填埋场垃圾渗滤液的处理

填埋场垃圾渗滤液的处理北京大学环境工程系博士崔锋1、填埋场渗滤液的特点2、填埋场渗滤液的新标准3、目前的几种处理技术简介4、实际应用的垃圾渗滤液流程5、生物处理单元的强化6、膜的简介7、实际应用的垃圾渗滤液流程工艺参数、投资和运行费用8、工程图片9、集成化设备目录（1）渗滤液水质十分复杂，不仅含有耗氧有机污染物，还含有各类金属和植物营养素（氨氮等），如果工业部门使用垃圾填埋场，渗滤液中还会有有毒有害有机污染物；（2）COD和BOD浓度高，最高可达几万，远远高于城市污水；（3）垃圾渗滤液中有机污染物种类多，其中有难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化合物、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酚类化合物和苯胺类化合物等；多氯联苯、多环芳烃等国家环保部优先控制污染物，还有些内分泌干扰素类物质。（4）垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，其中的重金属离子会对生物处理过程产生严重抑制作用；（5）氨氮含量高，C/N比例失调，磷元素缺乏，给生物处理带来一定的难度[4]。垃圾渗滤液的水质特点－成分复杂垃圾渗滤液，黑色，恶臭3～5年的填埋场的渗滤液称为早期渗滤液，其中易生物降解的挥发性脂肪酸含量较高，一般可占总有机碳的60%～70%，BOD/COD比值较高，一般在0.4～0.8，氨氮浓度为1000mg/l左右。填埋龄超过3～5年后，渗滤液易生物降解的有机物比例会明显下降，称为晚期渗滤液。其BOD/COD比值一般为0.1～0.2之间，氨氮浓度反而增高，此时的处理目标以氨氮的去除为主[5-6]。垃圾渗滤液的水质特点－变化大表1一般垃圾渗滤液的主要成分（mg/l）项目变化范围项目变化范围颜色黄褐色有机酸46~24600嗅觉恶臭氯化物189~3262pH值3.7~8.5Fe50~600总残渣2356~35703Cu0.1~1.43总硬度3000~10000Ca200~300CODcr1200~45000Mg50~1500BOD5200~30000Pb0.1~2.0NH3-N20~7400Cr0.01~2.61总磷1~70Hg0~0.032表2我国垃圾填埋场晚期渗滤液典型的水质浓度(mg/l)项目浓度范围实型值pH7.5~8.58.3COD2000~40003000BOD5300~800500TKN800~30001000NH3-N800~25001000总磷10~3015总碱度5500~80007000填埋场渗滤液的新标准GB16889-1997GB16889-2008对垃圾渗滤液的处理提出了极高的要求：1、2011年7月1日起，现有全部生活填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行表2的规定的排放限值。2、增加了污染控制项目数量。注入污水厂的几个条件：1、重金属废水处理达标后，可排入污水厂2、总量不超过0.5%,不超总量3、均匀注入4、不能影响处理效果生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）垃圾填埋场垃圾渗滤液排放新限值序号控制污染物排放浓度限值1色度（稀释倍数）40（30）2化学需氧量CODcr（mg/L）100（60）3生化需氧量BOD5（mg/L）30（20）4悬浮物（mg/L）305氨氮（mg/L）25（8）6总氮（mg/L）40（20）7总磷（mg/L）3（1.5)8粪大肠杆菌（个/L）10000(1000)9总汞（mg/L）0.00110总镉（mg/L）0.0111总铬（mg/L）0.1红字代表敏感区1、国土开发密度高2、环境容量小3、生态环境脆弱4、容易发生环境污染事故回灌法是土地处理应用于渗滤液处理中较为典型的一种。它实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大的生物滤床。