[关键词]垃圾渗滤液FEO技术应用
垃圾渗滤液是在垃圾填埋过程中产生的一种成份十分复杂的高浓度的有机废水,目前还没有特别有效的治理方法。传统的生化处理法虽然常常用来处理渗滤液,但由于渗滤液中含有多种有毒有害的难降解有机物且水质水量变化很大,生化法的处理效果远不及其对城市污水的处理。“FEO技术”是我公司专门针对垃圾渗滤液开发的处理技术,在BOD5CODcr比值低和很低时,使渗滤液达标的关键性技术。
1垃圾渗滤液的特性
垃圾渗滤液的来源主要有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、垃圾自身的水分、覆盖材料中的水分和垃圾生化反应的生成水等。其具有负荷高、水质成份复杂、浓度随季节变化大、色度高、氨氮高、有毒性物质较多、可生化性逐渐降低等特征。渗滤液水质特征见表1。
表1垃圾渗滤液水质特性表
项目特性
色味呈淡茶色或暗褐色,色度一般在2000～4000倍之间,有较浓的腐臭味。
pH值填埋初期pH为6-7,呈弱酸性;随着时间的推移,pH可提高到7-8.5,呈弱碱性。若垃圾中煤灰多,呈弱碱性;煤灰成分少,有机物多,呈弱酸性。
BOD5随着时间和微生物活动的增加,浸出液中的BOD5也逐渐增加,一般填埋6个月至2.5年,达到最高峰值,随后BOD5开始下降。
CODcr填埋初期CODcr略高于BOD5,随着时间的推移,BOD5急速下降,而CODcr下降缓慢,从而CODcr高于BOD5。浸出液中的BOD5/CODcr的比值比较高,说明浸出液较易生物降解,当填埋场填满封场后的2～5年中BOD5/CODcr逐步降至0.1,则认为后期浸出液中难于生化降解的成分占主要。
TOCBOD5/CODcr值可反映浸出液中有机碳可生化状态。填埋初期,BOD5/TOC值高,随时间推移,填埋场趋于稳定,浸出液中的有机碳以氧化状态存在,则BOD5/TOC值降低。
溶解总固体浸出液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化。填埋初期,溶解性盐的浓度可达10000mg/l,同时具有相当高的钠、钙、氯化物、硫酸盐和铁等,填埋6～24个月达到峰值,此后随时间的增长无机物浓度降低。
SS一般在1000mg/l以下,垃圾填埋高度增加,SS值下降。
氨氮氨氮浓度较高,以氨态为主。
磷浸出液中含磷量少,生化处理中应适当增加与BOD5相当比例的磷。
重金属生活垃圾单独填埋时,重金属含量很低,一般不会超过环保标准,但若渗混入工业废物或污泥混埋时,重金属含量增加,超标可能性大。
细菌浸出液含有毒有害物质及细菌病毒、寄生虫等,其中大肠杆菌含量最大。
2垃圾渗滤液的处理技术
2.1生物处理技术
生物处理可大致分为厌氧生物和好氧生物处理两种技术。在厌氧生物处理装置中,渗滤液中的复杂有机分子被产甲烷细菌转化成甲烷和二氧化碳,产生极少数量的需要处理的污泥,同时还具有低能耗、低运行费和所需营养物少等优点。成熟的工艺有厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥床(UASB)、高效厌氧反应器(UBF)等。
对于BOD与COD比值远大于0.5的早期渗滤液,含有大量易于生物降解的脂肪酸,好氧系统是非常有效的。微生物在氧气存在的条件下作用于有机物质,为保持好氧阶段生物活性,特别是处理含有高浓度有机物的早期渗滤液时,提供大量的氧气是非常必要的,当渗滤液有机负荷随时间变化时,系统可通过改变氧气供应来调整。好氧生物处理方法包括活性污泥法、生物转盘、滴滤池和氧化塘等。
2.2物化处理技术
