垃圾渗滤液的特性及主要处理技术.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M B q 矾GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 垃圾渗滤液的特性及主要处理技术① 肖娟，舒淼，支4阳，李圣蜀 湖南现代威保特环保科技有限公司，湖南长沙4 1 0 0 0 5 摘要垃圾渗滤液是国内外污水处理的一大难题。分析了垃圾渗滤液的水质特性，介绍了国内外主要垃圾渗滤液处理技术，指 出了未来垃圾渗滤液处理工艺的发展方向。 关键词垃圾渗滤液；特性；处理工艺 中图分类号X 7 9 9文献标识码B文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 4 1 2 0 4 随着我国经济的快速发展，城市化速度和工业化 速度日益加快，城市生活垃圾产量急剧增加，城市生活 垃圾的妥善处理已成为目前亟待解决的问题。目前， 卫生填埋仍是我国垃圾处理的主要方式，处理量占到 垃圾处理总量的8 2 ％以上，但垃圾填埋过程中，由于 厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋等作用，产生大量高 浓度且成分复杂的垃圾渗滤液。这些垃圾渗滤液若不 经妥善处理，会对水体、土壤、大气和生物产生严重的 影响，将直接威胁生态环境和人类健康。 1 垃圾渗滤液的特性 垃圾渗滤液是指垃圾在填埋与堆放过程中通过淋 溶作用形成的污水，垃圾渗滤液主要来源于降水渗入、 外部地表水渗入、地下水渗入、垃圾自身所含水分和垃 圾微生物厌氧分解产生水分。由于国内垃圾一般采用 混合收集和混合填埋的方式，垃圾组份复杂多变，且受 填埋物种类、填埋方法、填埋场规模以及填埋周期、天 气变化等各种因素的影响，渗滤液的物质组成和浓度 变化很大，主要表现在以下几个方面 1 成分复杂，水质组成差异大。据研究报道⋯， 垃圾渗滤液中的污染物种类超过1 0 0 种，其中有机污 染物多达9 3 种，还含有难生物降解的萘、菲等芳香族 化合物、酚类化合物和苯胺类化合物等，还存在重金属 等有毒有害污染物，污染物成分十分复杂。而且由于 各个城市区域经济发展产业结构及人民生活水平有所 不同，垃圾渗滤液的污染物浓度和组成成分也有着较 大差别。 2 有机污染物和N H ，一N 含量高。经测定，垃圾 渗滤液中含有9 3 种有机化合物。垃圾渗滤液中氮的 主要存在形式为氨氮，氨氮含量约占总氮的7 0 ％左 右。氨氮含量会随垃圾填埋场的填埋时间长短而变 化，填埋时间越长，氨氮含量越高，对于中后期垃圾填 埋场和封场后的垃圾填埋场，垃圾渗滤液氨氮浓度高 达20 0 0m g ／L 以上，甚至超过30 0 0m g ／L 。高浓度的 N H ，- N 也是导致其处理难度较大的一个重要因素。 3 重金属含量高，色度高且恶臭。由于我国垃圾 填埋前通常不进行分选，工业垃圾混入导致垃圾渗滤 液中重金属含量显著增加。表1 列出了广州某垃圾填 埋场渗滤液中检出的金属离子旧J ，其中有1 0 种重金属 属于优先污染物，分别为铬、镍、锌、铜、砷、硒、镉、锑、 铊、铅。且渗滤液的色度高达20 0 0 ～40 0 0 倍，并伴有 极重的腐败臭味。 表1垃圾渗滤液中金属离子种类及含量 金属 浓度 金属 浓度 金属浓度 污染物／ 斗g L “污染物／ 斗g L ‘1 污染物／ 斗g L “ M g 2 86 3 4 ．7 5G a0 ．8 1B a2 8 ．7 6 A l5 5 0 ．9 0G e0 ．1 2I m1 ．0 7 F e12 6 5 ．0 0A s5 ．5 0C e0 ．4 9 S e5 ．5 1S e1 ．8 0P rO ．1 2 T i1 4 ．1 6R b3 2 3 ．0 0N d0 。5 1 V7 ．6 4Z r 7 ．5 2T aO ．2 2 C r 1 2 2 ．