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矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液技术
时间:2015-02-03 15:22:28
        生活垃圾填埋场对环境的主要影响是垃圾渗滤液问题。垃圾渗滤液是由生活垃圾填埋作业后沥出,或由垃圾分解以及降水进入填埋场而形成的一种高浓度的有机废水,它成分复杂,可生化性能极差,水质和水量波动?#28304;螅?#22914;未经处理排放到环境中去,将严重污染土壤、地表水和地?#28388;?#30446;前,垃圾渗滤液的处理仍然是?#24418;?#24443;底解决的世界性?#28895;狻?br /> 垃圾渗滤液初始浓度为COD:10000—50000mg/L
国家排放标准一级为;COD:100mg/L
国家排放标准二级为;COD:300mg/L
国家排放标准三级为;COD:1000mg/L
                                  BOD:600mg/L
                                  SS≦;400mg/L

1.矿化垃圾的概念

        矿化垃圾复合型生物滤床处理生活垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液的技术。是基于“以废治废”的环保理念,利用筛分后矿化垃圾本身所特有的物理颗粒过滤、沉淀、生物降解、离子交换吸附和螯合作用的性质,通过合理并有针对性的工艺整合过程实现对垃圾渗滤液治理的。这种处理方法投资费用省、运行费用低、实用效果好,从生命周期分析的角度看是最有价值大力研究开发的且具有?#36136;?#24847;义的渗滤液治理方法。

1.1矿化垃圾定义:
  
矿化垃圾一般讲是基本稳定或部分稳定、封场一定年限后的陈垃圾。严格说填埋垃圾中的有机物接近完全降解,有机质含量小于10%,自身不再产生渗滤液、填埋气和异味,垃圾已演变为一种类?#32856;?#27542;质?#30446;?#31890;状土壤物质。叫做矿化垃圾。

1.2矿化垃圾的生物特性:
  
矿化垃圾含有原有垃圾填埋系统中各种生物,主要是微生物的载体,其好氧微生物?#33073;?#27687;微生物等有效微生物菌群十分丰富。在长期的生物降解过程中,矿化垃圾表面附着了数量庞大、种类繁多且代谢能力极强的微生物群落。这些生物相在填埋场恶劣条件下经过较长时间的自然驯化,使得微生物具有较强的生命力和生物降解能力,对于渗滤液中的污染物质有与生俱来的亲和性,无须驯化或筛选。对有毒有害或难生物降解的有机化合物有着较好的抵抗力和忍受力,对高浓度的污水尤其是垃圾渗滤液有很好的处理功能。

1.3.矿化垃圾筛分前一般组份
       平均含水率≈20-30%,有机质1-3%,无机物≈85%,金属0.3-0.5%,橡胶塑料≈10%,织物≈0.5%

1.4.矿化垃圾床滤?#31995;?#30340;制取
      (移动式一体化)筛分设备要求具备破袋、破碎、二或三级筛分、风选等功能为一体的处理能力。要求运转平?#20173;?#38899;小、调节能力强、适合不同处理规模、维修方便,并能有效解决缠绕、堵塞?#33073;?#23576;等运?#24515;?#28857;。三级筛选(筛孔10mm/20mm/30mm)后的筛下物--矿化垃圾床滤料(10mm)是一种含有丰富有机质和多种植物营养元素的腐殖土和胶体类物质。其具有容重较小、孔隙率高、黑褐色、结构较分散、质粒较均匀的特征,PH值呈弱碱?#28304;?#32422;在7.5-8%左右,有机质5-10%左右,氮0.4-0.5%,离子交换量CEC≈66-69?#37327;?#24403;量/100克,重金属浸出毒性;铜、铬、镍、铅、镉、砷、锌各项浓度均不超标。
优势;填埋场中矿化垃圾?#30446;?#37319;可极大地再生填埋库容。三极矿化垃圾滤床对渗滤液进行处理后,出水 COD可达300mg/L以下。在此基础上再根据垃圾?#28895;?#26377;针对性的进行滴灌或回灌。

