在城市垃圾填埋过程中, 由于压实, 降雨和微生物的分解作用, 会从垃圾层中渗出一定量的高浓度有机废水, 这种有机废水叫做垃圾渗滤液。其对周围地下水和地表水、土壤、大气生物等多方面均会造成严重的二次环境污染, 并会通过食物链直接或间接地进入人体, 危害人类的健康。由于垃圾渗滤液水质复杂, 处理难度大, 尤其是对于具有老龄特征的垃圾渗滤液对其高氮和难降解有机物的去除成为难点。因此, 研究和探索适合我国国情的高效、低能耗、投资省的垃圾渗滤液处理技术具有重要的意义。
1 垃圾渗滤液产生来源和特性
1.1 垃圾渗滤液主要来源
渗滤液中污染物主要有以下三个来源。
(1) 垃圾本身含有的大量可溶性有机物、无机物在雨水、地表水或地下水的浸入过程中溶解而进入渗滤液。
(2) 垃圾通过生物、化学、物理作用产生的可溶性物质进入渗滤液。
(3) 覆土和周围土壤中进入渗滤液的可溶性物质。
1.2 垃圾渗滤液的特点
渗滤液的组成受垃圾成分、气候、水文地质、垃圾填埋时间和填埋方式等因素的影响。
(1) 渗滤液水质水量随时间变化大。
(2) 渗滤液成份复杂, 一般而言, 渗滤液中的有机物可分为三类:低分子量的脂肪酸类、腐殖质类高分子的碳水化合物及中等分子量的灰黄霉酸类物质。虽然渗滤液中某一特定污染物的浓度均很低, 但由于污染物种类繁多, 因此其总量巨大。
(3) COD和BOD浓度都很高。
(4) 氨氮含量高, 且渗滤液中的氮主要以氨氮的形式存在。试验证明, 渗滤液中的氨氮主要存在于分子量小于1000的可溶性部分。氨氮浓度随时间变化不大, 高浓度的氨氮对后续生物处理有抑制作用。
(5) 金属离子含量高。试验证明, 垃圾中的金属离子含量远高于渗滤液中的金属离子含量。这是由于垃圾本身对金属离子的吸附等一些作用造成的。但渗滤液中仍有数十种金属离子, 如铜、锌、铅、镍、铬、镉、钙、镁、钾和钠等[1]。
(6) 有臭味。新鲜渗滤液为深黑色, 老龄渗滤液颜色为黄褐色。
2 垃圾渗滤液处理工艺选择研究
垃圾渗滤液不同一般城市生活污水, 选择垃圾渗滤液生物处理工艺时, 须详细测定垃圾渗滤液的各种成分, 分析其特点, 以便采取相应的对策;并依据我国的国情, 宜发展投资省, 效果好的渗滤液处理技术。
以苏州某生活垃圾填埋场扩建工程为例, 该填埋场生活垃圾填埋区总面积0.38km2, 设计库容780万m3, 处理能力为1600吨/日, 设计使用年限为11年。填埋的垃圾主要成分为:可回收废物 (纸类、塑料、毛纺织物、玻璃、金属、木材等) 、有机物 (动植物、残余食物等) 以及无机物 (灰土、碎砖瓦等) 。根据可研报告计算结果, 该库区最大渗滤液产生量为520m3/d。同时由于该填埋场截洪沟有部分降水渗漏至填埋库区转化为渗滤液, 导致实际产生的渗滤液量增加约280m3/d, 另外, 该项目还要接纳附近的垃圾焚烧厂渗滤液, 约200m3/d, 因此设计渗滤液处理量按照最大值1000m3/d计算。
根据项目渗滤液性质, 选取反渗透、膜生物反应器、矿化垃圾生物床三种工艺进行比选。
2.1 反渗透 (RO)
随着膜技术的发展, 反渗透在渗滤液处理的运用逐步为人们所接受, 其工艺简单, 出水水质容易保证, 广泛应用于高难度的污水处理。RO是利用反渗透膜选择性的透过溶剂 (通常是水) 而截留离子物质, 以膜两侧静压差为动力, 克服溶剂的渗透压, 使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程[2]。
国内近年来对反渗透处理垃圾渗沥液技术也有所研究, 袁维芳比较了8种型号的反渗透膜对广州市大田垃圾填埋场渗滤液的处理效果[3]。实验表明, 醋酸纤维素膜为最佳膜材料, 该膜在保证产水达到国家一级排放标准 (COD<80mg/L、NH3-N<10mg/L、PH=6~9) 的条件下, 膜通量最大;广州市兴丰生活垃圾填埋场结合水质特点, 采用UASB、SBR、连续微滤 (CMF) 和反渗透 (RO) 组合工艺处理了渗滤液并回收利用。采用的卷式反渗透膜组件能有效去除有机和无机污染物, 出水水质符合《生活杂用水水质标准》 (CJ/T48-l999) 。端面自锁连接卷式反渗透膜组件在严重污染的进水水质条件下性能稳定, 具有很好的清洗恢复性能。
经反渗透膜处理后可同时高效地去除有机和无机污染物, 从而使渗滤液得到净化, 达到相应的排放标准;出水的回收率达70%~80%, 而浓缩液则可通过蒸发、固化或回灌工艺处理。但回灌后的填埋场含盐量逐渐增高, 导致后续RO处理时操作压力进一步增大, 膜寿命缩短, 能耗增加。
2.2 膜生物反应器 (MBR)
