我國垃圾滲濾液處理技術發展歷程探討

黃一媛

(廣東省汕頭市環衛科研所,廣東汕頭515011)

1 引言

垃圾滲濾液的處理方法包括物理化學法和生物法。物理化學法主要有活性炭吸附、化學沉淀、密度分離、化學氧化、化學還原、離子交換、膜滲析、氣提及濕式氧化法等多種方法,在COD為2 000～4 000 mg/L時,物化方法的COD去除率可達50%～87%。和生物處理相比,物化處理不受水質水量變動的影響,出水水質比較穩定,尤其是對 BOD5/COD比值較低(0.07～0.20)難以生物處理的垃圾滲濾液,有較好的處理效果。但物化方法處理成本較高,不適于大水量垃圾滲濾液的處理,因此目前垃圾滲濾液主要是采用生物法。生物法分為好氧生物處理、厭氧生物處理以及二者的結合。好氧處理包括活性污泥法、曝氣氧化池、好氧穩定塘、生物轉盤和滴濾池等。厭氧處理包括上向流污泥床、厭氧固定化生物反應器、混合反應器及厭氧穩定塘。

2 滲濾液處理技術

滲濾液處理技術的發展大致經歷了4個階段,第1階段從20世紀90年代初開始,工藝主要參照城市污水處理方法,以單純的生物處理為主;第2階段從20世紀90年代中后期開始,工藝采用生化處理+物化處理相結合的處理方法;第3階段從2000年開始,工藝采用生化處理+深度處理相結合的處理方法：第4階段從2005年之后,工藝以典型的膜生物反應器+深度處理組合處理方法為主。

2.1 單純生物處理

20世紀90年代初,填埋場滲濾液處理工藝大多參照常規污水處理工藝設計、建造,具有代表性的工程有北京阿蘇衛填埋場,工藝采用氧化溝;杭州天子嶺填埋場,工藝為三沉二曝活性污泥法。此階段的工藝,由于對滲濾液特性及變化特點認識不充分,只是在城市污水廠的工藝參數基礎上有所加強。工藝在填埋初期有些效果,但是隨著填埋時間的延長,垃圾滲濾液可生化性變差,氨氮升高,C/N比例失調,致使微生物的活性降低,微生物的合成受到影響,從而增加了生物處理的難度,處理效果明顯變差。另外,滲濾液在進行生化處理時會產生大量泡沫,不利于處理系統正常進行,增加了處理難度。由于滲濾液中含有較多難降解有機物,在普通生化處理后,COD仍為500～2 000m g/L。實際運行經驗表明,垃圾滲濾液用常規的生物處理難以達標排放。

2.2 生物處理+物化處理

20世紀90年代中后期,研究人員開始重視滲濾液的水質、水量變化特點及處理特性,尤其是高濃度的氨氮、有毒有害物質、重金屬離子及難于生物處理的有機物去除。為保證生物處理效果以及為生物處理系統的有效運行創造良好條件,相應采取了物化處理手段。

(1)化學氧化,氯、臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀、次氯酸鈣等是常用的氧化劑,其主要作用是去除滲濾液中的色度和硫化物。

(2)吸附,顆粒活性炭和粉末活性炭、膨潤土等作為吸附藥劑。

(3)混凝,硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵等為常用的混凝劑。

1)構造條件復雜、天然裂隙發育、頂底板封蓋能力低、延最大主應力方向井間距偏小等是影響壓裂波及鄰井主要的地質因素。

(4)吹脫,滲濾液中高濃度的氨氮常用此方法去除。此階段,為了達到環保的要求,在填埋場滲濾液處理上進行了各種方法的研究和實踐,進行了有益的探索,對滲濾液的認識也越來越深入,積累了一定的經驗。但是難降解有機物的處理效果并不十分明顯,僅在一定程度上解決了滲濾液的污染問題,難于達到GB16889-1997要求。此階段代表性工程有深圳下坪生活垃圾衛生填埋場,采用氨吹脫+厭氧復合床+SBR工藝。