o oN b 0 ．9 0 r n 0 ．0 6 1 M n2 5 6 ．o oM o7 ．2 3 B iO ．1 l C o4 ．9 3C d0 ．2 6T h O ，1 6 N i2 7 ．1 7S n1 ．8 4U 1 ．1 0 Z n3 1 3 ．0 6S b2 ．1 6S m0 ．0 9 0 1 2 u3 1 ．7 6 C s 2 ．9 lP b2 2 ．5 l 4 微生物营养元素比例失衡，可生化性差。垃圾 渗滤液中有机物和氨氮含量极高，但含磷量一般较低， 远远低于生物法处理废水系统中合适的磷含量。且 B O D ，／C O D ≤0 ．4 ，氨氮含量过高，含有大量的盐分以 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 2 9 基金项目湖南省科技厅科技基础条件平台建设专项 2 0 1 0 T P 4 0 5 2 作者简介肖娟 1 9 8 6 一 ，女 苗族 ，湖南城步人，硕士，助理工程师，主要研究方向为重金属污染治理及环境监测。 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月肖娟等垃圾渗滤液的特性及主要处理技术 4 1 3 及有毒重金属，都降低了渗滤液的可生化性。 2 垃圾渗滤液处理技术 2 ．1 生物法 生物法是废水处理中最常用的一种方法，包括厌 氧处理、好氧处理及厌氧一好氧结合的处理技术，具有 运行费用相对较低、处理效率高、二次污染物较少的优 点，因而被世界各国广泛采用。 2 ．1 ．1 厌氧生物处理厌氧处理工艺，它克服了传统 的水力停留时间长、有机负荷低等特点，使之在理论和 实践上有了很大进步，使它在处理高浓度有机废水方 面取得了良好的效果，具有能耗少、操作简单、运行费 用低、污泥产率低和可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。但 厌氧处理不能有效去除氨氮，且出水的C O D ＆浓度较 高，不宜直接排放，一般需要进行后续处理。近年来， 开发的厌氧生物处理法有厌氧生物滤池、厌氧接触 法、上流式厌氧污泥床及分段厌氧消化等。 2 ．1 ．2 好氧生物处理好氧生物处理在废水处理技 术中比较成熟，主要有活性污泥法、氧化沟、好氧稳定 塘、生物转盘、反硝化与硝化法等，好氧处理能有效地 降低B O D ，、C O D D 和氨氮，还可以去除一些污染物质 如铁、锰等金属。好氧生物处理时有机物转化成污泥 的比例与污泥负荷有关，对于垃圾渗滤液而言，由于其 水质成份复杂、B O D ，和C O D 。。浓度高、金属含量较高、 水质水量变化大、氨氮的含量较高，微生物营养元素比 例失衡等因素，单纯的传统好氧生物处理工艺用于渗 滤液处理难度较大，出水水质难以达到要求。 硝化和反硝化生物处理技术在渗滤液处理中得到 越来越多的应用，通过硝化与反硝化工艺可以有效去 除C O D 。。、B O D ，和N H ，．N 。前置反硝化可以降低需氧 量和有机物用量，同时可以减少场地并增强处理效果， 可以作为整个渗滤液处理工艺的预处理部分。 2 ．2 物化处理法 物化法通常主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分 离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、汽提及湿 式氧化法等多种方法。和生物处理相比，物化法不受 水质水量的影响，出水水质比较稳定，尤其对B ／C 比 较低 0 ．0 7 ～0 ．2 0 、难以生物处理的垃圾渗滤液，有 较好的处理效果。物化法过去只用在处理填埋时间较 长的单元中排出的渗滤液，而今随着渗滤液控制排放 标准的日益严格，物化法也用来处理新鲜的渗滤液。 2 ．2 ．1 氧化法氧化法具有使用范围广，处理效率 高，很少有二次污染等特点，主要有光催化氧化法，湿 式催化氧化法，超临界氧化法，电催化氧化法，化学催 化氧化法等氧化技术。