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生活垃圾填埋场渗滤液的组合处理工艺


生活垃圾填埋场渗滤液具有组成复杂、有机污染物浓度高、金属种类多、氨氮高且变化范围大、组成和浓度会随季节性变化等特点。我国对生活垃圾填埋场渗滤液处理要求随着环境保护要求的不断提高和水处理技术的不断发展而逐步提升。

2008年,国家环保部颁布实施了GB16889—2008生活垃圾填埋场污染控制标准,该标准进一步提高了生活垃圾填埋场渗滤液水污染物排放限值。

为了配合新国标的执行,国家环保部于2010年3月发布了HJ564—2010生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范(试行),于2010年4月1日实施;国家住房和城乡建设部于2010年7月发布CJJ150—2010生活垃圾渗滤液处理技术规范,于2011年1月1日实施。我国垃圾填埋场的渗滤液处理工艺也随着新标准的颁布作出相应的调整,以适应新标准的污染物排放限值要求。


一、生活垃圾填埋场渗滤液的工艺设计

生活垃圾卫生填埋在我国经历了20多年的发展,填埋场垃圾渗滤液的处理技术也从简单的借鉴生活污水处理工艺发展到依靠专业的渗滤液处理工艺。从我国生活垃圾渗滤液的水质特点分析,目前,应用于垃圾渗滤液的水处理方法主要包括:物化处理法和生物处理法及二者的组合工艺。

物化法处理垃圾渗滤液具有简单、直接、效果明显的特点,广泛应用于垃圾渗滤液的前处理及深度处理过程中。应用于渗滤液处理的物化法包括混凝、沉淀、吸附、吹脱法、高级氧化法、离子交换法、膜法等,其中,膜技术是近年来在生活垃圾填埋场渗滤液处理技术中应用非常广泛的一种物化处理技术,膜技术的应用能够有效地提高处理效率,优化出水水质。常用的膜技术包括超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等。生物法是生活垃圾填埋场渗滤液处理最常用的一种方法,其运行费用相对较低、处理效率高,不会出现化学污泥等造成二次污染。生物处理法具体的工艺形式有厌氧生物处理(UASB、IC、UBF、AF等)和好氧生物处理(氧化沟、A/O、SBR等)。

综合以上处理技术的特点,结合填埋场垃圾渗滤液的特点,尤其是高氨氮和难降解的腐殖酸,单一的处理方法无法实现出水的达标排放。因此,目前,我国渗滤液处理实际工程中多采用组合处理工艺。


二、生活垃圾填埋场渗滤液的组合处理工艺

根据我国垃圾填埋场渗滤液处理设施的具体运行情况和已有的工程经验,工艺设计中一般应优先考虑耐冲击负荷能力和适应性强的工艺。现阶段国内生活垃圾填埋场渗滤液处理应用较多的组合处理工艺有以下3种:

①预处理+生物处理+深度处理;

②预处理+两级碟管式反渗透(DTRO);

③预处理+机械蒸发+深度处理。

1、预处理+生物处理+深度处理

该工艺是HJ564—2010和CJJ150—2010推荐的渗滤液处理常规工艺路线。

1.1预处理

预处理的目的是为了优化后续生物处理工艺的进水水质,保证其处理效果。根据目前国内运行较好的渗滤液处理工艺,预处理多采用厌氧处理工艺和混凝沉淀工艺。

1.2生物处理

生活垃圾填埋场渗滤液生物处理主要实现去除有机物和生物脱氮2大功能,近些年,在实际工程中应用较多的生物处理工艺是膜生物反应器“反硝化(A)-硝化(O)-超滤(UF)”,即采用超滤取代传统的二沉池,利用膜的截留作用使微生物完全被截留在生物反应器中,实现水力停留时间和污泥龄的完全分离,使生化反应器内的污泥浓度从3~5kg/m3提高到10~15kg/m3,从而提高了反应器的容积负荷,减小反应器容积。污泥泥龄的延长,有利于世代期较长的亚硝化菌和硝化菌被保留在反应器中,使氨氮得到较充分的硝化,再通过反硝化过程实现生物脱氮。

1.3深度处理

膜生物反应器(MBR)出水的COD、总氮一般无法达到标准排放限值要求,如难生物降解的及溶解性有机物需要后续的深度处理措施保障出水水质,董天宝等对“厌氧+好氧+MBR+NF+RO”和“预处理+两级RO”2种组合处理工艺中不同单元溶解性有机物(DOM)的变化进行了系统分析,研究结果表明,经过厌氧—好氧—MBR处理后大分子的类酪氨酸物质被去除,类富里酸和类腐殖酸的复杂化程度减弱,而类色氨酸、小分子的类富里酸和类腐殖酸物质主要依靠后面的NF—RO工艺去除。