2.矿化垃圾滤床的制备;
         采用生活垃圾填埋场填埋龄5-10年以?#31995;?#30719;化垃圾或经过快速生物好氧工艺治理后的垃圾,自?#29615;?#24178;,含水率20-50%,过2~4cm粗筛的筛下组分作矿化垃圾复合滤床主料。该生物滤床由表层、主层、底层和?#22411;?#23618;组成,表层高0.5~0.7m,由粒径0.5~3cm的沸石∶矿化垃圾=1∶0.5~5质量百分比组成;主层是层高1~2.5m的矿化垃圾;底层高0.25~0.35m,由石灰石∶矿化垃圾=1∶5~8质量百分比组成。?#22411;?#23618;由粒径2~20cm碎石组成。生物滤床的优化运行为配水时间为1~8小?#20445;?#37197;水∶落干为1∶2-11倍。通过此工艺过程使垃圾渗滤液中的各种有机污染物完全被降解,SS、COD、BOD、氨氮总磷、大肠?#21496;?#31867;微生物、色度?#20154;?#26377;指标均达标。工艺简单易控。设备投资简单易行,具有明显的经济和社会效益。

2.1矿化垃圾床处理渗滤液工艺流程
        
2.2.构筑物的设计

① 调节池(渗滤液量按200 m3 /d设计)
       调节池的主要作用是调节水质和水量,其尺寸;
B ×L ×H = 35 m ×110 m ×3. 5 m,有效容积为13 000 m3 ,设计水力停留时间为60 d  ,为半地下式结构,块石浆砌或砖混砌筑,内衬2 mm厚的HDPE膜。为了防止降水的进入,以及使部分渗滤液能够厌氧酸化,在其顶部覆盖了HDPE膜。

② 厌氧池
       厌氧池主要利用了渗滤液本身带有的微生物进行厌氧处理,并具有调节水量的作用。其尺寸为B ×L ×H = 20 m ×35 m ×4. 5 m,有效容积为3 000m3 ,设计水力停留时间为50 d,为半地下式结构,首先用开挖出来的泥土筑堤,再在其内壁用片石浆砌,并在上面衬2 mm 厚的HDPE 膜, 池顶部覆盖HDPE膜。

③ 矿化垃圾反应床
        矿化垃圾反应床是整个渗滤液处理系统的核心。有机物的降解、氮?#22303;?#30340;去除主要在3个反应床内发生。反应床均为长方形结构,上部设有大阻力布水装置,下部采用穿孔HDPE管作为收集管。3个反应床的总有效容积为6 000 m3 ,一级和二级反应床的尺寸均为B ×L ×H = 20 m ×40 m ×4 m,设计水力停留时间为25 d;三级反应床的尺寸为B ×L ×H = 25 m ×35 m ×4 m,设计水力停留时间为30 d。反应床进水采用间歇式,每天布水8次(白天6次,晚上2次) ,?#30475;?#24067;水10~15 min,单纯水力负荷为80~90 L / (m2 ·d) 。

④ 集水池
        集水池的主要作用是调节各个反应床之间的水量平衡,并通过观察池子的水位和检测池内水质来了解矿化垃圾反应床的运行状况。采用敞开式结构,块石浆砌,内衬2 mm厚的HDPE膜。一级和二级集水池的尺寸均为B ×L ×H = 12 m ×12 m ×5 m,三级集水池尺寸为B ×L ×H = 8 m ×24 m ×5 m。

⑤ 设备与装置
        整个处理系统设有扬程H = 350 kPa、流量Q =70 m3 /h的潜水泵3台,分别放在厌氧池、一级和二级集水池内,各自向一级、二级和三级矿化垃圾反应床的大阻力布水装置供水。另设1 台扬程H =100 kPa、流量Q = 80 m3 /h的潜水泵,用于把调节池的渗滤液泵至厌氧池。所有潜水泵?#30446;?#21551;均由带有水位控制和时间控制的配电系统或PRC来控制。

                                                     表1  示范工程的典型出水水质(mgL)       2004.6.20
  
  色度 COD BOD NH3-N TN NO2--N NO3--N TP TSS
渗滤液进水 1800倍 9338 1471 1103 1325 0.53 42.5 13.8 11700
一级出水 1200倍 2028 326 240 868 3.92 325.2 1.2 4100
二级出水 500倍 936 108 30.5 720 7.42 480.1 0.1 1100
三级出水 80倍 300 43.5 10.2 435 16.3 300.1 - 250
 处理工艺比较
 
