垃圾渗滤液的处理技术及其国内研究进展_重庆健舟环保股份有限公司
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垃圾渗滤液的处理技术及其国内研究进展
发布时间:2014-2-23

 随着我国城市的迅速发展,垃圾产量不断增加。目前垃圾处理方法主要有焚烧、堆肥和填埋 等。其中卫生填埋由于处理量大、成本低廉、技术成熟等优点而被国内外广泛应用。但填埋场产生的渗滤液危害极大,它主要来源于降水和垃圾内部的内含水。若处理不当,会严重危害周边环境和污染地下水。因而渗滤液的收集和处理已成为急待解决的问题,成为国内外研究的热点之一。

 
   目前,关于渗滤液水质成分研究的报道较多,渗滤液是一种高浓度有机废水,由于其水质水量的不稳定性,以及渗滤液中含有大量难降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等毒性物质,所以渗滤液的处理非常困难。现有的处理方法大概可分为生化法、化学法、物化法、物理法和回灌法等。
 
 
 
1滤液的产生
 
   渗滤液是指垃圾在填埋和堆放过程中由于垃圾中有机物的分解产生的水和垃圾中的游离水、降水以及入渗的地下水,通过淋溶作用形成的 污水。渗滤液主要来源[1]: (1)垃圾自身的水分;(2)垃圾中有机组分在填埋场内经厌氧、好氧分解产 生的水分,产生量与垃圾的组成、pH、温度和菌种等因素有关;(3)填埋场内的自然降雨与径流。其中 降水是渗滤液的主要来源,这些水分渗过成分复杂的垃圾时,使垃圾发生分解、溶出、发酵等反应,从而使渗滤液中含有大量的有机污染物、氮、磷和种类繁多的重金属类物质。
 
 
 
2渗滤液的特点
 
   渗滤液的水质随垃圾的组分、当地气候、水文地质、填埋时间和填埋方式等因素的影响而有显著的不同。其显著特征
 
 
 
[2]:2.1有机物浓度高
 
   渗滤液中的BOD5和COD浓度最高可达几 万mg/L,主要是在酸性发酵阶段产生,pH值一般在6.0左右(显弱酸性), BOD5与COD比值在0.5-0.6。
 
2.2水质变化大
 
   渗滤液的水质取决于填埋场的构造方式和垃圾种类、质量、数量以及填埋年数的长短,其中构造方式是最主要的。
 
2.3氨氮含量高
 
  垃圾渗滤液中氨氮浓度很高,且氨氮浓度在一定时期随时间的延长会有所升高,主要是因为有机氮转化为氨氮造成的。在中晚期填埋场中,氨氮浓度高是垃圾渗滤液的重要特征之一,也是导致处理难度增大的一个重要原因。由于目前多采用厌氧填埋技术,导致渗滤液中的氨氮浓度在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升,达到高峰值后延续很长的时间直至最后封场,甚至当填埋场稳定后仍可达到相当高的浓度。
 
2.4微生物营养儿素比例失调
 
  对于生物处理,垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的,一般垃圾渗滤液中的BOD/TP都大于300。此值与微生物生长所需要的碳磷比(100:1)相差甚远。在不同场龄的垃圾渗滤液中,碳氮比有很大的差异,也会出现比例失调现象。
 
 
 
3圾渗滤液的处理方式
 
3.1合并处理
 
   合并处理就是将垃圾渗滤液就近引入城市污水处理厂与城市污水合并进行处理的方式。城市污水量较大,可对渗滤液起到稀释作用,但需控制好比例,以避免对城市污水处理厂造成冲击负荷。有研究表明[3],如果渗滤液的量与城市污水量之比<0.5%,同时渗滤液带来的负荷增加在10%以下则是可行的。在合并处理时,为了避免垃圾渗滤液中的有毒有害物质对城市污水的副作用和减轻冲击负荷,常采用对渗滤液进行预处理后再合并的方案。沈耀良等[4]在处理苏州七了山垃圾渗滤液时,采用先经过场内物化预处理(吹脱+混凝沉淀+焦炭吸附)再到城市污水处理厂合并处理的工艺,取得了良好的处理效果。
 