物化处理技术是指通过物理化学的方法去除渗滤液中的C0D、SS、色度、重金属等。相对于生物法,物理化学法不受渗滤液水质水量的影响,抗冲击负荷能力较强,出水水质比较稳定,尤其在废水可生化性较差的时候有比较好的处理效果。近年来,用于渗滤液处理的物化法主要有活性炭吸附、化学沉淀法、吸附法、化学氧化法、反渗透法、电渗析、FEO技术等多种方法。其可作为预处理或深度处理而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。
2.3组合式工艺处理垃圾渗滤液
渗滤液成分复杂,仅采用普通的生物处理工艺难以达到理想的效果,因此需采用合适的预处理措施来提高它的可生化性,以改善后续工艺的运行环境。对于处理垃圾渗滤液采用物化和生化组合式的处理工艺,可以避免这两种方法的缺点。我公司积累近十年的工程实践经验,成功地开发了“厌氧+FEO+氨吹脱+好氧”的处理工艺,该处理工艺已经成功应用于十几个垃圾渗滤液处理工程。实践证明该工艺处理高浓度的垃圾渗滤液是目前确保出水稳定达标的最可行技术路线之一,CODcr、BOD5、氨氮和色度的去除率均很高,是目前较先进和比较可靠的方法之一。
3FEO处理技术介绍
“FEO处理技术”是我公司专门针对垃圾渗滤液开发的渗滤液处理技术,在BOD5/CODcr比值低和很低时,使渗滤液达标的关键性技术。我公司将该技术应用于漳州市九龙岭生活垃圾填埋场渗滤液处理工程,湛江生活垃圾填埋场渗滤液处理工程、阳江生活垃圾填埋场渗滤液处理工程、福安垃圾填埋场渗滤液处理工程、合肥市龙泉山垃圾填埋场渗滤液处理工程等工程均获得成功,净化效果十分显著。
其作用如下:FEO反应器中填料主要由Fe、Al、C、Mn、Zn、石墨等二十几种物质按一定的配比均匀混合而成。FEO反应器由FE罐及高级氧化罐两部分组成,“FE”指反应器中的主要填料铁(Fe),而“O”表示氧化反应。它主要利用电解质溶液中铁屑及其它金属晶体结构与碳之间形成的许多局部微电池,来处理工业废水的一种电化学处理技术。FEO反应器在没有外加电能条件下,充分利用金属-金属、金属-非金属之间的电位差而产生的无数微小电池的作用,使废水中的污染物通过电化氧化-还原反应、凝聚、气浮和沉降等作用,达到净化的目的。其电极反应式如下:
阳极反应:FeFe2++2e,E0(Fe/Fe2+)=-0.44V
阴极反应:2H++2e2[H]H2,E0(H+/H2)=0.00V(酸性介质)
O2+2H2O+4e4OH-,E0(O2/OH-)=0.41V(碱性介质)
O2+4H++4e2H2O,E0(O2/H+)=1.23V
FEO反应器特点是作用机制多、协同效应强、适用范围广、去除效果好、运行费用低、脱色效率高。它采用多组合工业混合原料及多元催化剂,进行多种生物化学反应、电化学反应和凝絮吸附共沉淀效应,从而分解难生化和不可生化的有机物,降低色度,为后续生化处理提供良好保障。
4FEO技术处理垃圾渗滤液工程案例
合肥龙泉山垃圾填埋场渗滤液处理站为我公司于2004年设计施工,并于2005年投入运营。合肥龙泉山垃圾填埋场位于合肥市肥东县桥头集镇,该渗滤液处理站是垃圾填埋场的主要配套工程,设在填埋库区的西北面,该项目由我公司设计施工,合肥市建设投资公司负责工程建设,华夏监理公司负责工程监理。垃圾渗滤液污水调节池容积为5万m3,渗滤液处理站设计处理规模为600m3/d,处理达标后的污水,由一条约10km的管线排入店埠河,最终进入巢湖。
垃圾渗滤液处理站设计进水水质如下:
CODcr≤6000mg/LBOD5≤3000mg/L,
SS≤500mg/LNH3-N≤800mg/L
垃圾渗滤液处理站出水排放标准如下:
渗滤液处理出水水质执行《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-1997标准中的二级标准,即:CODcr≤300mg/L,BOD5≤150mg/L,SS≤200mg/L,NH3-N≤25mg/L,pH=6～9。
