固体废弃物处理技术进展综述

固体废弃物处理技术进展综述——

垃圾填埋场渗滤液处理技术

班级： 姓名：师瑞丹 学号：

09环境工程

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摘要：近十年来,中国城市化进程发展迅速,城市垃圾以平均每年8% ～10%的速度增长,有一些城市,如北京的增长率更是高达15% ～20%。据预测,按现在的增长速度到2030年为4. 09亿t, 2050年为5. 28亿t[1]。卫生填埋法由于其具有成本低、技术成熟、管理方便等优点,在垃圾处理中得到了广泛的应用,据中国环境监测总站对国内329个城市垃圾处理厂的调查表明,卫生填埋场占垃圾处理设施的87.5%[2]。在垃圾填埋过程中会产生污染性极强的垃圾渗滤液,虽然量不大,但若处理不当会对生态环境和人体健康带来巨大危害,因此,垃圾渗滤液的有效处理很重要。

1、垃圾渗滤液的特点

垃圾渗滤液的性质取决于垃圾成分、填埋时间、气候条件等多种因素,一般所具有的特点[3] :(1)有机物浓度高, COD和BOD5 浓度最高值可达数千至几万mg/L; (2)金属含量高; ( 3)水质变化大,渗滤液的成分和性质随填埋场使用期的延长而不断变化,可生化性越来越差,氨氮含量越来越高;(4)氨氮含量高(可达几千mg/L ) ,变化范围大;(5)营养因素比例失调,由于氨氮含量高, C /N的比值常出现失调情况,且P缺乏,一般BOD5 /TP >300,与微生物生长所需的碳磷比( 100 ∶1)相差甚远; (6)渗滤液在生化处理时会产生大量泡沫,不利于系统正常运行。由于渗滤液中含有较多的难降解物质,一般在生化处理后, COD浓度仍在较高水平。 2、垃圾渗滤液处理技术

近些年来,国内外学者就垃圾渗滤液的处理进行了大量研究,取得了较大的成果。纵观国内外垃圾渗滤液处理的现状,其主要处理方法有: 回灌法、土地处理法、物化处理法和生物处理法。

2.1土地处理法 2.1.1 回灌法

回灌处理法是20 世纪70 年代由美国的Pohland最先提出的[4] ,中国同济大学在20 世纪90年代也开始对垃圾渗滤液进行了研究。渗滤液回灌实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大生物滤床,将渗滤液收集后,再返回到填埋场中,通过自然蒸发以减少滤液量,并经过垃圾层和埋土层生物、物理、化学等作用,达到处理渗滤液的目的。回灌处理方式主要有填埋期间渗滤液直接回灌至垃圾层、表面喷灌或浇灌至填埋场表面、地表下回灌和内层回灌。据报道,英国50%的填埋场采用了回灌技术。黄仁华等[5]通过对填埋场渗滤液回灌技术理论依据和主要影响因素的分析, 认为水力负荷、有机负荷和配水次数是影响渗滤液回灌处理效果的主要技术参数。回灌技术在上海市废弃物老港处置场的中试研究结果表明, 对填埋场进行渗滤液回灌, 能净化渗滤液, 降低渗滤液处理费用。何厚波[6]等人发现, 回灌处理法对有机物有较好的处理效果, 对回灌渗滤液中有机物的去除效果随垃圾堆体高度的增加而增加; 进入垃圾堆体的有机负荷不能无限制地增加, 否则会毁坏渗滤液回灌系统。邓舟采用4 座规模为42m3 的模拟实验柱, 对比研究回灌量对渗滤液特性和填埋场稳定化进程的影响。结果表明,5.3%的渗滤液回灌比能更大程度地加速填埋场的稳定化进程, 使有机物在更短的时间内释放, 减小产生甲烷的迟滞时间。采用2.7%回灌比的实验柱能形成更好的微生物环境, 反应器温度保持在35℃, 对渗滤液有最好的处理效果, COD 和BOD5 的去除率分别达到了77%和88%, 同时还具有最好的抗冲击负荷能力

2.1.2 人工湿地处理

人工湿地是一种优化的土地处理方法, 它利用了土壤及基质的快滤、吸附等功能净化废水, 并通过植物对废水的吸收而增强净化效果。挪威、加拿大、英国等许多国家都成功地应用了人工湿地系统工艺处理垃圾渗滤液。王丽霞[7]对人工湿地去除污染物的机理、影响处理效率的因素作了详细分析, 并对人工湿地处理渗滤液的工艺和国内外应用实例进行了总结, 并对其经济性进行了分析。迟延智、陈风伦分析了胶南市的城区排污现状, 进行了人工湿地同活性污泥法、AB 法、氧化沟法等处理工艺的经济性比较, 效果表明, 人工湿地工艺投资

