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[材料工程学] 垃圾渗滤液的处理技术及研究方向

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发表于 2014-5-4 10:10:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
  【关键词】技术,处理,垃圾,生物,氧化,有机,

随着我国经济的增长,城市化进程的加快,城市垃圾也随之增多。近年来,我国兴建了一批垃圾填埋场,改变了长期以来对垃圾的无控制处置的状况。然而垃圾填埋后产生的垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,如不妥善处理,对周围的环境造成严重的污染。为此,垃圾渗滤液的处理问题又摆在了人们的面前。合理、有效地处理垃圾渗滤液非常重要。
  
  2.垃圾渗滤液的处理方法
  
  对渗滤液的处理,不仅要考虑工艺方法对渗滤液的处理效果,而且要考虑工艺对水质、水量变化的适应性。渗滤液的处理一般包括物理化学法和生物处理法。
  2.1生物法
  生物法分为好氧生物处理法、厌氧生物处理法、厌氧-好氧结合法、土地处理法等。BOD5/COD一般在0.4-0.75,采用生物处理可达到良好的去除效果。但随着填埋时间的增长,垃圾层日趋稳定,易降解的小分子有机物浓度不断降低,难降解的大分子有机物逐步占有优势,其BOD5/COD值甚至可低于0.1,可生化性变差,这表明生物法处理垃圾渗滤液的效率随填埋年龄的增加越来越低。
  2.1.1好氧处理法
  好氧处理包括活性污泥法、生物膜法、氧化沟、生物塘、生物转盘和滴滤池等。生物膜法和活性污泥法在污水处理中应用广泛,活性污泥法因其运行费用低,效率高而得到广泛的应用。美国和德国的几个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,可以获得令人满意的垃圾渗滤液处理效果。Kaenan报导用活性污泥法能去除渗滤液中99%的 BOD5。Pirbazari等人对众多实际运行的垃圾渗滤液处理系统调查后发现,活性污泥法比其它好氧法处理效果更佳,但活行污泥法处理垃圾渗滤液的效果受温度影响较大。
  与活性污泥法相比,生物膜法具有对水量、水质冲击负荷适应能力强等优点,而且生物膜上能生长世代较长的微生物,如硝化菌之类,能有较好的消化能力。C.Peddie等用直径0.9m的生物转盘处理COD小于1000mg/L、NH3-N小于50mg/L的渗滤液,其出水BOD5小于25mg/L、NH3-N小于0.1mg/L。与活性污泥相比,曝气氧化塘体积大,有机负荷低,尽管降解速度慢,但由于其工艺简单,在土地允许的条件下,是最省钱的垃圾渗滤液好氧处理方法。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小式规模的研究表明,采用曝气氧化塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。总的来说,好氧处理法可有效地降低BOD5、COD和氨氮,还可去除铁、锰等金属,是应用广泛的处理方法。
  2.1.2厌氧生物处理
  厌氧生物处理的应用已有近百年的历史。处理的方式主要有厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧硝化等。但直到近20年来,随着微生物学、生物化学等学科发展和工程实践的积累,不断开发出新的厌氧处理工艺,克服了传统工艺的水力停留时间长,有机负荷低等特点,使它在理论和实践上有了很大进步,在处理高浓度有机废水方面取得了良好效果。而且能耗少,操作简单,投资及运行费用低廉,而且由于产生的剩余污泥量少,所需的营养物质也少。
  2.1.3厌氧-好氧结合法