目前对于垃圾渗滤液的处理， 应用较多的是光催化氧化和化学催化氧化法。该方法 不适用于单独处理渗滤液，一般用在生物预处理之后。 原理为通过投加氧化剂或催化剂，来氧化去除那些不 能被生物降解或难以降解的C O D 。，和部分的有毒有害 物质。 1 光催化氧化技术。利用紫外光灯辐射的紫外 线，在催化剂的作用下，加快光化学反应，因为该方法 易于操作，在污水处理中得到广泛的应用。其机理是 当光敏化半导体 催化剂 吸收的光能高于其禁带宽 度的能量时会激发产生自由电子和空穴，空穴与水、电 子与溶解氧反应，分别产生O H 和O 卜，由于O H 和0 2 一都具有强氧化性，因而促进了有机物的降解。 C h o a 旧1 等采用T i O 为催化剂处理垃圾渗滤液。酸性 条件下，阻碍光催化氧化反应的无机物浓度较低，光催 化去除效果相对较好。但要很好地去除氨氮，光催化 反应最好在碱性条件下进行。 2 化学催化氧化法。在催化剂存在的条件下，利 用氧化剂的强氧化性，在常温常压下催化降解有机污 染物质，在降解C O D 的过程中，打断有机分子中的双 键发色团，如偶氮基、硝基、硫化羰基等，达到彻底脱色 的目的，同时有效提高B O D ，／C O D 的值帕J 。C h e d l yT i z a o u i r 刊研究较多的氧化剂有二氧化氯、双氧水、臭氧 等，针对垃圾渗滤液原水的实验表明，应用臭氧和双氧 水可以大大降解水中的有机物，可生化性能够从0 ．1 提高到0 ．7 。 2 ．2 ．2 混凝沉淀法混凝沉淀法是化学沉淀法中最重 要的一种方法，主要对污水进行预处理，降低垃圾渗滤液 的悬浮物、氨氮以及有机物胶体，提高原水的可生化性。 同时也可用在经过生物处理后的渗滤液，絮凝和沉降去 除那些难生物降解的C O D 阶重金属和聚合物等。 1 混凝沉淀法去除氨氮。尚爱安等旧1 研究发现， 在投加药剂M g N P 摩尔比为1 1 0 ．7 ，p H 9 ～9 ．5 的条件下，垃圾渗滤液氨氮的去除率在7 0 ％左右， C O D o 的去除率为1 0 ％～2 0 ％，而难降解有机物的去 除率达到了4 0 ％～5 0 ％。赵庆良等∽1 探讨了采用 M g C l 2 H 2 0 和N a H P 0 4 1 2 H 2 0 或M g O 和H 3 P 0 4 使 N H ；一N 生成磷酸铵镁的化学沉淀去除法，实验结果表 明，当渗滤液中投力H M g C l H O 和N a H P O 。1 2 H O ， 而使M 9 2 N H ；P O i 一的比例为1 1 1 时，在最佳p H 值为8 ．5 ～9 ．0 的条件下原渗滤液中的氨氮可以由 56 1 8m g ／L 降低到6 5m g ／L 。M A P 形成的晶粒大小与 万方数据 4 1 4 矿冶工程第3 2 卷 沉淀时间有关。1 ⋯，通常沉淀1m i n ，其晶粒长0 ．1m m 。 沉淀6 0r a i n ，晶粒长0 ，8m m ，沉淀3h 则晶粒长3m m 。 沉淀粒子大，沉淀效果越好。采用M A P 方法能够去除 水中的M 9 2 和一部分N H 4 ，M g N H 。P O 。6 H 2 0 ，有很 好的混凝作用，在形成沉淀的过程中，还可以吸附一部 分盐分、金属离子、S S 以及难生化降解的有机物，发生 共沉淀作用，可以改善渗滤液的可生化性，降低下一阶 段生化系统的有机负荷，有利于下一步生化系统的微 生物降解。但是M A P 沉淀对原水中的有机物胶体并 没有去除。 2 混凝沉淀去除有机物胶体。渗滤液呈黑棕色， 浊度很高，反映出其所含胶体物质比例很高，无机胶体 一般含有惰性矿物粒子，例如砂、淤泥、粘土和尘埃；有 机胶体一般是来自活的细菌、病毒、噬菌体、生物的细 胞质碎片和来自化工厂、食品工业的各种物质。 采用易操作、较为经济的混凝沉淀法作为垃圾渗 滤液的预处理法，去除渗滤液中浊度和C O D ∽在技术 和经济上都非常实际。