国内外垃圾渗滤液处理技术的研究进展

发布日期:2013-05-12 20:06:26
国内外垃圾渗滤液处理技术的研究进展
 
国外研究垃圾渗滤液处理技术的时间较早,至今已有几十年的经验,发展出多种的处理技术与工艺。国内对垃圾渗滤液处理技术的研究开始得较晚,但在最近十几年内发展很快,已接近国际先进水平。根据国内外的研究发展结果及经验,可以概括出垃圾渗滤液的处理方法主要有回灌法、物理化学处理法、生物法等。

回灌法本质上是将垃圾填埋场作为一个巨大的生物反应器,将产生的渗滤液回流至
填埋区域,利用填埋堆体里自然形成的生物处理系统,在渗滤液流经垃圾填埋堆体过程
中,通过一系列的物理、化学和生物联合作用而将渗滤液中的污染物处理,同时通过蒸
发减少渗滤液量。美国最早于20世纪70年代对垃圾渗滤液回灌技术进行研究,随后欧
洲一些国家也开始利用可控制的渗滤液循环系统来治理垃圾填埋场的渗滤液!‘7】。希腊的
Diamadopoulos报道,循环回灌法处理COD为 69400mg/l,BOD为 56500mg/l,NH4气N
为 1260mg/l的渗滤液,eoD去除率在90%以上,BoD去除率在95%以上I,8}。20世纪
80年代末期我国开始对渗滤液回灌处理技术进行研究,唐山填埋场采用“回灌+生物处
理”工艺运行结果表明,经反复回灌后渗滤液后续处理量大为减少,经生化和消毒处理排
放,但回灌后渗滤液的NH4气N浓度较高卿]。近几年国内外主要进行回灌加速稳定化的研
究l‘7]。回灌法的不足之处在于不能彻底处理垃圾渗滤液,同时由于喷洒作用,垃圾渗滤
液会污染空气;回灌中由于水力负荷的增加,使它造成地下水污染的可能性增大。另外,
回灌时渗滤液可能不会均匀地流过填埋层,而是沿着通道下流形成短流,达不到提高稳定化速率、去除污染物的效果!‘”}。
物化处理法是通过一系列物理、化学反应使垃圾渗滤液中的有机和无机组分形成絮
凝胶体,或者转化成其他简单有机物,从而实现污染物的处理。渗滤液的物化处理法包
括絮凝沉淀、化学氧化、吹脱、活性炭吸附、膜分离法、光催化氧化法和电化学法等。
张春晖等应用复合碱式氯化铝对渗滤液进行预处理,当聚合氯化铝的投加量在
150-200mg.l一1,pH值在5左右,沉降时间40一50min的条件下,混凝效果最佳,浊度的去除
率可达到90%,coD去除率可达40%Izl]。西班牙M盯anon等研究对比使用氯化铁,硫酸
铝及聚合氯化铝作为絮凝剂预处理垃圾渗滤液,结果表明在pH为4一6,投加浓度在
0.4幼一4幼之间,浊度去除率达98%,色度去除率达91%,coD去除率达26%[利。化学
絮凝法处理垃圾渗滤液需要考虑大量的絮凝污泥如何妥善处理的问题;另外,由于垃圾
渗滤液水质水量波动变化大,如何控制药剂投加量及投加条件是处理关键。
化学氧化、光催化氧化和电化学法的原理基本相同,都是利用氧化还原反应,有些
方法辅以催化剂来提高氧化效率,以实现将复杂大分子有机物转化成简单小分子有机
物,达到脱色、提高可生化性、去除污染物的目的。常用化学氧化剂有Fethon试剂、臭
氧,其中Fethon试剂的研究应用较广泛,程洁红等运用Fento卜混凝法对重庆市垃圾
填埋场的渗滤液进行顶处理,coD去除率达“.9%,可使原水c0D从25733m幼降至
s51sm留l,Fenton法的条件为:pH二3.0;FeSO4·7HZo=0.4%;H202二 4.3ml/l,反应时间
为lh哪 ]oBauc:等认为Fenton法在处理高浓度的污水方面有很大的潜力,但它的缺点是
对pH值过于敏感,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反应侧}。光催
化氧化是一种近年刚发展的新型水处理技术,具有工艺简单、能耗低、易操作、无二次污
染等特点,尤其对一些特殊污染物的处理比其他氧化法有更显著的效果。因此,该方法在
垃圾渗滤液的深度处理方面有很好的应用前景,其作用机理是用光照射半导体材料或催
