垃圾填埋场渗滤液处理工艺研究

V o l.2 N o.42009年7月

Environment and Eco lo gy in the T hree Go rg es Jul.2009

垃圾填埋场渗滤液处理工艺研究

收稿日期:2008-10-08作者简介:李夔宁(1970-),男,副教授,现任重庆大学动力工程学院制冷系主任。

通讯作者:尹亚领(1983-),男,河南平顶山人,在读研究生,主要研究课题为垃圾填埋场渗滤液处理工艺,E -mail:shuai6502@163.com 。

李夔宁,尹亚领,吴小波

(重庆大学动力工程学院,重庆400044)

摘 要:由于垃圾填埋场渗滤液水质复杂,且内含极难生物降解的腐殖质及大量有毒重金属离子。所以到目前为止,对垃圾填埋场渗滤液的处理所使用的所有单一处理方法都不能得到令人满意的效果。本文在介绍各种常用处理方法优缺点的同时,重点推荐使用蒸发法和冷冻法相结合来处理垃圾填埋场渗滤液。以期能收到更好的效果。

关键词:垃圾渗滤液;冷冻浓缩;蒸发工艺

中图分类号:X703.1 文献标识码:A

文章编号:1674-2842(2009)04-0033-04

Research on the Treatment Technology of Landfill Leachate

LI Ku-i ning ,YIN Ya -ling,WU Xiao -bo

(School of Pow er E ngineering,Ch ong qin g Un iversity,Ch on gqing400044,China)

Abstract:T he w ater quality o f landfill leachate is co mplicated because of including heavy met al ion and humus w hich can hardly biodegr adable.U p t o now ,ever y sig le tr eatment technolo gy used to deal w ith the landfill leachate can not reach t he perfect result.In this arctical,Ev apo ration -Fr eeze co ncentration tr eatment w as stressed on for better effect when character s o f ever y frequently -used techno log y w ere intr oduce.Key words:landfill leachat e;freeze co ncentrat ion;ev apo ratio n t echnolog y

垃圾卫生填埋是目前被广泛应用的城市垃圾处理

方法之一。在垃圾填埋过程中,由于压实、降雨和微生物的分解作用,会在垃圾填埋层中产生高浓度有机废

水 渗滤液。垃圾填埋场渗滤液由于其复杂的水

质特点[1],在废水处理领域被公认为是最难处理的有机废水见表1。

表1 渗滤液典型污染物组成及其浓度变化

mg/L

颜色气味总残渣电导率u /cm ORP/mv 有机酸NH 3-N NH 2-N pH T P 黄、黑灰色恶臭2356-35703

10-104320-80046-24600

20-7400

0.59-19.26

5.5-8.50.86-71.9Na +SO 42-As Cd Pb Cu Zn Fe CODcr BOD 5200-2000

7-9360.1-0.50-0.130.069-1.53

0.1-1.430.2-3.48 6.92-66.81-54412

116-19000

H g Cr M n T OC S S 总硬度Ca 2-M g 2+K +0-0.032

0.01-2.61

0.47-3.85

1500-2000

200-1000

3000-10000

200-300

50-1500

200-2000

由表1可以看出,渗滤液不仅有机物浓度高,而且NH 3-N 的浓度也很高,重金属离子会对微生物产生毒性抑制作用。另外渗滤液的水质随填埋时间

和填埋稳定程度而容易产生较大的变化,这给渗滤

液的处理带来更大的困难。我国城市生活垃圾中厨余类所占比例较大,有机物含量较高,导致COD 、NH 3-N 浓度较高,这让我国与其他国家的渗滤液处理侧重点又有所不同。由于渗滤液污染物浓度高、水质变化大的,所以对渗滤液处理方案、方法及工艺的研究受到广泛的重视,并有了长足的发展。到目

2 常用废水处理技术

2.1 生物处理技术

生物处理技术大致可以分为好气生物处理和嫌气生物处理[5-8]。好气生物处理系统对BOD:COD >0.5的脂肪酸是十分有效的。微生物在氧气存在的条件下作用于有机物,使有机物分解为易处理的小分子量物质。在其分解过程中,为保持好气系统的微生物有持续的活性,需要不断的提供大量的氧气。另外,对废水有机物处理负荷的变化可以调节通气量来进行适应。好气生物处理包括活性污泥、生物转盘和氧化塘等。而嫌气处理技术的分解机理是因嫌气性微生物的活动,高级脂肪酸被分解为低级脂肪酸,蛋白质则经由氨基酸分解为有机酸、胺等低分子物质,然后通过甲烷菌把上述阶段形成的挥发性酸类进一步分解成甲烷和二氧化碳。最后只产生少量需要处理的污泥。嫌气生物处理的出水类似于填埋场长时间运行后自然产生的渗滤液,它的BOD:COD<0.3,但COD浓度在1000-3000mg/ L的范围内,N H3-N浓度为100-500mg/L。因此,单独使用嫌气处理工艺处理渗滤液不足以达到国家水质二级排放标准。嫌气处理的工艺方法有厌氧滤池、升流厌氧污泥床等。