评?#22756;?#21035; 评比项目 “下坪模式” “小涧西模式” “天子岭模式” “矿化垃圾处理”
水质目标 出水水质 GB16889规定三级标准 GB16889规定三级标准 GB16889规定三级标准 GB16889规定三级标准
技术可行    污染物去除原理 物理脱氮+生物处理 A/O高浓度微生物脱氮处理+超滤膜过滤 厌氧生物处理(A)+强氧化+吸附+化学混凝 矿化垃圾生物反应床处理
技术水平 传统 较先进 较先进 国际先进
技术可靠性 可靠 非常可靠 较可靠 可靠
设备复?#26377;?/td> 一般 较复杂 较复杂 简单
应用实例 国内有成功应用 国内有中试,?#20998;?#26377;成功应用 国内有中试,韩国有成功应用 国内有成功应用
环境影响 大气污染 调节池及厌氧池有臭气污染、厌氧池沼气需收集导排、可能有NH3超标排放 调节池及厌氧池有臭气污染、厌氧池沼气需收集导排 调节池及厌氧池有臭气污染、厌氧池沼气需收集导排 调节池及厌氧池需控制臭气污染可导入生物滤箱排出
杂讯污染 主要为风机杂讯 主要为风机与高压水泵杂讯 主要为风机杂讯、可能有超声波污染
产泥量 一般 很少 较少 很少
运行管理 运行稳定性 冬季加药量大,运行效果较差 较稳定 混凝剂添加量受水质变化波动较大 稳定
运行操作 较复杂 一般 较复杂 简单
设备维修 一般 系统需要更换超滤膜及纳滤膜元件(3年) 系统需要更换负氧离子发生器、放电器等设备部件(2年) 简单
经济指标 吨投资*(万元/m³规模) 2.5—4.5 2.5—.5 2.5—5.0 2.5--3.5左右
运行成本(元/m³) 15—25 20—30 20—30 10元以下
用电量 冬天耗电量大 超滤膜加压泵用电量较大 一般 极少
用药量 酸、碱消耗量较大,需少量消泡剂 碱消耗量较大,需少量消泡剂 混凝剂和磁性十分消耗量较大,需少量消泡剂
用水量 加药需用水,水量一般 加药及超滤膜反冲需用水,水量一般 加药需用水,水量一般
其他特点 占地面积 较大 中等 中等 较大
专利设备、技术情况 常规技术 需要分体、正压、错流式超滤膜设备,避免膜孔被污泥堵塞 专利技术设?#38468;?#22810; 专利技术设备

3. 运行结果和讨论 

3.1出水情况
        工程运行期,除布水装置?#32423;?#20986;?#20013;」收?#20197;外,运行稳定,各项出水指标均达到了设计要求,出水被用作场内洗车、道?#25918;?#27922;、绿化、养鱼、填埋作业防尘洒水和蚊蝇打药用水等。运行期间对系统进行了多次水质检测,检测的主要指标有COD、BOD5、NH3 - N、TP、pH、SS和大肠?#21496;?#31995;统进水COD 浓度范围为8 500 ~ 12 000mg/ L,出水COD浓度范围为170~600 mg/ L,去除率> 95%。在绝大部?#36136;?#38388;里出水COD 浓度< 300mg/L (满足国家二级排放标准) ,在少部?#36136;?#38388;里出现出水COD浓度> 300 mg/L 的情况。分析表明,出现出水COD浓度> 300 mg/L 的主要原因是布水系统出现?#25910;?#32780;未能及时维修所致,是可以控制的。

3.2影响因素
1.不同季节的温度变化,对出水水质影响十分显著。气温升高,不仅有利于降低进水的粘滞系数,使渗滤速率有所增加,提高床层的干湿比,强化复氧过程; 同时还可提高微生物的降解活性,确保污染物降解反应的正常进行。在北方区域冬季运行?#20445;?#24202;体表面很容易发生悬浮物堵塞成膜现象,需要及时翻土或更新,这是一个维持正常运行的管理问题。

2.针?#28304;?#24037;艺占地面积较大的问题?#28784;?#21487;以采取塔式结构来解决。但由于垃圾处理厂普遍占地较多,此问题并不突出。

3.一般填埋场调节池是为满足年调蓄能力并兼起厌氧塘的需要设立,垃圾?#28895;?#20135;生的高浓度渗沥液通过HDPE管道输送至调节池后,池内敞露的液面散发的恶臭气味会给周边环境带?#21019;?#27668;污染,严重影响环境。同?#20445;?#25950;口的调节池在雨季期间会汇集大量雨水成为渗沥液有悖于雨污分流的原则。因此,采取工程措施有效阻止恶臭气味向四周扩散和减少渗沥液量,对池内产生的气体收集、处理就显得尤为重要。我公司将在设计上利用“柔性浮盖膜”技术解决这一问题。
       “柔性浮盖膜”除臭系统是指在调节池顶面覆盖一层HDPE土工膜,漂浮在污水水面上与调节池形成一个闭合的腔壳体,封闭的池体内产生的臭气通过集气管收集后集中排放、处理,柔性浮盖膜可以在安全水位内随着污水水位的涨跌自由起落。调节池柔性浮盖除臭系统主要包括:池体柔性浮盖系?#22330;?#27668;体收集系?#22330;?#37325;力?#26500;?#31995;?#22330;?#38632;水导排系?#22330;?#28165;淤检查孔系统以及周边锚固系?#22330;?br />
3.3反应机理;