目前采用的混凝剂主要有聚合 硫酸铁 P F S ⋯o 和聚合硫酸铝 P A S 0 1 2 ] 。H a m i d i A b d u lA z i z 等副通过比较硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁 和硫酸铁对垃圾渗滤液的混凝效果，最终得出三氯化 铁是效果最好的，在p H 4 ，投加量为8 0 0r ．g ／L 时，色 度去除率为9 4 ％，C O D 和浊度也有大量的去除。张春 晖等H 4o 应用复合碱式氯化铝对渗滤液进行预处理，当 聚硫氯化铁铝的投加量在1 5 0 2 0 0m g ／L ，p H 值在5 左右，沉降时问4 0 ～5 0r a i n 的条件下，混凝效果最佳， 浊度的去除率可达到9 0 ％，C O D n 去除率可达4 0 ％。 絮凝沉淀工艺的不足之处是会产生大量的化学污 泥、含盐量高、氨氮的去除率较低等，所以絮凝沉淀工 艺在选用时要慎重考虑。 2 ．2 ．3活性炭吸附法活性炭是常用的吸附剂，具有 发达的空隙结构、巨大的比表面积和各种活性基团。 活性炭对绝大多数有机物的吸附都有效，但活性炭中 很多微孔孔径太小，对大分子有机物的吸附效果不是 很好，且容易堵塞，再生困难。R i v a s 等副研究了多种 活性炭对老龄渗滤液的吸附，运用各种吸附模型对吸 附数据进行拟合，并研究了吸附动力学，指出吸附动力 学满足修改后的一级L a g e r g r e n 方程，但对C O D 去除 效果不好。R o d r g u e z 等。1 钊等对进水C O D 为13 0 0 m e ／L 的渗滤液用颗粒活性炭吸附处理，C O D 的去处率 可以达到8 5 ％。该方法一般用于对出水要求极高的 后续处理，但会导致运行费用增加，再生重复使用过的 活性炭，成为固体废物，造成二次污染。 2 ．2 ．4 膜处理技术近年来，许多新技术应用于垃圾 渗滤液处理，取得了迅速的发展。其中发展最成功和 目前应用趋势最好的一类是膜技术的应用，包括超滤、 纳滤和反渗透以及碟管式反渗透等，采用膜技术其优 点是出水水质较好，可以达到较高的排放要求。 1 碟管式反渗透技术。碟管式反渗透 D T R O 是一种新型的反渗透处理技术，分为碟管式反渗透 D T R O 和碟管式纳滤 D T N F 两大类。该反渗透技 术的主体是一种称为盘式膜组件 D T R O 的膜产品， 是用于渗滤液处理的新型膜分离组件，该膜组件构造 与传统的卷式膜截然不同，膜柱是通过两端都有螺纹 的不锈钢管将一组导流盘与反渗透膜紧密集结成筒状 而成的，碟管式膜组的优良性能依赖于品质优良的反 渗透膜片和导流盘。导流盘表面有一定方式排列的凸 点，使处理液形成湍流，增加透过速率和自清洗功能。 导流盘将膜片夹在中间，使处理液快速切向流过膜片 表面。在分离过程中，即使是浊度和S D I 指数均增高 的情况下，也能经济、有效的运行。 盘式D T 分离膜组件技术和常见的卷式膜分离组 件相比，其耐高压、抗污染的特点十分明显，它有如下 优点预处理要求低，进水S D I 可达到2 0 以上；开放式 流道避免了物理堵塞；有效克服浓差极化，最低程度的 污染和结垢；清洗频率低，回收率 出水率／回收率 高；膜寿命长，由于有效克服污染及浓差极化，寿命可 以达到5 年甚至更长；膜片更换费用低，膜片可单独更 换；维护简单，只需扭矩板手即可实现现场维护，膜片 更换无需返回工厂；系统采用集成一体式模块化设计； 具有多种安装方式可选室内安装、集装箱式安装、移 动车箱内安装等。 目前，碟管式反渗透技术已在垃圾渗滤液处理中 得到较为广泛的应用，深圳市宝安区老虎坑垃圾卫生 填埋场采用的是M B R 单级D T R O ／N F 工艺，即生化 处理部分采用M B R 工艺，深度处理采用碟管式纳滤和 碟管式反渗透相结合的处理工艺，原水处理量为 3 9 3 ．