2.3 生物處理+深度處理

為滿足排放標準,自2000年以后,開始把膜處理作為滲濾液深度處理手段。較多采用的膜有納濾和反滲透,此階段的生物處理仍以常規的SBR、CASS、A/O法為主。納濾與反滲透同屬于擴散膜分離方法,膜工藝原理與自然界的滲透過程一樣,膜處理是一種壓力驅動的處理過程。其分離原理主要是,由于滲透膜的選擇透過性,水溶液能夠順利通過膜,而其他的化合物則或多或少甚至完全被膜截留,這樣進水經過膜后被分成2部分：處理后的滲透液與截留液(濃縮液)。納濾膜和反滲透膜均分為卷式膜和碟管式膜(DTNF和DTRO)2種型式。納濾孔徑為納米級,在 1nm 以上,一般為 1～2nm,卷式納濾膜操作壓力宜為1.0～2.5MPa,碟管式納濾膜操作壓力宜為2.0～4.0MPa。截留物質的大小為1～10nm,對一價鹽截留率較低(如氨氮、硝態亞硝態氮、鹽分等),對高價鹽和大分子物質截留率較高,截留分子量為200～1 000。反滲透膜孔徑一般為0.1～1.0nm,卷式反滲透膜操作壓力宜為2.5～4.5MPa,碟管式操作壓力宜為2.5～7.5MPa,高壓級操作壓力宜為8.0～12.0MPa。截留組分為0.1～1.0nm小分子溶質,它能阻擋全部懸浮物、溶解物和膠體、所有溶解性鹽及分子量大于100的有機物,但允許水分子透過。代表性工程有北京阿蘇衛填埋場,采用氧化溝+兩級碟管反滲透(DTRO)工藝(兩級碟管反滲透為改造增加內容);廣州興豐垃圾填埋場,采用UASB+SBR+反滲透(RO)工藝;大連毛塋子填埋場,采用氣浮+CAST+DTRO工藝等。通常做法是在生物處理單元后,增加膜系統,以保證出水能夠達到GB16889-1997的一級或二級排放標準,但由于生化系統運行不理想,對后續膜的應用造成了較大影響,出現易結垢,電導率過高,產水率低等現象,所以這些項目也都在改造過程中或已改造完成。

2.4 膜生物反應器+深度處理

2.4.1 膜生物反應器(MBR)特點

膜生物反應器(MBR)的應用為滲濾液達標處理積累了成功的經驗,后續采用膜作為深度處理,使滲濾液達標得到了進一步的保障,使得MBR+深度處理成為現階段的主流處理工藝。與傳統的生化工藝相比,其功能特點包括以下幾個方面。

(1)完全生物脫氮功能。由于M BR工藝中超濾對微生物完全截留,使微生物的泥齡達到并且遠遠超過了硝化微生物生長所需的時間,并且可以繁殖、聚集達到完全硝化所需的硝化微生物濃度,這樣使得氨氮能夠完全硝化;兩級反硝化、硝化的設置可以保障出水總氮的達標。

(2)高效降解COD功能。由于膜生化反應器工藝中超濾對微生物完全截留,實現了活性污泥中的凈化水和微生物菌體的完全分離,即實現了水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)的完全分離,使微生物菌群被完全截留在生物反應器內,使得系統內能夠維持較高的微生物濃度和較長的污泥泥齡,由此產生的高活性的好氧微生物,對滲濾液中的高負荷有機污染物具有極高的降解效率。

2.4.2 膜生物反應器原理

生化反應器又分為前置式反硝化和硝化兩部分。在硝化罐中,通過高活性的好氧微生物作用,降解大部分有機物,并使氨氮和有機氮氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽,回流到反硝化罐,在缺氧環境中還原成氮氣排出,達到脫氮的目的。超濾膜(UF)通常采用孔徑0.02m的有機管式超濾膜(外置式),反應器通過超濾膜分離凈化水和菌體,污泥回流可使生化反應器中的污泥濃度達到15～30g/L,經過不斷馴化形成的微生物菌群,對滲濾液中難以生物降解的有機物也能逐步降解。

2.4.3 膜生物反應器優點

(1)出水水質穩定,無細菌和固體懸浮物。由于超濾膜的高效分離作用,分離效果遠好于傳統沉淀池,處理出水極其清澈,懸浮物和濁度接近于零,細菌和病毒被大幅去除。同時,膜分離也使微生物被完全截留在生物反應器內,使得系統內能夠維持較高的微生物濃度,反應器對進水負荷(水質及水量)的各種變化具有很好的適應性,耐沖擊負荷,保證了良好的出水水質。

