垃圾滲濾液處理工藝及特點(diǎn)

　　垃圾滲濾液處理源于垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場的雨雪水及其他水分。

　　垃圾滲濾液是指來源于垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土層的飽和持水量，并經(jīng)歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度廢水。

　　垃圾滲濾液的水質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，一般含有高濃度有機(jī)物、重金屬鹽、SS及氨氮，垃圾滲濾液不僅污染土壤及地表水源，還會對地下水造成污染，對于垃圾滲濾液中CODCr的去除已有許多研究，一般多采用生物法處理，但是處理效果卻不是很理想，且運(yùn)行成本相對較高。

工藝特點(diǎn)

1、 采用成熟技術(shù)，滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求

2、 高效脫N(氨氮和總氮)是其一大特色

3、 占地面積小、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低

4、 施工周期短

5、 維護(hù)管理方便

6、 節(jié)省了繁瑣的施工圖設(shè)計任務(wù)

7、 可拆卸，可運(yùn)輸

五個階段

垃圾滲濾液的性質(zhì)隨著填埋場的運(yùn)行時間的不同而發(fā)生變化，這主要是由填埋場中垃圾的穩(wěn)定化過程所決定的。垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程通常分為五個階段，即初始化調(diào)整階段（Initial adjustment phase）、過渡階段（Transition phase）、酸化階段（Acid phase）、甲烷發(fā)酵階段（Methane fermentation phase）和成熟階段（Maturation phase）。

五個階段的具體內(nèi)容

1、初始調(diào)節(jié)階段：垃圾填入填埋場內(nèi)，填埋場穩(wěn)定化階段即進(jìn)入初始調(diào)節(jié)階段。此階段內(nèi)垃圾中易降解組分迅速與垃圾中所夾帶的氧氣發(fā)生好氧生物降解反應(yīng)，生成二氧化碳（CO2）和水，同時釋放一定的熱量。

2、過渡階段：此階段填埋場內(nèi)氧氣被消耗盡，填埋場內(nèi)開始形成厭氧條件，垃圾降解由好氧降解過渡到兼性厭氧降解。此階段垃圾中的硝酸鹽和硫酸鹽分別被還原成氮?dú)猓∟2）和硫化氫（H2S），滲濾液pH開始下降。

3、酸化階段：當(dāng)填埋場中持續(xù)產(chǎn)生氫氣（H2）時，意味著填埋場穩(wěn)定化進(jìn)入酸化階段。在此階段對垃圾降解起主要作用的微生物是兼性和轉(zhuǎn)性厭氧細(xì)菌，填埋氣的主要成分是二氧化碳（CO2），滲濾液COD、VFA和金屬離子濃度繼續(xù)上升至中期達(dá)到最大值，此后逐漸下降；PH繼續(xù)下降到達(dá)最低值，此后逐漸上升。

4、甲烷發(fā)酵階段：當(dāng)填埋場H2含量下降達(dá)到最低點(diǎn)時，填埋場進(jìn)入甲烷發(fā)酵階段，此時產(chǎn)甲烷菌把有機(jī)酸以及H2轉(zhuǎn)化為甲烷。有機(jī)物濃度、金屬離子濃度和電導(dǎo)率都迅速下降，BOD/COD下降，可生化性下降，同時pH值開始上升。

5、成熟階段：當(dāng)填埋場垃圾中易生物降解組分基本被降解完后，垃圾填埋場即進(jìn)入成熟階段。此階段由于垃圾中絕大部分營養(yǎng)物質(zhì)已隨滲濾液排除，只有少量微生物對垃圾中的一些難降解物質(zhì)進(jìn)行降解，此時PH維持在偏堿狀態(tài)，滲濾液可生化性進(jìn)一步下降，BOD/COD會小于0.1。但是滲濾液濃度已經(jīng)很低。

