【污水處理工藝流程】垃圾滲濾液處理難點及其對策研究
垃圾滲濾液是指垃圾在填埋和堆放過程中由于垃圾中有機物質(zhì)分解產(chǎn)生的水和垃圾中的游離水、降水以及入滲的地下水，通過淋溶作用形成的污水。滲濾液的產(chǎn)生量受諸多因素的影響，如降水量、蒸發(fā)量、地面流失、地下水滲入、垃圾的特性、地下層結(jié)構(gòu)、表層覆土和下層排水設(shè)施情況等。滲濾液產(chǎn)量的計算方法有水量平衡法、經(jīng)驗公式法與經(jīng)驗統(tǒng)計法等。
填埋場滲濾液作為一種水溶性的組分，其性征目前已基本被人們掌握。滲濾液的COD與BOD值都非常高，含有大量有機質(zhì)、氮、磷以及重金屬等，其濃度高、色度深。垃圾填埋場滲濾液對周圍地下水和地表水均會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。垃圾填埋場大量的地下水污染事件表明:滲濾液是地下水最重要的污染源。滲濾液中含有相當(dāng)多的有毒物質(zhì)，且濃度很高，正成為環(huán)境的巨大威脅，滲濾液不經(jīng)處理完全排入江河湖泊，其中的有機污染物、無機污染物會使水生生物和農(nóng)作物受到污染，并通過食物鏈和生態(tài)環(huán)境對人體健康產(chǎn)生危害。因此必須對垃圾滲濾液進行有效的處理，將其對環(huán)境的影響降至最低。但垃圾滲濾液卻由于其性征的復(fù)雜性而使得對其的處理成為目前世界上較為棘手的科學(xué)難題之一。
1 垃圾滲濾液的處理現(xiàn)狀
滲濾液性質(zhì)的復(fù)雜多變性給滲濾液的處理處置帶了極大的困難，到目前國內(nèi)外尚未發(fā)展出完善的適合垃圾滲濾液處理的工藝。對滲濾液的處理處置目前的途徑主要有以下幾個方面:(1)將滲濾液輸送到城市污水處理廠與城市生活污水合并處理；(2)采用滲濾液回灌技術(shù)處理；(3)現(xiàn)場建造滲濾液處理廠處理。
1.1 與城市生活污水合并處理
滲濾液與規(guī)模適當(dāng)?shù)某鞘形鬯畯S合并處理，是最為簡單的處理方案，它不僅可以節(jié)省單獨建設(shè)滲濾液處理系統(tǒng)的大額費用，還可以降低處理成本，利用污水處理廠對滲濾液的緩沖、稀釋作用和城市污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)滲濾液和城市污水的同時處理，但這并非是普遍適用的方法。一方面，由于垃圾填埋場往往遠離城市污水廠，滲濾液的輸送將造成較大的經(jīng)濟負擔(dān)；另一方面由于滲濾液所特有的水質(zhì)及其變化特點，在采用此種方案時，如不控制，則易造成對城市污水廠的沖擊負荷，甚至破壞城市污水廠的正常運行。因而，在考慮合并處理方案時，必須研究其工藝上的可行性。
1.2 滲濾液回灌處理技術(shù)
滲濾液回灌處理技術(shù)是指采用適當(dāng)措施，將從填埋場底部收集到的滲濾液，經(jīng)一定方式預(yù)處理或直接利用動力設(shè)施重新打到填埋場覆蓋層表面或覆蓋層下部，利用填埋場覆土層及各年齡段垃圾的物化以及生物降解作用對滲濾液進行處理的一種方法。美國最早于20世紀(jì)70年代對滲濾液回灌處理技術(shù)進行研究，隨后歐洲一些國家也開始利用可控制的滲濾液循環(huán)系統(tǒng)來治理垃圾填埋場的滲濾液。20世紀(jì)80年代末期國內(nèi)開始對滲濾液回灌處理進行研究，近幾年國內(nèi)外主要進行回灌加速穩(wěn)定化的研究。
滲濾液回灌技術(shù)實質(zhì)上是以填埋場為巨大的生物濾床，將滲濾液收集起來，通過噴灌使之回流到填埋場?；毓嗉夹g(shù)具有很多顯著的優(yōu)點，如設(shè)施簡單，投資省，耐沖擊負荷強，對重金屬去除率較高，有效降低滲濾液氮含量，促進垃圾填埋場的穩(wěn)定化等等。但同時，回灌技術(shù)也存在許多難以解決的問題，如回灌過程惡臭氣體的揮發(fā)增加，產(chǎn)氣量加大容易引發(fā)安全問題，對垃圾填埋場的正常運行產(chǎn)生一定的干擾等等，而且單純的回灌技術(shù)并不能保證污水的達標(biāo)排放。
1.3 現(xiàn)場建滲濾液處理廠
