[转贴] 垃圾渗滤液处理技术的工艺研究和工程实践

1 概述
  随着经济的不断发展，我国城市化水平和人们生活水平的提高，城市生活垃圾的产生量以每年超过10%的速率增长。对生活垃圾处理目前主要采用四种无害化、减量化、资源化技术：卫生填埋、高温堆肥、垃圾焚烧和分类收集回收利用技术。
  我国几十年一直沿用的垃圾填埋场基本上没有考虑环保措施，属于简易填埋场，对周围环境造成严重污染。当前城市垃圾处理已成为影响人们生存环境和可持续性发展的重要因素。近10多年来，对垃圾卫生填埋场已具有设计、建设和管理能力。卫生填埋场具有处理和终最处置生活垃圾的双重功能。填埋技术在我国生活垃圾处理领域的主导地位，在今后相当长的一段时间内不会改变。一些发达城市正在使用垃圾焚烧发电技术，因此我国的垃圾焚烧也会得到长足发展。
  卫生填埋场产生的垃圾渗滤液与垃圾焚烧发电短期堆放过程中产生的渗滤液，其二次污染的问题也越来越引起人们的重视。垃圾场的渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，对地下水、地表水的污染比较严重。垃圾渗滤液的处理已成为水处理领域和卫生领域研究的热点。
  2 垃圾渗滤液的主要特点
  垃圾填埋场的渗滤液是由于外部水和固体废物所含水分集聚造成的。以上海某填埋场在2004年6月在现场连续一个月测试的37组数据为例：
  它具有以下的特征：有机污染物浓度高；氨氮浓度高；含多种重金属离子；不可生物降解的有机物绝对量大；悬浮物浓度高；色度深，易发臭等。
  一般年轻垃圾填埋场的渗滤液污染要比老年填埋场严重。随时间的推移，渗滤液由弱酸性逐渐向中性发展，pH值增大，氨氮浓度相对增高；同时，渗滤液中BOD/COD值、C/N值和SO2-4/Cl-值降低。
  3 主要处理方法的比较
  近几年，市场上出现和使用的主要处理方法，及其优缺点，列表如下：
  
  随着环保技术人员对垃圾渗滤液的深入认识，高浓度有机污染物及生物难降解物质和高浓度氨氮，致使工艺流程较长，运行费用高，管理复杂，出水难达到一级标准。实验研究和工程运行经验表明，生物处理出水COD一般在500—1200mg/L，不能满足GB16889—1997一、二级标准。因而后续多增加深度处理技术，如混凝沉淀、高级氧化技术、膜分离技术和活性炭吸附等。除膜分离技术外，其他深度处理技术很难使污水特别是老龄填埋场的污水达到一级标准。通过对生化出水COD成分分析，主要为腐殖酸。富里酸类有机物以及可吸附有机卤代物等。这些物质不仅难以生物降解，即使高级氧化技术也难以除去。
  目前，普遍为业主和专家接受的处理技术为上述表所的列第四和第五两项。这两项技术均有国外引进的背景，都存在投资和运行费用昂贵的特点，限制了在国内市场的推广应用。
  随着国内的膜技术进步，膜产品的品种、质量和生产规模已经进入国际先进行列。膜产品的市场价格会逐步下降。不久的将来，以“生化处理＋纳滤膜过滤”的工艺技术，可能会成为垃圾渗滤液处理的主导工艺。
  4 技术研究
  垃圾渗滤液对环境污染的严重性和地域分布的广泛性，既是一个高难度的技术攻关，又包含一个庞大的产品市场。我公司早在2001年就开始垃圾渗滤液处理的技术研究。我们的研究过程经历从认识肤浅的简单，到理解深入的复杂，再回到全面掌握的简单。最终，充分利用我公司的技术特长和优势，开发成功一条“高效生物厌氧＋高效生物硝化与反硝化＋纳滤膜过滤”的工艺路线。
  在这个工艺中，我们使用了本公司在高浓度有机废水和高氨氮废水处理方面的技术成果，利用了本公司荣获国家高新技术证书的高效厌氧生物颗粒反应器技术，利用了本公司开发生产的SG1001高效脱氮微生物菌群。
  以下将我公司连续多年的研究成果，做部分单元介绍。
  4.1 高效厌氧生物颗粒反应
  将多个垃圾焚烧场、填埋场和垃圾中转站的渗滤液，直接进行连续的厌氧生物处理，连续半年运行数据的平均效果如下：
  
  从以上数据可以看出，渗滤液直接采用厌氧处理，在非常高的负荷下，仍然具有非常高的COD去除效果。相比较普通好氧活性污泥法处理，厌氧处理能够降低大量的投资和运行费用，节省占地面积。
  4.2 高效好氧硝化反硝化反应
  传统活性污泥处理工艺只能将有机氮化合物转化为氨氮，对氮的去除主要靠微生物细胞的同化作用将氮转化成细胞原生质成分。虽然硝化菌几乎存在于所有生物处理系统中，但是由于硝化菌的自身生物特性与传统生化处理工艺的矛盾：一是硝化菌增长速率缓慢，传统生化处理工艺泥龄相对较短；二是硝化菌是自养菌，废水BOD5/TKN的值越高，硝化菌所占比例越低。三是NH+4-N和NO-2-N本身对硝化菌的毒性作用。因此，普通好氧硝化过程，微生物能承受的氨氮浓度和有机物浓度是非常低的。
  我公司受国家环保装备国产化资金资助，建立了现代化的微生物生产车间。我公司开发生产的SG1001高效脱氮微生物菌群，成功解决了高氨氮废水处理难题。SG1001高效微生物菌群是以亚硝化单胞菌和硝化杆菌为主，同时配以反硝化菌等多种微生物组成的液态混合菌群。具有以下特点：菌种本身无毒性、无致病性，不会造成二次污染；去除COD、氨氮速度快，去除氨氮能力强；污泥沉降性能佳、稳定性好，污泥产量少；着生劳固，不易随水流失；一次投加，无需补充；对PH值适应性强；具有耐冲击负荷强的特殊功能。
  4.2.1 高效反硝化反应
  将垃圾渗滤液经酸化处理的出水，接种SG1001高效微生物菌群，人为添加硝基氮、亚硝基氮进行反硝化脱氮，硝基氮、亚硝基氮总量为900mg/L，按各种比例混合。部分试验平均数据如下：
  