液處理工藝比較選擇

　　城市垃圾填埋場滲濾液的處理一直是填埋場設(shè)計、運(yùn)行和管理中非常棘手的問題。滲濾液是液體在填埋場重力流動的產(chǎn)物，主要來源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水。由于液體在流動過程中有許多因素可能影響到滲濾液的性質(zhì)，包括物理因素、化學(xué)因素以及生物因素等，所以滲濾液的性質(zhì)在一個相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動。一般來說，其pH值在4～9之間，COD在2000～62000mg/L的范圍內(nèi)，BOD5從60～45000mg/L，重金屬濃度和市政污水中重金屬的濃度基本一致。城市垃圾填埋場滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，若不加處理而直接排入環(huán)境，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。以保護(hù)環(huán)境為目的，對滲濾液進(jìn)行處理是必不可少的。

功能介紹

厭氧ABR：針對中晚期滲濾液COD濃度升高特質(zhì)，設(shè)計合理有效程序;

BAF：根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，增大總氮達(dá)標(biāo)壓力，BAF的除氨氮和總氮的效果較其它設(shè)備更佳;

缺氧反應(yīng)池：可以進(jìn)一步脫除總氮;

超濾膜生物反應(yīng)器：有效提高生化單元污泥濃度、去除有機(jī)物、氨氮、總氮等污染指標(biāo)，是后續(xù)的納濾膜工作前的預(yù)處理工藝。

納濾：將有機(jī)物和重金屬離子截留的同時避免重金屬在系統(tǒng)內(nèi)累積。

混凝沉淀：及時進(jìn)行處理濃水，避免在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)時造成濃水有機(jī)物在系統(tǒng)內(nèi)累積。

MVC壓汽蒸餾的原理及特點(diǎn)

蒸發(fā)過程所產(chǎn)生的二次蒸汽具有較高的焙值，將其輕易冷凝或排掉是很浪費(fèi)的。利用的方法有二：

一是如多效蒸發(fā)和多級閃蒸那樣直接重復(fù)利用；

二是進(jìn)行壓汽式蒸餾(VC)蒸發(fā)濃縮。

　　即根據(jù)任何氣體被壓縮時溫度升高這一特性，將蒸發(fā)器中沸騰溶液(或廢水)蒸發(fā)出來的二次蒸汽通過壓縮機(jī)的絕熱壓縮，提高其壓力、溫度及熱焙后再送回蒸發(fā)器的加熱室，作為加熱蒸汽使用，使蒸發(fā)器內(nèi)的溶液繼續(xù)蒸發(fā)，而其本身則冷凝成水，蒸汽的潛熱得到了反復(fù)利用。原理見圖4-1。就蒸發(fā)工藝而言，蒸發(fā)過程所消耗的絕大部分熱量都用于提高鹽水的熱焓，使其汽化。而高熱焙的二次蒸汽未加以充分利用，即使多效蒸發(fā)過程，末效高熱焙的二次蒸汽也被廢棄。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，即使多效蒸發(fā)其熱功效率也相當(dāng)?shù)?。而蒸汽壓縮蒸餾克服了該缺點(diǎn)，也就是只靠壓縮蒸汽所產(chǎn)生的熱而不需要另外供給加熱蒸汽即可進(jìn)行蒸發(fā)操作，同時利用換熱器使待處理的物料充分回收冷凝水和濃縮液的熱量，使熱功效率大大提高。

　　如圖4-2所示，當(dāng)蒸汽由大氣壓壓縮至1．2大氣壓時，壓縮機(jī)所做之絕熱功為6．8 kW·him3，理論熱功效率達(dá)到80%，盡管實(shí)際熱功效率較低，但大型蒸汽壓縮蒸餾過程的熱功效率也達(dá)到40%左右。由此可見蒸汽壓縮蒸餾鹽水濃縮過程具有其它蒸餾鹽水濃縮方法難以相提并論的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。假定在常壓下蒸發(fā)，傳熱溫差為5℃，則對二次蒸汽進(jìn)行壓縮時理論上只需使其溫度升高5℃左右，對1 ks二次蒸汽而言，壓縮機(jī)只提供給蒸汽8-9 kJ的能量，就可使這1 kg蒸汽的汽化熱(2244kJ)得以重新使用?？梢娖浣?jīng)濟(jì)效益是很高的。當(dāng)然實(shí)際系統(tǒng)的節(jié)能值并不會這么高，各種損失(如廢水沸點(diǎn)升高、系統(tǒng)散熱、進(jìn)出的物料的熱量差以及機(jī)械損失等)還將大大增加壓縮機(jī)的實(shí)際耗能量。