省、运行费用低、处理效果好, 适于沿海小城市的污水处理。

2.2 物化处理法

物化处理不受水质水量变化的影响,出水水质比较稳定,对BOD5 /COD介于0.07～0.20之间及含有毒、有害的难以生化处理的渗滤液处理效果较好,但由于物化法运行成本高,多采用于对垃圾渗滤液进行预处理和深度处理。

2.2.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法是向废水中投加混凝剂,使废水中的悬浮物和胶体聚集形成絮凝体,再加以分离的方法。目前,采用的混凝剂多为Al3(SO4)3 、FeSO4、FeCl3 以及聚铁、聚铝等,但无论采用何种混凝剂, COD 的去除率一般在30% ～60% ,很难有突破性的提高。蒋建国等人[8]用复合混凝剂(90% PAC + 10% PAM)及试剂A (一种壳聚糖)在不同pH及不同投加量的情况下,对垃圾渗滤液COD 的去除效果进行了比较分析,在pH值5. 5和8,复合混凝剂投加量为400 mg/L时,对COD的去除率分别为38.63%和37.84%;试剂A在pH为8,投加量为100 mg/L时,对COD的去除率达到39.85%。 2.2.2 氧化法

氧化法包括臭氧氧化法、H2O2氧化法、光化学氧化法、辐射法、电解氧化法和电催化氧法等。德国奥古斯丁垃圾填埋场渗滤液采用撞击式臭氧反应器工艺, 渗滤液的COD 为1 070 mg/L, AOX (可吸附的有机卤化物) 为720μg/L,总氮67 mg/L,在经过4. 2 h的反应后,COD的去除率为67% ,AOX的去除率为62%。张跃升等[9]以活性炭作催化剂、H2O2 作氧化剂,处理垃圾渗滤液的试验结果表明: 在H2O2 /COD 为42，活性炭/H2O2 为0. 6, pH 为2 的条件下反应180 min, COD 及色度的去除率分别为82. 8%和85. 5%。黄本生等采用复合催化剂ZnO /TiO2 ,光催化氧化用于垃圾渗滤液的深度处理,处理后的渗滤液能达到国家排放标准。

2.2.3 吸附法

在渗滤液处理中,吸附法主要用于脱除水中难降解的有机物、金属离子和色度等。于瑞莲采用天然膨润土20 g/L吸附去除垃圾渗滤液中50%以上的COD和色度。隋智慧等[10]用混 凝与吸附联合的方法对北京安定垃圾填埋场渗滤液进行了预处理,研究结果表明,该方法对废水COD的去除率稳定在70%左右,且受水质变化的影响不大。为了降低成本或提高处理效率，国内外研究者开发了一些新型混凝剂和吸附剂来处理渗滤液。I．Anastasios等( ]采用生物絮凝剂混凝去除渗滤液中的腐殖酸。效果良好。 2.2.4 氨吹脱技术

现今去除高氨氮有机废水中的氨氮多采用吹脱法,先调节污水至碱性,然后以曝气的方式使游离氨从水中逸出。张乐[11]采用静态烧杯吹脱试验中,控制反应条件为: 气水比为400,初始pH值为11,温度保持在35 ℃,吹脱4 h之后,氨氮去除率可达到68% ,出水氨氮浓度为200～236 mg/L。实践表明,氨氮吹脱效果不是很理想,如不收集溢出的氨气,还对环境造成污染。

2.2.5 膜分离法 西欧、北欧、北美和澳洲地区正逐渐采用新型的膜分离技术处理垃圾渗滤液,其中反渗透(RO)分离技术的应用最为广泛,并取得了很好的效果。Hurd等选用3种低压聚酰胺RO膜处理Trail Road垃圾填埋场渗滤液的试验结果表明:透过液的流量取决于操作压力大小及TOC的浓度,当操作压力> 1. 03 ×106 Pa时,透过液的流量为26. 0～54. 0 L / (m2 ·h) , TOC和Cl- 的去除率> 96% ,NH3 - N的去除率> 88%。 2.2.6 蒸发法

蒸发的目的是使污染物在固相浓缩，并同时在冷凝后获得一个可以排放的液相流。目前蒸发法还存在许多问题，如高浓度有机物引起的泡沫问题、结垢和腐蚀问题、蒸发表面分层问题、氨和有机氯化物需进一步去除的问题、渗滤液蒸发处理的高能消耗问题。Luca Di Pa1ma等 采用蒸发和反渗透处理工业垃圾渗滤液，可以去除绝大部分污染物。蒸发在40 cc和6 kPa压力下进行，馏出物中含有质量分数1％的有机物和20％的氨，金属含量可以忽略。而后 进行反渗透处理，有机物去除率达90％ ，在pH 6．4时，氨去除率达97％。 2.2.7 超声波技术