化氧化剂,产生自由基(·oH),利用·OH的强氧化性来达到氧化的目的。光催化氧化采用
的半导体有二氧化钦、氧化锌、三氧化二铁等,使用最广泛的是二氧化钦,因为其价格
便宜、性质稳定且无毒。谭小萍等对影响垃圾渗滤液的光催化处理的因素进行了研究,
试验结果表明:一般来说光强越大,最佳TIO:投量就越小;最佳反应时间一般宜在
1.5一2.5h;波长为253.7nm的紫外线杀菌灯价格低廉、使用广泛、处理效果好,一般COD
去除率可达40%一50%,脱色率可达70%一80%[25]。Bekboelet等用二氧化钦处理渗滤液,
分别采用固定相和粉末相的二氧化钦进行实验,结果表明pH值为5时效果较好1201。电
化学氧化法近年来也发展成为处理垃圾渗滤液的一种方法,其作用机理是利用金属腐蚀
原理,以Fe、C形成原电池对废水进行处理,当铁屑加入废水中则形成许多个细小的微
电池继而组成一个大电场,渗滤液内存在着稳定的胶体,这些胶体处于电场下将产生电
泳作用而被吸附收集,继而沉降出来。ChiangLi一chong的研究表明coD为
4000一sooomg/L,BOD为10o0m留L,BOD/COD约为0.2,氨氮约为2100一 3000mg/l,
氯为2500m留1,电导率为2500伽s/cm的生化性差的渗滤液经电化学氧化处理,在电流
密度为15川dm,时,投氯量为7500m留l,用有三元素sPR氧化膜覆盖的钦阳极电解4h,
coD的去除率可达92%,约2600m岁l氨也完全被去除12vl〕。刘金香等采用了微电解
一Fenion氧化一磷酸钱镁(MAP)沉淀联合处理垃圾渗滤液,COD的总去除率达86.6%,,
NH4十一N的总去除率达99.sqolzsl。氧化法处理垃圾渗滤液存在的问题有处理后的渗滤液
成分会产生新的有毒或“三致“效应污染物,新型的氧化法还未完善、成熟,还有待解决
生产化设备、控制条件等问题。
膜技术是利用隔膜使溶剂同溶质和微粒分离的一种水处理方法,根据溶质或溶剂通
过膜的推动力的大小,膜分离法可以分成几种,主要有反渗透法、超滤、微孔过滤和纳
滤等。早在20世纪70年代国外就有研究人员提出用反渗透来处理垃圾渗滤液,近年来,
超滤膜、纳滤膜及反渗透处理技术在垃圾渗滤液处理工程中得到了越来越广泛的应用。
Hurd等采用低压聚酞胺RO膜处理 TrailRoad垃圾填埋场渗滤液,在操作压力大于1.03
MPa时,膜通量为26一 54l/(m2.h),对Toc和NH4十一N的去除率分别大于%%和88%129}。
Mohammad等采用哪处理Malaysia填埋场的垃圾渗滤液,试验表明除硝酸盐和氨氮外,
对c0D、电导率、重金属的去除率均在85%以上130]。与RO相比,NF的出水水质不及
RO,但NF的能耗明显降低,且出水回收率较高。超滤主要用于膜生化反应器(MBR),
即超滤膜与生物处理系统组合起来使用。Visvanathan的MBR试验研究表明,MBR对
垃圾渗滤液中coD和NH4十一N的去除率分别为79%和75%[3‘]。还有对两种或以上的膜
工艺联合使用的研究,波兰的Piatkiewicz等对垃圾渗滤液“预过滤一M凡微滤卜uF(超
滤卜Ro’,的膜组合处理工艺进行了研究[3z】。膜技术具有出水水质稳定,操作简单,可以
处理难降解有机物等优点,但同时也存在运行成本高,膜污染,有浓缩液需要后续处理,
单一膜系统处理难以达标等问题。
生物处理包括好氧处理、厌氧处理及两者联合处理的方法,它具有处理效果好、投
资及运行成本低等优点,适合于处理生化性较好的渗滤液,是目前用得最多,效果较好
的处理方法。好氧处理可有效降低垃圾渗滤液中BOD、COD和氨氮浓度,还可以去除
铁、锰等金属,其工艺包括生物塘法、生物膜法、活性污泥法、生物转盘法和滴滤池法
等,在20世纪80一90年代生物转盘、氧化沟等传统工艺就应用到垃圾渗滤液处理中,
后来SBR工艺发展起来,近年来应用得最为广泛,C盯te:等用SBR系统处理含工业垃
