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礦化垃圾生物反應床處理垃圾滲濾液技術
時間:2015-02-03 15:22:28
        生活垃圾填埋場對環境的主要影響是垃圾滲濾液問題。垃圾滲濾液是由生活垃圾填埋作業后瀝出,或由垃圾分解以及降水進入填埋場而形成的一種高濃度的有機廢水,它成分復雜,可生化性能極差,水質和水量波動性大,如未經處理排放到環境中去,將嚴重污染土壤、地表水和地下水。目前,垃圾滲濾液的處理仍然是尚未徹底解決的世界性難題。
垃圾滲濾液初始濃度為COD:10000—50000mg/L
國家排放標準一級為;COD:100mg/L
國家排放標準二級為;COD:300mg/L
國家排放標準三級為;COD:1000mg/L
                                  BOD:600mg/L
                                  SS≦;400mg/L

1.礦化垃圾的概念

        礦化垃圾復合型生物濾床處理生活垃圾填埋場產生的垃圾滲濾液的技術。是基于“以廢治廢”的環保理念,利用篩分后礦化垃圾本身所特有的物理顆粒過濾、沉淀、生物降解、離子交換吸附和螯合作用的性質,通過合理并有針對性的工藝整合過程實現對垃圾滲濾液治理的。這種處理方法投資費用省、運行費用低、實用效果好,從生命周期分析的角度看是最有價值大力研究開發的且具有現實意義的滲濾液治理方法。

1.1礦化垃圾定義:
  
礦化垃圾一般講是基本穩定或部分穩定、封場一定年限后的陳垃圾。嚴格說填埋垃圾中的有機物接近完全降解,有機質含量小于10%,自身不再產生滲濾液、填埋氣和異味,垃圾已演變為一種類似腐殖質的顆粒狀土壤物質。叫做礦化垃圾。

1.2礦化垃圾的生物特性:
  
礦化垃圾含有原有垃圾填埋系統中各種生物,主要是微生物的載體,其好氧微生物和厭氧微生物等有效微生物菌群十分豐富。在長期的生物降解過程中,礦化垃圾表面附著了數量龐大、種類繁多且代謝能力極強的微生物群落。這些生物相在填埋場惡劣條件下經過較長時間的自然馴化,使得微生物具有較強的生命力和生物降解能力,對于滲濾液中的污染物質有與生俱來的親和性,無須馴化或篩選。對有毒有害或難生物降解的有機化合物有著較好的抵抗力和忍受力,對高濃度的污水尤其是垃圾滲濾液有很好的處理功能。

1.3.礦化垃圾篩分前一般組份;
       平均含水率≈20-30%,有機質1-3%,無機物≈85%,金屬0.3-0.5%,橡膠塑料≈10%,織物≈0.5%

1.4.礦化垃圾床濾料的的制取;
      (移動式一體化)篩分設備要求具備破袋、破碎、二或三級篩分、風選等功能為一體的處理能力。要求運轉平穩噪音小、調節能力強、適合不同處理規模、維修方便,并能有效解決纏繞、堵塞和揚塵等運行難點。三級篩選(篩孔10mm/20mm/30mm)后的篩下物--礦化垃圾床濾料(10mm)是一種含有豐富有機質和多種植物營養元素的腐殖土和膠體類物質。其具有容重較小、孔隙率高、黑褐色、結構較分散、質粒較均勻的特征,PH值呈弱堿性大約在7.5-8%左右,有機質5-10%左右,氮0.4-0.5%,離子交換量CEC≈66-69毫克當量/100克,重金屬浸出毒性;銅、鉻、鎳、鉛、鎘、砷、鋅各項濃度均不超標。
優勢;填埋場中礦化垃圾的開采可極大地再生填埋庫容。三極礦化垃圾濾床對滲濾液進行處理后,出水 COD可達300mg/L以下。在此基礎上再根據垃圾堆體有針對性的進行滴灌或回灌。