常用的深度处理主要是纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)技术。在实际的工程运用中,纳滤和反渗透多采用卷式膜,也有部分工程采用碟管式反渗透膜。

纳滤膜和反渗透膜主要作为深度处理工艺用于去除生物处理出水中剩余的有机物和溶解性盐,保障出水达标排放。实际工程中,纳滤膜和反渗透膜的设计与渗滤液原水的水质有关,主要依据生物处理系统的设计出水水质而定,一般情况下,由于渗滤液水质不稳定,处理系统需要同时设计纳滤和反渗透系统,二者灵活运用(串联、并联等),达到最终出水水质达标排放的目的。

1.4工艺特点

“预处理+生物处理+深度处理”作为常规的渗滤液处理工艺,在我国工程实际中被大量应用,工艺技术成熟,处理效果佳,处理成本低。但由于填埋场垃圾渗滤液水质水量波动较大,可生化性也随着“场龄”的增大而逐年降低,氨氮大幅增加,因此,该工艺主要的问题是生化处理系统的运行管理难度较大。另外,该工艺中由于膜系统本身的特点,在产出清水时还会产生含有较高盐分和污染物的浓缩液,浓缩液中的有机污染物也基本不能作为营养源参与生物反应。因此,膜系统产生的浓缩液的处理是目前我国渗滤液处理的一个难点问题。

2、预处理+两级碟管式反渗透(DTRO)

碟管式膜技术分为碟管式反渗透(DTRO)和碟管式纳滤(DTNF)2大类,是一种专利型膜分离设备,我国的填埋场垃圾渗滤液处理中多采用碟管式反渗透系统(DTRO)。“预处理+两级碟管式反渗透(DTRO)”处理工艺的核心技术在于碟管式反渗透膜的独特结构形式。

2.1预处理

该处理工艺的预处理设置的主要目的是优化后续碟管式反渗透膜的进水水质,保护膜组件的高效运行。渗滤液中难溶解的钙、镁、钡、硅等无机盐直接进入到后续的反渗透系统中被高倍浓缩,当其浓度超过该条件下的溶解度时将会在膜表面产生结垢现象,影响膜组件的正常运行。根据实际工程设计,本工艺中预处理多采用水质调节和物理截留的方法。

该预处理工艺也可采用技术较成熟的混凝、沉淀工艺,尤其是膜系统浓缩液采用“回喷”处理的生活垃圾填埋场,浓缩液中污染物的积累容易导致膜组件操作压力上升,影响到其正常运行,采用混凝、沉淀工艺能够更有效地优化膜系统的进水水质。

2.2两级碟管式反渗透(DTRO)系统

1982年,颇尔水处理有限公司研制成功碟管式反渗透(DTRO)技术,1988年该公司在德国首次用碟管式反渗透装置来处理垃圾填埋场产生的渗滤液,获得了很大成功,现如今在国内,烟台金正环保科技有限公司已经拥有国内首家大规模规范化DTRO膜生产基地,在原有基础上,将DTRO膜应用在各个领域,包括火电厂脱硫水零排放、工业高盐废水零排放、海水淡化等。

碟管式膜的膜组件构造与传统的卷式膜截然不同,碟管式反渗透系统(DTRO)具有专利的流道设计形式,能有效避免膜堵塞和浓度极化现象,适应更恶劣的进水条件,其前端的预处理工艺要求也相对简单。而且,膜组件使用寿命长,组件易于维护,过滤膜片更换费用相对较低(组件内部任何单个部件均允许单独更换)。

由于渗滤液中含有一定的溶解性气体,而反渗透膜不能脱除溶解性的气体,就可能导致反渗透膜产水pH会稍低于排放要求,因此,两级碟管式反渗透(DTRO)系统后增设脱气塔,用于脱除透过液中溶解的酸性气体调节pH后达标排放。

2.3工艺特点

“预处理+两级碟管式反渗透(DTRO)”处理系统集成度和自动化程度较高,操作方便,占地面积相对常规处理工艺小。但与常规处理工艺一样需要考虑浓缩液的处理处置问题,本工艺属于单纯的物理截留工艺,渗滤液中的污染物多被截留到浓缩液中,因此浓缩液处理难度更大。