超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点，已受到国内外研究者的关注，并开始用于处理垃圾渗滤液。 2.3 生物处理法

当垃圾渗滤液的BOD5 /COD 大于0. 3 时,渗滤液的可生化性较好,可以采用生物处理法,包括好氧处理、厌氧处理及好氧- 厌氧结合的方法。

2.3.1 好氧处理法

好氧法不仅可以有效降低BOD5、COD和氨氮,还可以除去Fe、Mn等金属,主要包括活性污泥法、曝气稳定塘、生物膜法、生物滤池和生物流化床等工艺。国内外活性污泥法污水处理厂的运行结果表明,通过提高污泥浓度来降低污泥有机负荷,活性污泥法对垃圾渗滤液获得了令人满意的处理效果。希腊Loukiou M X等[12]研究了以粉末活性炭为载体的流化床处理高浓度的渗滤液, 进水为: pH 7. 5, COD 5 000 mg/L, BOD51 000 mg/L,NH3 - N 1 800 mg/L,结果表明: COD、BOD5、NH3 - N 以及色度的平均去除率分别为81%、90%、85%和80%。由于渗滤液成分复杂,“年老”的渗滤液氨氮浓度很高,可生化性较差,还需要结合其他的方法。 2.3.2 厌氧处理法

厌氧处理法具有能耗少、操作简单、运行费用低、污泥产率低和能提高污水可生化性等优点,适合于处理有机物浓度高、可生化性差的垃圾渗滤液。用于垃圾渗滤液处理的厌氧法有:厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床及厌氧塘等。徐竺等[13]采用上流式厌氧过滤器对垃圾渗滤液进行处理,结果表明:效果良好,在中温(35～40 ℃)消化时,高浓度( 3 ～8 g/L ) 进水COD的去除率达95%左右,常温消化COD去除率可达90%左右。 2.3.3 好氧- 厌氧结合处理法

对于高浓度的垃圾渗滤液单独厌氧处理很难达标排放,需要进一步的好氧处理,即厌氧- 好氧结合处理工艺,效率较高且经济合理。李平等[14]采用厌氧/好氧生物流化床耦合工艺处理垃圾渗滤液,当进水COD、NH3- N分别为5 000 mg/L、280 mg/L时,系统的出水COD、NH3 - N达到《生活垃圾填埋污染控制标准》一级排放标准。李征采用UASB - 好氧膜生物炭反应器联合处理工艺对垃圾渗滤液进行处理,在进水COD 为500 ～3 000 mg/L, BOD5 为300 ～1 900 mg/L,氨氮为146. 57～1 071. 5 mg/L,水力停留时间19～30 h的条件下,出水COD降为146～880 mg/L,BOD5 为7. 8～14. 2 mg/L,氨氮为55～620 mg/L。 2.4 其他处理法

2.4.1 有效微生物( EM)技术

EM净化法是利用由微氧或一般厌气性细菌所构成的有效微生物群净化法,目前在水处理领域中逐渐得到了应用。丁雪梅[15]利用EM生物强化技术与传统的生物治理技术相结合的方式对垃圾渗滤液进行处理,结果表明: EM菌剂在活性污泥法中, 24 h后, COD去除率为81. 35%, BOD5 去除率为87. 88%;在生物膜系统中, 24 h后, COD去除率为83. 31%, BOD5 去除率为89.00%。

2.4.2 膜生物(MBR)法

膜生物法(MBR)是近些年才出现的一种集膜滤和生物处理于一体的新型高效生物处理技术。生化反应器内微生物浓度从3～5 g/L提高到15～20 g/L,且体积小,处理效率高,在处理高

浓度有机废水方面得到较多应用。申欢等人[16]采用膜生物法对垃圾渗滤液经UASB预处理的出水进行了降解试验,结果表明:MBR对COD的去除率为70% ～85% ,对氨氮的去除率为90%～99. 8% ,对总氮的去除率为50%～67%。 2.4.3 生物脱氮

经过物化处理的渗滤液虽然氨氮浓度有所降低,但仍不能达到排放标准,近些年来,人们对生物脱氮有了新的认识,相继开发了亚硝酸硝化/反硝化、同步硝化/反硝化及厌氧氨氧化等技术。这些技术具有需氧量低、能耗低、负荷高、对碳源碱度需求低等特点, 同时能较好地去除COD,适合于处理渗滤液。Dongene 等[17]利用SHARON工艺处理氨氮浓度为1 ～1. 5 g/L 的废水,水力停留时间为1 d,有53%的氨氮转化为亚硝酸盐,并且稳定运行超过两年。 2.4.4 物化和生物联合法

