物化-生物組合工藝處理垃圾填埋場與焚燒廠滲濾液研究.pdf

1、在中國,城市生活垃圾正在以每年約10％的增長率增長,其處理正在成為中國社會的一個巨大的難題。生活垃圾所含材料多種多樣。目前,城市生活垃圾的主要處理方法是焚燒和填埋。填埋后,城市生活垃圾經(jīng)歷了物化和生物的反應(yīng)。因此,垃圾中有機(jī)成分的降解以及雨水滲濾導(dǎo)致了一種叫做“滲濾液”的高濃度污染液體的產(chǎn)生。因?yàn)橹袊某鞘猩罾艽笠徊糠质歉咚趾康氖澄锢?所以城市生活垃圾焚燒廠的設(shè)計使生活垃圾在廢物坑中停留數(shù)天以便于滲濾液在燃燒前排出。不管是產(chǎn)

2、生于填埋場還是焚化廠,這兩種滲濾液的共同特征是:高濃度有污染機(jī)物(化學(xué)需氧量COD)、氨氮、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、重金屬和其他有毒有害污染物。因此,滲濾液中污染物濃度高、數(shù)量和質(zhì)量變化大,這將污染周圍環(huán)境,應(yīng)在排入污水管或直接排入表面水體之前進(jìn)行處理,使之符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
　　 一般而言,適合的滲濾液處理方法主要是基于所處理滲濾液的具體特點(diǎn)。滲濾液的處理方法有物理、化學(xué)和生物方法。生物難降解的污染物,主要存在于時間較長的滲濾

3、液中,該污染物并不適用于傳統(tǒng)的生物處理,而且高氨氮濃度也可能會抑制活性污泥微生物。在最近的幾十年里,為有效處理滲濾液以滿足地方排放標(biāo)準(zhǔn),往往需要物理、化學(xué)和生物方法相結(jié)合。因?yàn)橛眠@些方法中任何單獨(dú)一個很難達(dá)到滿意的處理效果。
　　 重慶市生活垃圾量達(dá)到了約7500 ton/day,其中大部分垃圾都是在兩個現(xiàn)代化的垃圾處理廠處理的,分別是長生橋(CSQ)城市生活垃圾填埋場和同興(TX)城市生活垃圾焚化廠。長生橋填埋場和同興焚化廠的

4、平均滲濾液產(chǎn)生量分別為500m3/d和200m3/d。在本研究中,這兩種滲濾液均被表征并應(yīng)用于一個組合工藝流程中進(jìn)行處理,并確定每個流程最佳的工藝參數(shù)。通過監(jiān)測有機(jī)物和氨氮的去除率來評價工藝的處理效果。
　　 采集和分析長生橋滲濾液樣品,并研究滲濾液特性的主要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此滲濾液pH值在7.90到8.47之間,可推斷該滲濾液與分解產(chǎn)甲烷階段相對應(yīng)。COD、BOD5、NH3-N、TOC、SS和VFA濃度值分別為4000-50

5、00 mg/L,374-1436 mg/L,1330-1500 mg/L,831-946 mg/L,812-979 mg/L和384-782mg/L。因此,測定結(jié)果表明滲濾液污染物濃度很高。該滲濾液的BOD5/COD的值介于0.09到0.22之間,這表明原滲濾液可生化降解性低。而且,分子量大于100kDa的大分子是長生橋老滲濾液的重要組成,占24.5％,其中往往有高濃度的腐殖質(zhì)(難降解有機(jī)物)。因此,長生橋滲濾液與老滲濾液有此相同的特點(diǎn)