实际工程中,两级碟管式反渗透也与膜生物处理系统(MBR)组合处理生活垃圾填埋场的渗滤液,作为生化处理的后续处理阶段保证出水达标排放。

3、预处理+机械蒸发+深度处理

该工艺的主体工艺是采用低能耗的蒸发器处理渗滤液,区别于传统的物化和生化处理工艺。蒸发器主要应用于化工领域,近些年,在我国的垃圾填埋场渗滤液处理工程中的应用也在逐年增加。

3.1预处理

本工艺根据采用混凝沉淀法对进入系统的垃圾渗滤液进行预处理,目的是尽可能去除垃圾渗滤液中所含的大量微粒、悬浮物、钙镁及胶体,降低此类物质进入蒸发系统浓度,尽量缓解蒸发系统内部加热管结垢的问题,确保系统能保持在高效能的状态下工作。

3.2机械蒸发装置

机械蒸发装置是该工艺的核心部分,绝大部分污染物通过该装置去除。其原理是根据各种物质在同一压力下沸点各不相同的特性进行设计,通过加热的方式使物料达到某种溶剂的沸点而从溶液中蒸发分离出来。蒸发处理工艺可把渗滤液浓缩到不足原液体积2%~10%。应用于垃圾渗滤液处理的蒸发技术包括浸没燃烧蒸发、热泵蒸发、闪蒸蒸发、强制循环蒸发、直接喷射燃烧等。目前,生活垃圾填埋场渗滤液处理采用的蒸发技术主要是热泵蒸发,该系统输入的能量来自电能,无需外加蒸汽和冷却水,系统运行过程中尽量回收排出系统的热能,最大限度实现能量回收。

由于垃圾渗滤液的成分复杂,蒸发器蒸发的水分中一般含有挥发性有机气体及NH3等,无法直接达标排放,因此需要后续的深度处理装置进一步处理。

3.3深度处理装置

蒸发装置出水经末端深度处理装置,去除残留的COD、NH3-N等,保证出水稳定达标。常见的深度处理装置有离子交换、酸碱洗气、活性炭吸附、高级氧化等装置。经过深度处理后的出水才能达标排放。

3.4工艺特点

“预处理+机械蒸发+深度处理”工艺应用于生活垃圾渗滤液处理能够有效解决生物处理受水质可生化性的影响较大,膜处理工艺浓缩液处理难度较大的问题,该工艺受水质波动的影响较小,集成化、自动化程度较高,占地面积小,水质适应性较强。但机械蒸发后的浓液经过降低含水率后多采用填埋处理,因此,依然存在填埋库区污染物累积的问题。GB16889—2008颁布实施后,我国相继建成几座采用机械蒸发工艺处理填埋场垃圾渗滤液的处理设施,运行过程中存在加热管外部易结垢、污堵等问题,通过采取定时药剂洗刷等相关措施后,问题得到了一定的缓解。


三、3种组合处理工艺的特点及发展趋势

1、工艺特点比较

比较3种常用组合处理工艺的特点和在我国的应用情况,3种组合处理工艺均有自己的特点和不足。在实际工程中,各个生活垃圾填埋场的建设运行情况不同,设计过程中需要综合考虑各种因素进行工艺选择,但也不局限于以上3种组合处理工艺。


2、组合处理工艺发展趋势

目前,我国填埋场垃圾渗滤液处理的主要问题是浓缩液处理问题,相关专业人员也已经开始着手加以解决:一方面寻求经济合理的浓缩液处理方案,另一方面探索不产生浓缩液的新型渗滤液处理工艺。近些年,市场上针对浓缩液处理的技术在不断发展,但其技术的可行性和经济性都有待考察、衡量和思考。新型的渗滤液处理工艺也在不断研究和发展过程中,如短程硝化反硝化技术、高级氧化技术、微生物燃料电池技术等。

四、总结与展望

生活垃圾填埋场渗滤液水质特殊,其处理工艺还未达到成熟的阶段。在今后的渗滤液处理工艺设计中,应该因地制宜,不断总结经验和教训,发现问题、解决问题,寻求最合理、最经济、最环保的渗滤液处理技术。另外,渗滤液处理工艺的发展与每个阶段标准规范的颁布密切相关,因此,在渗滤液处理技术研究发展的同时,应该结合大量的工程实践,更加全面合理地思考我国的垃圾填埋场渗滤液处理相关标准规范的合理性、可行性及其与工艺技术的融合性。


来源:烟台金正环保

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