2.礦化垃圾濾床的制備;
         采用生活垃圾填埋場填埋齡5-10年以上的礦化垃圾或經過快速生物好氧工藝治理后的垃圾,自然風干,含水率20-50%,過2~4cm粗篩的篩下組分作礦化垃圾復合濾床主料。該生物濾床由表層、主層、底層和承托層組成,表層高0.5~0.7m,由粒徑0.5~3cm的沸石∶礦化垃圾=1∶0.5~5質量百分比組成;主層是層高1~2.5m的礦化垃圾;底層高0.25~0.35m,由石灰石∶礦化垃圾=1∶5~8質量百分比組成。承托層由粒徑2~20cm碎石組成。生物濾床的優化運行為配水時間為1~8小時,配水∶落干為1∶2-11倍。通過此工藝過程使垃圾滲濾液中的各種有機污染物完全被降解,SS、COD、BOD、氨氮總磷、大腸桿菌類微生物、色度等所有指標均達標。工藝簡單易控。設備投資簡單易行,具有明顯的經濟和社會效益。

2.1礦化垃圾床處理滲濾液工藝流程;
        
2.2.構筑物的設計

① 調節池(滲濾液量按200 m3 /d設計)
       調節池的主要作用是調節水質和水量,其尺寸;
B ×L ×H = 35 m ×110 m ×3. 5 m,有效容積為13 000 m3 ,設計水力停留時間為60 d  ,為半地下式結構,塊石漿砌或磚混砌筑,內襯2 mm厚的HDPE膜。為了防止降水的進入,以及使部分滲濾液能夠厭氧酸化,在其頂部覆蓋了HDPE膜。

② 厭氧池
       厭氧池主要利用了滲濾液本身帶有的微生物進行厭氧處理,并具有調節水量的作用。其尺寸為B ×L ×H = 20 m ×35 m ×4. 5 m,有效容積為3 000m3 ,設計水力停留時間為50 d,為半地下式結構,首先用開挖出來的泥土筑堤,再在其內壁用片石漿砌,并在上面襯2 mm 厚的HDPE 膜, 池頂部覆蓋HDPE膜。

③ 礦化垃圾反應床
        礦化垃圾反應床是整個滲濾液處理系統的核心。有機物的降解、氮和磷的去除主要在3個反應床內發生。反應床均為長方形結構,上部設有大阻力布水裝置,下部采用穿孔HDPE管作為收集管。3個反應床的總有效容積為6 000 m3 ,一級和二級反應床的尺寸均為B ×L ×H = 20 m ×40 m ×4 m,設計水力停留時間為25 d;三級反應床的尺寸為B ×L ×H = 25 m ×35 m ×4 m,設計水力停留時間為30 d。反應床進水采用間歇式,每天布水8次(白天6次,晚上2次) ,每次布水10~15 min,單純水力負荷為80~90 L / (m2 ·d) 。

④ 集水池
        集水池的主要作用是調節各個反應床之間的水量平衡,并通過觀察池子的水位和檢測池內水質來了解礦化垃圾反應床的運行狀況。采用敞開式結構,塊石漿砌,內襯2 mm厚的HDPE膜。一級和二級集水池的尺寸均為B ×L ×H = 12 m ×12 m ×5 m,三級集水池尺寸為B ×L ×H = 8 m ×24 m ×5 m。

⑤ 設備與裝置
        整個處理系統設有揚程H = 350 kPa、流量Q =70 m3 /h的潛水泵3臺,分別放在厭氧池、一級和二級集水池內,各自向一級、二級和三級礦化垃圾反應床的大阻力布水裝置供水。另設1 臺揚程H =100 kPa、流量Q = 80 m3 /h的潛水泵,用于把調節池的滲濾液泵至厭氧池。所有潛水泵的開啟均由帶有水位控制和時間控制的配電系統或PRC來控制。

                                                     表1  示范工程的典型出水水質(mgL)       2004.6.20
  
  色度 COD BOD NH3-N TN NO2--N NO3--N TP TSS
滲濾液進水 1800倍 9338 1471 1103 1325 0.53 42.5 13.8 11700
一級出水 1200倍 2028 326 240 868 3.92 325.2 1.2 4100
二級出水 500倍 936 108 30.5 720 7.42 480.1 0.1 1100
三級出水 80倍 300 43.5 10.2 435 16.3 300.1 - 250
 處理工藝比較
 