現(xiàn)場建滲濾液處理廠在國外應(yīng)用比較多，近些年國內(nèi)也有不少大型填埋場修建了配套的滲濾液處理廠，但國外在這方面積累的經(jīng)驗較多?，F(xiàn)場修建滲濾液處理廠必然涉及到滲濾液處理工藝，目前滲濾液的處理工藝基本上都是采用的廢水處理所運用的工藝，包括生物法、物化法與土地法等。
1.3.1 滲濾液處理工藝簡介
生物法是目前國內(nèi)外滲濾液處理的主體工藝，它又包括好氧技術(shù)、厭氧技術(shù)及其兩者的耦合技術(shù)。好氧生物處理技術(shù)國內(nèi)外研究都很多，比如申秀英等人較早對活性污泥法進行了研究，而氧化溝、SBR、生物膜、氧化塘及其改進工藝等也是好氧生物處理的常見工藝。厭氧生物處理技術(shù)也較為豐富，如UASB工藝在世界上許多國家都有良好的運用，另外，厭氧生物濾池、厭氧SBR等厭氧生物處理工藝也運用較為廣泛。厭氧-好氧生物處理工藝是中、高濃度有機廢水的適宜工藝，在國內(nèi)有許多該工藝的運用實例，比如廣州垃圾填埋和
深圳下坪生活垃圾衛(wèi)生填埋場等均采用了厭氧-好氧生物處理技術(shù)。滲濾液的物化處理過程包含了混凝吸附、蒸發(fā)、高級氧化、浮選和膜處理技術(shù)等。蔣建國等的實驗研究表明，復(fù)合混凝劑(90%PAC+10%PAM)及試劑A(一種殼聚糖)的處理效果明顯優(yōu)于PAC和PAM。尚愛安等對混凝在預(yù)處理與后處理滲濾液中的作用進行了研究。張徵晟等研究提出，高級氧化技術(shù)與生物處理聯(lián)合運用和各種高級氧化工藝之間的優(yōu)化組合將是實現(xiàn)高級氧化技術(shù)在滲濾液處理中工程化運用的發(fā)展方向。
陳鈺等以反滲透處理技術(shù)為例，重點介紹了膜處理技術(shù)在城市垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用，分析了膜處理技術(shù)的優(yōu)勢并提出膜處理技術(shù)在未來城市垃圾滲濾液處理中的發(fā)展趨勢。
滲濾液的土地處理技術(shù)主要包括塘處理技術(shù)和人工濕地處理技術(shù)。美國、加拿大、英國、澳大利亞和德國的小試、中試和生產(chǎn)規(guī)模的研究都表明，采用曝氣穩(wěn)定塘能獲得較好的垃圾滲濾液處理效果。李寒娥認(rèn)為設(shè)計方案、基質(zhì)、水生植物的選用以及微生物降解等方面，是決定人工濕地系統(tǒng)凈化效果的主要因素。在國外，美國、芬蘭、挪威、加拿大、英
國、斯洛文尼亞等國都成功地應(yīng)用了人工濕地系統(tǒng)工藝處理垃圾滲濾液。
1.3.2 各處理工藝優(yōu)缺點比較
垃圾滲濾液的生物處理方法運行費用相對較低、處理效率高，不會出現(xiàn)化學(xué)污泥等造成二次污染，但出水很難達到滲濾液的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時滲濾液中高濃度的NH3-N導(dǎo)致C/N過低，磷元素缺乏，不能滿足BOD∶N∶P=100∶5∶1的微生物營養(yǎng)需求，因而，對處理垃圾滲濾液這種高濃度、成分復(fù)雜的有機廢水來說，生化法的應(yīng)用受到一定限制。
盡管物化處理技術(shù)受水質(zhì)變動影響小，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，對于BOD5/CODCr比值較低，難以進行生物處理的滲濾液有較好處理效果，但僅使用物化方法處理很難達標(biāo)，而且操作復(fù)雜、處理費用昂貴，因此物化法不適于單獨對大量的滲濾液進行處理。土地處理主要是利用土壤的自凈能力對垃圾滲濾液進行處理。這種方法簡便經(jīng)濟，緩沖容量大，適合于土地廣闊的地區(qū)，但該方法容易產(chǎn)生重金屬和鹽類在土壤中積累的問題，對土壤和地下水造成污染，過量的鹽類也會對植物的生長產(chǎn)生影響。另外，土壤的滲透能力也會隨著時間的延長而逐漸下降，對滲濾液的處理效率也隨之降低。
1.3.3 組合工藝處理技術(shù)