6 5m 3 ／d ，原水电导率为1 50 0 0 2 00 0 0L S ／c m 时，系统网收率为8 1 ．3 ％，渗滤液处理系统的实际出 水水质良好，达到渗滤液排放一级标准。 2 膜生物反应器技术。近年来，膜生物反应器 M B R 技术在垃圾渗滤液的处理中显示出强劲的市 场竞争力，该方法是将微滤、超滤或纳滤与活性污泥生 物处理组合应用，利用反应器内的硝化细菌将水中的 氨氮转化，去除异味，同时利用好氧微生物降解水中的 有机污染物质，最后，通过膜进行高效固液分离。膜生 物反应器包括三类膜曝气生物反应器 M e m b r a n e A e r a t i o nB i o r e a c t o r ，M A B R 、膜萃取生物反应器 E x ． 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月肖娟等垃圾渗滤液的特性及主要处理技术 4 1 5 t r a c t i v e M e m b r a n eB i o r e a c t o r ，E M B R 、膜分离生物反应 器 B i o m a s s M e m b r a n eB i o r e a c t o r ，B S M B R ，M B R o 膜分 离生物反应器是上述3 种反应器中研究和应用最广泛 的，其它两种反应器还处于实验室研究阶段，应用的很 少。季民等研究发现U A S B M B R 的串联工艺对处理 垃圾渗滤液效果明显，处理水质达到生活垃圾填埋 污染控制标准的一级标准。但由于膜分离技术包括 R O 反渗透 ，U F 超滤 ，M F 微滤 ，E D 电渗析 和 N F 纳滤 等，它们的膜压差、过滤孔径、截留分子大 小、膜结构等都存在差异，所以应用时要根据处理水样 的特点选择适宜的工艺组合。但进行膜处理前，需要 良好的预处理，否则，膜极容易被污染和堵塞，处理效 率急剧下降，所以必须对膜进行定期清洗。虽然膜技 术在近年来得到广泛的应用，但是由于其极高的费用， 现阶段我国还不可能将其广泛地应用于垃圾渗滤液的 处理。 3 结语 对渗滤液处理方法虽然较多，但是不同的方法都各 自存在着一些缺陷。寻求一种最佳处理工艺或者将不 同工艺进行组合不失为处理渗滤液的一条可行之路。 国内采用厌氧．好氧工艺处理渗滤液较多，目前国 家对渗滤液污染的严格控制，并且颁布新的渗滤液排放 标准。在选择生物处理工艺时，必须详细测定渗滤液的 成分，分析其特点，通过小试或中试来获得组合处理工 艺，才能达标排放。用生物法进行前期处理，膜处理进 行后期处理，利用生物法配合目前先进的膜处理组合工 艺是目前和今后渗滤液处理研究的一个主要方向。 参考文献 [ 1 ]蒋海涛，周恭明，高廷耀．城市垃圾填埋场渗滤液的水质特性 [ J ] ．环境保护科学，2 0 0 2 ，2 8 1 1 1 1 1 1 3 ． 杨志泉，周少奇．广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测 分析[ J ] ．化工学报，2 0 0 5 ，1 1 5 6 ． S u n g P i l l C h o a ，S u n g C h a n g H o n g ，S u k I n H o n g ．P h o t o c a t H y t i c d e g r a d a t i o no ft h el a n d f i l ll e a c h a t ec o n t a i n i n gr e f r a c t o r y m a t t e rs a n d n i t r o g e n c o m p o u n d s [ J ] ．A p p l i e dC a t a l y s i sB E n v i r o n m e n t a ，2 0 0 2 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