  反硝化试验所用酸化出水逐渐接近垃圾渗滤液原水水质，氨氮浓度不断提高。氨氮浓度不断提高至1000mg/L，对反硝化脱氮没有明显影响，当进水总氮不变，而亚硝基氮浓度逐步提高达600mg/L时，对反硝化速度没有明显影响。反硝化过程中同时去除一部分氨氮，去除量不稳定。反硝化脱氮、去COD主要与进水的COD浓度关系较大，进水COD浓度越高，反硝化速度越快。
  4.2.2 高效硝化反应
  将经过厌氧处理的渗滤液，接种SG1001高效微生物菌群，进行好氧硝化处理。控制反应条件，以氨氮、亚硝氮均降解完全为反应结束。部分试验数据汇总如下：
  
  试验表明，渗滤液经过厌氧处理后，通过高效菌群好氧硝化处理，在较短的反应时间内，能够将几百到一千浓度的氨氮完全降解。生化处理最后出水COD在700－1000 mg/L左右，应视为主要是不可生物降解的有机物。
  在系统内以适当的比例回流硝化液，可以利用渗滤液的COD作反硝化的碳源，无需外加碳源，能够同时脱氮和降低废水COD；回收的碱度和氧量，能够降低运行费用。高效菌群能承受的进水高浓度氨氮，和由此反应产生的高浓度亚硝基氮的毒性作用。将含高浓度亚硝基氮的硝化液直接回流进行反硝化，也能够提高整个系统的生物脱氮能力。
  5 示范工程
  江苏某市的原有生活垃圾填埋场靠近新开发的风景区，需要封存。异地新建的生活垃圾填埋场总库容107万m3，初始年进场垃圾为200t/d，使用年限15年。今年3月份，因为风景区要求，新建填埋场建设进入扫尾期，已经开始填埋垃圾。渗滤液处理工程在今年6月中旬主体系统安装完毕，开始调试，至今进展顺利，效果良好。
  5.1 工程规模
  设计处理的水量、水质：
  
  5.2  处理要求
  排放水质执行《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）的一级标准：
  5.3  工艺流程
                                 SG1001
  渗滤液        调节池       水解酸化池         厌氧反应器   
   
                混凝沉淀池       二次沉淀池          好氧硝化池     SG1001
   
  保安器      超滤过滤器         纳滤过滤器      浓缩液去
  调节池
  达标排放
  5.4  调试状况
  本项目因为赶着使用，在工程施工期间就进行厌氧系统的微生物培养驯化工作。主体完工后开始少量间歇进水，接种SG1001高效菌群。7月初开始连续进水，逐步提高负荷，二十天后基本达到设计负荷。处理水质见下表。其间，经历梅雨季节，在填埋坑内积聚了大量的雨水，进入8月，每天排部分到调节池，调节池水质发生明显变化。去年我们在老填埋场的集水池内取样数据也列入下表，供对照。
  5.4.1 实际水质
  5.4.2 处理效果
  目前，纳滤膜过滤系统还没有使用，二沉池出水直接排放。系统调试基本稳定正常，二沉池的出水氨氮浓度小于10mg/L，COD浓度在120－250mg/L，加药混凝沉淀有30－50％的去除效果。8月上旬进水浓度的大变化，对出水水质没有明显的影响。
  对照处理效果和老填埋场的水质，可以说明，随着填埋场年龄的增大，渗滤液中不可生物降解的有机物浓度会提高。
  5.4.3 运行费用
  系统总装机容量71.6 kW，最高设计容量56.7 kW。方案设计中运行费用包括电费、人工费、药剂费、膜更换费、检修维护费、管理税利费等合计20.19元/m3。根据目前调试情况分析，实际直接运行费用会较低于预计费用。
  6 结论
  ◇ 整个工艺过程以微生物为主,操作简单。与运行维护费用低。
  ◇ 将有机悬浮物生物处理、反硝化脱氮、COD去除、好氧生化处理的废水再生物酸化等过程结合在一个构筑物内，形成一个“多功能”反应器，工艺巧妙、构筑物结构简单、处理作用显著。
  ◇ 高效厌氧生物颗粒反应器技术处理渗滤液有机负荷高，去除COD效果好。
  ◇ 在常规条件下，SG1001高效微生物菌群进行生物脱氮处理具有超强的优势。
  ◇ 微生物处理与纳滤膜过滤结合，是二者扬长避短的最佳结合，能够达到操作简单、稳定达标，运行费用较低的效果。
  

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