(2)污泥負荷(F/M)低,剩余污泥產生量少。該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行,剩余污泥產生量低,降低了污泥處理費用。

(3)反應器高效集成,占地面積小,不受設置場地限制。生物反應器內能維持高濃度的微生物量,處理裝置容積負荷高,占地面積大大節省。

(4)主要污染物COD、BOD有效降解,無二次污染。由于微生物被完全截留在生物反應器內,從而有利于增殖緩慢的微生物的截留生長。同時,可延長一些難降解有機物在系統中的水力停留時間,有利于提高難降解有機物的降解效率。

(5)操作管理方便,易于實現自動控制。應用該工藝的工程案例現在比較多,北京阿蘇衛填埋場已改造為MBR+NF+DTRO,廣州興豐填埋場也改造為MBR+NF/RO等。

2.4.4 碳源

MBR系統具有很高的脫氮能力和去除COD的能力,但當填埋場進入老齡后,可生化性變差,C/N失調后,也會影響處理效果,可以通過以下措施解決。

(1)增加碳源。增加碳源是提高生化處理能力的一種較好方式,碳源可選擇甲醇、啤酒廢液、高COD廢水或者糖稀、葡萄糖、白糖等。因為消耗量較大,投加甲醇的經濟代價較高,相對來說啤酒廢液等高有機廢水是不錯的碳源選擇。

(2)新鮮滲濾液。如果在填埋場園區建有垃圾焚燒廠,則焚燒廠的新鮮滲濾液,由于其COD相當高,可生化性好,本身就是一種有效碳源,可以起到調整填埋場滲濾液可生化性和碳氮比的目的,從而節省碳源費用;即使沒有垃圾焚燒廠,也可采取有效措施,把垃圾填埋場的新鮮滲濾液單獨導排,引入處理系統,起到補充碳源的作用。

3 應對生活垃圾填埋場污染控制標準的措施

繼GB 16889-1997之后,2007年頒布了GB16889-2008生活垃圾填埋場污染控制標準,并于2008年7月1日實施。標準要求自2008年7月1日起,現有和新建生活垃圾填埋場執行其規定的水污染物排放濃度限值;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其規定的水污染排放濃度限值。GB 16889-2008同時要求在國土開發密度已經較高、環境承載能力開始減弱,或環境容量較小、生態環境脆弱,容易發生嚴重環境污染問題而需要采取特別保護措施的地區,應嚴格控制生活垃圾填埋場的污染物排放,在上述地區的現有和新建生活垃圾填埋場自2008年7月1日起執行其規定的水污染物特別排放限值。GB16889-2008垃圾滲濾液排放標準增加了總氮和重金屬的要求。應對新的污染控制標準,各填埋場都在做相應的升級改造,或就本次新標準的出臺,治理以往原本就不達標的處理工藝。應對總氮指標要求,業內工程技術人員經過一段時間的摸索和試驗,對生化處理工藝作了相應調整,在原MBR成功的基礎上,將其生化段由一級反硝化硝化增強為兩級反硝化硝化。同時將膜深度處理也進行了強化,且在一定意義上,反滲透成為必須的選擇。業內基本認可了MBR(兩級)+NF+RO或MBR(兩級)+DTRO工藝路線。各地根據當地的水質特點,還可以在工藝前端增加預處理等措施。通過兩級的反硝化和硝化反應,總氮的去除率可提高到90%以上,剩余的總氮去除可采用反滲透膜來完成,出水可穩定達到GB 16889-2008要求。

4 結語

我國的垃圾滲濾液處理技術發展至今,主流工藝為膜生物反應器+膜深度處理組合工藝。為解決老齡滲濾液的碳源問題,可采用高有機廢水代替甲醛,也可用新鮮的滲濾液作為碳源補充,從而大大節約運行成本。應對GB16889-2008的總氮要求,膜生物反應器強化為兩級,總氮的去除率可提高到90%以上,為出水達標提供了可靠保證。

[1]董春松,樊耀波,李 剛.我國垃圾滲濾液的特點和處理技術探討[J].中國給水排水,2005(12)：27～29.

[2]許振梁.膜法水處理技術[M].北京：化學工業出版社,2001.