本处理站工艺主体路线:UASB+FEO+氨吹脱+CASS是不同于其它传统处理工艺,其是以先进的专利技术及工艺处理理论为依托,以大量的工程实例为基础逐步发展改进确立起来的,具有高度的针对性及先进性,是目前垃圾渗滤液处理的成熟的处理工艺。而FEO技术作为我公司的专利工艺更是在该工艺主体线路中起到关键的作用。
经过这几年的运营实践,FEO对经过厌氧处理以后的垃圾渗滤液处理平均效果见表2。
表2FEO进出水水质对比表
水质指标CODcr
(mg/L)BOD5
(mg/L)氨氮
(mg/L)色度
(倍)
进水水质300012008003000
出水水质22501020640150
由此可见FEO对CODcr有25%的去除率,对BOD5有15%的去除率,氨氮也有20%的去除率,而对色度的去除率达95%。通过测量进出水的B/C也得到了提高。实践证明,FEO有如下优势:
4.1垃圾渗滤液的色度很高,可达2000倍以上,工艺流程的主体系统采用生化为主的处理工艺,生化处理对色度的去除能力较弱,而“FEO处理技术”对有机色度的去除率可达95%以上。
4.2垃圾渗滤液含有10%～35%难生化降解的有机物质,特别是填埋场到中后期或封场后,难生化和不可生化物质将占主导成份,只通过生化处理无法有效去除。“FEO处理技术”中因加入特殊的催化氧化剂,可使垃圾渗滤液中的大分子难生化物质断链为小分子,同时可改变一些难生化物质的分子结构,通过投加药剂反应可生成沉淀去除。
4.3FEO处理技术可以去除相当一部分CODcr、NH3-N,减少后续生化处理的负荷。缩短生化时间,降低运行成本。
4.4生活垃圾中可能混入一些工业垃圾,增加垃圾渗滤液中重金属的含量,采用FEO处理技术,能有效地去除垃圾渗滤液中的重金属离子,确保处理后的重金属达标排放。
5结论
垃圾填埋场因所处地区气候(降水)、水文特点,也与填埋场运行时间密切相关,渗滤液水质是连续变化的,所以对渗滤液的处理,不仅要考虑工艺方法对渗滤液的处理效果,而且更要考虑该工艺方法对水质、水量变化的适应性。物化法控制条件灵活、调整参数方便可靠,而生物法则对连续变化的渗滤液水质具有较好的适应性,结合两者各自特点,采用组合式工艺“厌氧+FEO+氨吹脱+好氧”处理垃圾渗滤液。FEO技术对于水质水量的变化有很好的适应性,在其水质水量变化时均能够稳定的运行。FEO技术处理垃圾渗滤液将是一个发展方向,有着广阔的应用前景。
参考文献:
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垃圾渗滤液的处理是目前国内环保界的研究热点，同时也是一个难点。垃圾渗滤液是一种高污染、强烈恶臭的污水，生活垃圾处理设施在没有解决渗滤液处理的情况下投入运行，会产生新的二次污染。
为开拓视野、学习先进经验，更好的服务于水泥回转窑处理生活垃圾的科研计划。通过现场调研及有关资料分析，生活垃圾焚烧发电厂在生活垃圾收集、堆放、储存等工艺上与水泥窑处理生活垃圾有很大的相似之处，调研、研究、分析生活垃圾焚烧发电厂垃圾渗滤液产生量、主要成分、处理工艺等技术参数，对确定水泥窑处理生活垃圾产生的渗滤液处理方案有很好的借鉴意义。
2.调研内容
垃圾渗滤液产生量
主要包括单位质量生活垃圾产生渗滤液质量。
垃圾渗滤液主要成分
主要包括：BOD5、CODcr、SS、其他成份。
垃圾渗滤液处理工艺流程
根据垃圾渗滤液不同的生化、物理、化学性质，采取不同处理工艺流程，保证经处理后的垃圾渗滤液达到国家排放标准。
3.垃圾渗滤液主要特性
垃圾焚烧厂渗滤液具有明显的特点，即成分复杂，水质、水量变化大且呈非周期性，无疑给对其进行有效而稳定的处理带来较大困难。
垃圾渗滤液量的产生受众多因素的影响，不仅水量变化大，而且其变化呈明显的非周期性。由于垃圾投放和收运过程都是一个敞开的作业系统，因而渗滤液的产生量受气候和季节变化的影响极为明显。在设计中，要通过调查分析，掌握水量及其变化规律，并在选择渗滤液处理工艺时考虑此特性。