3.2土地处理
 
   土地处理是利用土壤的自净作用进行处理的方法。目前应用于垃圾渗滤液土地处理的方法主要有人工湿地和回灌处理两种。
 
   用人工湿地处理垃圾渗滤液具有费用低、管理方便等优点,但处理效果随季节变化较大,处理有机物的浓度也较低。它适应植物生长期长、生长旺盛的南方地区,不适应北方寒冷地区。
 
   垃圾渗滤液的回灌处理方法是20世纪70年代由美国的Pohland最先提出的,它实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大的生物滤床。渗滤液经覆土层和垃圾层发生一系列的物理、化学和生物作用而被降解和截留,同时使渗滤液由于蒸发而减少。Dianadopomokos等[5]通过渗滤液的回灌处理,得到了比较稳定的出水,其中COD和BOD5的平均值分别为1141,85mg/L。回灌处理渗滤液易造成土壤堵塞,氨氮累积,回灌处理后的渗滤液仍有较高的浓度,还需要做进一步处理,因此回灌处理很少单独作为渗滤液的处理工艺。
 
 
 
3.3就地处理
 
   合并处理与土地处理比较经济、简单,但受 各种客观因素的限制,大部分城市只能在填埋场建立独立的渗滤液处理系统进行就地处理。
 
4垃圾渗滤液的处理技术
 
4.1生物处理法
 
   生物处理包括好氧处理、厌氧处理及两者的结合。
 
   当垃圾渗滤液的BOD5/COD>0.3时,渗滤液的可生化性较好,可以采用生物处理法,包括好氧 处理、 厌氧处理及好氧一厌氧结合的方法。
 
4.1.1好氧处理法
 
   好氧处理法不仅可以有效降低BOD5,COD和氨氮含量,还可以除去Fe,Mn等金属。其方法主要包括活性污泥法、曝气稳定塘、生物膜法、生物滤池和生物流化床等工艺。国内外活性污泥法污水处理厂的运行结果表明,通过提高污泥浓度来降低污泥有机负荷,活性污泥法获得了令人满意的垃圾渗滤液处理效果。希腊的LoukiouMX等[6]研究了以粉末活性炭为载体的流化床处理高浓度渗滤液的效果,进水水质为:pH=7.5,COD=5000mg/L,BOD5=1000mg/L,NH3-N=1800mg/L,结果表明:COD,BOD5,NH3-N以及色度的平均去除率为81%,90%,85%和80%。由于渗滤液成分复杂,陈旧的渗滤液氨氮浓度很高,可生化性较差,还需要结合其他的方法进行处理。
 
4.1.2厌氧处理法
 
   厌氧处理法具有能耗少、操作简单、运行费用低、污泥产率低和可提高污水可生化性等优点,适合于处理有机物浓度高、可生化性差的垃圾渗滤液。用于垃圾渗滤液处理的厌氧法有:厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床及厌氧塘等。徐竺等[7]用上流式厌氧过滤器对垃圾渗滤液的研究结果表明:上流式厌氧过滤器处理垃圾渗滤液的效果良好,在中温(35~400C)消化时,高浓度(3000~8000mg/L)进水COD的去除率达95%左右,常温消化COD去除率可达90%左右。
 
4.1.3好氧-厌氧结合处理法
 
   对于高浓度的垃圾渗滤液单独厌氧处理很难达标排放,需要进一步进行好氧处理,即厌氧一好氧结合处理工艺,效率较高且经济合理。
 
   采用厌氧一好氧生物流化床藕合工艺处理垃圾 渗滤液,当进水COD,NH3-N分别为5000mg/L, 280mg/L时,系统的出水COD,NH3-N达到《生活垃圾填埋污染控制标准》一级排放标准。李征[9]采用UASB一好氧膜生物炭反应器联合处理工艺对垃圾渗滤液进行处理,在进水COD为500-3000mg/L,BOD5为300~1900mg/L,氨氮为146.57-1071.5mg/L,水力停留时问为19~30h的条件下,出水COD降为146~880mg/L,BOD5为7.8~14.2mg/L,氨氮为55~620mg/L。
 
4.2物化处理法
 
   对于老龄渗滤液,必须采用以物化为主的深度处理技术。常见的物理化学方法包括光催化氧化、Fenton法、吸附法、化学沉淀法、膜过滤等。与生物法相比,物化法受水质、水量影响小,出水水质稳定,尤其对BOD/COD较低而难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果。由于物化法处理费用较高,一般用于渗滤液预处理或深度处理。
 
