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垃圾渗滤液处理

 1.垃圾渗滤液处理简介

 
垃圾渗滤液是指来源于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分,扣除垃圾、覆土层的饱和持水量,并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度废水。
垃圾渗滤液的水质相当复杂,一般含有高浓度有机物、重金属盐、SS及氨氮,垃圾渗滤液不仅污染土壤及地表水源,还会对地下水造成污染,对于垃圾渗滤液中CODCr的去除已有许多研究,一般多采用生物法处理,但是处理效果却不是很理想,且运行成本相对较高。
 
2.垃圾渗滤液处理工艺特点
 
1、 采用成熟技术,满足新标准要求
2、 高效脱N(氨氮和总氮)是其一大特色
3、 占地面积小、投资省、运行费用低
4、 施工周期短
5、 维护管理方便
6、 节省了繁琐的施工图设计任务
7、可拆卸,可运输
 
3.垃圾渗滤液处理的五个阶段
 
垃圾渗滤液的性质随着填埋场的运行时间的不同而发生变化,这主要是由填埋场中垃圾的稳定化过程所决定的。垃圾填埋场的稳定化过程通常分为五个阶段,即初始化调整阶段(Initial adjustment phase)、过渡阶段(Transition phase)、酸化阶段(Acid phase)、甲烷发酵阶段(Methane fermentation phase)和成熟阶段(Maturation phase)。
 
五个阶段的具体内容
1、初始调节阶段:垃圾填入填埋场内,填埋场稳定化阶段即进入初始调节阶段。此阶段内垃圾中易降解组分迅速与垃圾中所夹带的氧气发生好氧生物降解反应,生成二氧化碳(CO2)和水,同时释放一定的热量。
2、过渡阶段:此阶段填埋场内氧气被消耗尽,填埋场内开始形成厌氧条件,垃圾降解由好氧降解过渡到兼性厌氧降解。此阶段垃圾中的硝酸盐和硫酸盐分别被还原成氮气(N2)和硫化氢(H2S),渗滤液pH开始下降。
3、酸化阶段:当填埋场中持续产生氢气(H2)时,意味着填埋场稳定化进入酸化阶段。在此阶段对垃圾降解起主要作用的微生物是兼性和转性厌氧细菌,填埋气的主要成分是二氧化碳(CO2),渗滤液COD、VFA和金属离子浓度继续上升至中期达到最大值,此后逐渐下降;PH继续下降到达最低值,此后逐渐上升。
4、甲烷发酵阶段:当填埋场H2含量下降达到最低点时,填埋场进入甲烷发酵阶段,此时产甲烷菌把有机酸以及H2转化为甲烷。有机物浓度、金属离子浓度和电导率都迅速下降,BOD/COD下降,可生化性下降,同时pH值开始上升。
5、成熟阶段:当填埋场垃圾中易生物降解组分基本被降解完后,垃圾填埋场即进入成熟阶段。此阶段由于垃圾中绝大部分营养物质已随渗滤液排除,只有少量微生物对垃圾中的一些难降解物质进行降解,此时PH维持在偏碱状态,渗滤液可生化性进一步下降,BOD/COD会小于0.1。但是渗滤液浓度已经很低。垃圾渗滤
 
4.液处理工艺比较选择
 
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物,主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等,所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说,其pH值在4~9之间,COD在2000~62000mg/L的范围内,BOD5从60~45000mg/L,重金属浓度和市政污水中重金属的浓度基本一致。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排入环境,会造成严重的环境污染。以保护环境为目的,对渗滤液进行处理是必不可少的。
 
5.功能介绍
 
厌氧ABR:针对中晚期渗滤液COD浓度升高特质,设计合理有效程序;
BAF:根据新标准,增大总氮达标压力,BAF的除氨氮和总氮的效果较其它设备更佳;
缺氧反应池:可以进一步脱除总氮;
超滤膜生物反应器:有效提高生化单元污泥浓度、去除有机物、氨氮、总氮等污染指标,是后续的纳滤膜工作前的预处理工艺。
纳滤:将有机物和重金属离子截留的同时避免重金属在系统内累积。
混凝沉淀:及时进行处理浓水,避免在系统内循环时造成浓水有机物在系统内累积。
 