垃圾滲濾液由于其特殊的性質(zhì)使得幾乎任一單一工藝均不能完全達到理想的處理效果。由于滲濾液特別難以降解，尤其是后期的填埋場滲濾液更具復(fù)雜性，所以在填埋場現(xiàn)場修建滲濾液處理廠時，宜采用較為復(fù)雜的組合工藝對滲濾液進行處理。國內(nèi)外目前已經(jīng)發(fā)展出眾多的組合工藝，大都取得了較為良好的處理效果。王堅等在研究UASB+MBR組合工藝對滲濾液進行處理的實驗后指出，垃圾滲濾液中存在較多的惰性有機物，要想達到較高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，需要采用物化法和生物法相結(jié)合的組合工藝。吳軍等在實驗條件下研究了UASB+SBR+ARF(陳腐垃圾生物反應(yīng)床)+EF(蚯蚓生物濾床)組合處理上海老港填埋場的滲濾液，研究結(jié)果表明，雖然該組合對BOD5和NH4+-N的去除率均超過99%，但COD的去除率僅能達到約76%，出水COD接近1400mg/L，超出1000mg/L三級排放標(biāo)準(zhǔn)，而且由于容易降解的有機物總是首先被去除，所以后續(xù)工藝的反硝化過程仍然面臨碳源不足的問題。而熊小京等采用A/OMBR與BAF組合工藝處理垃圾滲濾液時可進一步降解A/OMBR出水中的剩余氨氮，但BAF處理單元幾乎不能降解A/OMBR出水中的剩余COD，并且隨著A/OMBR出水氨氮濃度的升高，BAF硝化活性受抑制的程度也隨之增大。
由此可見，目前國內(nèi)外對滲濾液的處理工藝，總體上均采用生物處理為主體工藝，把物化法作為預(yù)處理或者后處理工藝，而土地法作為后處理工藝的系統(tǒng)或者作為單獨的處理系統(tǒng)。但這些組合工藝在實際運行中也都存在一定的問題，為了盡可能地對滲濾液進行較為全面、有效地處理，在生物處理的基礎(chǔ)上，必然需要對滲濾液進行一定的預(yù)處理，為了提
高處理效果，還必須增加部分后處理工藝。
2 微電解+氧化溝+砂濾組合工藝
通過對目前國內(nèi)外滲濾液處理部分組合工藝的研究可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)處理+生物處理+后處理組合方式是目前較為理想的滲濾液處理模式。為此，結(jié)合各工藝的特點，筆者提出了微電解+氧化溝+砂濾的組合工藝對滲濾液進行處理。
2.1 微電解工藝
滲濾液的預(yù)處理方法很多，但主要還是集中在物化法上面，如混凝吸附、蒸發(fā)、高級氧化、浮選和膜處理技術(shù)等。而微電解雖然屬于電化學(xué)范疇，但同時也是一種高級氧化技術(shù)。
2.1.1 微電解原理及優(yōu)點
微電解法是利用金屬腐蝕原理，形成原電池對廢水進行處理的良好工藝，又稱為內(nèi)電解法、鐵屑過濾法等。微電解一般采用鐵屑(較多使用鑄鐵屑)與其它的一些物質(zhì)(比如C、沸石等)組成反應(yīng)系統(tǒng)。
從機理來看，微電解處理廢水是由下面五點機理協(xié)同作用的結(jié)果:(1)氧化還原反應(yīng)；(2)電化學(xué)絮凝；(3)物理吸附；(4)鐵的混凝作用；(5)鐵離子的沉淀作用。其優(yōu)點主要有經(jīng)濟性強，適用范圍廣，處理效果好，可同時處理多種毒物，使用壽命長，操作維護簡便等等。
2.1.2 微電解的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
微電解是處理高濃度廢水的一種很有效的方法，特別是對生化性較差，用普通生化方法難于處理的滲濾液效果明顯。劉金香等在處理衡陽吉星垃圾填埋場的滲濾液時，通過實驗得出，采用微電解處理該垃圾滲濾液的最佳HRT為80min，最佳pH值為3.5，在此條件下CODCr的去除率達到29.9%。
叢利澤等在處理廈門某生活垃圾填埋場滲濾液時也采用了微電解對滲濾液進行預(yù)處理，通過對比實驗得出，當(dāng)pH=3、電解時間為30min時CODCr、NH3-N的去除最為理想，通過微電解處理可去除滲濾液中的大部分NH3-N和重金屬離子，改善了廢水的可生化性，有利于后續(xù)生化處理。
2.2 氧化溝工藝
在城市生活污水處理中，氧化溝技術(shù)由于其耐沖擊負荷強、處理單元少、處理效果好、脫氮效果佳、產(chǎn)泥率低等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。氧化溝的種類各式各樣，有帕斯韋爾(Pasveer)氧化溝、卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝、奧爾伯(Orbal)氧化溝和一體化氧化溝等多種類型。而作為一門技術(shù)相當(dāng)成熟的污水處理工藝，氧化溝自然而然地被人們運用到垃圾滲濾液的處理中來。