膜生物反应器 (MBR) 是由污水生物处理技术和膜分离技术结合而成的一种新型污水处理与回用工艺。其利用膜的高效截流作用, 使微生物被完全截流在生物反应器中, 实现水力停留时间 (HRT) 和污泥停留时间 (SRT) 的彻底分离, 从而保证了反应器中维持大量的污泥龄较长的活性污泥。因此, MBR在处理难降解有机废水和高浓度氨氮废水方面有着极强的优势, 是国内研究较多的垃圾渗滤液膜处理工艺。
一体式MBR工艺是将膜组件直接安置在膜池中, 通过工艺泵的负压抽吸作用得到膜过滤出水。由于膜浸没在膜池的混合液中, 因此也称为浸没式或淹没式膜一生物反应器。由于微滤膜分离技术的应用, 反应器内的生物种类和数量是其他工艺所无法比拟的, 一些在传统生物处理工艺中不能发育起来的微生物在膜一生物反应器内都可以壮大起来, 从而大大提高生物处理的适应能力和改善其处理效果。为了提高脱氮效果和节省曝气量, 在MBR前增加缺氧段, 并把好氧段的混合液 (硝酸根) 回流到缺氧段, 从而完成硝化和反硝化, 并获得很好的脱氮效果[4]。MBR的主要特点有6个。
(1) 主要污染物COD、BOD和氨氮有效降解, 没有二次污染。
(2) 100%生物菌体分离。
(3) 出水无细菌和固性物。
(4) 占地面积小。
(5) 剩余污泥量小。
(6) 无需脱臭装置。
MBR法在峨眉山垃圾填埋场渗滤液处理工程中得到了较好的应用, 该工程技术含量高, 工艺流程短, 设备运行稳定可靠达到了出水水质优、投资成本省、运行费用低的目的。工程证明了该工艺技术用于垃圾渗滤液的处理是切实可行的, 其工程投资和运行成本均在国内同行业中居领先地位, 为我国生活垃圾填埋场渗滤液的处置提供借鉴。
2.3 矿化垃圾生物反应床工艺
矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液是国家高技术研究发展计划 (863) 课题, 该项目自2002年10月开始实施, 目前已经取得突破性进展, 并在上海老港填埋场建立了日处理100t垃圾渗滤液的示范工程。
矿化垃圾细料中含有经渗滤液长期驯化获得的优势微生物, 是很好的渗滤液处理生物介质。在北京阿苏卫垃圾填埋场室外进行了矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的研究[5], 结果表明:二级矿化垃圾生物反应床对垃圾渗滤液具有良好且稳定的处理效果, 并对渗滤液中污染物浓度的变化具有较好的适应能力。
矿化垃圾生物反应床处理渗滤液, 由于矿化垃圾资源充足, 无需曝气, 投资和运行成本极低, 一般仅占常规处理方法的10%~30%。
2.4 优缺点比较
渗滤液三种处理工艺优缺点比较见表1。因此, 经经济技术比较, 并从工艺长效运行的可靠性、稳定性考虑, 使用MBR处理工艺优于其他备选工艺。本项目处理工艺流程见图1。
3 结语
随着新的《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889--2008自2008年7月1日开始实施, 对垃圾渗滤液的处理提出了更高的要求, 仅依靠传统的生化处理方法很难达标。MBR分离技术在处理垃圾渗滤液方面具有受原水水质影响小、出水水质好、运行稳定和占地面积小等明显优势。随着膜工业的发展, 应用市场的不断开拓, 膜材料和应用技术的不断改进和膜成本的逐渐降低, 膜分离技术在垃圾渗沥液处理领域中的应用会越来越广泛。
摘要：在分析生活垃圾渗滤液水质特点的基础上, 结合工程实例选取反渗透、膜生物反应器、矿化垃圾生物床三种渗滤液处理工艺进行比选。通过分析MBR工艺处理垃圾渗滤液的特点和优势, 进而为我国生活垃圾填埋场渗滤液的处置提供借鉴。
关键词：垃圾渗滤液,反渗透,MBR,矿化垃圾生物反应床
参考文献
[1] 王向伟.浅谈城市生活垃圾填埋场渗滤液的性质及其处理[J].中国城市环境卫生, 2009, 1:13～15.
[2] 张宏忠.反渗透技术在垃圾渗滤液净化处理中的应用[J].郑州轻工业学院学报, 2003, 3 (1) :60～62.
[3] 张爽.膜分离技术处理城市垃圾渗滤液的研究与应用[J].资源开发与市场, 2009, 25 (5) .
[4] 陈雪.MBR法在峨眉山垃圾填埋场渗滤液处理过程中的应用[J].水处理技术, 2009, 5 (5) , 114～116.
[5] 陶正望.矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的效果[J].农业工程学报, 2009, 1 (1) .