　　壓縮比直接影響蒸發(fā)器冷凝～蒸發(fā)傳熱推力的大小。從理論上講，希望壓縮比增大，這樣可減少蒸發(fā)器的傳熱面積。從蒸發(fā)器相變傳熱要求出發(fā)，最理想的壓縮過程是沿蒸汽焓熵圖 (見圖4—3)的飽和線AB進(jìn)行，但一般無冷卻壓汽機(jī)的壓縮過程是沿等熵線AC進(jìn)行，而實(shí)際壓縮過程又受絕熱效率的影響，沿AD線進(jìn)行。可見，壓縮比增大，會引起過熱度和熵的增大，并導(dǎo)致功耗劇增，此外還會影響壓汽機(jī)的正常運(yùn)行，產(chǎn)生大的噪音。為消除過熱度和改善壓縮過程，可在蒸汽進(jìn)口端加水，使壓縮過程線變?yōu)锳D。根據(jù)壓縮比試驗(yàn)表明，在實(shí)際應(yīng)用中，選用壓縮比為1.2，相應(yīng)的飽和溫差為7℃，是比較合理可靠的。 壓汽式蒸餾設(shè)備簡單、緊湊，在特定條件下具有良好的節(jié)能效益，等效造水比可達(dá)15。能源單一方便，只用電能，且不需冷卻水。適用于水源缺乏和供汽不便的地方，以及中小規(guī)模的廢水處理、化工蒸發(fā)和蒸餾水生產(chǎn)等。

壓汽蒸餾的優(yōu)缺點(diǎn)

壓汽蒸餾的高速發(fā)展VC早被人們發(fā)明，但是在20世紀(jì)70年代以前的30年中發(fā)展很慢。70年代初開始迅速發(fā)展，其原因可以歸納為以下幾點(diǎn):

①壓汽技術(shù)的提高，特別是高效離心式壓縮機(jī)的出現(xiàn)，克服了羅茨式壓縮機(jī)重量大、速度不能提高、大型化困難等問題。

②密封技術(shù)的進(jìn)展保證了壓縮機(jī)的可靠運(yùn)行和水的質(zhì)量。

③傳熱技術(shù)的提高為VC創(chuàng)造了必要條件。新型蒸發(fā)器的傳熱溫差不斷減小，壓縮機(jī)可在低壓比下工作，不僅節(jié)省了電能，而且結(jié)構(gòu)上也可簡化，使人們看到VC在節(jié)能方面的潛力。

④能源危機(jī)使人們不得不更珍惜能源。機(jī)械壓縮它是用壓縮機(jī)吸引二次蒸汽，一般適用于中小規(guī)模(日產(chǎn)淡水幾百噸)。其壓縮機(jī)有離心式、羅茨式以及螺桿式等。

機(jī)械壓縮式壓汽蒸餾原理見圖4-4。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)械壓蒸餾裝置蒸發(fā)所需的能量基本上是從壓縮功獲得，通常只需提供很少的補(bǔ)充熱量。