        矿化垃圾生物反应床净化渗滤液机理主要是配水期的截留吸附及落干期的生物降解。。在此过程中,微生物生长繁殖所产生的代谢产物绝大多数被截留在床体内部被自身所消化。因此,在适当的负荷下,其出水可不进行固液分离和再处理而直接排放。同?#20445;?#22312;适宜的运行方式和运行?#38382;?#19979;,矿化垃圾生物反应床可自身形成良好的固、液、气环境,不需要人工?#32435;啤?#22240;此,利用矿化垃圾构建反应床处理渗滤液的工艺流程可大为简化,只需要水质调节、厌氧酸化?#20173;?#22788;理工序和多级反应床主体工艺即可。
        通过对机理的细化研究认为,有机污染物先被矿化垃圾的表面和内表面吸附,在微生物的作用下,被吸附的有机物发生降解,腾出的表面?#27835;?#38468;有机污染物。如此循环下去,从而达到了渗滤水的净化效果。在工艺运行中,床体表层(0~25Cm)反应显著;此层面发生着种类繁多、过程十分强?#19994;?#29289;理、化学、生物及其复合反应,使大部分污染物得到有效吸附、截留、降解或转化。

4.运行过程和要点

        厌氧池中的污水,经提升进入?#38477;?#19968;级反应床,出水进入集水池,再由泵提升进入二级反应床,出水进入集水池,再由泵提升进入三级反应床,出水可回灌入垃圾?#28895;濉?#22238;用冲洗车辆及绿化使用或纳入城市管网排放。如有更严格标准要求,可与纳滤、反渗透等相关技术结合处理后达标排放或作为中水回收重复有效利用。
1渗滤液进反应床前宜进行水质水量调节、厌氧水解、沉淀?#20173;?#22788;理,以降低进水中TSS等含量,防止表层细粒物质和有机质的迅速积累影响反应床稳态运行。由于矿化垃圾有大量微小?#30446;?#36947;,比表面积大,具有很强的吸附和离子交换性能,悬浮物质和大肠?#21496;?#23601;是通过吸附和过滤截留而被去除的。
② 有机污染物首先是在矿化垃圾的物理吸附和生物吸附的共同作用下被截留下来,最后被存在于矿化垃圾里的高活性微生物所降解。
③ 含氮物质在调节池?#33073;?#27687;池里被转化分解为氨。由于大阻力配水系统所喷出的水雾非常细小,因此在第一级矿化垃圾反应床布水期间大部分的?#21271;?#31354;气所吹脱,余下的氨同样有部分在第二和第三级被吹脱掉,连续的三?#26410;?#33073;总共可以去除80%以?#31995;?#27688;。由于矿化垃圾反应床的上部与大气
接触为好氧状态,中间为兼氧,底部为厌氧,因此剩余未被吹脱的氨是在硝化和反硝化的作用下得到去除的。
④ 由于渗滤液里磷的本底容量比?#31995;?在矿化垃圾的物理化学吸附以及微生物利用下可以得到去除
矿化垃圾生物反应床的最大处理量就是保?#27835;?#38468;和降解达到平衡所?#24066;?#30340;废水进水量。矿化垃圾生物反应滤床处理渗滤液的吨投资3.0万元左右,吨运行费5元以下。投资省、运行管理十分简单实用,在适宜的运行条件下,三级出水的NI-I3一N、TSS、色度、嗅味、重金属含量等污染指标均低于渗滤液二级排放标准,而COD值一般在夏季为250~450 mg/L、春秋季为350~550 mg/L;冬季为450~700mg/L,

5.结论

         该处理系?#23576;?#26377;投资省、工艺简单实用、管理维护方便、抗冲击负荷性能优越,不需要曝气和固液分离装置、无污泥产生、使用寿命长等特点,因而是目前适合国情的一项渗滤液处理新技术。上海?#32454;?#29983;活垃圾填埋场(现已被威立雅收?#28023;?#36830;续采用矿化垃圾滤床工艺在已有一座日处理100吨渗滤液处理厂的基础上,又建设一座日处理400吨渗滤液处理厂。
                                                                                                                           
                                                                                                                                                  联系人:李慧义18310230522

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