6.MVC压汽蒸馏的原理及特点
 
蒸发过程所产生的二次蒸汽具有较高的焙值,将其轻易冷凝或排掉是很浪费的。利用的方法有二:
一是如多效蒸发和多级闪蒸那样直接重复利用;
二是进行压汽式蒸馏(VC)蒸发浓缩。
即根据任何气体被压缩时温度升高这一特性,将蒸发器中沸腾溶液(或废水)蒸发出来的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩,提高其压力、温度及热焙后再送回蒸发器的加热室,作为加热蒸汽使用,使蒸发器内的溶液继续蒸发,而其本身则冷凝成水,蒸汽的潜热得到了反复利用。原理见图4-1。
 
就蒸发工艺而言,蒸发过程所消耗的绝大部分热量都用于提高盐水的热焓,使其汽化。而高热焙的二次蒸汽未加以充分利用,即使多效蒸发过程,末效高热焙的二次蒸汽也被废弃。从热力学观点来看,即使多效蒸发其热功效率也相当低。而蒸汽压缩蒸馏克服了该缺点,也就是只靠压缩蒸汽所产生的热而不需要另外供给加热蒸汽即可进行蒸发操作,同时利用换热器使待处理的物料充分回收冷凝水和浓缩液的热量,使热功效率大大提高。
 
当蒸汽由大气压压缩至1.2大气压时,压缩机所做之绝热功为6.8 kW·him3,理论热功效率达到80%,尽管实际热功效率较低,但大型蒸汽压缩蒸馏过程的热功效率也达到40%左右。由此可见蒸汽压缩蒸馏盐水浓缩过程具有其它蒸馏盐水浓缩方法难以相提并论的技术优点。假定在常压下蒸发,传热温差为5℃,则对二次蒸汽进行压缩时理论上只需使其温度升高5℃左右,对1 ks二次蒸汽而言,压缩机只提供给蒸汽8-9 kJ的能量,就可使这1 kg蒸汽的汽化热(2244kJ)得以重新使用。可见其经济效益是很高的。当然实际系统的节能值并不会这么高,各种损失(如废水沸点升高、系统散热、进出的物料的热量差以及机械损失等)还将大大增加压缩机的实际耗能量。
压缩比直接影响蒸发器冷凝~蒸发传热推力的大小。从理论上讲,希望压缩比增大,这样可减少蒸发器的传热面积。从蒸发器相变传热要求出发,最理想的压缩过程是沿蒸汽焓熵图。
 
的饱和线AB进行,但一般无冷却压汽机的压缩过程是沿等熵线AC进行,而实际压缩过程又受绝热效率的影响,沿AD线进行。可见,压缩比增大,会引起过热度和熵的增大,并导致功耗剧增,此外还会影响压汽机的正常运行,产生大的噪音。为消除过热度和改善压缩过程,可在蒸汽进口端加水,使压缩过程线变为AD。根据压缩比试验表明,在实际应用中,选用压缩比为1.2,相应的饱和温差为7℃,是比较合理可靠的。 压汽式蒸馏设备简单、紧凑,在特定条件下具有良好的节能效益,等效造水比可达15。能源单一方便,只用电能,且不需冷却水。适用于水源缺乏和供汽不便的地方,以及中小规模的废水处理、化工蒸发和蒸馏水生产等。
 
7.压汽蒸馏的优缺点
 
压汽蒸馏的高速发展VC早被人们发明,但是在20世纪70年代以前的30年中发展很慢。70年代初开始迅速发展,其原因可以归纳为以下几点:
①压汽技术的提高,特别是高效离心式压缩机的出现,克服了罗茨式压缩机重量大、速度不能提高、大型化困难等问题。
②密封技术的进展保证了压缩机的可靠运行和水的质量。
③传热技术的提高为VC创造了必要条件。新型蒸发器的传热温差不断减小,压缩机可在低压比下工作,不仅节省了电能,而且结构上也可简化,使人们看到VC在节能方面的潜力。
 