4.2.1光氧化和光催化氧化
 
   光氧化和光催化氧化是一种刚刚兴起的新型现代水处理技术,具有工艺简单、能耗低、易操 作、 无二次污染等优点,尤其对一些特殊的污染物比其他氧化法更具优势,但目前国内外对光催化降解有机物的研究还处十理论探索阶段。TiO2作为纳米半导体材料之一在含毒及难生物降解废水光催化氧化处理中得到了大量的研究[10]并对光催化降解有机废水的影响因素做了深入的探讨,其 中包括催化剂用量、 pH值、光照强度、光照时间、水中溶解氧等,得出该方法对垃圾渗滤液的深度处理效果很好。
 
4.2.2Fenton法
 
   Fenton法是一种深度氧化的技术,即利用Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成·OH自由基,而·OH自由基具有强氧化性,能氧化各种有毒和难降解的有机化合物。熊忠[11]等对垃圾渗滤液用混凝法处理后再经Fenton法处理,氧化后的渗滤液可生化性仍然很低,之后又结合SBR法,加入 营养物质,可生化性提高,COD和BOD5去除率均达到95%以上,出水水质达到排放标准。虽然Fenton法试剂价格低,反应条件温和,无二次污染,但它只能将部分有机物氧化或偶合成可生化的化合物,而不易氧化多环芳烃等分子量大、化学性能稳定的有机化合物。
 
4.2.3膜处理法
 
   膜处理法是用各种隔膜使溶剂同溶质和微粒分离的一种方法。根据溶质或溶剂通过膜的推动力的大小,膜分离法可分为反渗透法、超滤、微空过滤等。一般处理“老龄”渗滤液,使用综合膜处理土艺,包括一个膜生物反应器和反渗透装置,处理效果COD5去除率达到97%,总氮去除率91%,运行成本为传统土艺的60%。近几年来,西方发达国家还兴起毫微级膜过滤技术,能够去除难降解的COD,使出水水质满足排放标准。 膜处理的最大问题是膜污垢,会堵塞膜孔,对处理效率有很大影响。此外膜过滤技术费用昂贵,不能得到广泛应用。
 
4.2.4化学沉淀法
 
   混凝技术是一种重要的化学沉淀法,常常作为预处理并结合其他方法处理垃圾渗滤液,效果显著,但受pH值等条件的限制。沈耀良等用PAC作混凝剂、焦炭作吸附剂,可有效去除渗滤液中的COD和部分重金属离子,并证实混凝对渗滤液色度具有明显的去除效果(68%);焦炭吸附中存在明显的竟争现象,其中对COD的吸附具有明显的竟争优势。张富韬等采用聚合氯化铝作为混凝剂,膨润土为吸附剂处理渗滤液,其结果:渗滤液中的COD去除率为79%.氨氮去除率达46%.重金属去除率为53%~98%[12]
 
4.2.5湿式氧化
 
   湿式氧化是一种在土业废水处理应用较广的物理化学方法,它是利用氧与污染物在液相中的接触达到将污染物氧化的目的。反应在封闭的条件下进行,污染处理彻底,特别适用于高浓度或高毒性的废水,而且反应体系引入催化剂还可以提高有机物的降解效率并有利于反应向温和程度发展,因此,目前寻找合适的催化剂以降低湿式氧化处理废水的经济成本以及应用于垃圾渗滤液的处理。虽然湿式氧化还未应用于垃圾渗滤液的处理,但是其处理效率高,对于高浓度、高毒性的废水处理效果很好,因而具有广泛的前景。
 
4.3化学法
 
   和生化法相比,化学法不受水质水量变化的影响,出水水质稳定,尤其是对BOD5/COD值比较低(0.02~0.20),难以生物处理的渗滤液的处理效果较好。但成木较高,所以通常只作为预处理或后续处理。
 
4.3.1光氧化技术
 
   光氧化技术是指利用在可见光或紫外光照射下发生的一系列复杂化学反应处理废水的技术。光氧化技术在降解难生物降解有机物和避免引入新的污染物方而具有强大的优势,因而在环境治理尤其是水处理领域有着一定的应用。
 