  厌氧法适用于处理污染物浓度较高的废水,但出水水质达不到排放标准,因而常将厌氧与好氧系统组合起来。实践证明,对高浓度的垃圾渗滤液,厌氧与好氧结合法是经济高效的处理工艺。邹莲花等人报导了采用厌氧-吹脱-好氧-混凝沉淀流程处理深圳市玉龙坑生活垃圾填埋场渗滤液,当渗滤液COD为25000mg/L、BOD5为15000mg/L、NH3-N为1000mg/L时,出水各项指标都能达标。
  2.1.4 土地处理法
  土地处理主要通过土壤颗粒的过滤,离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮固体和溶解成分。利用土壤微生物(好氧性微生物和厌氧性微生物)作用使渗滤液中的有机物和氮发生转化,通过蒸发作用减少渗滤液的水量。对其去除机理,唐家富等作了土壤净化试验研究。目前用于渗滤液处理的土地法主要是回灌法和人工湿地。回灌法是将不经过任何处理的渗滤液用泵直接回喷到填埋层表面,借助填埋场覆土层的生物降解、物理化学作用等达到净化水质的目的,同时依靠土壤表面的蒸发和表层植被的蒸腾作用,削减渗滤液水量。回灌减轻了污染物的溶出负荷,加快了污染物的溶出过程,减轻了对环境潜在的污染。同时渗滤液回灌使渗滤液水质得到均化,减轻了渗滤液处理设施的冲击负荷,有利于提高处理效果。因此渗滤液回灌是一种值得推广的填埋场管理方法。卢成洪等对回灌法处理垃圾填埋场渗滤液的依据、工艺流程、技术参数均作了阐述。唐山市垃圾填埋场和贵阳高雁城市城市生活垃圾卫生填埋场也用回灌法来处理垃圾渗滤液。人工湿地是近几年才出现的一种新的土地处理工艺。
  2.2物理化学法
  物化法主要有化学沉淀、膜法(包括微滤,超滤、反渗透等)、吸附法、化学氧化、光电催化氧化等方法。
  2.2.1化学沉淀法
  该法是从液态连续介质中分离出呈分散状态的颗粒杂质的重要手段。混凝过程包括混合、凝聚、絮凝等几种作用。其主要原理是通过向水中投加混凝剂和絮凝剂,使其中颗粒杂质脱稳并絮凝成较大的絮凝体,继而通过沉降、上浮、过滤等过程进行分离。常用的混凝剂主要有铝盐、铁盐等。
  化学沉淀对于去除重金属离子是比较有效的,但该法对于去除渗滤液中的其它有机污染物的效果不好,处理后废水的CODCr仍然远远高于有关的排放标准。因此,该法不能作为单一工艺来处理垃圾渗滤液,同时沉淀物的后处理仍将是一个问题。
  2.2.2膜法
  也称膜分离技术,是利用特殊的薄膜对水中的成分进行选择性分离,包括电渗析、扩散渗析、反渗透、超滤和液体膜渗析等分离技术。膜分离是利用某些膜的半渗透性进行溶质与水的分离,半透膜只允许水和某些溶质透过,而其它溶质及颗粒物均无法通过,与传统的简单过滤相比,超滤和反渗透有所不同。砂滤及超微滤可截留分子量10000-100000 g/mol以上的分子,反渗透则可截留摩尔质量在几十g/mol以上的离子和分子。由于截留物质大大增加,超滤与反渗透一般是在简单过滤预处理之后进行。
  膜分离污染物的效果是显而易见,经分离后的出水能够达到国家相应的排放标准,该法能连续操作,机械化程度高,易于管理,水质的不稳定性对膜处理效果的影响较小。但该技术在国内至今不能被应用欲实际工程,究其原因为膜材料成本高,且膜在处理这种受污染较严重的水体时,膜极易被污染,较难清洗,难以再次利用。开发一种成本低廉的膜产品以及相应的膜清洗技术对该法的实际工程应用价值的提高具有深远意义。
  2.2.3吸附法
  吸附处理中常用的吸附剂是活性炭。活性炭对水中苯类化学物、酚类化学物等许多有机物有较强的吸附作用,对分子直径在10-8-10-5cm或分子量在400以下的低分子溶解性有机物的吸附性好,对极性强的低分子化学物及腐质酸类高分子有机物的吸附能力差,此外,活性炭对一些重金属氧化物有较强的吸附能力。活性炭吸附具有装置简单,对水质、水量变化适应性强等特点。J.Fettig等人对活性炭吸附预处理垃圾渗滤液进行了研究。
  2.2.4化学氧化法
  化学氧化法是利用氧化还原反应改变水中的有毒、有害物质的化学性状,使其达到无害化的一种处理方法。化学氧化可用于脱色、去除重金属、酚、氰和有机化合物的降解及消毒、除澡等。氯气、臭氧、双氧水、高锰酸钾等通常被用作氧化剂。化学氧化法应用于垃圾渗滤液的处理中主要效果在于除臭和脱硫,COD去除率通常在20-50%之间。但可以大大提高了渗滤液的可生化性。

