垃圾滲濾液概述
摘要:針對垃圾滲濾液的危害及處理難題,介紹了近年來國內(nèi)在垃圾滲濾液處理方面較為廣泛應用的工藝技術,物化處理、生化處理、膜深度處理及其組合工藝等,并對組合工藝對不同滲濾液的處理進行了具體分析。提出了目前垃圾滲濾液需要解決的問題及研究方向。
一、垃圾滲濾液的種類
在生活垃圾收集和處理處置的過程中,因壓實、發(fā)酵等物理、生物及化學作用會產(chǎn)生垃圾滲濾液。產(chǎn)生的地點包括垃圾收集點、轉(zhuǎn)運站、焚燒發(fā)電廠和衛(wèi)生填埋場等[1]。因此可以把垃圾滲濾液按其產(chǎn)生來源分為四類:垃圾填埋場滲濾液;垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液;垃圾轉(zhuǎn)運站滲濾液;廚余(餐廚)沼液。其中,生活垃圾填埋場滲濾液按填埋時間和水質(zhì)特點,有可分為初期滲濾液、中后期滲濾液及封場后滲濾液[2]。
二、垃圾滲濾液水質(zhì)特點
(1)污染物成分復雜
由于垃圾組分復雜,滲濾液中的污染物成分復雜。滲濾液的污染成分包括有機物、無機離子和營養(yǎng)物質(zhì)。其中主要是氨氮和各種溶解態(tài)的離子、重金屬、酚類、可溶性脂肪酸及其他有機污染物。
(2)有機物濃度高
垃圾滲濾液中的BOD5和COD濃度最高可達幾萬毫克每升,且含有大量的難降解有機物,如有機氯化物、芳香族化合物、腐植酸等,導致COD中將近有700mg/L~1500mg/L難以用生物處理的方式去除。對于填埋場滲濾液,BOD/COD隨著垃圾填埋年數(shù)的增加而降低,導致可生化性變差[3]。
(3)氨氮濃度高
垃圾滲濾液中的氨氮和總氮濃度一般都達1000mg/L以上,對于填埋場滲濾液,氨氮隨著填埋年數(shù)的增加而增加。
(4)重金屬和鹽分在某些特殊情況下含量高
若原生垃圾中混有大量工業(yè)垃圾(污泥),可能導致滲濾液中重金屬濃度較高;受我國居民生活習慣影響,垃圾滲濾液鹽分含量較高。
三、垃圾滲濾液處理的工藝
3.1 工藝總概述
基于生活垃圾滲濾液的復雜性、高濃度的特點,常規(guī)處理技術和措施包括以下方面。
3.2 生物處理技術
在對COD濃度<5000mg/L的垃圾滲濾液的處理中,以好氧生物處理技術最為適宜[4],諸如:活性污泥法、生物膜法;在對COD濃度>5000mg/L的高濃度垃圾滲濾液的處理中,以厭氧生物處理技術最為適宜,諸如:厭氧生物濾池、厭氧序批式反應器;另外,還有厭氧(缺氧)—好氧生物處理技術,如:高效經(jīng)濟的SBR組合工藝技術。
3.3 物化處理技術
能夠產(chǎn)生具有強氧化能力的羥基自由基(·OH)的深度氧化處理技術,如:臭氧氧化法、光催化氧化法、電化學氧化法、Fenton氧化法;投加無機鹽或高分子物質(zhì)的混凝處理技術以及膜處理技術。
3.4 土地處理技術
回灌技術;人工濕地處理技術等,可作為生活垃圾滲濾液處理的后繼單元。
3.5 組合工藝
3.5.1 垃圾填埋場滲濾液處理工藝
當前主流的“生化處理+膜深度處理”組合工藝[5],該工藝通過強化生化(通常為MBR)工藝去除大部分可降解的有機物,并將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)的氮,再通過膜單元截留去除殘余污染物。該工藝流程圖如下:
3.5.2 垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝
垃圾焚燒廠的滲濾液因為焚燒的工藝不同而存在一定的差別。使用循環(huán)流化床的焚燒廠,其生活垃圾經(jīng)過預處理后直接進入焚燒,一般不對垃圾進行儲存發(fā)酵,因此產(chǎn)生的垃圾滲濾液相對較少;使用爐排爐的焚燒廠,其垃圾貯存坑內(nèi)堆存3-7天,此過程會產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。又因為垃圾焚燒廠一般建于室內(nèi),因此與垃圾填埋場滲濾液不同的,其主要是因為垃圾本身含有的水分、垃圾中易降解成分短期發(fā)酵釋放的水分、垃圾溶出的污染物及隨水流出的細小懸浮物。其水質(zhì)更類似于垃圾填埋場早期產(chǎn)生的滲濾液。
由于焚燒廠產(chǎn)生的滲濾液屬于新鮮的滲濾液,碳氮比適宜生化,目前國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的滲濾液主要采用《生活垃圾滲濾液處理技術規(guī)范》(GJJ150-2010)中推薦的常規(guī)處理工藝,即“厭氧+MBR+納濾/軟化+反滲透”。該工藝流程圖如下:
3.5.3 廚余(餐廚)垃圾
據(jù)統(tǒng)計,目前我國一線城市的廚余(餐廚)垃圾占生活垃圾總量的比列約40%-50%。[6]其中,餐廚類含水率為85%左右,廚余類含水率為75%左右。目前廚余(餐廚)垃圾處理主要采用《生活垃圾滲濾液處理技術規(guī)范》(GJJ150-2010)中推薦的常規(guī)處理工藝,即“預處理+主處理+膜深度處理”。