   Zong-pingWang等[13]对混凝—光氧化技术处理垃圾渗滤液进行了研究。实验发现,处理效果受pH影响,pH在3~8时,pH越低处理效果越好。单独UV/VIS照射(r>313nm)工艺可达到31%的COD去除率和70%的色度去除率。In-OckKoh等[14]采用光氧化技术和生物处理工艺相结合处理垃圾渗滤液,分别用功率为84kW/m3的低压汞灯、功率为100kW/m3的中压汞灯、功率为30kW/m3的真 空汞灯进行照射,COD/BOD5在低压汞灯和真空汞灯作用下从230降到3~4,在中压汞灯作用下从 230降到6,而后,再用活性污泥法进行处理,COD,BOD5,AOX都能达标排放。 4.3.2臭氧氧化技术
 
   臭氧虽然可以氧化水中许多难降解有机物,但它与有机物的反应选择性差,且不易将有机物彻底矿化,其产物常常是羧酸类易于生物降解的有机物,因此处理垃圾渗滤液时一般是采用臭氧和其他处理方法联合的工艺去除难生物降解的有机物。
 
   JerryJ.Wu等[15]采用臭氧高级氧化技术处理垃圾渗滤液,共有二种处理方案:O3,O3/H2O2,03/UV。实验发现,O3/UV方法在提高可生化性和降低色度方而最有效。投加1.2g/L臭氧,二种方案都可以将BOD5/COD从0.06提高到0.5,这可以大大提高后续生化处理的效率。该方法的脱色效果可达90%,但TOC去除率较低,所以该法只能作为生物处理的前处理。
 
4.3.3电解处理技术
 
   垃圾渗滤液经生物处理后,其残留的COD仍较高,有的高达600~800mg/L,且很难再处理。李小明等[16]探讨了采用电解氧化处理垃圾渗滤液,得到了适宜的电解氧化条件:pH为4,Cl-质量浓度为5000mg/L,电流密度为10A/dm2,SPR二元电极为阳极,电解时间为4h。COD和NH3-N去除率分别为90.6%和100%。
 
4.4物理法
 
4.4.1蒸发法
 
   蒸发的目的是使污染物在固相浓缩,并同时 在冷凝后获得一个可以排放的液相流。目前蒸发法还存在许多问题,如高浓度有机物引起的泡沫问题、结垢和腐蚀问题、蒸发表面分层问题、氨和有机氯化物需进一步去除的问题、渗滤液蒸发处理的高能消耗问题。
 
   LucaDiPalma等[17]采用蒸发和反渗透处理 工业垃圾渗滤液,可以去除绝大部分污染物。蒸发 在40℃和6kPa压力下进行, 馏出物中含有质量分数1%的有机物和20%的氨.金属含量可以忽略。而后进行反渗透处理,有机物去除率达90%,在pH=6.4时,氨去除率达97%。
 
4.4.2超声波技术
 
   超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点,已受到国内外研究者的关注,并开始用于处理垃圾渗滤液。
 
   EvelyneGonze等[18]对高频超声波处理垃圾渗滤液进行了研究,实验表明超声波可以降低毒 性和提高可生化性。 随着超声波特定能量的增加,毒性物质增加,当特定能量达到20GJ/m3时,毒性物质的含量达到最大,而后随着能量的增加,毒性物质开始下降,当能量超过80GJ/m3时,毒性物质基木消失。在能量达到80GJ/m3时, TOC去除率可达70%。当能量达到63GJ/m3时, BOD5从0提高到29mg/L。
 
4.5回灌法
 
   回灌处理法是20世纪70年代由美国的Pohland最先提出的[19],我国同济大学在20世纪90年代也开始对垃圾渗滤液进行了研究。渗滤液回灌实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大生物滤床,将渗滤液收集后,再返回到填埋场中,通过自然蒸发减少滤液量,并经过垃圾层和埋土层生物、物理、化学等作用达到处理渗滤液的目的。回灌处理方式主要有填埋期问渗滤液直接回灌至垃圾层、表面喷灌或浇灌至填埋场表面、地表下回灌和内层回灌。据估计,英国50%的填埋场采用了回灌技术。郭蕴苹[20]试验模拟蒸发量与降水量日均值比为0.58,进水COD值为8649.3mg/L,经过270天回灌运行后,出水COD值为460.7mg/L,COD去除率为94.7。何厚波等[21]发现,对回灌渗滤液中有机物的去除效果随垃圾堆体高 度的增加而增加,但是进入垃圾堆体的有机负荷不能无限制地增加,否则会毁坏渗滤液回灌系统。