2.3 砂濾工藝在國內(nèi)，許多填埋場對滲濾液處理都采用了氧化溝工藝作為生物處理單元。福州市紅廟嶺、中山市老虎坑、江蘇姜堰市前堡、中山市坦州、北京市六里屯等多個垃圾衛(wèi)生填埋場均采用了氧化溝工藝。在這些滲濾液處理廠中，氧化溝的運行均較為良好，對COD去除率達到50～80%，SS去除率為80%以上，而NH3-N的去除率在90%左右。因此，氧化溝作為筆者提出的組合工藝中的生物處理單元是非?？尚械?。
過濾主要用于給水處理及污水深度處理，一般是指以石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質(zhì)，從而使水獲得澄清的工藝過程。過濾對雜質(zhì)的全面去除涉及到三個方面，即遷移機理、附著機理和脫落機理。過濾過程的影響因素有濾層厚度與粒度、有效粒徑和不均勻系數(shù)、濾速、水溫、水力波動以及化學(xué)因素等，一般來說，濾料越細、濾層越厚、過濾時間越長則處理效果越好。
2.4 各工藝之間的組合在垃圾滲濾液的處理工藝中，砂濾一般作為后續(xù)處理工藝。這主要是因為砂濾主要是去除水中的懸浮固體，垃圾滲濾液有機物濃度、氨氮含量高，但是滲濾液里的懸浮物并不多。所以過濾在垃圾滲濾液的COD等方面的去除效果不理想，但作為后續(xù)處理，可進一步去除垃圾滲濾液的COD、降低色度等指標(biāo)。李亞峰等在進行了均粒石英砂濾料過濾效果的生產(chǎn)性實驗后得出結(jié)論，均粒濾料的過濾性能優(yōu)于非均粒濾料，將常規(guī)石英砂濾料更換為平均粒徑相同的均粒石英砂濾料，能夠延長過濾周期，提高產(chǎn)水量，經(jīng)濟效益明顯。
目前，國內(nèi)并沒有研究者提出微電解+氧化溝+砂濾的組合工藝來處理垃圾滲濾液。不過夏世斌等在研究微電解對其它廢水的處理效果時提出了微電解-生化組合工藝，并指出，微電解-生化組合處理廢水的效果受廢水中含鹽量的影響較大，在實際運行時應(yīng)注意控制進水中鹽的濃度。其中試研究表明，微電解生化組合工藝具有有機物去除效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、運行操作簡便、維護少的特點，而其中試驗正是建立在微電解氧化溝工藝的基礎(chǔ)之上。而王鋒等對微電解和砂濾的組合工藝對滲濾液的處理效果進行了研究。其實驗結(jié)果作出了重要的結(jié)論:在色度的去除上，砂濾起了很大作用。一方面，砂濾吸附了部分水樣中的發(fā)色基團；另一方面，砂濾也去除了水樣中的絕大部分Fe(OH)2和Fe(OH)3絮體。由于本組合在預(yù)處理中提出了使用微電解技術(shù)，而氧化溝并不能對微電解產(chǎn)生的Fe(OH)2和Fe(OH)3絮體進行很好的去除，使得其出水略帶黃色，因此，砂濾工藝的強化加入作用明顯。最后經(jīng)過砂濾處理，出水變得清澈，達到較為理想的處理效果。根據(jù)上述分析，擬工藝流程圖如圖3所示。
3 結(jié) 論
垃圾滲濾液是一種高濃度、成分復(fù)雜、水質(zhì)水量易變化的污水，人們對滲濾液的處理一直處于探索和發(fā)展之中，單一的滲濾液處理技術(shù)并不能滿足人們對滲濾液的處理要求，必須采用多種方法的組合工藝。在眾多組合工藝中，預(yù)處理+生化處理+后處理的組合是較為理想的組合方式。微電解由于其經(jīng)濟性、處理能力以及操作性上的優(yōu)勢成為眾多預(yù)處理技術(shù)中最為適用、有效的技術(shù)之一；氧化溝具有良好的去除COD等污染物的能力，同時還具有優(yōu)良的脫氮功能，能很好地對滲濾液中的NH3-N進行去除；砂濾是深度處理的常用技術(shù)之一，由于其對懸浮物和色度的良好去除功能而成為與微電解、氧化溝最理想的搭配。微電解+氧化溝+砂濾的組合工藝作為一種新的嘗試，將會在今后的實踐中進一步得到檢驗。
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