垃圾渗滤液处理工艺研究及应用现状浅析

3.3.3 湿式氧化处理垃圾渗滤液

湿式氧化是采用高温高压的方式,在催化剂的作用下将污水中的有机物转化成CO2 和H2 O 的方法. 蔡先明等 采用以亚铁离子为催化剂,双氧水为氧化剂的湿式氧化技术处理垃圾渗滤液,当反应温度达到120 ℃,反应60min 时,反应出水的COD去除率达到91%. 李鱼等采用以Mn/ Ce 为复合氧化物催化剂湿式氧化技术处理老龄垃圾渗滤液.研究结果表明,该技术可以降解垃圾渗滤液中正己酸、正丁酸、乙酸,反应进行120 min 时TOC去除率均达90%以上.湿式氧化的优点是对难降解有机物去除效果很好,缺点是需要高温高压, 且能耗较高.

3.3.4 高级氧化强化工艺:除了采用单一的氧化技术以外,还可以将多种工艺复合,强化高级氧化工艺的处理效果. 例如臭氧+紫外、双氧水+ 紫外、紫外+ Fenton 和臭氧+Fenton 等,可能会取得更好的处理效果. Ince 等采用紫外线强化臭氧工艺处理垃圾渗滤液,在紫外灯功率为100 W 的条件下,COD 的去除率可以达到54%. Kim等采用紫外强化Fenton 的工艺处理渗滤液,紫外灯的功率为500 ~ 1 000 W,COD 的去除率可以达到70%以上. Asaithambi 等采用臭氧+ 超声波+ Fenton 的组合工艺处理垃圾渗滤液,COD 和色度的去除率可以达到95%和100%. 这些组合工艺一方面增强了处理效果,另一方面也使处理工艺更加复杂,处理成本更高.

3.4 吸附剂吸附法处理:垃圾渗滤液:以活性炭为代表的吸附法是污水处理中常用的方法. 利用吸附剂的巨大比表面积和吸附特性,可以将污水中的污染物截留在吸附剂中从而实现污染物的去除. Morawe 等采用活性炭处理渗滤液,COD 的去除率可以达到90%. 活性炭对渗滤液的色度有较好的去除效果. Zamora 等 采用粉末活性炭处理垃圾渗滤液,当活性炭的用量在2 g/ L 时,可以去除渗滤液55% ~ 70% 的色度. Rodriguez 等对比了活性炭和交换树脂对渗滤液中不可降解有机物的去除情况. 研究结果表明,采用活性炭吸附,可以去除85%以上的不可降解有机物,而对应交换树脂的去除率只有59% .沸石由于具有巨大的比表面积也会被用于吸附剂处理各种废水. Tiago等 采用斜发沸石处理垃圾渗滤液,考察其对渗滤液氨氮的去除能力. 研究结果表明,斜发沸石对渗滤液氨氮的吸附能力为(10.8±2.14) mgNH+4 -N/ g zeo. 通过生物法可以实现沸石吸附能力的有效再生,再生后吸附量仅减少了4.55%.吸附剂吸附法流程简单,操作方便,处理效果稳定,但缺点是处理成本较高,吸附剂再生困难.

3.5 膜过滤法处理垃圾渗滤液:近几十年来,各种各样的膜材料发展异常迅速,不同孔径不同规格的膜材料在污水处理方面起到越来越重要的作用. 由于渗滤液成分复杂,生化处理难度大,目前流行的工艺是将膜工艺放在最后. 一方面可以有效的去除渗滤液中的大分子难降解有机物和总氮,保证出水水质,另一方面也是作为整个工艺的保险而存在. 膜过滤法相比其他工艺具有出水水质稳定,出水水质好的特点. 膜过滤法根据膜材料孔径的不同分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4 种.被广泛用于垃圾渗滤液处理是后3 种. 微滤由于孔径过大,处理效果不佳,在渗滤液处理中应用的很少.

3.5 .1 膜过滤法对渗滤液的处理效果:Pirbazari 等采用超滤膜处理垃圾渗滤液,在进水COD 的质量浓度为8 300 ~9 500 mg/ L 的条件下, COD 的去除率可以达到95% ~ 98%.Bohdziewicz 等采用超滤膜处理生物处理后的出水,COD 的去除率在50%左右.Rautenbach 等 采用活性污泥法联合纳滤膜处理垃圾渗滤液,最终COD 的去除率可以达到97%以上. Trebouet 采用纳滤膜处理垃圾渗滤液,出水流量可以达到80 L/ h˙m2,COD 的去除率可以达到74%以上.Linde 等采用反渗透技术处理3 种渗滤液,去除率可以达到98%以上. 由于反渗透对进水的要求较高,一般和生物处理进行连用,以保证达到最优的处理效果. Baumgarten 等和Ahn 等采用生物预处理联合反渗透后处理的方式处理垃圾渗滤液,出水COD 去除率可以达到97%以上.膜过滤法处理垃圾渗滤液具有处理效果好,出水水质稳定的优点,对于绝大多数污染物可以实现有效的截留与分离,是目前垃圾渗滤液处理的主流深度处理工艺. 膜过滤法的缺点是能耗较高,膜容易堵塞,影响出水量,同时, 会产生大量的浓缩液,如不妥善处理,会形成二次污染.