評比類別 評比項目 “下坪模式” “小澗西模式” “天子嶺模式” “礦化垃圾處理”
水質目標 出水水質 GB16889規定三級標準 GB16889規定三級標準 GB16889規定三級標準 GB16889規定三級標準
技術可行    污染物去除原理 物理脫氮+生物處理 A/O高濃度微生物脫氮處理+超濾膜過濾 厭氧生物處理(A)+強氧化+吸附+化學混凝 礦化垃圾生物反應床處理
技術水平 傳統 較先進 較先進 國際先進
技術可靠性 可靠 非?煽 較可靠 可靠
設備復雜性 一般 較復雜 較復雜 簡單
應用實例 國內有成功應用 國內有中試,歐洲有成功應用 國內有中試,韓國有成功應用 國內有成功應用
環境影響 大氣污染 調節池及厭氧池有臭氣污染、厭氧池沼氣需收集導排、可能有NH3超標排放 調節池及厭氧池有臭氣污染、厭氧池沼氣需收集導排 調節池及厭氧池有臭氣污染、厭氧池沼氣需收集導排 調節池及厭氧池需控制臭氣污染可導入生物濾箱排出
雜訊污染 主要為風機雜訊 主要為風機與高壓水泵雜訊 主要為風機雜訊、可能有超聲波污染
產泥量 一般 很少 較少 很少
運行管理 運行穩定性 冬季加藥量大,運行效果較差 較穩定 混凝劑添加量受水質變化波動較大 穩定
運行操作 較復雜 一般 較復雜 簡單
設備維修 一般 系統需要更換超濾膜及納濾膜元件(3年) 系統需要更換負氧離子發生器、放電器等設備部件(2年) 簡單
經濟指標 噸投資*(萬元/m³規模) 2.5—4.5 2.5—.5 2.5—5.0 2.5--3.5左右
運行成本(元/m³) 15—25 20—30 20—30 10元以下
用電量 冬天耗電量大 超濾膜加壓泵用電量較大 一般 極少
用藥量 酸、堿消耗量較大,需少量消泡劑 堿消耗量較大,需少量消泡劑 混凝劑和磁性十分消耗量較大,需少量消泡劑
用水量 加藥需用水,水量一般 加藥及超濾膜反沖需用水,水量一般 加藥需用水,水量一般
其他特點 占地面積 較大 中等 中等 較大
專利設備、技術情況 常規技術 需要分體、正壓、錯流式超濾膜設備,避免膜孔被污泥堵塞 專利技術設備較多 專利技術設備

3. 運行結果和討論 

3.1出水情況;
        工程運行期,除布水裝置偶爾出現小故障以外,運行穩定,各項出水指標均達到了設計要求,出水被用作場內洗車、道路噴灑、綠化、養魚、填埋作業防塵灑水和蚊蠅打藥用水等。運行期間對系統進行了多次水質檢測,檢測的主要指標有COD、BOD5、NH3 - N、TP、pH、SS和大腸桿菌。系統進水COD 濃度范圍為8 500 ~ 12 000mg/ L,出水COD濃度范圍為170~600 mg/ L,去除率> 95%。在絕大部分時間里出水COD 濃度< 300mg/L (滿足國家二級排放標準) ,在少部分時間里出現出水COD濃度> 300 mg/L 的情況。分析表明,出現出水COD濃度> 300 mg/L 的主要原因是布水系統出現故障而未能及時維修所致,是可以控制的。

3.2影響因素;
1.不同季節的溫度變化,對出水水質影響十分顯著。氣溫升高,不僅有利于降低進水的粘滯系數,使滲濾速率有所增加,提高床層的干濕比,強化復氧過程; 同時還可提高微生物的降解活性,確保污染物降解反應的正常進行。在北方區域冬季運行時,床體表面很容易發生懸浮物堵塞成膜現象,需要及時翻土或更新,這是一個維持正常運行的管理問題。

2.針對此工藝占地面積較大的問題;也可以采取塔式結構來解決。但由于垃圾處理廠普遍占地較多,此問題并不突出。

3.一般填埋場調節池是為滿足年調蓄能力并兼起厭氧塘的需要設立,垃圾堆體產生的高濃度滲瀝液通過HDPE管道輸送至調節池后,池內敞露的液面散發的惡臭氣味會給周邊環境帶來大氣污染,嚴重影響環境。同時,敞口的調節池在雨季期間會匯集大量雨水成為滲瀝液有悖于雨污分流的原則。因此,采取工程措施有效阻止惡臭氣味向四周擴散和減少滲瀝液量,對池內產生的氣體收集、處理就顯得尤為重要。我公司將在設計上利用“柔性浮蓋膜”技術解決這一問題。
       “柔性浮蓋膜”除臭系統是指在調節池頂面覆蓋一層HDPE土工膜,漂浮在污水水面上與調節池形成一個閉合的腔殼體,封閉的池體內產生的臭氣通過集氣管收集后集中排放、處理,柔性浮蓋膜可以在安全水位內隨著污水水位的漲跌自由起落。調節池柔性浮蓋除臭系統主要包括:池體柔性浮蓋系統、氣體收集系統、重力壓管系統、雨水導排系統、清淤檢查孔系統以及周邊錨固系統。

