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(chǎng)中垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場(chǎng)的雨雪水及其他水分。

　　垃圾滲濾液是指來(lái)源于垃圾填埋場(chǎng)中垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場(chǎng)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(huì)對(duì)地下水造成污染，對(duì)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(duì)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(jì)任務(wù)

7、 可拆卸，可運(yùn)輸

五個(gè)階段

垃圾滲濾液的性質(zhì)隨著填埋場(chǎng)的運(yùn)行時(shí)間的不同而發(fā)生變化，這主要是由填埋場(chǎng)中垃圾的穩(wěn)定化過(guò)程所決定的。垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化過(guò)程通常分為五個(gè)階段，即初始化調(diào)整階段（Initial adjustment phase）、過(guò)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(gè)階段的具體內(nèi)容

1、初始調(diào)節(jié)階段：垃圾填入填埋場(chǎng)內(nèi)，填埋場(chǎng)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(shí)釋放一定的熱量。

2、過(guò)渡階段：此階段填埋場(chǎng)內(nèi)氧氣被消耗盡，填埋場(chǎng)內(nèi)開始形成厭氧條件，垃圾降解由好氧降解過(guò)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(chǎng)中持續(xù)產(chǎn)生氫氣（H2）時(shí)，意味著填埋場(chǎng)穩(wěn)定化進(jìn)入酸化階段。在此階段對(duì)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(chǎng)H2含量下降達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，填埋場(chǎng)進(jìn)入甲烷發(fā)酵階段，此時(shí)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(shí)pH值開始上升。

5、成熟階段：當(dāng)填埋場(chǎng)垃圾中易生物降解組分基本被降解完后，垃圾填埋場(chǎng)即進(jìn)入成熟階段。此階段由于垃圾中絕大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已隨滲濾液排除，只有少量微生物對(duì)垃圾中的一些難降解物質(zhì)進(jìn)行降解，此時(shí)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(huì)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(chǎng)滲濾液的處理一直是填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理中非常棘手的問(wèn)題。滲濾液是液體在填埋場(chǎng)重力流動(dòng)的產(chǎn)物，主要來(lái)源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水。由于液體在流動(dòng)過(guò)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(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。以保護(hù)環(huán)境為目的，對(duì)滲濾液進(jìn)行處理是必不可少的。

功能介紹

厭氧ABR：針對(duì)中晚期滲濾液COD濃度升高特質(zhì)，設(shè)計(jì)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(shí)避免重金屬在系統(tǒng)內(nèi)累積。

混凝沉淀：及時(shí)進(jìn)行處理濃水，避免在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)時(shí)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(guò)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(jí)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(shí)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(lái)的二次蒸汽通過(guò)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(jiàn)圖4-1。就蒸發(fā)工藝而言，蒸發(fā)過(guò)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(guò)程，末效高熱焙的二次蒸汽也被廢棄。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)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(shí)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(shí)，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(guò)程的熱功效率也達(dá)到40%左右。由此可見(jiàn)蒸汽壓縮蒸餾鹽水濃縮過(guò)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(duì)二次蒸汽進(jìn)行壓縮時(shí)理論上只需使其溫度升高5℃左右，對(duì)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?jiàn)其經(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(huì)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(guò)程是沿蒸汽焓熵圖 (見(jiàn)圖4—3)的飽和線AB進(jìn)行，但一般無(wú)冷卻壓汽機(jī)的壓縮過(guò)程是沿等熵線AC進(jìn)行，而實(shí)際壓縮過(guò)程又受絕熱效率的影響，沿AD線進(jìn)行。可見(jiàn)，壓縮比增大，會(huì)引起過(guò)熱度和熵的增大，并導(dǎo)致功耗劇增，此外還會(huì)影響壓汽機(jī)的正常運(yùn)行，產(chǎn)生大的噪音。為消除過(guò)熱度和改善壓縮過(guò)程，可在蒸汽進(jìn)口端加水，使壓縮過(guò)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(jiǎn)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(wèn)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(jiǎn)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(jiàn)圖4-4。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(jì)而組成的蒸汽壓縮型蒸發(fā)濃縮工藝系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(guò)蒸汽壓縮風(fēng)機(jī)時(shí)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(duì)于廢水溶液的熱傳遞和連續(xù)蒸發(fā)，在循環(huán)傳熱過(guò)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)?！「鶕?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(guò)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(shí)，會(huì)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(guó)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(shí)期，衛(wèi)生填埋處理仍將是國(guó)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(jiàn)的垃圾處理方法，也存在著諸多污染問(wèn)題，特別是填埋過(guò)程中產(chǎn)生的大量垃圾滲濾液，如不妥善處理，會(huì)對(duì)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(guò)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(lái)的污水。來(lái)源主要有四個(gè)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(shí)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(chǎng)的氣候、水文條件和填埋時(shí)間等因素，

一般來(lái)說(shuō)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(duì)垃圾滲濾液中有機(jī)污染物成分進(jìn)行分析，共檢測(cè)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(guó)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(shí)間的延長(zhǎng)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(chǎng)的年齡，垃圾滲濾液分為兩類:一類是填埋時(shí)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(shí)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?！?/span>

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(yíng)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(duì)環(huán)境的影響

　通過(guò)對(duì)某填埋場(chǎng)的滲濾液處理情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，填埋場(chǎng)運(yùn)行至今，大約處理了約80萬(wàn)噸的滲濾液，同時(shí)約有32萬(wàn)噸的滲濾液從污水庫(kù)中溢出直接進(jìn)入納污水域，并且還有9.6萬(wàn)噸滲濾液存儲(chǔ)于污水庫(kù)內(nèi)。經(jīng)過(guò)化學(xué)分析，在污水庫(kù)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(duì)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(guò)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(shuō)明了該場(chǎng)污水處理過(guò)程還未能滿足污水達(dá)標(biāo)排放，受此影響，該填埋場(chǎng)的一級(jí)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(duì)該垃圾填埋場(chǎng)存在的問(wèn)題，對(duì)該場(chǎng)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(duì)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(duì)氧化塘的運(yùn)行管理。希望通過(guò)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(duì)周邊環(huán)境造成的污染。

發(fā)展趨勢(shì)

　　垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的控制和處理是保證垃圾的長(zhǎng)期、安全處置的關(guān)鍵。因此，對(duì)滲濾液處理的研究至關(guān)重要。通過(guò)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(gè)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(shí)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(huì)導(dǎo)致滲濾液質(zhì)和量的差異。如針對(duì)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(rùn)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(shí)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(duì)于其產(chǎn)生機(jī)理，只是基于一定的定性認(rèn)識(shí)，還缺乏對(duì)于其動(dòng)力學(xué)特征等深層次機(jī)理的研究。經(jīng)過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的研究并通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)滲濾液處理方法，采用以下工藝可以解決滲濾液的諸多問(wèn)題。