渗滤液滤经覆土层和垃圾层，发生一系列的生物、化学和物理作用而被降解和截留，同时使渗滤液由于蒸发而减少。卢成洪等[3]对垃圾的净化作用进行了较为深入的研究，认为：（1）回灌为垃圾层带来了大量的微生物，同时能在填埋场内形成更有利于垃圾降解的环境，从而加速垃圾的降解速率；（2）回灌污水减少了污染物的溶出负荷加快了污染物的溶出过程，减轻了对环境的潜在污染；（3）回灌法可以使渗滤液水质得到均化，减轻了处理设施的冲击负荷，有利于提高处理效果。另一方面，回灌法在实际中还存在以下问题：（1）不能完全消除渗滤液，仍有大部分渗滤液需外排处理；（2）进水悬浮物过高或者微生物过量繁殖容易造成土壤堵塞，需对渗滤液进行一定的预处理，如控制进水SS或翻耕表层土壤；（3）渗滤液在垃圾层中的循环，导致其氨氮不断积累，甚至最终使其浓度远远高于在非循环渗滤液中的浓度。国外对回灌处理的研究较多，Diamadoporulos等[12]通过渗滤液的回灌处理，得到了比较稳定的出水，其中COD和BOD5的平均值为1141mg/l和85mg/l，其可生化性降低，因此可以用混凝活性炭吸附等处理方法作为后续处理。Pohland等[13]在研究渗滤液回灌后重金属的变化时指出，由于渗滤液中含有大量的氯化物、硫化物、硫酸盐、以及氨氮，再加上填埋场的厌氧环境，有利于重金属离子以硫化物沉淀的形式去除，这种去除率会随着由于回灌、垃圾稳定化的进程的加快而提高。同济大学的矿化垃圾处理法也大概属于这个范畴。垃圾渗滤液的处理工艺－回灌处理合并处理就是将渗滤液引入附近的城市污水处理厂进行处理。这是最为简单的处理方案，可以节省单独建设渗滤液处理系统的高额费用从而达到降低处理成本的目的，但这并非普遍适用的方法。一方面，填埋场必须靠近城市污水厂，否则渗滤液的输送会造成较大的经济负担；另一方面，由于渗滤液所特有的水质及变化特点，在采用此种方案时必须辅以相应有效的控制措施，否则将易造成对城市污水处理厂的冲击负荷，影响甚至破坏城市污水处理厂的正常运行[8]。国外的研究表明[9]，这个合并水量的比例一般不超过0.5%，往往加入如此小比例的渗滤液，就会使活性污泥法的负荷增加一倍。南京的卢宁川等[10]对南京市水阁垃圾填埋场渗滤液的处理试验表明：对晚期渗滤液与城市生活污水按1：10的比例分段合并处理，其最终出水可能达标。在进行合并处理时，为减轻直接混合处理时渗滤液中有毒有害物对城市污水厂的冲击危害，对垃圾渗滤液在填埋场内进行一定的预处理时必要的。用物化或生物法去除渗滤液中的重金属离子、氨氮、色度及SS等污染物质或通过厌氧处理提高其可生化性，同时可以降低负荷，为合并处理正常运行创造良好的条件。沈耀良等[11]通过分析，提出了处理苏州七子山垃圾渗滤液工艺：先经过场内物化预处理（吹脱+混凝沉淀+焦炭吸附）再到城市污水处理厂去合并处理。还有深圳的下坪预处理后进入污水处理厂。垃圾渗滤液的处理工艺－合并处理在废水处理中，吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或者多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、粉煤灰及城市垃圾焚烧炉底渣等，其中活性炭最为常用。在渗滤液的处理中，主要用于去除水中难降解的有机物（酚、苯、胺类化合物等），金属离子（汞、铅、铬）和色度。方士等[14]用回流式两级SBR-活性炭吸附-混凝工艺处理高氨氮、低碳氮比的垃圾渗滤液，粉末活性炭和铝盐投加量分别为1‰（W/V）和0.4‰（W/V），吸附时间为100min，总的水力停留时间为82h，CODCr的去除率可以稳定在90%以上，氨氮去除率可以达到95%以上，出水中氮的主要形态为NO2-N，出水CODCr300mg/L、氨氮20mg/L、色度20倍。Morawe等[15]用两个活性炭柱来处理经生物法处理后的垃圾渗滤液，其结果表明：对难降解有机物、氯化物以及色度都能降低到可接受的水平；对中间分子量的化合物具有吸附和降解的双重作用。Lee等[16]用人造沸石处理渗滤液，表明当人造沸石的用量为3g/200ml，pH为6.4时，NH4+-N的去除率50%，重金属的去除率分别为Mn(II)：85%，Zn(II)：95%，Cd(II)：95%，Pb(II)：96%，Cu(II)及Cr(VI)的效果不明显。