工藝的選擇

　　MVC(Mechanical Vapor Compression)或MVR（Mechanical vapor recompression）蒸發(fā)濃縮工藝法，是指利用壓縮機(jī)的壓縮升溫原理、經(jīng)特殊熱流體設(shè)計而組成的蒸汽壓縮型蒸發(fā)濃縮工藝系統(tǒng)的簡稱。這種工藝系統(tǒng)，使密閉容器內(nèi)經(jīng)加熱生成的(從廢水溶液)蒸汽，在通過蒸汽壓縮風(fēng)機(jī)時被壓縮為>85℃<101℃的升溫氣體。這種升溫氣體，即可作為再生熱源而循環(huán)應(yīng)用，對于廢水溶液的熱傳遞和連續(xù)蒸發(fā)，在循環(huán)傳熱過程中使升溫氣體本身也得以迅速冷卻，并最終成為可回用的冷凝水(根據(jù)冷凝水成分和客戶用途,經(jīng)采用有關(guān)凈化工藝可獲得飲用水/軟化水/純水)。　根據(jù)物理學(xué)的原理，等量的物質(zhì)，從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中，需要吸收定量的熱能；當(dāng)物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時，會放出等量的熱能，這種熱能稱為“潛熱”。該系統(tǒng)設(shè)有汽液分離室、液膜潛熱主換熱器、液膜顯熱輔助換熱器、循環(huán)泵、真空泵、液體輸送泵、離心（羅茨）式蒸汽壓縮機(jī)、疏水裝置、電控系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等。待處理液體由設(shè)備入口順序連接原料泵、輔助換熱器、進(jìn)入汽液分離室；汽液分離室下部連接濃縮液排出管道和液體循環(huán)泵及液體輸入和循環(huán)管道；主換熱器外供蒸汽換熱，主換熱器與汽液分離室相互連接離心（羅茨）式蒸汽壓縮機(jī)和液體循環(huán)管道；排出的冷凝后的蒸餾液可以回收再利用。機(jī)械蒸汽再壓縮降低了一次能源的消耗，所以也降低了環(huán)境負(fù)載。

垃圾滲濾液的危害及其處理方案

　　我國大部分城市以衛(wèi)生填埋作為垃圾處理的基本方式，在今后一段時期，衛(wèi)生填埋處理仍將是國內(nèi)城市生活垃圾處理的基本方式。衛(wèi)生填埋作為目前最常見的垃圾處理方法，也存在著諸多污染問題，特別是填埋過程中產(chǎn)生的大量垃圾滲濾液，如不妥善處理，會對周圍的水體和土壤造成嚴(yán)重污染。

垃圾滲濾液及其污染特性

　　垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋過程中由于發(fā)酵、雨水沖刷和地表水、地下水浸泡而滲濾出來的污水。來源主要有四個方面：垃圾自身含水、垃圾生化反應(yīng)產(chǎn)生的水、地下潛水的反滲和大氣降水，其中大氣降水具有集中性、短時性和反復(fù)性，占滲濾液總量的大部分。滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其性質(zhì)取決于垃圾成分、垃圾的粒徑、壓實(shí)程度、現(xiàn)場的氣候、水文條件和填埋時間等因素，

一般來說有以下特點(diǎn)：

1.1 水質(zhì)復(fù)雜，危害性大。有研究表明，運(yùn)用GC-MS聯(lián)用技術(shù)對垃圾滲濾液中有機(jī)污染物成分進(jìn)行分析，共檢測出垃圾滲濾液中主要有機(jī)污染物63種，可信度在60%以上的有34種。其中，烷烯烴6種，羧酸類19種，酯類5種，醇、酚類10種，醛、酮類10種，酰胺類7種，芳烴類1種，其他5種。其中已被確認(rèn)為致癌物1種，促癌物、輔致癌物4種，致突變物1種，被列入我國環(huán)境優(yōu)先污染物“黑名單”的有6種。

1.2 CODcr和BOD5濃度高。滲濾液中CODcr和BOD5最高分別可達(dá)90000 mg/L、38000mg/L甚至更高。 　 

1.3 氨氮含量高，并且隨填埋時間的延長而升高，最高可達(dá)1700mg/L。滲濾液中的氮多以氨氮形式存在，約占TNK40%-50%。

1.4 水質(zhì)變化大。根據(jù)填埋場的年齡，垃圾滲濾液分為兩類:一類是填埋時間在5年以下的年輕滲濾液，其特點(diǎn)是CODcr、BOD5濃度高，可生化性強(qiáng)；另一類是填埋時間在5年以上的年老滲濾液，由于新鮮垃圾逐漸變?yōu)殛惛?，其pH值接近中性，CODcr和BOD5濃度有所降低，BOD5/CODcr比值減小，氨氮濃度增加。　

1.5 金屬含量較高。垃圾滲濾液中含有十多種金屬離子，其中鐵和鋅在酸性發(fā)酵階段較高，鐵的濃度可達(dá)2000mg/L左右；鋅的濃度可達(dá)130mg/L左右，鉛的濃度可達(dá)12.3mg/L，鈣的濃度甚至達(dá)到4300mg/L[4] 　 