預處理:應用較多的工藝是氣浮除油、厭氧反應器等。
主處理:主要包括SBR工藝、A/O工藝、MBR工藝等。其中MBR工藝出水水質(zhì)較好、各污染物去除率較高,處理工藝也比較簡單,因此應用最為廣泛。
深度處理:膜深度處理(納濾、反滲透等),高級氧化技術等。
以無錫惠聯(lián)餐廚沼液處理工藝流程圖為例:
3.5.4 垃圾轉(zhuǎn)運站滲濾液特點
垃圾轉(zhuǎn)運站滲濾液的產(chǎn)量由垃圾壓縮裝置、類型、壓縮程度、垃圾的主要組成部分、垃圾密度、氣候變化等因素決定。一般產(chǎn)量為垃圾日轉(zhuǎn)運量的10%,而在雨季,隨著水量和垃圾水分的增加,垃圾轉(zhuǎn)運站滲濾液顯著增加,相應的產(chǎn)量通常為垃圾日轉(zhuǎn)運量的20%[6]。
由于轉(zhuǎn)運站高峰作業(yè)時間一般集中在 2~4h,滲濾液瞬時流量波動較大,因此,滲濾液總體水量小但波動較大。
《生活垃圾轉(zhuǎn)運站技術規(guī)范》CJJ/T47-2016標準規(guī)定:轉(zhuǎn)運作業(yè)過程產(chǎn)生的垃圾水及清洗車輛、設備的生產(chǎn)污水,在獲得有關主管部門同意后可排入臨近市政排水管網(wǎng)集中處理;否則,應將其預處理至達到國家現(xiàn)行標準的要求后再排入臨近市政排水管網(wǎng)或用車輛、管道將垃圾水等輸送到污水處理廠。其工藝流程圖如下:
四、處理的難點
1.積存液滲濾液應急處理:垃圾填埋場中的滲濾液因日常設備處理能力不足,大量積存于池中。積存的的滲濾液具有明顯的可生化性差、鹽分高等特點,如果采用傳統(tǒng)的生化工藝,需要投加大量的碳源、控制溫度等條件來維持運行且建設生化系統(tǒng)時間較長。兩級DTRO因為具有設備集成度高、安裝便捷、投入使用快,經(jīng)常被作為應急設備來使用,但如果只處理滲濾液,不解決濃縮液問題,鹽分的循環(huán)與積累必將會導致設備產(chǎn)水率迅速下降、運行成本迅速上升,直至系統(tǒng)無法運行[7]。
2.垃圾焚燒廠濃縮液處理處置:膜深度處理工藝會產(chǎn)生15%-30%的濃縮液[8],國內(nèi)大部分焚燒廠選擇將濃縮液送至焚燒主體部分協(xié)同處置,包括回噴、石灰漿制備、爐渣冷卻等工藝。但是焚燒煙氣處理工藝不同,石灰漿制備所能消納的量有限,回噴處理會降低垃圾的熱值,影響爐溫且腐蝕爐膛。
3.餐廚垃圾處理:工藝的選擇至關重要,且工藝設計需關注動植物油及懸浮物,氨氮、總氮控制要求高。
五、需要解決的問題
膜濃縮液組成復雜、污染物濃度極高,處理難度較大,只能靠物理或化學方法來處理。膜濃縮液回灌可能導致滲濾液出水含鹽量升高,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性,還可能會影響垃圾堆體的穩(wěn)定性。膜濃縮液處理的難點與問題主要體現(xiàn)在以下兩個方面。
1.膜濃縮液水質(zhì)復雜
膜濃縮液富集了大量難降解有機物、無機鹽類以及微量重金屬,若干極難處理的物質(zhì)摻混在一起。根據(jù)我國幾家采用反滲透工藝的項目運行經(jīng)驗分析,要保證反滲透出水的各項指標達標,濃縮倍數(shù)不能過高,濃縮液產(chǎn)量也非常大,給其終端濃縮液處理帶來極大困難。
2.全量化處理技術挑戰(zhàn)高
濃縮液妥善處理是實現(xiàn)滲濾液全量化處理的關鍵保障,需要采用切實有效的濃縮液處理工藝,例如采用蒸發(fā)、結晶的技術,或者用絮凝沉淀、高級氧化等方法對濃縮液進行處理。膜減量工藝可以對膜濃縮液進一步減量,但減量后的廢水去向以及膜減量過程中膜的污染問題還需解決;機械蒸汽壓縮蒸發(fā)等間壁式蒸發(fā)技術也可以實現(xiàn)對膜濃縮液的進一步濃縮,但受困于結垢問題,濃縮倍數(shù)不能過高,而且在蒸發(fā)過程中可能向濃縮液引入更多的鹽分,導致生成濃度更高、總鹽量更大的終極濃縮液;高級氧化對膜濃縮液有機污染物有一定的處理效果,但單獨使用無法達到直接排放的標準,還必須解決工程運行穩(wěn)定性的問題。建有垃圾焚燒發(fā)電項目的可以采用回噴處理,但爐膛結焦結渣腐蝕等問題發(fā)生概率顯著提高;浸沒燃燒蒸發(fā)可實現(xiàn)全量濃縮液的固液分離,但余熱利用方面還有提升空間。
六、研究方向
依據(jù)相關資料調(diào)研項目的運行能力、運行時長、運行費用等運行參數(shù)綜合得出,高級氧化技術、低溫蒸發(fā)、機械蒸發(fā)等濃縮液處理項目總設計處理能力很大,但實際運行效果不佳,一些項目受制于原水水質(zhì)波動需要復雜的預處理,一些項目運行穩(wěn)定性較差,一些項目實際處理能力達不到設計能力;浸沒燃燒蒸發(fā)在穩(wěn)定性上相對較好。近年來蒸發(fā)、高級氧化復合工藝處理濃縮液處理新技術蓬勃發(fā)展,因此未來研究方向主要為穩(wěn)定運行與降低能耗,從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。