我国垃圾渗滤液处理技术发展历程探讨

黄一媛

(广东省汕头市环卫科研所,广东汕头515011)

1 引言

垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法,在COD为2 000～4 000 mg/L时,物化方法的COD去除率可达50%～87%。和生物处理相比,物化处理不受水质水量变动的影响,出水水质比较稳定,尤其是对 BOD5/COD比值较低(0.07～0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液,有较好的处理效果。但物化方法处理成本较高,不适于大水量垃圾渗滤液的处理,因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的结合。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等。厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器及厌氧稳定塘。

2 渗滤液处理技术

渗滤液处理技术的发展大致经历了4个阶段,第1阶段从20世纪90年代初开始,工艺主要参照城市污水处理方法,以单纯的生物处理为主;第2阶段从20世纪90年代中后期开始,工艺采用生化处理+物化处理相结合的处理方法;第3阶段从2000年开始,工艺采用生化处理+深度处理相结合的处理方法：第4阶段从2005年之后,工艺以典型的膜生物反应器+深度处理组合处理方法为主。

2.1 单纯生物处理

20世纪90年代初,填埋场渗滤液处理工艺大多参照常规污水处理工艺设计、建造,具有代表性的工程有北京阿苏卫填埋场,工艺采用氧化沟;杭州天子岭填埋场,工艺为三沉二曝活性污泥法。此阶段的工艺,由于对渗滤液特性及变化特点认识不充分,只是在城市污水厂的工艺参数基础上有所加强。工艺在填埋初期有些效果,但是随着填埋时间的延长,垃圾渗滤液可生化性变差,氨氮升高,C/N比例失调,致使微生物的活性降低,微生物的合成受到影响,从而增加了生物处理的难度,处理效果明显变差。另外,渗滤液在进行生化处理时会产生大量泡沫,不利于处理系统正常进行,增加了处理难度。由于渗滤液中含有较多难降解有机物,在普通生化处理后,COD仍为500～2 000m g/L。实际运行经验表明,垃圾渗滤液用常规的生物处理难以达标排放。

2.2 生物处理+物化处理

20世纪90年代中后期,研究人员开始重视渗滤液的水质、水量变化特点及处理特性,尤其是高浓度的氨氮、有毒有害物质、重金属离子及难于生物处理的有机物去除。为保证生物处理效果以及为生物处理系统的有效运行创造良好条件,相应采取了物化处理手段。

(1)化学氧化,氯、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸钙等是常用的氧化剂,其主要作用是去除渗滤液中的色度和硫化物。

(2)吸附,颗粒活性炭和粉末活性炭、膨润土等作为吸附药剂。

(3)混凝,硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等为常用的混凝剂。

1)构造条件复杂、天然裂隙发育、顶底板封盖能力低、延最大主应力方向井间距偏小等是影响压裂波及邻井主要的地质因素。

(4)吹脱,渗滤液中高浓度的氨氮常用此方法去除。此阶段,为了达到环保的要求,在填埋场渗滤液处理上进行了各种方法的研究和实践,进行了有益的探索,对渗滤液的认识也越来越深入,积累了一定的经验。但是难降解有机物的处理效果并不十分明显,仅在一定程度上解决了渗滤液的污染问题,难于达到GB16889-1997要求。此阶段代表性工程有深圳下坪生活垃圾卫生填埋场,采用氨吹脱+厌氧复合床+SBR工艺。

