℃,經過20min蒸餾,每噸垃圾可得32kg低硫燃料油。
2.5蚯蚓分解
指利用蚯蚓體內的酶分解廢棄物的垃圾處理方法。蚯蚓具有非常快的繁殖能力和十分驚人的消化系統,能“吞食”垃圾、糞便和有機廢物,尤喜食廚房垃圾。
蚓糞是一種較理想的有機復合肥料,無臭、衛生、保水、保肥、通氣性好、有機質含量高,還有豐富的N、P、K等成分。目前,美國、加拿大、意大利、日本都有蚯蚓垃圾場。
2.6生物處理技術
城市生活垃圾中含有的有機質在一定溫度、濕度、含氧量等條件下可生化分解成沒有腐敗性的一種腐殖土狀物質,以該物質為基質經烘干粉碎加入適當的無機肥料添加劑和生物菌種,在造粒機中制成顆粒,經干燥制成顆粒狀有機復合肥和生物有機肥。
堆肥按需氧程度一般分為厭氧堆肥與好氧堆肥兩種。厭氧堆肥是依靠專性和兼性厭氧細菌的作用降解有機物的生化過程。此法有機物的分解速度緩慢、發酵周期長、占地面積大。而好氧堆肥是依靠專性和兼性好氧細菌的作用降解有機物的生化過程。此法有機物的分解速度快、堆肥所需天數短、臭氣發生量少,因此采用較多。
3.技術前景
城市生活垃圾的處理技術的選擇和發展,主要取決于其垃圾的成分、經濟基礎條件等。盡管不同時期所采取垃圾處理技術措施、路線有所不同。但其最終目標都是朝著垃圾處理的的減量化無害化、資源化方向發展。
城市生活垃圾的分類收集是實現無害化綜合處理的基礎和前提,也為采取更有效、更經濟的處理方法提供了可能。垃圾作為—種可再利用資源已得到越來越多人的認可,怎樣提高城市生活垃圾的再利用率、無害化和資源化必將成為未來城市生活垃圾處理技術發展的總趨勢。