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垃圾渗滤液物化与生化处理工艺技术现状
发表时间:2018-11-30 17:26
  垃圾渗滤液由于含有大量有机物和氨氮,一直是我国污水处理领域的重点及难点。总结了渗滤液的水质特点,然后结合国内外垃圾渗滤液处理方面的研究,探讨了不同垃圾渗滤液处理工艺的优缺点。目前渗滤液处理技术主要有物化法和生化法,利用生化法实现垃圾渗滤液的深度脱氮进而降低垃圾渗滤液的处理成本,是未来垃圾渗滤液处理技术的发展方向。
  随着我国城市化进程不断发展,城市生活垃圾日产量急剧增长,2013年,我国的生活垃圾总产量已达1.73×105t,其中采用填埋方式处理的垃圾占总量的80%以上。
  填埋场产生的垃圾渗滤液是一种有机污染物含量高、性质复杂、难以处理的高浓度废水,渗滤液中含有大量难降解有机物、重金属离子、高氨氮和多种有毒有害的污染物,会对环境、动植物和人类存在长期潜在危害。GB16889—2008《生活垃圾填埋场控制标准》对垃圾渗滤液的排放标准更加严格,寻求、研发一种渗滤液的收集及高效处理工艺已成为我国急待解决的水处理难题。
  1垃圾渗滤液来源与特性

  1.1垃圾渗滤液来源
  垃圾渗滤液是指城市生活垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋溶、冲刷以及地表水和地下水的浸泡而产生的二次污染。
  渗滤液来源于填埋场内的自然降雨、降雪、径流(主要来源)、垃圾自身含水、地下水渗入和微生物的厌氧分解产水。
  1.2垃圾渗滤液的特性
  垃圾渗滤液水质特性:1)水质变化大,填埋厂年限不同渗滤液成分也不同(如表1);2)有机物浓度高且组分众多,多呈淡色、深褐色或黑色,有极重的垃圾腐败臭味;3)重金属含量高;4)氨氮浓度最高可达3000mg/L以上;5)营养因素比例调,且P缺乏;6)生化处理会产生大量泡沫。
  由表1可知:早期渗滤液的水质特点是有机物含量很高,可生化性强,但氨氮浓度相对较低;晚期渗滤液的水质特点是氨氮含量高,可生化性变差且C/N大幅度降低,中期渗滤液的水质介于早期和晚期渗滤液之间。
表1不同填埋时间的渗滤液的特征
  2化处理技术
  物化处理主要有吸附法、混凝沉淀法、高级氧化法、膜分离技术、氨吹脱法等。
  2.1吸附法
  1995年德国首次使用颗粒活性炭处理晚期垃圾渗滤液,COD去除率达到了91%;Modin研究了颗粒活性炭、骨粉和铁粉对垃圾渗滤液中重金属的去除效率对比,发现活性炭对Co、Cr等重金属的去除率在90%以上。吸附法操作简单方便,处理效果稳定,但处理成本高,吸附剂再生难度大。

  2.2混凝沉淀法
  Amokrane等利用混凝法处理ρ(COD)和ρ(NH3-N)分别为4100,5690mg/L的渗滤液,发现Fe盐比Al盐有更高的有机物除率。沉淀法可根据去除氨氮和重金属离子的不同,对应选择不同的混凝剂。叶标等用磷酸铵镁法处理进水ρ(NH3-N)为800——1100mg/L的渗滤液,NH3-N的最佳去除率可达90%。
  混凝沉淀法广泛用作生物法或反渗透工艺之前的预处理或作为去除难生物降解有机物的深度处理,但此工艺具有以下缺点:污泥产量大、液相中可能存在铝或铁、沉淀剂消耗量大、pH值较敏感、污泥需进一步处理等。
  2.3高级氧化技术