3.5.2 膜过滤后浓缩液的处理:膜过滤后浓缩液是采用膜过滤法处理渗滤液的副产物. 根绝膜的不同,浓缩液的产量也各有不同.但浓缩液均含有大量的大分子有机物,如不妥善处理,会对环境造成很大的危害. 由于膜后浓缩的可生化差且含有大量大分子有机物,目前主要采用高级氧化的方法进行处理. Lazhar 等 采用阳极氧化联合Fenton 的工艺处理反渗透的膜后浓缩液. 研究结果表明,在最佳条件下,该工艺对渗滤液COD、氨氮和总氮的去除率分别可以达到60%、33% 和22%. 杨振宁等考察了UV-Fenton、Fenton 和臭氧3 种方法对分渗透膜后浓缩液的处理效果. 研究结果表明,UV-Fenton 法、Fenton 法和O3 氧化法对垃圾渗滤液反渗透膜浓缩液的COD 去除率分别为72%、60%和68%. 李兆欣等采用掺硼金刚石电极作为阳极对渗滤液进行氧化处理,研究结果表明掺硼金刚石阳极氧化6 h 后,浓缩液的TOC 去除率达到94%左右,处理效果很好.

3.6 物化法处理垃圾渗滤液小结

总体来说,物化法的主要优点是处理效果稳定,出水水质有保证,但缺点主要是处理费用较高,存在二次污染的问题. 绝大多数无法方法只能针对渗滤液中的特定污染物,如氨吹脱只能去除渗滤液中的氨氮,对有机物几乎没有去除效果;絮凝沉淀、高级氧化和吸附剂吸附等技术主要去除垃圾渗滤液中的有机物,对氨氮的去除效果不理想. 膜过滤法可以有效的去除绝大多数污染物,但存在处理成本高,膜浓缩液较难处理的问题. 由此可见,物化技术适用于垃圾渗滤液的预处理和深度处理,辅助和强化生物处理,最终达到达标排放的目的.

4生物法处理垃圾渗滤液

生物法是目前污水处理的主流工艺. 它具有操作简单,可靠性强,处理成本低和二次污染小的优点. 渗滤液中最主要的污染物是有机物和氨氮. 通过微生物的作用,可以将渗滤液中的可生化有机物转化成CO2、CH4 和H2 O,可以将氨氮转化成无害的氮气排入大气. 因此,生物法是垃圾渗滤液的核心处理工艺.

4.1 厌氧生物法处理垃圾渗滤液:渗滤液水质的一个特点就是含有大量的有机物. 尽管渗滤液具有一定的生物毒性,通过合理的驯化,采用生物法可以经济高效的去除渗滤液中绝大多数的BOD5和大部分的COD. 如果渗滤液的COD 很高,一般先通过厌氧工艺进行预处理后再进入好氧工艺. 这样不仅可以降低后续好氧工艺的负荷,减少曝气量,还可以回收部分能源. 常用的处理渗滤液有机物的厌氧生物工艺主要有厌氧消化、ASBR 和UASB 等.

Timur 等 采用厌氧消化技术处理处理早期垃圾渗滤液,其B/ C在0.4 ~0.6 之间,在反应温度35益的条件下, COD 的去除率可以达到92.5%.Agdag 等[采用UASB 处理垃圾渗滤液,水力停留时间在1.25 d,COD 的去除率可以达到96% ~98% . Kettunen 等也采用UASB 处理COD 的质量浓度在1 500 ~3 200 的渗滤液,COD 的去除率为65% ~75%. Wang 等采用ASBR 工艺处理早期垃圾渗滤液,COD的去除率可以达到80%以上.综上所述,采用厌氧生物法去除渗滤液中的有机物可以取得良好的效果,但出水COD 浓度和去除效率由渗滤液的水质决定. 在一般的情况下,出水COD 无法实现达标排放,还需要进一步处理才能达标排放. 此外,厌氧生物法无法去除垃圾渗滤液中的氨氮,因此它一般作为好氧生物处理工艺的预处理工艺.

4.2 好氧生物法处理垃圾渗滤液

好氧生物法是目前我国垃圾渗滤液处理的核心和主要工艺,它具有能耗低,二次污染小,可循环利用的特点. 通过好氧生物法,可以去除垃圾渗滤液中绝大多数的可生化有机物和氨氮,对于总氮也有一定的去除效果.