2.3 生物处理+深度处理

为满足排放标准,自2000年以后,开始把膜处理作为渗滤液深度处理手段。较多采用的膜有纳滤和反渗透,此阶段的生物处理仍以常规的SBR、CASS、A/O法为主。纳滤与反渗透同属于扩散膜分离方法,膜工艺原理与自然界的渗透过程一样,膜处理是一种压力驱动的处理过程。其分离原理主要是,由于渗透膜的选择透过性,水溶液能够顺利通过膜,而其他的化合物则或多或少甚至完全被膜截留,这样进水经过膜后被分成2部分：处理后的渗透液与截留液(浓缩液)。纳滤膜和反渗透膜均分为卷式膜和碟管式膜(DTNF和DTRO)2种型式。纳滤孔径为纳米级,在 1nm 以上,一般为 1～2nm,卷式纳滤膜操作压力宜为1.0～2.5MPa,碟管式纳滤膜操作压力宜为2.0～4.0MPa。截留物质的大小为1～10nm,对一价盐截留率较低(如氨氮、硝态亚硝态氮、盐分等),对高价盐和大分子物质截留率较高,截留分子量为200～1 000。反渗透膜孔径一般为0.1～1.0nm,卷式反渗透膜操作压力宜为2.5～4.5MPa,碟管式操作压力宜为2.5～7.5MPa,高压级操作压力宜为8.0～12.0MPa。截留组分为0.1～1.0nm小分子溶质,它能阻挡全部悬浮物、溶解物和胶体、所有溶解性盐及分子量大于100的有机物,但允许水分子透过。代表性工程有北京阿苏卫填埋场,采用氧化沟+两级碟管反渗透(DTRO)工艺(两级碟管反渗透为改造增加内容);广州兴丰垃圾填埋场,采用UASB+SBR+反渗透(RO)工艺;大连毛茔子填埋场,采用气浮+CAST+DTRO工艺等。通常做法是在生物处理单元后,增加膜系统,以保证出水能够达到GB16889-1997的一级或二级排放标准,但由于生化系统运行不理想,对后续膜的应用造成了较大影响,出现易结垢,电导率过高,产水率低等现象,所以这些项目也都在改造过程中或已改造完成。

2.4 膜生物反应器+深度处理

2.4.1 膜生物反应器(MBR)特点

膜生物反应器(MBR)的应用为渗滤液达标处理积累了成功的经验,后续采用膜作为深度处理,使渗滤液达标得到了进一步的保障,使得MBR+深度处理成为现阶段的主流处理工艺。与传统的生化工艺相比,其功能特点包括以下几个方面。

(1)完全生物脱氮功能。由于M BR工艺中超滤对微生物完全截留,使微生物的泥龄达到并且远远超过了硝化微生物生长所需的时间,并且可以繁殖、聚集达到完全硝化所需的硝化微生物浓度,这样使得氨氮能够完全硝化;两级反硝化、硝化的设置可以保障出水总氮的达标。

(2)高效降解COD功能。由于膜生化反应器工艺中超滤对微生物完全截留,实现了活性污泥中的净化水和微生物菌体的完全分离,即实现了水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)的完全分离,使微生物菌群被完全截留在生物反应器内,使得系统内能够维持较高的微生物浓度和较长的污泥泥龄,由此产生的高活性的好氧微生物,对渗滤液中的高负荷有机污染物具有极高的降解效率。

2.4.2 膜生物反应器原理

生化反应器又分为前置式反硝化和硝化两部分。在硝化罐中,通过高活性的好氧微生物作用,降解大部分有机物,并使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐,回流到反硝化罐,在缺氧环境中还原成氮气排出,达到脱氮的目的。超滤膜(UF)通常采用孔径0.02m的有机管式超滤膜(外置式),反应器通过超滤膜分离净化水和菌体,污泥回流可使生化反应器中的污泥浓度达到15～30g/L,经过不断驯化形成的微生物菌群,对渗滤液中难以生物降解的有机物也能逐步降解。

2.4.3 膜生物反应器优点

(1)出水水质稳定,无细菌和固体悬浮物。由于超滤膜的高效分离作用,分离效果远好于传统沉淀池,处理出水极其清澈,悬浮物和浊度接近于零,细菌和病毒被大幅去除。同时,膜分离也使微生物被完全截留在生物反应器内,使得系统内能够维持较高的微生物浓度,反应器对进水负荷(水质及水量)的各种变化具有很好的适应性,耐冲击负荷,保证了良好的出水水质。