1.6 滲濾液中的微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)，主要是C、N、P的比例失調(diào)。一般的垃圾滲濾液中的BOD5：P大都大于300。

垃圾滲濾液對環(huán)境的影響

　通過對某填埋場的滲濾液處理情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，填埋場運(yùn)行至今，大約處理了約80萬噸的滲濾液，同時約有32萬噸的滲濾液從污水庫中溢出直接進(jìn)入納污水域，并且還有9.6萬噸滲濾液存儲于污水庫內(nèi)。經(jīng)過化學(xué)分析，在污水庫出口處的滲濾液CODcr平均值為2800mg/l，BOD5平均值為1750mg/l，氨氮708mg/l，總氮平均濃度達(dá)700mg/l，平均色度達(dá)251度，金屬含量不高，以色質(zhì)聯(lián)機(jī)對有機(jī)物定性分析，發(fā)現(xiàn)滲濾液中有機(jī)物最高含碳數(shù)可達(dá)12，主要為環(huán)烷烴、酯類、羧酸類、苯酚和硫磺等。經(jīng)過處理后排入納污水域的水質(zhì)CODcr值為283mg/l，仍超標(biāo)1.83倍，BOD5值為108mg/l，超標(biāo)2.6倍，NH3-N值為190mg/l，超標(biāo)11.67倍，總氮679mg/l，色度133度，并且含有大量有機(jī)物，說明了該場污水處理過程還未能滿足污水達(dá)標(biāo)排放，受此影響，該填埋場的一級納污水體的水質(zhì)已經(jīng)明顯惡化。這一情況已經(jīng)引起當(dāng)?shù)夭块T的高度重視。

滲濾液的處理工藝改進(jìn)

針對該垃圾填埋場存在的問題，對該場污水處理設(shè)施提出以下改進(jìn)建議：

（1）在處理工藝的選擇上，應(yīng)改變老的思維模式，對不能達(dá)到處理指標(biāo)工藝方案予以廢止，采用高效節(jié)能MVC壓汽式蒸發(fā)處理工藝。

（2）加強(qiáng)對氧化塘的運(yùn)行管理。希望通過此次改進(jìn)能是處理后的廢水達(dá)標(biāo)排放，有效控制滲濾液對周邊環(huán)境造成的污染。

發(fā)展趨勢

　　垃圾填埋場滲濾液的控制和處理是保證垃圾的長期、安全處置的關(guān)鍵。因此，對滲濾液處理的研究至關(guān)重要。通過分析和總結(jié)滲濾液處理現(xiàn)狀，今后滲濾液處理研究應(yīng)把重點(diǎn)放在以下幾個方面。

　　首先，現(xiàn)有的滲濾液處理方法多種多樣，由于處理工藝各具特色，因此，運(yùn)用時不能生搬硬套，而要因地制宜。不同地域的地理位置、地理結(jié)構(gòu)、氣象條件以及垃圾成分等因素的差別都會導(dǎo)致滲濾液質(zhì)和量的差異。如針對北方降雨量少而蒸發(fā)量大的特點(diǎn)，滲濾液回灌法就比較經(jīng)濟(jì)有效；而南方溫暖濕潤的氣候就有利于應(yīng)用土壤-植物法處理滲濾液的開發(fā)和應(yīng)用。

　　其次，垃圾填埋的穩(wěn)定化研究也是必要的。促進(jìn)填埋垃圾的穩(wěn)定化，不僅可以縮短填埋垃圾的穩(wěn)定化時間，提高產(chǎn)氣速率，而且可以縮短垃圾滲濾液產(chǎn)生的周期，在一定程度和范圍內(nèi)改善滲濾液的處理難度。

滲濾液的主要兩大特點(diǎn)和難點(diǎn)

　　就是其氨氮濃度高以及可生化性差。對于其產(chǎn)生機(jī)理，只是基于一定的定性認(rèn)識，還缺乏對于其動力學(xué)特征等深層次機(jī)理的研究。經(jīng)過對這些問題的研究并通過工程實(shí)例，對滲濾液處理方法，采用以下工藝可以解決滲濾液的諸多問題。