  2.2.5光、电催化氧化法
  光、电催化氧化法是近年发展起来的一种污(废)水处理新技术。
  弓晓峰等人在利用紫外光氧化法深度处理垃圾渗滤液的研究中发现,当pH=3时对COD的去除率最高,也即在酸性条件下Fenton试剂光照处理渗滤液的效果最好。黄本生等人将ZnO/TiO2复合半导体催化剂用于垃圾渗滤液的深度处理,出水水质达到了国家排放标准。
  光、电催化氧化反应同样存在运行费用高这一缺点,欲采用该方法处理渗滤液,其首要问题是提高电流的利用率,所以选择优良的电极材料以及设计电子—空穴产率高的光、电催化反应器已经成为该法处理渗滤液的两大主要研究方向。
  2.2.6蒸发法
  垃圾渗滤液蒸发处理时,水从渗滤液中沸出,污染物残留在浓缩液中。所有重金属和无机物以及大部分有机物的挥发性均比水弱,因此会保留在浓缩液中,只有部分挥发性烃、挥发性有机酸和氨等污染物会进入蒸汽,最终存在与冷凝液中。蒸发处理工艺可把渗滤液浓缩到不足原液体积的2%-10%。与其他处理不同,蒸发对水质变化的影响不大,但pH是蒸发的重要影响因素,pH影响渗滤液中挥发性有机酸和氨的离解状态,从而改变它们的挥发程度,另外,酸性条件对蒸发器金属材料腐蚀性较强。
  3研究方向
  
  根据渗滤液处理存在的问题,目前我国垃圾渗滤液处理工艺的关键主要集中在以下两个方面:高浓度氨氮处理技术和渗滤液深度处理技术。
  3.1高浓度氨氮处理技术
  高浓度氨氮处理技术,目前应用较多的主要有氨吹脱和生物脱氨技术。氨吹脱技术大多用空气为吹脱介质,低效率的吹脱设备吹脱的方式。因此,新型高效吹脱装置的开发,脱氨尾气的妥善处理成为了今后研究的方向。
  除了氨吹脱的方法脱氨以外,生物脱氮也是一种经济、有效的脱氨方式。Mavinic D.S.等人的研究表明,在外加碳源的条件下,采用前置反硝化的MLE工艺处理高氨氮渗滤液时,试验取得了较好的结果,并在研究中提出了厌氧氨氧化去除氨氮的概念。这些技术如果能在渗滤液中应用成功,将可以提高生物脱氮的能力。
  3.2渗滤液深度处理技术
  对于"老化"的渗滤液,由于生物处理基本无效,因此,必须采用以物化为主的深度处理技术处理。深度处理技术一般有深度氧化法,如臭氧氧化、臭氧+光催化氧化、臭氧催化氧化,以及膜处理技术等。
  深度氧化技术的研究主要集中在高效反应器的研制,以提高单位能耗的处理效率,降低反应的能量输入,找出适合中国国情的渗滤液深度处理技术,使渗滤液达到相应排放标准。
  
  4 结束语
  
  由于高级的处理技术意味着较高的投资和运行费用,如何找到一种廉价的处理方式,成为人们关注的问题。人工湿地处理技术由于具有建设和运行成本低、设备简单、易于维护等优点,用该技术处理渗滤液在近几年得到了一定应用。
  人工湿地系统对于处理"老化"渗滤液具有较好的效果,因此也可作为渗滤液深度处理的方法,对于有地方建造湿地的填埋场应予以推广。另外对于封场后的垃圾填埋场的渗滤液也可采用人工湿地的处理方式。这是由于封场后的填埋场一般需在其表面覆盖粘土和营养土,并种上绿化植物,以防止雨水的侵入和填埋气体的扩散。如果将绿化植物改为芦苇等植物,并做好渗滤液的收集排放设施,这样不但可以利用闲置的土地大幅度降低渗滤液的处理成本,还可以取得良好的处理效果。
  
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