4.2.1 好氧生物法去除渗滤液中的有机物:在曝气的条件下,通过微生物的呼吸作用,可以有效的将垃圾渗滤液中的可生化有机物降解为CO2和H2O,实现污染物真正的无害. Zaloum 等 采用SBR 工艺处理厌氧反应后的垃圾渗滤液,COD 的去除率可以达到91%. Loukidou 等 采用移动床生物滤池处理渗滤液,在B/ C 为0.2的条件下,COD去除率达到了81%. Mehdi 等 采用SMBR 联合高级氧化处理垃圾渗滤液,SMBR 对垃圾渗滤液COD的去除率可以达到63%以上.采用好氧生物法处理垃圾渗滤液以后,渗滤液中绝大多数的可生化有机物均可以实现有效去除,但由于垃圾渗滤液中还含有大量腐殖质、腐殖酸和富里酸等大分子难降解物质,所以,出水的COD 一般无法直接达到排放标准,还需进一步处理.

4.2.2 传统的生物去除渗滤液中的氨氮:氨氮是渗滤液的主要污染物. 由于氨氮相对的稳定性,采用物理化学的方法将其彻底去除十分困难. 生物法是去除氨氮的最佳选择. 通过硝化作用和反硝化作用,可以将渗滤液中的氨氮转变为稳定无害的氮气,从而实现了真正的脱氮 . 生物脱氮的过程如式(1)(2)所示.

传统生物脱氮的难点和矛盾主要集中在反硝化碳源的问题上. 由于硝化菌是自养细菌,而降解有机物的细菌是异养菌. 两者相比硝化菌的活性较差. 因此,在硝化结束时,无水中的有机物早已消耗殆尽. 这给需要有机物进行反硝化的异养菌带来了困难. 传统解决反硝化问题的方法主要有2 种. 一种是在连续流中采用回流硝化液的方式利用原水碳源进行反硝化,缺点是反硝化不彻底;另一种在间歇反应器中采用后置反硝化的方式进行. 优点是反硝化十分彻底,但缺点是成本昂贵. Lo 等采用SBR 的方式处理垃圾渗滤液,氨氮的去除率达到了99%以上. Loukidou 等采用移动床生物滤池处理渗滤液处理渗滤液,氨氮的去除率为85% 以上. 这些研究并没有实现真正的脱氮,而只是实现了去除氨氮. 渗滤液中的氮素依然存在,依然会对环境产生较大的危害.

4.2.3 短程硝化反硝化去除渗滤液中的氨氮:为了提高对垃圾渗滤液的脱氮效率,研究者开发了垃圾渗滤液的短程硝化反硝化技术. 相比于传统的硝化反硝化,短程硝化反硝化技术是将硝化作用控制在生成亚硝态氮阶段. 这种工艺的主要优点是减少25%曝气量和40% 的反硝化碳源. 其原理主要是通过FA(游离氨)和FNA(游离亚硝酸)对氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌的抑制来实现的.氨氧化细菌相对亚硝酸氧化细菌来说,对这些抑制更不敏感,因此可以逐渐成为优势菌群,实现对渗滤液的短程硝化作用. 孙洪伟等通过采用FA 抑制和过程控制的双重作用,在70 天内实现了对渗滤液的短程硝化. 氨氮的去除率达到99% 以上,亚硝态氮积累率达到了90% 以上. 时晓宁等 在SBR 中采用过程控制,将反应中pH 与ORP 曲线分别出现的“氨谷冶和“亚硝酸盐膝冶2 个特征点作为在线控制点,可以精确控制硝化和反硝化的终点. 渗滤液的氨氮的质量浓度为2 114 mg/ L,出水氨氮的质量浓度<10 mg/ L,对氨氮的去除率达到99%.刘牡等研究了FA 和FNA 对处理渗滤液短程硝化的影响.研究结果表明,当最小FA 控制在3.1 mg/ L 以上时,系统可维持稳定的短程硝化, 氨氮去除率、亚硝积累率、TN 去除率分别可达到99%、95% 和86%.当FA 小于0.6 mg/ L 时,在原水碱度充足且过曝气的条件下,仅依靠FA 对NOB 的抑制作用,难于维持短程硝化. 在FA 浓度维持在较低浓度下,通过降低pH 值而大幅度提高FNA 可迅速恢复并维持短程硝化, 亚硝积累率升高到92%. 可见FA 与FNA 是实现并维持城市生活垃圾渗滤液短程硝化的重要影响因素. 彭永臻采用2 级UASB-A/ O 的组合工艺处理垃圾渗滤液,最大氨氮去除速率可以达到0.68 kg NH+4 N/ m3˙d,氨氮的去除率可以达到99%,同时可以实现稳定的短程硝化. 通过将A/ O的硝化液回流到UASB,总氮的去除率可以达到81% ~93%. Sun 等 研究了低温下短程硝化反硝化处理垃圾渗滤液的启动与稳定. 研究结果表明,在低温的条件下(14 ~18.2 ℃),通过FA 的抑制和过程控制的联合作用,在SBR 中成功实现了短程硝化并且可以稳定维持.

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