渗滤液中有很多化学物质对微生物有抑制作用,根据浓度不同,程度上有较大的差异。垃圾填埋渗滤液中化学物质的浓度达到任何微生物都不能生存的程度是比较少的,一般是经驯化后能适应或受到不同程度的抑制。当废水中化学物质对微生物具有抑制作用时,微生物的生物分解受到,使分解过程减弱或停止。其原因可能是微生物被毒死,也可能与酶相结合阻止中间物质的分解,使废水的生物处理过程不能继续进行。从渗滤液生物处理的角度来区分,抑制性物质可分为两类:一类是有机化合物,即受微生物分解吸收,在高达一定浓度时又有抑制作用;另一类是重金属离子和剧毒物,如汞、砷、氰等,这类物质一般都难为微生物分解吸收,而只具有极强的抑制作用。

2.2 膜处理技术

反渗透膜从水中分离除去0.3-1.2nm大小的溶质分子,也可以除去除氢离子、氢氧根离子外的其他无机离子[9-11]。由于膜分离技术能有效地截留垃圾渗滤液中溶解态的有机物和无机物,在国外已广泛应用于渗滤液的处理中,他对渗滤液中成分浓度的变化具有较强的灵活抗变能力。当采用用醋酸纤维素做成的反渗透膜处理垃圾渗滤液时,该膜能保证出水达到GB168-1997一级排放标准。

反渗透膜由于工艺简单,占地面积小和处理效果好而在国外得到广泛应用。目前,国内一些大型垃圾填埋场也已经开始应用或筹划应用。但反渗透工艺的关键处理单元 膜的成本太高,且易损坏。为了防止膜表面污染、结垢及受机械化学损伤,必须对渗滤液进行一定的预处理,以使膜有良好的性能和足够长的使用寿命。此外,反渗透处理留下的高浓度残留物必须经过后处理。常用的方法有回灌和固化处理等。

2.3 物化处理技术

城市垃圾渗滤液的物化处理技术主要包括:活性炭吸收、混凝吸附、化学沉淀、化学氧化、化学还原、催化氧化、密度分离、离子交换、吹脱和湿式氧化等多种方法。处理原理为:通过一系列的物理化学反应去除渗滤液中的不可容组分和吸附的有机物,同时将渗滤液中的难生物降解的有机物转化为易生物降解的有机物并将之去除[12]。物化处理工艺可以有效地消减渗滤液中的有机物、氨氮、重金属离子和色度等,改善其可生化性,为其他处理工艺做前期准备或后期处理。物化处理的优点是不受水质影响,适用范围广,尤其对BOD/COD的值在0.07-0.20之间的难生物处理的渗滤液效果较好。但是物化处理技术针对性太强,处理效果单一,需要复杂的工艺才能对渗滤液进行全面的处理。

2.4 蒸发处理技术

蒸发法在废水处理领域,尤其是在放射性废水处理领域有着广泛的应用。蒸发法处理废水的原理是利用外加能量蒸发分离出渗滤液中的水分,使需要处理的渗滤液原液体积大大减少。在填埋场使用周期的各个阶段,渗滤液内所含杂质浓度变化很大,渗滤液的性质也会随之发生显著变化。与其他渗滤液处理工艺相比,渗滤液蒸发工艺对渗滤液水质的变化不敏感,对渗滤液水质的变化具有较强的适应性。蒸发法适宜处理高浓度有机废水。这一点正好可以适应垃圾填埋场渗滤液水质变化大的特点。据研究,渗滤液蒸发工艺只对渗滤液pH值变化比较敏感。但其缺点是:能耗大,换热效率低,若建立大

34 三 峡 环 境 与 生 态 2卷型处理系统投资成本较大。

2.5 土地处理技术

渗滤液的土地-植物处理系统是一种复杂的物理-生物-化学综合反应器。其原理是:通过土壤颗粒的过滤、吸附、离子交换作用以及微生物和植物对有机物的降解转化、吸附利用等作用,达到对渗滤液的吸收净化作用。目前应用较多的土地-植物系统主要有回灌法和人工湿地技术。

渗滤液的回灌,就是将渗滤液直接再回灌、喷洒到填埋场,充分利用填埋垃圾和覆盖土层中所含的大量微生物,对回灌过程中渗滤液内的有机物进行生物降解、吸附和过滤。研究表明[13]:渗滤液有机污染物的去除效果随垃圾堆体高度的增加而提高,但垃圾堆体的处理能力有限,当有机负荷超过处理系统自身的降解能力时,回灌系统便不再起作用;人工湿地则是近几年出现的新型处理工艺。当前已有不少科学工作者正在研究利用藻类、芦苇、香根草以及各种水草对渗滤液进行净化,并已经据得了一定的成果。人工湿地有地表漫流和地下潜流两种类型。地表漫流模拟自然湿地系统,加入了水力学和植被的设计与管理,从而寻求最优化的污水去除效果。地下潜流由石块或沙砾床体加衬层构建,上面种植湿地植被。植物的作用在湿地处理系统中必不可少,他们为好氧过程提供氧源,植物根系为水提供滤过床体的通道。另外,湿地对植被的要求很高,要选择与设计水深和水文周期相协调、具有高速生长能力、能建立高去污能力湿地群落的植被。