④能源危机使人们不得不更珍惜能源。机械压缩它是用压缩机吸引二次蒸汽,一般适用于中小规模(日产淡水几百吨)。其压缩机有离心式、罗茨式以及螺杆式等。
机械压缩式压汽蒸馏原理见图4-4。在正常运转时,机械压蒸馏装置蒸发所需的能量基本上是从压缩功获得,通常只需提供很少的补充热量。
 
8.工艺的选择
 
MVC(Mechanical Vapor Compression)或MVR(Mechanical vapor recompression)蒸发浓缩工艺法,是指利用压缩机的压缩升温原理、经特殊热流体设计而组成的蒸汽压缩型蒸发浓缩工艺系统的简称。这种工艺系统,使密闭容器内经加热生成的(从废水溶液)蒸汽,在通过蒸汽压缩风机时被压缩为>85
 
℃<101℃的升温气体。这种升温气体,即可作为再生热源而循环应用,对于废水溶液的热传递和连续蒸发,在循环传热过程中使升温气体本身也得以迅速冷却,并最终成为可回用的冷凝水(根据冷凝水成分和客户用途,经采用有关净化工艺可获得饮用水/软化水/纯水)。 根据物理学的原理,等量的物质,从液态转变为气态的过程中,需要吸收定量的热能;当物质由气态转为液态时,会放出等量的热能,这种热能称为“潜热”。该系统设有汽液分离室、液膜潜热主换热器、液膜显热辅助换热器、循环泵、真空泵、液体输送泵、离心(罗茨)式蒸汽压缩机、疏水装置、电控系统、自控系统等。待处理液体由设备入口顺序连接原料泵、辅助换热器、进入汽液分离室;汽液分离室下部连接浓缩液排出管道和液体循环泵及液体输入和循环管道;主换热器外供蒸汽换热,主换热器与汽液分离室相互连接离心(罗茨)式蒸汽压缩机和液体循环管道;排出的冷凝后的蒸馏液可以回收再利用。机械蒸汽再压缩降低了一次能源的消耗,所以也降低了环境负载。
 
9.垃圾渗滤液的危害及其处理方案
 
目前,我国大部分城市以卫生填埋作为垃圾处理的基本方式,在今后一段时期,卫生填埋处理仍将是国内城市生活垃圾处理的基本方式。卫生填埋作为目前最常见的垃圾处理方法,也存在着诸多污染问题,特别是填埋过程中产生的大量垃圾渗滤液,如不妥善处理,会对周围的水体和土壤造成严重污染。
 
垃圾渗滤液及其污染特性
 
垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵、雨水冲刷和地表水、地下水浸泡而渗滤出来的污水。来源主要有四个方面:垃圾自身含水、垃圾生化反应产生的水、地下潜水的反渗和大气降水,其中大气降水具有集中性、短时性和反复性,占渗滤液总量的大部分。渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,其性质取决于垃圾成分、垃圾的粒径、压实程度、现场的气候、水文条件和填埋时间等因素,一般来说有以下特点:
 