圾的填埋场渗滤液,其Toc、BoD降解率分别达到85%一90%哪】。谢可蓉等采用sBR
法作为二级生物处理对汕头市油麻埠200t/d垃圾渗滤液进行治理,结果表明:SBR法对
垃圾渗滤液中COD和BOD的去除有显著效果,当曝气时间为4一12h,COD、BOD、氨
氮浓度分别为20000一25o00m留l、10000一15000m岁l、SO0mg/l时,其去除率分别为
85%一95%、90%一95%、65%一80%[川。李军等开发了一种适于处理高浓度垃圾渗滤液的
州O淹没式软填料生物膜法工艺,试验表明:周O淹没式生物膜曝气池适宜的HRT为
22.lh(其中厌氧段为6.5h、好氧段为15.6h)、混合液回流比为3,在该工艺参数下COD
去除率为71,7%,氨氮去除率为90.8%,此工艺己应用于深圳下坪垃圾卫生填埋场的设
计[,,一。
厌氧处理的方式有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床(UASB)、分段
厌氧消化法、厌氧折流板反应器(ABR)等。英国水研究中心报道,用上流式厌氧污泥
床(UASB)处理COD大于1000om留l的渗滤液,则COD和BOD的去除率各为82%和
85%[20l。陈石等对深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液的中试研究表明:在低负荷运行期
(HRT二20d),厌氧滤池对COD和BOD均有较高的去除效率,为70%一80%,出水COD
和BOD均较低,分别为300om留1和1000m幼左右;在高负荷运行期(HRT=10d),出水的
eOD和BOD均较高,分别为450om幼和250omg/l左右,CoD去除率较高,约为70%,
BOD的去除率较低,只有40%一60%[30]。加拿大的Kennedy等用间歇的uAsB和连续的
uAsB处理垃圾渗滤液,其负荷范围在0.6一 19.7kgcOD/(m3d),在中低负荷范围内,两
者的处理效率大致相同,在高负荷范围内连续的UASB比间歇的UASB更为有效,在
高负荷下为保证间歇式uAsB的正常运行,其污泥负荷不能超过3gco训gvss.ct)团l。国
内的广州大田山垃圾填埋场渗滤液处理和三峡工程施工区生活垃圾填埋场等的厌氧处
理部分都采用UASB。沈耀良等采用ABR处理城市污水与垃圾填埋场渗滤液混合废水,
表明ABR可有效地改善混合废水的可生化性,进水 BOD/COD为0.2一0.3时,出水可提高
到0.4一0.6,混合废水经ABR的预处理后大大促进了废水进一步好氧处理的运行稳定性
[38】。目前,’ABR反应器的研究尚处于起步阶段,英国的Barbe:等在对ABR的优点进行
总结后指出,为推广ABR的大规模应用,必须在以下领域作出努力:中间产物及COD
去除的过程模型,营养物质的需求,对有毒有害废水的处理,以及对控制其中微生物平衡
的因素有更深入的了解[39l。与好氧法相比,厌氧生物处理适合于高浓度的有机废水,其
能耗较少、操作简单、占地面积少且污泥量少,反应过程中还可以产生能量,但是运行条
件要求较严格,处理效果较差。
实践经验证明,采用单独一种方法处理垃圾渗滤液是不能符合一级标准的水质要
求,必须将两种或两种以上的方法组合起来才能有明显效果。回灌法只能用于处理产生
量很少的垃圾渗滤液,而且长期回灌渗滤液中的污染物始终得不到彻底的处理,反而会
不断累积,不是一种长期有效的方法。化学氧化法受水质变化的影响很大,处理效果不
够稳定,仍有待进一步研究发展。膜过滤法对难降解有机物的截留作用显著,但需要预
处理,否则会造成严重膜污染,缩短膜寿命;生物法能有效处理易降解有机物,但对难
降解有机物的处理效果差;因此,将生物法和膜处理法结合起来,就可以互相弥补各自
的不足,发挥各自的长处,使处理效果得到明显改善

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