采用生化法，则必须设置足够容积的调节池，以满足最大水量的储存，及均化水质的要求。
1）成分复杂
渗滤液属高浓度有机废水。一般情况南方沿海城市垃圾渗滤液中化学耗氧量CODcr浓度范围20000～75000mg/L，生物耗氧量BOD5浓度范围10000～35000mg/L，悬浮物SS约为6000mg/L，pH4～6，同时还含有多种有机物和无机物(含有毒有害成分)，因而其水质是相当复杂的，污染物种类多，而且浓度存在短期波动性和长期变化的复杂性。垃圾渗滤液一般呈黄褐色或灰褐色，挥发出的气体带有强烈恶臭，对人体有危害，能使人产生恶心、尿血、头晕等症状。通过质谱分析，垃圾沥滤液中有机物种类高达百余种，其中所含有机物大多为腐殖类高分子碳水化合物和中等分子量的灰黄霉酸类物质。
2）水质变化
BOD5/CODcr比值的变化大。新运进垃圾焚烧厂的垃圾大部分是比较新鲜的生活垃圾，BOD5/CODcr值较大，也就是说可降解的有机物较多。随着储存时间的增加，BOD5/CODcr值会有变小的趋势。但是同垃圾填埋场渗滤液相比，由于垃圾焚烧厂垃圾贮存的时间较短，一般在3天左右，所以垃圾渗滤液的可生化性变化的不是很大。
3）金属离子问题
在渗滤液的多种污染物中，金属离子(尤其是重金属离子)因其对环境特殊的危害性和对生物处理工艺的影响而比较引人注意。渗滤液中含有的多种重金属离子，由于其物理和化学环境而使垃圾中的高价不溶性金属离子转化为可溶性金属离子而溶于渗滤液中(所谓物理环境主要是指淋溶作用，化学环境主要是指因微生物对有机物的水解酸化使pH下降以及在厌氧条件下形成的还原环境)，所以在处理工艺中要考虑去金属离子的问题。
4）NH4+-N浓度问题
渗滤液中高浓度的NH4+―N是导致处理难度增大的一个重要原因。高浓度的NH4+―N及其随时间的变化，不仅加重了受纳水体的污染程度，也给处理工艺的选择带来了困难，增加了复杂性。过高的NH4+―N要求进行脱氮处理，而处理的结果使水中的C/N值更低，反过来抑制常规生物处理的进行。同时应考虑水中碱度、含磷量等问题。
4.典型垃圾渗滤液处理工程简介
昆明市东郊垃圾焚烧发电厂渗滤液处理工程
该厂垃圾处理规模目前为西南最大，项目总投资4亿元，采用国内先进的“循环流化床焚烧技术”，装配4台日处理垃圾550吨的循环流化床焚烧锅炉，安装2台15MW凝汽式汽轮发电机组，不但能有效解决昆明市的垃圾污染问题，还能变废为宝，建成后每天能发电70万度。城市生活垃圾经过中转、压缩后，含水率较低，据该项目现场负责人介绍，到场后垃圾含水率约为5%。鉴于垃圾渗滤液对环境的危害，该公司投资了2000多万专门建设垃圾渗滤液污水处理站，采用先进的污水处理工艺，每天能处理60m3垃圾渗滤液。污水经处理达到国家一级排放标准后全部回用于厂区垃圾倾卸平台冲洗、垃圾车冲洗、绿化用水和循环冷却水系统补充水等，真正做到零排放。
4.1垃圾渗滤液产生量
该工程所用城市生活垃圾经中转、压缩后，含水率较低，根据现场负责人介绍，到场后垃圾渗滤液产生量约为5%。
4.2垃圾渗滤液的主要成分
4.3处理工艺
4.3.1工艺流程
4.3.2处理各阶段水质参数
4.3.3工艺流程简介
UASB（上流式厌氧污泥床）
渗滤液先经自动细格栅再进入均衡池，栅距0.5毫米，去除固体物，以保护下游设备不易受损。经隔渣后的渗滤液流进均衡池。均衡池同时设有两台输送泵（1台备用）作为输送渗滤液及控制流量。经过渗滤液调整后，渗滤液会进入UASB反应器。该反应器有机负荷设计为10kgCOD/（立方米/日）。在反应器中，有机物首先分解为有机酸，然后分解为甲烷和二氧化碳。反应器顶部有一系列的三相分离器，将甲烷气、污泥和处理后水有效地分开。经过厌氧处理后，渗滤液的碳氮比会降至1.46:1，造成碳氮比失调。为给SBR池提供足够的碳源作反硝化，以减低化学品消耗，部分渗滤液将旁通至SBR，以增加碳氮比值达3.2:1作为反硝化之用。
