浅析垃圾渗滤液末端处理技术
摘要:从垃圾渗滤液的末端处理技术,即预处理、生物处理、后续处理三个方面分析了垃圾渗滤液的单独处理技术,并对渗滤液的回灌技术进行了论述。
关键词:垃圾渗滤液;处理技术
垃圾渗滤液的处理主要分为前端处理和末端处理两个部分。前端处理是对垃圾渗滤液的产生量进行控制,从而降低后期处理的负荷和成本;末端处理一般可分为合并处理与单独处理两类。合并处理又称场外处理,指渗滤液与城市污水合并后进行处理;单独处理也称场内处理,是指在垃圾填埋场内直接设置渗滤液处理系统。
1合并处理
渗滤液与城市污水的合并处理被认为是最经济、最简单的渗滤液处理方法。但是,这种方案以在填理场附近有城市污水处理厂为必要条件。由于填埋场一般远离城区,故渗滤液与城市污水的合并有一定的困难,往往不得不单独进行处理。另外,渗滤液采用合并处理方案时,为保证城市污水厂的正常运行,避免渗滤液对污水厂造成的冲击负荷,要严格控制渗滤液与城市污水的混合比例。
2单独处理
由于垃圾渗滤液的水质和水量不断发生变化,所以在垃圾渗滤液处理过程中必须采用物理化学和生物处理相结合的工艺。具体来说,主要有预处理、生物处理和深度处理三个步骤。
2.1预处理
垃圾渗滤液的预处理通常有三个目的:去除氨氮,降低有机负荷和改善可生化性。
2.1.1氨氮的去除
我国垃圾渗滤液中的氨氮含量通常在1000mg/L以上,远远大于生物处理中微生物的营养需求,而且高浓度的氨氮还影响垃圾渗滤液后续COD生物处理效果[1]。因此需要将氨氮预先去除。目前,对于垃圾渗滤液中氨氮的预处理主要有两种方法:空气吹脱法和化学沉淀法。空气吹脱法是垃圾渗滤液预处理过程中最常用的方法。吴方同等人[2]利用填料塔来吹脱氨氮含量在2000mg/L的垃圾渗滤液时发现,在pH=10.8、水温为24℃时,吹脱效率可达95%以上。但是,吹脱的一个很重要的弊端在于pH调节,同时,在吹脱完成后还需将pH调回,以利于后续生化处理的正常进行,这样就增加了运行的成本。而且吹脱效率受温度的影响比较大,寒冷地区低温条件下吹脱无法正常运行,并且存在冬季吹脱塔结冰问题。
化学沉淀法是去除氨氮的另一种常见方法。这是一种通过铵根离子在镁离子和磷酸根离子存在的条件下形成磷酸氨镁沉淀而除掉废水中氨氮的方法,由于磷酸铵镁沉淀是一种重要的复合肥料,实现了对渗滤液中氨氮的回收利用。
2.1.2混凝与吸附
混凝和吸附主要是降低COD,减轻后续生化过程中的有机负荷,去除难降解有机物,改善可生化性。在垃圾渗滤液的预处理过程中常用的混凝试剂有:石灰、三氯化铁、氯化铝等[3]。通过添加混凝试剂来调节渗滤液的pH不但可以除去渗滤液的色度和浊度,而且还可以有效去除各种重金属离子,从而减轻了重金属离子对后续生化的影响。
吸附在预处理中具有和混凝类似的作用,但是吸附可以作用于小分子的有机物,因此常常对COD的去除效果较好。常用的吸附剂有:活性炭、高岭土、铝土矿等等[4]。
2.1.3化学氧化
为了改善垃圾渗滤液的后续可生化性,通常对老龄化的垃圾渗滤液进行化学氧化处理。Geenens等人利用臭氧对一难生物降解的垃圾渗滤液进行了处理研究,发现在臭氧用量为2.5g/L时,COD的最大去除率为45%,在臭氧用量为2.8g/L时,COD/BOD的比例由16下降为6,生化性得到了极大的改善。
2.2生物处理
生物处理法是垃圾渗滤液处理的最主要技术,也是最为经济的处理方法。可以分为厌氧生物处理、好氧生物处理以及生物强化技术。
2.2.1厌氧生物处理
厌氧生物处理的特点是处理废水的有机容积负荷高,剩余污泥量少,能耗低。同时,厌氧生物处理所需的营养物质少,对于通常磷缺乏的垃圾渗滤液来说,一般也能满足厌氧处理的要求。但是,垃圾渗滤液已经在垃圾填埋的过程中经历了一段时期的厌氧酸化过程,并且含有大量的难降解的有机物,因此,垃圾渗滤液的厌氧处理并不是对每种垃圾渗滤液都合适,一般适用于有机污染物浓度较高的早期渗滤液。