  2.3.1高级氧化单级技术
  根据产生自由基的方式和反应条件的不同,高级氧化技术可分为Fenton技术、臭氧氧化技术、电化学氧化法等。
表2高级氧化技术工艺简介
  由表2可知:Fenton法、臭氧氧化法和电化学氧化法对COD的去除率均高于50%。Fenton法处理效果较其他方法稳定性高,但实际处理过程中需要多种构筑物,并产生二次污染;臭氧氧化法和电化学氧化法无二次污染,但设备费用高、耗大、维护工作复杂。
  2.3.2高级氧化组合技术
  Asaithambi等人采用“臭氧+超声波+Fenton”工艺处理渗滤液,COD去除率可达95%。晏飞来等[17]采用超声波强化TiO2光催化技术处理进水(COD)和ρ(NH3-N)分别为2646,1330mg/L的渗滤液,COD和NH3-N最佳去除率分别为50.1%和75%。
  高级氧化技术具有反应速度快、降解有机物彻底、无公害、水质适用范围广等优点,可以大大提高滤液出水的可生化性,降低渗滤液毒性。但是高级氧化技术不仅投资成本大,且电能需求很高,因此处理成本较高。
  2.4膜分离技术

  2.4.1膜分离技术法处理垃圾渗滤液
  Chaudhari等用纳滤膜去除Cr3+、Ni2+等金属离子,去除率在90%以上。Trebouet等采用纳滤膜处理渗滤液,COD的去除率可达74%以上。RO膜对渗滤液中重金属、悬浮胶体物质和溶解固体有较好的去除效果。Linde等采用RO膜处理渗滤液,去除率达98%以上。
  反渗透和生物处理组合处理渗滤液可保证最优的处理效果。Ahn等采用RO膜深度处理生物工艺出水,COD去除率约97%。膜分离技术的最大优点是出水水质稳定,但缺点是膜污染、投资运行成本高和浓缩液处理问题。目前膜工艺通常用于深度处理,去除渗滤液中的大分子难降解有机物和总氮,保证出水水质。

  2.4.2膜技术浓缩液的处理
  NF以及RO处理渗滤液会产生污染物浓度极高的浓缩液。目前主要采用高级氧化法处理浓缩液。郑可等利用臭氧处理进水ρ(COD)为4114mg/L的浓缩液,去除率达到67.6%。杨振宁比较了UV-Fenton、Fenton和臭氧3种方法对进水ρ(COD)为4114mg/L的浓缩液的处理效果,在合适条件下,UV-Fenton法、Fenton法和O3工艺对浓缩液的COD去除率分别为72%、60%、和68%。
  2.5氨吹脱技术
  吴方同等采用填料塔吹脱去除氨氮含量为1500——2500mg/L的渗滤液,氨氮最佳吹脱率达95%以上。作为预处理工艺,氨吹脱可降低氨氮对生物处理过程的抑制,提高渗滤液的可生化性,但缺点是高pH值、尾气处理、吹脱塔结垢和泡沫问题。
  3生物处理技术

  3.1厌氧生物处理技术
  厌氧生物处理技术主要有UASB、ASBR等。UASB具有较高的处理效率和较短的水力停留时间,达到高体积有机负载速率值时可表现出更好的性能。Agdag等采用UASB处理渗滤液,HRT为1.25d,进水ρ(COD)从5400mg/L增加到20000mg/L,COD的去除率可达到96%——98%。
  ASBR除了具备SBR典型的特点外,还具有受温度影响小、适应范围广、污泥沉降性能好、活性高等优点,更适合渗滤液的水质水量变化。高峰等将ASBR用作厌氧消化反应器,进水ρ(COD)为6000——8000mg/L,ASBR的出水COD去除率保持在41.2%左右。
  Wang等用ASBR处理早期渗滤液,COD的去除率可达80%以上。厌氧生物技术具有能耗少、操作简单、投资及运行费用低廉,产泥量和所需营养物质较少等优点,但它最大缺点是不能去除氨氮且出水COD较高,出水无法实现达标排放,因此一般作为好氧生物处理的预处理工艺。
  3.2好氧生物处理法
  好氧生物技术是目前渗滤液处理主体,有SBR、MBR等技术。魏桃员等研究交替间歇曝气搅拌SBR与传统连续曝气搅拌SBR对渗滤液有机物去除效果的差异,两种运行模式下COD去除率都在80%以上。Zaloum等采用SBR工艺对厌氧反应后的渗滤液的COD去除率可达91%。
  牛瑞胜等利用MBR反应作为核心工艺处理渗滤液,当MBR进水ρ(COD)、ρ(NH3-N)分别为4700,600mg/L时,其出水ρ(COD)、ρ(NH3-N)分别为380,28mg/L。好氧生物法是目前渗滤液处理的核心工艺,具有能耗低、二次污染小、可循环利用的特点,虽然该法对渗滤液COD和氨氮有约80%和90%的去除率,但出水仍需要进一步深度处理。