SBR（序批式活性污泥池）
经厌氧处理后，污水进入两个SBR池。SBR工艺是活性污泥法的一种，采用操作较为弹性的分批进、出水设计。各SBR的池操作周期基本可分为五个步骤：进水、反应（生物降解，硝化及反硝化）、沉淀（沉淀及澄清）、排水（排去上清液）、静止（排泥）。以预设的计算机逻辑编程（PLC）控制上述五个步骤的分段时间。每个SBR单元安装了4台表曝机以供应微生物生长所需的氧气。此外，每个单元内安装了3台潜水式搅拌器，l台澄清泵及2台（1台备用）潜水式剩余污泥泵。为提供反硝化的缺氧状态，表曝机会根据设定的计算机程序，间断地开关。当表曝机停止时，潜水式搅拌器会自动启动，防止水中活性污泥沉淀。池内设计MLSS6000mg/L。沉淀后，澄清液将被2台澄清泵送至出水暂存池，再利用输送泵将池水泵进微滤系统（CMF）作深度处理。剩余污泥将被污泥泵抽至污泥贮储存池暂存，不定期由槽车运送到填埋场作最终处理。为提供足够的碳磷比值，必须定期将磷酸投入池内，以维持活性污泥的生长。
CMF（连续微滤系统）
CMF是滤膜工艺的一种，在膜的一侧施加一定的压力，使水透过滤膜，阻隔大于膜孔径的悬浮物、细菌、有机污染物等物质。CMF系统是由微滤膜柱、压缩空气系统反冲洗系统以及PLC自控系统等组成。微滤膜柱的直径为120mm，高度为1160mm，内装的中空纤维外径为550mm，内径为250mm，孔径0.2mm，膜表面积为33.5m2。在20℃时单根微滤膜柱水通量为0.9~1.35m3/h。CMF系统的操作由PLC自动控制，水由中空纤维膜外向膜内渗透，正常工作压力很低，工作范围为30~100kPa，最高达到200kPa。一般30~40分钟用压缩空气反冲一次，反冲时，压缩空气由中空纤维膜内吹向膜外，反冲压力为600kPa，时间1~2分钟，反冲洗水量为进水量的10~12%。CMF系统一般工作14~30天，需进行化学清洗一次。
RO（反渗透系统）
反渗透膜是目前工业用最微细的过滤设备。反渗透膜可阻挡所有可溶性盐、无机分子和任何分子量大于100的有机物通过，脱盐率达95%以上。CMF滤液流至反渗透系统的中间储水箱，2台高压泵分别将滤液抽至2列RO系统。RO进流及滤液设有导电计及流量计以监控其操作。在进入RO前，会投加防垢剂以防止反渗透膜结垢及投加硫酸。经过一段操作时间，当下降幅度达致10~15%，反渗透膜就要进行清洗。由于渗透液的污染性较高，必须进行化学清洗，若要提高清洗效率，适当再配合用热水清洗。反渗透出水流入储存池作为回用用途。浓缩液则被泵至调节池。
5.确定垃圾渗滤液处理工艺方案
5.1垃圾渗滤液处理工艺方案
根据假设工程规模，本方案初步假定处理量为240m3/d,设计进水水质参数如下：
初步建议方案如下：参考垃圾焚烧发电厂渗沥液处理工程工艺流程，克服运行中缺点，接触氧化池改为更高效的SBR反应池，并增加机械过滤器一套，大大减轻后续处理工序的负荷，经超滤、反渗透深度处理后，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级排放标准，直接排放。
工艺流程图
5.1.1主要建构筑物设计
⑴UASB厌氧反应器
根据工艺流程，UASB厌氧反应器前设置调节池，调节池通过水解酸化作用，CODcr去除率30%。
UASB反应器以CODcr容积负荷设计，进水温度为25℃，主要技术指标如下：
经过计算，UASB反应器设计尺寸为L×B×H=15000×15000×13700，CODcr容积负荷为10CODcr/(m3.d)。
⑵SBR好氧反应器
SBR好氧反应器以CODcr容积负荷设计，主要技术指标如下：
经过计算，反应器设计容积为400m3，分成两格，每格尺寸为L×B×H=9000×4500×5500。反应周期为12h。
6.结论