土地处理系统的优点是设备简单、投资少、操作管理方便、能耗低,能较好的适应渗滤液水质水量的变化,渗滤液回灌还能加速填埋场稳定化进程,缩短其维护期,减少维护费用。缺点是渗滤液土地处理系统受气候条件影响较大,对于蒸发量远大于降水量的地区才适用。

2.6 超声波处理技术

超声技术是今年来发展起来的一项新型水处理技术,超声波对有机物的降解并不是来自声波与有机分子的直接作用,其动力来源是声空化。超声波是有一系列疏密相间的纵波构成,并通过液体介质向周围传播。当声波足够高时,在疏松的半周期内,液相分子间的吸引力被打破,形成空化核。空化核的寿命约为0.1us,在爆炸的瞬间可以产生大约4000K和100M Pa的局部高温高压环境,并产生速度约为110m/s具有强烈冲击力的微射流,这种现象我们称之为超声空化。这些条件为在一般条件下难以实现的化学反应提供了非常特殊的物理环境,打开了化学反应的通道。足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解和自由基反应[14-15]。

超声波处理废水反应中,被分解化合物的性质是决定反应进程的主要因素,其它影响因素还有溶解气体、超声功率强度超声波频率以及反应温度等。

在水处理中物理能场的应用比较广泛,将超声波和其它物理能场相联合是水处理中的研究方向之一。E.Naffrechoux等将超声波与紫外光联合处理生活污水,取得较好的效果。研究认为,在分解有机物过程中存在三种作用:紫外光分解,超声波形成羟基自由基氧化分解,紫外光分解空气产生臭氧氧化分解。Terese M.研究认为,超声作用下O3在水中的溶解速度大大加快,当声波输入功率为54W时, O3溶解于水的传质速度常数提高了57%。Edidin J.等还发现,超声作用下O3分解速度很快,在气泡中被裂解为强氧化性自由基。

超声波废水处理技术对各类有机物具有广泛的适用性,能耗低、无污染。是一种环境友好型水处理技术,与传统技术相比具有较强生命力。但它的缺点是:理论基础还不完善,尚处于基础研究阶段。还有大量工作要做,例如,进一步研究超声降解有机物的反应机理和动力学,为最优设计反应器、最优操作超声空化过程提供理论参数。

2.7 冷冻法废水处理技术

冷冻法在废水处理领域的研究在我国起步较晚,其基本原理为:废水溶质的凝固点远低于纯水的凝固点,冷冻废水时,其中的纯水会将杂质排斥在外而首先以固相析出,残留母液被浓缩,分离固、液相,融化冰晶,即可得到较纯净的再生水[16-19]。

冰晶对溶质的排斥没有选择性,冷冻浓缩可用于处理各种含可溶杂质的废水,尤其是难生物降解的垃圾填埋场渗滤液。冷冻浓缩是简单的物理过程,无需假如任何化学成分。而且,在冷冻浓缩过程中得到的副产物冰晶是高潜热介质,可用于冰蓄冷。杂质去除率高,单级制冷既可去除97%以上的氨氮、有机物和93%以上的盐类。且能耗较低。其缺点是纯水析出量较少,母液残留量过多,效率较低。对杂质较多的废水处理效果一般。

3 冷冻法-蒸发法-固化联合法处理渗滤

液方法展望

上文已经提到,各种废水处理方法均有其各自

35

4期李夔宁,等:垃圾填埋场渗滤液处理工艺研究的优缺点,要想单单运用某一种方法来处理渗滤液,其处理效果均不能达到人们的满意。于是综合各种处理方法来处理渗滤液,使其优势互补、扬长避短以达到废水处理的最优化结果是现在废水处理领域研究较多的课题。笔者认为蒸发法和冷冻法能够很好的进行优势互补,蒸发法的优势在于能适应废水水质水量的大范围波动,尤其在高浓度废水处理方面有较强优势。而缺点是能耗较高。而冷冻法能耗低,在大水量废水处理方面具有不可比拟的优势。

这样,先使用冷冻法对没经过任何处理的垃圾填埋场渗滤液进行处理,出水可以达到GB168-1997国家二级排放标准;再把有机物浓度极高、但量极少的残留母液经蒸发法分离出其90%以上的纯水。此纯水亦可达到GB168-1997国家二级排放标准。最后会剩余极少量的粘稠废水,经固化处理后直接填埋即可。这样,既克服了冷冻法处理后残留母液较多的缺点,又可以使能耗较高的蒸发法只处理浓度较大的少量残留母液。而且出水均可以直接排放,不对环境造成任何污染。所以说冷冻法-蒸发法联合处理工艺是新的环境友好型垃圾填埋场渗滤液处理工艺。

冷冻法-蒸发法-固化联合处理渗滤液现在还处于基础研究阶段,还需要做大量的实验来验证这种废水处理工艺的现实可行性。其研究重点是最佳冷冻温度、废水冷冻量、最佳蒸发压力及蒸发pH值等。

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