  3.3厌氧-好氧生物处理
  Chen等研究厌氧/好氧MBBR工艺处理渗滤液,最终出水ρ(NH+4-N)在10mg/L以下,系统COD、NH+4-N的去除率分别为>97%和92%——95%。王淑莹等用ASBR与SBR工艺处理渗滤液,ASBR进水ρ(COD)为7338——10445mg/L时,去除率在83%以上;SBR进水ρ(NH+4-N)为912.0mg/L左右时,总氮去除率在90%以上,出水总氮小于40mg/L。
  厌氧生物法对高浓度有机废水处理是有效的,但出水COD和去除率由渗滤液的水质决定。一般情况下,仅采用厌氧生物法出水COD无法实现达标排放,还需要进一步处理。好氧生物法可去除渗滤液中的氨氮,但耗能高于厌氧生物法,因此厌氧-好氧处理组合工艺既可以同时降低渗滤液中有机物和含氮物质,又能节约能耗成本。
  3.4新型垃圾渗滤液生物脱氮技术

  3.4.1短程硝化反硝化
  短程硝化反硝化是将硝化作用控制在亚硝态氮生成阶段,可减少能耗和节省碳源,是提高渗滤液生物处理效率的有效途径。Peng[等采用两级UASB-A/O处理晚期渗滤液,当系统NH+4-N负荷低于0.45kg/(m3˙d)时,NH+4-N去除率大于98%,可获得90%——99%的短程硝化率,出水ρ(NH+4-N)<15mg/L,TN去除率为70%——80%,实现了稳定的短程硝化反硝化。
  吴莉娜等分析了A/O实现并维持稳定短程硝化的影响因素,硝化结束时,A/O反应器出水ρ(NO-3-N)稳定在57mg/L左右,ρ(NO-2-N)在162mg/L左右,亚硝态氮累积率为74%,实现了较为明显的短程硝化反应。
  3.4.2内源反硝化
  内源反硝化是反硝化细菌将渗滤液中的有机物转化为PHA等储存性内碳源,并在厌氧条件下利用储存性内碳源进行反硝化的反应。内源反硝化技术可提高工艺的脱氮效果、减少能耗和实现污泥减排。
  王凯[等采用改进SBR处理渗滤液,在不添加任何有机碳源的条件下,系统出水ρ(TN)<40mg/L,脱氮率达到95%以上,并探索了储存性内碳源对内源反硝化速率的影响,发现有机物吸附时间、曝气量和曝气时间可决定内源反硝化速率。
  3.4.3厌氧氨氧化
  厌氧氨氧化是荷兰代尔夫特大学发现的新型脱氮技术,它的主要特点是能耗低且无需外加碳源。张方斋等采用CANON工艺处理进水ρ(NH+4-N)、ρ(TN)分别为1625±75,2005±352mg/L的晚期渗滤液,TN去除率达到了98.76%。Miao等采用除碳、短程硝化和厌氧氨氧化三级SBR工艺处理进水ρ(氨氮)为2000mg/L的晚期渗滤液,TN去除率可达90%以上。
  短程硝化反硝化、内源反硝化和厌氧氨氧化都是研究者对垃圾渗滤液处理的探索,合理利用该工艺势必会大大提高渗滤液总氮去除效率。
  4结论
  垃圾渗滤液处理是水处理领域的重点,目前垃圾渗滤液处理的三大关键难题为成本、效率和质量。膜技术可以有效保障出水水质,但投资和运行成本高,且膜分离技术产生的浓缩液需要进一步处理;生化法是目前垃圾渗滤液的主体,但目前由于工艺的限制,对渗滤液总氮的去除率并不高。
  通过新型脱氮技术提高生化法的脱氮效率,减轻后续膜工艺的等级以降低渗滤液的处理成本,是下一步渗滤液处理的发展方向。
  


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