活性炭吸附法处理程度高，对水中绝大多数有机物都有效，可适应水质水量和有机负荷的变化，设备紧凑，管理方便。但是，活性炭吸附过程中存在两个问题，一是容易堵塞，二是运行费用高。在活性炭吸附之前采用砂滤池可去除悬浮固体颗粒，以解决活性炭滤床的堵塞问题。但活性炭的吸附等温线太陡，很难降低处理费用，为了降低运行成本，只能适当提高出水浓度。垃圾渗滤液的处理工艺－物化之吸附法混凝法是化学沉淀法中最重要的一种方法，常用的混凝剂有硫酸铝、氯化铁和聚合氯化铝等。混凝沉降工艺用于城市垃圾填埋场渗滤液的处理，许多研究者都对此进行了深入的研究。沈耀良等[17]采用聚合氯化铝作为混凝剂，焦炭作为吸附剂，可以有效去除渗滤液中的COD和重金属离子。当聚合氯化铝的用量为400mg/L、焦炭为8~10g/L时，COD去除率为8.9%，重金属去除率为60%，色度去除率为68%，并且铜可以完全去除。Tatsi等[18]用硫酸铝和氯化铁处理渗滤液，对早期的渗滤液，其COD去除率为25%~38%，最佳铝盐投加量为3g/l；对稳定的渗滤液，其COD去除率可达75%；当pH调整为10，混凝剂离子浓度达到2g/l时，COD的去除率为80%。同时发现：加入有机高分子絮凝剂和在碱性氛围内调整pH值对混凝效果的影响微乎其微，将两种以上的混凝剂混合使用并不能提高去除率。另外，化学沉淀法也可以是向渗滤液中加入某种化合物，通过化学反应生成沉淀以达到处理目的。祝万鹏等[19]用石灰-硫酸亚铁-漂白粉处理垃圾渗滤液，当石灰的投加量为0.5~1.0g/L、硫酸亚铁投加量为60~120mg/L（以Fe计）时，砷和无机磷的去除率都在90%以上，出水可达到排放的要求。该过程也能除去其它有害金属离子，使部分有机磷水解成无机磷，沉淀除去；采用漂粉精氧化处理渗滤液时，当有效氯浓度100mg/L时，可将毒性较大的亚硝酸盐完全转化为毒性较低的硝酸盐，并能使部分有机磷转化为无机磷，要完全除去有机磷则需要投加较大量的氧化剂。赵庆良等[20]探讨了采用MgCl2·H2O和Na2HPO4·12H2O使NH4+-N生成磷酸铵镁的化学沉淀去除法，该法有效地去除了垃圾渗滤液中的高浓度的氨氮，并且避免了传统的吹脱法造成的吹脱塔内的碳酸盐结垢问题。实验结果表明，当渗滤液中投加MgCl2·H2O和Na2HPO4·12H2O而使Mg2+：NH4+：PO43+的比例为1：1：1(摩尔比)时，在最佳pH值为8.5~9.0的条件下，原渗滤液中的氨氮可以由5618mg/L降低到65mg/L。在垃圾渗滤液处理技术与方法中，混凝的方法是最常用、最省钱和最重要的方法。但是，化学沉淀法处理垃圾渗滤液的工艺仍有待于进一步完善。垃圾渗滤液的处理工艺－物化之化学沉淀法化学氧化法可以分解渗滤液中难降解的有机物，从而提高废水的可生化降解性[21]。其中的高级氧化技术（advancedoxidationprocessed,AOPs）因其能够产生极强氧化性的·OH自由基而被认为是处理渗滤液的一种有效方法。Fenton法作为其中的一种，由于它费用低廉、操作简便而受到人们的重视。Fenton法的氧化机理可简单表示为：Fe2++H2O2→Fe3++OH+·OH·OH+RH（有机物）→P（降解产物）国外对Fenton法的研究较多，Bauer等[22]认为Fenton法在处理高浓度污水方面有很大的潜力，但它的缺点是对pＨ值过于敏感以及处理后的废水需进行离子分离。目前的研究主要集中在中性和碱性的范围内，其中在宽的pH值范围内，无须后续处理的情况下，在Nafion膜上固定铁离子，可顺利发生Fenton反应。张晖等[23]介绍了Fenton法处理垃圾渗滤液的中型试验。试验表明，当双氧水与亚铁盐的总投加比一定（H2O2/Fe2+=3.0）时，COD的去除率随双氧水投加量的增加而增加。当双氧水的总投加量为0.1mol/L时，COD的去除率可达67.5%，这一结果同样适用于其他垃圾填埋场的晚期渗滤液处理。其他的氧化剂主要是臭氧、氯和氯化物，后者由于残留产物的高毒性，不适合采用。关于渗滤液的化学氧化处理研究在国内刚刚起步