(2)污泥负荷(F/M)低,剩余污泥产生量少。该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行,剩余污泥产生量低,降低了污泥处理费用。

(3)反应器高效集成,占地面积小,不受设置场地限制。生物反应器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷高,占地面积大大节省。

(4)主要污染物COD、BOD有效降解,无二次污染。由于微生物被完全截留在生物反应器内,从而有利于增殖缓慢的微生物的截留生长。同时,可延长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间,有利于提高难降解有机物的降解效率。

(5)操作管理方便,易于实现自动控制。应用该工艺的工程案例现在比较多,北京阿苏卫填埋场已改造为MBR+NF+DTRO,广州兴丰填埋场也改造为MBR+NF/RO等。

2.4.4 碳源

MBR系统具有很高的脱氮能力和去除COD的能力,但当填埋场进入老龄后,可生化性变差,C/N失调后,也会影响处理效果,可以通过以下措施解决。

(1)增加碳源。增加碳源是提高生化处理能力的一种较好方式,碳源可选择甲醇、啤酒废液、高COD废水或者糖稀、葡萄糖、白糖等。因为消耗量较大,投加甲醇的经济代价较高,相对来说啤酒废液等高有机废水是不错的碳源选择。

(2)新鲜渗滤液。如果在填埋场园区建有垃圾焚烧厂,则焚烧厂的新鲜渗滤液,由于其COD相当高,可生化性好,本身就是一种有效碳源,可以起到调整填埋场渗滤液可生化性和碳氮比的目的,从而节省碳源费用;即使没有垃圾焚烧厂,也可采取有效措施,把垃圾填埋场的新鲜渗滤液单独导排,引入处理系统,起到补充碳源的作用。

3 应对生活垃圾填埋场污染控制标准的措施

继GB 16889-1997之后,2007年颁布了GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准,并于2008年7月1日实施。标准要求自2008年7月1日起,现有和新建生活垃圾填埋场执行其规定的水污染物排放浓度限值;自2011年7月1日起,现有全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行其规定的水污染排放浓度限值。GB 16889-2008同时要求在国土开发密度已经较高、环境承载能力开始减弱,或环境容量较小、生态环境脆弱,容易发生严重环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区,应严格控制生活垃圾填埋场的污染物排放,在上述地区的现有和新建生活垃圾填埋场自2008年7月1日起执行其规定的水污染物特别排放限值。GB16889-2008垃圾渗滤液排放标准增加了总氮和重金属的要求。应对新的污染控制标准,各填埋场都在做相应的升级改造,或就本次新标准的出台,治理以往原本就不达标的处理工艺。应对总氮指标要求,业内工程技术人员经过一段时间的摸索和试验,对生化处理工艺作了相应调整,在原MBR成功的基础上,将其生化段由一级反硝化硝化增强为两级反硝化硝化。同时将膜深度处理也进行了强化,且在一定意义上,反渗透成为必须的选择。业内基本认可了MBR(两级)+NF+RO或MBR(两级)+DTRO工艺路线。各地根据当地的水质特点,还可以在工艺前端增加预处理等措施。通过两级的反硝化和硝化反应,总氮的去除率可提高到90%以上,剩余的总氮去除可采用反渗透膜来完成,出水可稳定达到GB 16889-2008要求。

4 结语

我国的垃圾渗滤液处理技术发展至今,主流工艺为膜生物反应器+膜深度处理组合工艺。为解决老龄渗滤液的碳源问题,可采用高有机废水代替甲醛,也可用新鲜的渗滤液作为碳源补充,从而大大节约运行成本。应对GB16889-2008的总氮要求,膜生物反应器强化为两级,总氮的去除率可提高到90%以上,为出水达标提供了可靠保证。

[1]董春松,樊耀波,李 刚.我国垃圾渗滤液的特点和处理技术探讨[J].中国给水排水,2005(12)：27～29.

[2]许振梁.膜法水处理技术[M].北京：化学工业出版社,2001.