3.3反應機理;

        礦化垃圾生物反應床凈化滲濾液機理主要是配水期的截留、吸附及落干期的生物降解。。在此過程中,微生物生長繁殖所產生的代謝產物絕大多數被截留在床體內部被自身所消化。因此,在適當的負荷下,其出水可不進行固液分離和再處理而直接排放。同時,在適宜的運行方式和運行參數下,礦化垃圾生物反應床可自身形成良好的固、液、氣環境,不需要人工改善。因此,利用礦化垃圾構建反應床處理滲濾液的工藝流程可大為簡化,只需要水質調節、厭氧酸化等預處理工序和多級反應床主體工藝即可。
        通過對機理的細化研究認為,有機污染物先被礦化垃圾的表面和內表面吸附,在微生物的作用下,被吸附的有機物發生降解,騰出的表面又吸附有機污染物。如此循環下去,從而達到了滲濾水的凈化效果。在工藝運行中,床體表層(0~25Cm)反應顯著;此層面發生著種類繁多、過程十分強烈的物理、化學、生物及其復合反應,使大部分污染物得到有效吸附、截留、降解或轉化。

4.運行過程和要點

        厭氧池中的污水,經提升進入到第一級反應床,出水進入集水池,再由泵提升進入二級反應床,出水進入集水池,再由泵提升進入三級反應床,出水可回灌入垃圾堆體、回用沖洗車輛及綠化使用或納入城市管網排放。如有更嚴格標準要求,可與納濾、反滲透等相關技術結合處理后達標排放或作為中水回收重復有效利用。
1滲濾液進反應床前宜進行水質水量調節、厭氧水解、沉淀等預處理,以降低進水中TSS等含量,防止表層細粒物質和有機質的迅速積累影響反應床穩態運行。由于礦化垃圾有大量微小的孔道,比表面積大,具有很強的吸附和離子交換性能,懸浮物質和大腸桿菌就是通過吸附和過濾截留而被去除的。
② 有機污染物首先是在礦化垃圾的物理吸附和生物吸附的共同作用下被截留下來,最后被存在于礦化垃圾里的高活性微生物所降解。
③ 含氮物質在調節池和厭氧池里被轉化分解為氨。由于大阻力配水系統所噴出的水霧非常細小,因此在第一級礦化垃圾反應床布水期間大部分的氨被空氣所吹脫,余下的氨同樣有部分在第二和第三級被吹脫掉,連續的三次吹脫總共可以去除80%以上的氨。由于礦化垃圾反應床的上部與大氣
接觸為好氧狀態,中間為兼氧,底部為厭氧,因此剩余未被吹脫的氨是在硝化和反硝化的作用下得到去除的。
④ 由于滲濾液里磷的本底容量比較低,在礦化垃圾的物理化學吸附以及微生物利用下可以得到去除
礦化垃圾生物反應床的最大處理量就是保持吸附和降解達到平衡所允許的廢水進水量。礦化垃圾生物反應濾床處理滲濾液的噸投資3.0萬元左右,噸運行費5元以下。投資省、運行管理十分簡單實用,在適宜的運行條件下,三級出水的NI-I3一N、TSS、色度、嗅味、重金屬含量等污染指標均低于滲濾液二級排放標準,而COD值一般在夏季為250~450 mg/L、春秋季為350~550 mg/L;冬季為450~700mg/L,

5.結論

         該處理系統具有投資省、工藝簡單實用、管理維護方便、抗沖擊負荷性能優越,不需要曝氣和固液分離裝置、無污泥產生、使用壽命長等特點,因而是目前適合國情的一項滲濾液處理新技術。上海老港生活垃圾填埋場(現已被威立雅收購)連續采用礦化垃圾濾床工藝在已有一座日處理100噸滲濾液處理廠的基礎上,又建設一座日處理400噸滲濾液處理廠。
                                                                                                                           
                                                                                                                                                  聯系人:李慧義18310230522

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