1.1 水质复杂,危害性大。有研究表明,运用GC-MS联用技术对垃圾渗滤液中有机污染物成分进行分析,共检测出垃圾渗滤液中主要有机污染物63种,可信度在60%以上的有34种。其中,烷烯烃6种,羧酸类19种,酯类5种,醇、酚类10种,醛、酮类10种,酰胺类7种,芳烃类1种,其他5种。其中已被确认为致癌物1种,促癌物、辅致癌物4种,致突变物1种,被列入我国环境优先污染物“黑名单”的有6种。
1.2 CODcr和BOD5浓度高。渗滤液中CODcr和BOD5最高分别可达90000 mg/L、38000mg/L甚至更高。   
1.3 氨氮含量高,并且随填埋时间的延长而升高,最高可达1700mg/L。渗滤液中的氮多以氨氮形式存在,约占TNK40%-50%。
1.4 水质变化大。根据填埋场的年龄,垃圾渗滤液分为两类:一类是填埋时间在5年以下的年轻渗滤液,其特点是CODcr、BOD5浓度高,可生化性强;另一类是填埋时间在5年以上的年老渗滤液,由于新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾,其pH值接近中性,CODcr和BOD5浓度有所降低,BOD5/CODcr比值减小,氨氮浓度增加。  
1.5 金属含量较高。垃圾渗滤液中含有十多种金属离子,其中铁和锌在酸性发酵阶段较高,铁的浓度可达2000mg/L左右;锌的浓度可达130mg/L左右,铅的浓度可达12.3mg/L,钙的浓度甚至达到4300mg/L  
1.6 渗滤液中的微生物营养元素比例失调,主要是C、N、P的比例失调。一般的垃圾渗滤液中的BOD5:P大都大于300。
 
垃圾渗滤液对环境的影响
 
通过对某填埋场的渗滤液处理情况进行调查发现,填埋场运行至今,大约处理了约80万吨的渗滤液,同时约有32万吨的渗滤液从污水库中溢出直接进入纳污水域,并且目前还有9.6万吨渗滤液存储于污水库内。经过化学分析,在污水库出口处的渗滤液CODcr平均值为2800mg/l,BOD5平均值为1750mg/l,氨氮708mg/l,总氮平均浓度达700mg/l,平均色度达251度,金属含量不高,以色质联机对有机物定性分析,发现渗滤液中有机物最高含碳数可达12,主要为环烷烃、酯类、羧酸类、苯酚和硫磺等。经过处理后排入纳污水域的水质CODcr值为283mg/l,仍超标1.83倍,BOD5值为108mg/l,超标2.6倍,NH3-N值为190mg/l,超标11.67倍,总氮679mg/l,色度133度,并且含有大量有机物,说明了该场污水处理过程还未能满足污水达标排放,受此影响,该填埋场的一级纳污水体的水质已经明显恶化。这一情况已经引起当地部门的高度重视。
渗滤液的处理工艺改进
 
针对该垃圾填埋场存在的问题,对该场污水处理设施提出以下改进建议:
(1)在处理工艺的选择上,应改变老的思维模式,对不能达到处理指标工艺方案予以废止,采用高效节能MVC压汽式蒸发处理工艺。
(2)加强对氧化塘的运行管理。希望通过此次改进能是处理后的废水达标排放,有效控制渗滤液对周边环境造成的污染。
 
发展趋势
 
垃圾填埋场渗滤液的控制和处理是保证垃圾的长期、安全处置的关键。因此,对渗滤液处理的研究至关重要。通过分析和总结目前渗滤液处理现状,今后渗滤液处理研究应把重点放在以下几个方面。
首先,现有的渗滤液处理方法多种多样,由于处理工艺各具特色,因此,运用时不能生搬硬套,而要因地制宜。不同地域的地理位置、地理结构、气象条件以及垃圾成分等因素的差别都会导致渗滤液质和量的差异。如针对北方降雨量少而蒸发量大的特点,渗滤液回灌法就比较经济有效;而南方温暖湿润的气候就有利于应用土壤-植物法处理渗滤液的开发和应用。
其次,垃圾填埋的稳定化研究也是必要的。促进填埋垃圾的稳定化,不仅可以缩短填埋垃圾的稳定化时间,提高产气速率,而且可以缩短垃圾渗滤液产生的周期,在一定程度和范围内改善渗滤液的处理难度。
 
10.渗滤液的主要两大特点和难点
 
就是其氨氮浓度高以及可生化性差。对于其产生机理,目前只是基于一定的定性认识,还缺乏对于其动力学特征等深层次机理的研究。经过对这些问题的研究并通过工程实例,对渗滤液处理方法,采用以下工艺可以解决渗滤液的诸多问题。
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