由于垃圾渗滤液的水质复杂性,在实践中应充分发挥物化法和生物法的优势,物化和生物联合的方法应用较多。温南等[18]考虑高氨氮对微生物的抑制作用,设计一套“脱氮- 混凝气浮- UASB - 接触氧化”工艺,对南京市江宁区东善乡某垃圾场的渗滤液进行处理,经过近半年的稳定运行实践, 出水水质达到《污水综合排放标准》二级新扩改标准。范洪波等人采用“水解酸化- SBR法- 混凝沉淀”复合工艺对城市垃圾渗滤液进行处理,结果表明:当进水COD为1172 g/L,NH3 - N为127. 6 mg/L时,通过该系统处理后, 出水COD降到148. 4 mg/L、NH3 - N降到12. 2 mg/L, COD 总去除率达91. 2% , NH3 - N去除率为90. 4% ,达到较好的去除有机物和脱氮效果。 2.4.5电解处理技术

电解法处理废水的实质就是利用电解作用把水中的污染物去除, 或把有毒物质变成无毒或低毒的物质。杨云军[19]采用连续式电解槽对垃圾渗滤液进行预处理研究。结果表明, 在最佳条件下连续式电解法对中等COD 质量浓度的垃圾渗滤液( COD 质量浓度2000~10000mg/L) 有较好的处理效果, 可有效去除废水中的COD、氨氮和重金属, 且对难降解的污染物(如苯胺、苯酚等)有良好的去除作用。该法提高了水质的可生化性,强化了后续生化处理。王敏等人[20]在处理垃圾渗滤液SBR 法出水电解氧化试验时研究得出: 在一定条件下, 电1000mL 渗滤液的SBR 出水30min 时, NH3- N 几乎全部去除, 2h 时,COD 的去除率达93.5%; COD、NH3- N 的去除反应符合一级反应, 其速率常数随电流密度的增大、电极间距的减小而增大。 2.4.6 光催化技术

光催化法是近年发展起来的一种污水处理新技术。在紫外光的照射下一些半导体材料的阶带电子被激发到导带, 从而产生具有很强反应活性的电子- 空穴对, 当它迁移到半导体表面后, 在氧化剂或还原剂的作用下参与氧化还原反应, 从而起到降解污染物的作用。黄本生[21]等以城市生活垃圾渗滤液作为研究对象,采用悬浮态半导体催化剂对渗滤液进行处理试验。研究表明, 在一定的试验条件下, 用ZnO/TiO2 复合半导体催化剂处理城市垃圾渗滤液效果较好, 可作为垃圾渗滤液的深度处理。罗建中等[22]研究了紫外光催化氧化法对垃圾填埋场渗滤液的降解机理。根据废水水质的不同, 考察了TiO2 催化剂用量、pH 值、通气量、反应时间、光照强度等因素对废水中有机污染物和色度去除的最佳条件。用现场采集的渗滤液原水和氧化沟出水试验, COD、Cr去除率分别达到80.6%、77.3%, 色度去除率分别为87.9%、 83.3%。

3、存在的问题和前景展望

垃圾渗滤液是一种有毒有害的高浓度有机废水，控制不好将产生二次污染，使卫生填埋场失去应有的价值和意义。要解决渗滤液污染问题，除了对垃圾填埋场进行控制，尽量减少渗滤液的产生外，关键是要对渗滤液进行必要的处理，使其达标排放。优先考虑生化法，因为生化法成本低、处理量大，但渗滤液中含有大量难降解物质和毒性物质，生化处理出水仍不能达标，需要其他工艺(如物化工艺)对其进一步处理，但物化法成本较高，所以一般作为前处

理或后处理工艺，配合生化法处理，前处理工艺可提高渗滤液的可生化性，后处理工艺可去除渗滤液中难降解物质和毒性物质。可见，针对渗滤液的特殊水质．生化法和物化法联合处理垃圾渗滤液的效果较好。近年来采用厌氧一好氧工艺生物处理渗滤液较多，在选择生物处理工艺时，必须详细测定渗滤液的各成分，分析其特点，通过小试或中试来获得可靠优化的工艺参数。垃圾渗滤液需不同类型工艺方法组合处理，才能达到达标排放的要求。一般用生物法或土地法作为预处理，物化法作为后处理。生物方法与物理化学方法的组合，是今后垃圾渗滤液处理研究的主要方向。总体来说我国的城市垃圾渗滤液的研究仍处于初期: 1) 关于渗滤液的有效控制, 减少渗滤液量和控制其水质仍有待于更深的研究; 2) 对于渗滤液的处理, 我国还处于探索阶段, 为建设标准化的城市垃圾卫生填埋场, 对其渗滤液的处理应作更深入、更全面的研究( 如人工湿地、氧化塘等经济、处理效果好工艺) ; 3) 对渗滤液中N 、P 的去除, 还有待系统的研究; 4) 渗滤液的预处理关系到整个处理的关键, 直接影响到其处理成败、运行费用等效果, 应深入研究。

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