6、,所以生物處理步適應(yīng)于處理此種垃圾滲濾液。因此,生物處理之前應(yīng)采用物化處理以去除腐殖質(zhì),提高可生化降解性。
　　 在本研究中,研究物化-生物組合工藝去除長生橋垃圾滲濾液中污染物(COD和氨氮),使最終出水水質(zhì)滿足中國垃圾填埋污染國家標(biāo)準(zhǔn)(GB16889-2008)。因此,基于此設(shè)計并運(yùn)行了一個實(shí)驗(yàn)室尺度的吹脫、Fenton法、SBR法、混凝和納濾組合工藝,以處理長生橋垃圾滲濾液,其初始COD濃度為4560mg/L,氨氮濃度為15

7、00 mg/L和BOD5濃度為933 mg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在pH=10.5,NaOH濃度為17500 mg/L,空氣流量為12.5 L/min,曝氣時間為23hr的情況下,吹脫能夠有效去除96.7％的氨。吹脫的作用是以75％的比率將分子量大于100kDa的大分子分解為分子量在10-50 kDa和50-100 kDa的小分子。此外,吹脫分子量為4-10kDa的有機(jī)物,由于與氣泡的粘附,COD去除率超過60％。Fenton法在最佳條件下

8、進(jìn)行(pH=4.0,Fe2+濃度為0.08 mol/L,H202/Fe2+=10,反應(yīng)時間為20分鐘),COD去除率達(dá)到了65.1％,生物降解性(BOD5/COD)從0.18增至0.38。當(dāng)有機(jī)物的分子量主要在2-4 kDa,10-50 kDa,50-100 kDa和＞100kDa時,Fenton法具有較高的效率,COD去除率可超過75％。因此,Fenton法能夠有效去除分子量適中和較高的可溶性有機(jī)物。此后,經(jīng)Fenton法處理后的污水

9、與原污水以1:3的比例混合,然后進(jìn)入SBR反應(yīng)器。在曝氣時間為11小時,溶解氧為4mg/L的最佳參數(shù)條件下,SBR工藝中BOD5去除率高達(dá)82.4％,COD去除率達(dá)到了61.2％。當(dāng)有機(jī)物分子量小于2kDa時,SBR工藝具有較高效率,COD去除率超過了70％。因此,SBR法能有效去除超低分子量的可溶性有機(jī)物。在混凝過程中,pH=5.0時,最佳的混凝劑(Fe2(SO4)3)的劑量是800 mg/L,它能將COD降至381 mg/L。當(dāng)有機(jī)

10、物分子量＞4 kDa時,混凝有效,且COD去除率超過45％。因此,混凝能夠有效去除水中的可溶性有機(jī)物,防止膜污染。納濾膜作為滲濾液處理的最后一步以完善水質(zhì)。在pH=8,壓力為0.5 MPa,溫度為20℃的最佳條件下,COD的有效去除率達(dá)到了81.1％,BOD5達(dá)到了79.8％。在有機(jī)物分子量＜2 kDa、2-4 kDa、50-100 kDa和＞100 kDa時,納濾具有較高效率,COD去除率超過了75％。納濾對可溶性有機(jī)物去除效果良好。

11、最終的出水水質(zhì),COD≤72 mg/L、BOD5≤23 mg/L、NH3-N≤10 mg/L,達(dá)到了中國垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)一級標(biāo)準(zhǔn)(GB16889-2008),這種組合處理方法(吹脫-Fenton法-SBR-混凝-納濾)的運(yùn)作成本大約為23.63元/噸。
　　 采集并分析同興的滲濾液樣品,研究垃圾滲濾液的主要物化參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該滲濾液pH值相對較低,在5.59-6.10之間,可以推斷,該滲濾液對應(yīng)于酸性分解階段。其COD

12、、BOD5、NH3-N、TOC、SS和VFA的濃度值分別為54600-67600、27800-32400、1230-1770、14800-16100、6820-7930、12100-15700 mg/L。由此可知,該滲濾液污染物濃度很高。滲濾液的BOD5/COD值介于0.51-0.54之間,這表明該滲濾液可生化降解性很好。因此,同興的滲濾液具有新鮮滲濾液的特征,故可以采用生物處理作為其處理的主要工藝。首先,滲濾液用污水稀釋,以減少抑制性