Henry等人曾对厌氧生物滤池去除垃圾渗滤液中有机物的去除效果进行了研究,发现其对早期及晚期的垃圾渗滤液均有较好的COD处理效果。同时,还可以通过沉淀的形式除去重金属离子,降低重金属离子对生化处理毒性的影响。但是厌氧滤池容易发生堵塞和沟流,并且有机负荷也不高,而且当有机负荷升高时,去除效率会急剧下降。另外一种常见的渗滤液厌氧生物反应器是升流式厌氧污泥床(UASB)。Ozturk等人利用UASB处理土耳其某垃圾卫生填埋场的新鲜渗滤液时,在水力停留时间为2.84天、容积负荷为3.7kgCOD/m3•d,COD去除率在92%以上。尽管UASB有较高的COD去除效率,但是当渗滤液中的氨氮浓度变化较大时,UASB的厌氧消化过程会受到较大的抑制,COD去除率会显著下降。
2.2.2好氧生物处理
好氧生物处理可以分为活性污泥法和生物膜法。目前,应用最广泛的是活性污泥法。但由于渗滤液中大量难降解有机物的存在使处理效果往往不能达到排放标准的要求;另外,渗滤液中的有毒有害的物质也会影响活性污泥絮体的形成,从而影响活性污泥法的处理效果。这就要求在应用活性污泥法处理垃圾渗滤液时必须引起注意,采取必要的相应措施。
投加活性碳的生物方法可以提高对垃圾渗滤液的处理效果。如Ying等人利用投加粉末活性炭的SBR反应器处理渗滤液的结果表明,对难降解的有机物如TCDD、PCB及一些卤代有机物的处理都有很好的效果;Imai等人利用生物活性炭流化床工艺对日本某垃圾填埋场渗滤液的难降解有机物的去除进行研究,发现该工艺对难降解有机物有60%以上的去除效果。
2.2.3生物强化技术
在生物处理体系中,投加具有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理效果。投加的微生物可以来源于原来的处理体系,经过驯化、富集、筛选、培养达到一定数量后投加,也可以是原来不存在的外源微生物,例如EM菌、玉垒菌、光合细菌等。生物强化技术可以充分发挥微生物的潜力,提高废水处理系统的处理能力。
2.3后续处理技术
在经过生物处理后,垃圾渗滤液的出水通常仍然不能达到排放的要求,因此常常需要进行后续处理。
2.3.1化学氧化
在垃圾渗滤液的深度处理过程中,化学氧化的作用主要是去除那些生物不能降解的物质,同时达到消毒的目的。常用的氧化剂有氯气、臭氧、过氧化氢等。
2.3.2混凝与吸附
对生物处理出水后进行混凝和吸附是目前最常见的渗滤液后续处理技术。混凝和吸附除了对COD具有很好的去除效果外,还具有较好的浊度和色度处理效果。刘东等人[5]分别对调节池、厌氧池和曝气池出水的混凝处理结果表明,对曝气后出水进行混凝可以达到70%的去除率,而对调节池的出水混凝则只有10%的去除率。造成差异的原因一是生物处理后渗滤液中的COD浓度已经大大降低,相对来讲去除率有所上升;二是在生物处理后COD的组成发生了很大变化,大分子的腐殖酸类物质所占比例增高。
2.3.3生物塘处理技术
生物塘处理常用在垃圾渗滤液处理的最后步骤,目的是保证处理后的出水达到排放标准。常见的生物塘处理主要是芦苇塘,如上海的老港垃圾填埋场;也有采用其他生物进行处理的,如水葫芦。但是,生物塘的负荷不能太高,否则不仅达不到处理的效果,而且会对生物产生毒性[6]。
3渗滤液回灌技术
垃圾渗滤液回灌也称垃圾填埋场的生物反应器技术,其过程是将垃圾渗滤液回灌到填埋场中,实质是土地灌溉的强化。因此,渗滤液的回灌是各种物化和生化处理过程相结合的处理方式。很多研究人员的实验室模拟结果都表明,通过回灌可以显著的降低渗滤液中COD的浓度。对垃圾填埋场来说,回灌可以加速填埋场的稳定。除了渗滤液之外,衡量填埋场是否稳定的重要标志是甲烷的产量。Onay[7]等人通过实验室模拟填埋场的渗滤液回灌研究了对甲烷产量的影响。经过270多天的试验结果表明,没有经过回灌的填埋场甲烷产量为3.2L,而经过回灌的填埋场的甲烷产量为78L。
导致两种情况差异的主要原因是渗滤液的回灌增加了填埋场的湿度,从而导致微生物活性增高,有机物的降解速度加快及甲烷产量升高。
目前,美国已经开始对垃圾填埋场的渗滤液回灌进行试点工作。就我国的垃圾填埋场状况而言,由于大多数填埋场底部只采用了粘土等简单的防渗材料、渗滤液收排系统、气体收排系统也不完善,并不适合用回灌方式处理渗滤液。欲进行回灌处理的填埋场必须具有良好的气体、渗滤液收排系统和双层HPDE防渗层。