13、化合物的濃度。生物處理流程中滲濾液與污水的最佳混合比例為1:6。這樣,進(jìn)水特性如下:pH=6.5-8.0、COD=9870-12340 mg/L、BOD5=5210-6130 mg/L、NH3-N=540-685 mg/L。稀釋后的滲濾液主要是由分子量小于2kDa的有機(jī)物和少數(shù)的大分子化合物組成。
　　 在本研究中,考察物化與生物組合工藝去除同興焚燒廠垃圾滲濾液中污染物(COD和氨氮),使最終出水水質(zhì)達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8

14、978-1996)。因此,設(shè)計并運(yùn)作了一個實(shí)驗(yàn)室尺度的厭氧、好氧、混凝和納濾工藝相組合的處理流程處理該滲濾液廢水,該滲濾液初始COD為10180 mg/L,NH3-N為654mg/L,BOD5為5395 mg/L。厭氧反應(yīng)器去除有機(jī)物更有效,在反應(yīng)時間為20h,水力停留時間為4d的最佳條件下,COD、BOD5和NH3-N的去除率分別為62.0％、49.2％和49.5％。對于分子量為2-10 kDa的有機(jī)物,厭氧處理具有較高效率,COD去

15、除率超過79％。而由于小分子量有機(jī)物與其他物質(zhì)的累積形成了大分子有機(jī)物,使分子量大于50 kDa的有機(jī)物濃度增加。好氧反應(yīng)器去除有機(jī)物質(zhì)和氨氮更有效,在曝氣時間為14 hr,溶解氧為4 mg/L的最佳條件下,COD、BOD5和NH3-N的去除率分別為94.0％、96.9％和89.4％。對于所有的可溶性有機(jī)物,好氧處理達(dá)到了良好的COD去除效率。對于分子量小于2 kDa的可溶性有機(jī)物,最高去除效率達(dá)到98.2％,對于分子量為2-4 kDa

16、的可溶性有機(jī)物,最低去除率為76.3％。化學(xué)混凝對于去除膠體粒子很有益。在pH=5,Fe2(SO4)3濃度為600mg/L的最佳混凝條件下,COD去除率達(dá)40.0％,NH3-N去除率為37.1％。除了那些分子量大于2 kDa的有機(jī)物外,混凝對于所有的可溶性有機(jī)物具有較好的效果,COD去除率超過45％。因此,混凝能有效去除滲濾液中的可溶性有機(jī)物。納濾膜作為滲濾液處理的最后一步以進(jìn)一步提高出水水質(zhì),在pH=6,壓力為0.4 MPa,溫度為2

17、0℃的最佳條件下,COD去除效率達(dá)到72.5％,BOD5去除率達(dá)到了55.6％。納濾膜主要對于分子量＜2 kDa、50-100 kDa和＞100 kDa的有機(jī)物有效,COD去除率可超過75％,而對于分子量＜2 kDa、50-100 kDa和＞100 kDa的有機(jī)物,COD去除率很低(＜15％)。由此,納濾膜對于可溶性有機(jī)物去除效果很好。最終出水水質(zhì),COD≤38 mg/L,BOD5≤12 mg/L,NH3-N≤8 mg/L,符合中國污水

18、排放標(biāo)準(zhǔn)一級標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)。這種組合處理工藝(厭氧-好氧-混凝-納濾)的運(yùn)行費(fèi)用大約為17.72元/噸。
　　 綜上所述,這兩種組合工藝能夠有效降低垃圾滲濾液中的污染物濃度。經(jīng)處理后的最終出水可以直接排入水體,并不影響水生生態(tài)環(huán)境的健康,或者可以考慮作為非飲用水使用。據(jù)觀察,與其他國家相似的組合工藝相比,這兩種滲濾液的工藝顯示出了較高的處理水平。還可以斷定,這兩種處理方法是有效的,并且,與應(yīng)用于中國的其他滲濾液處