垃圾滲濾液處理源於垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、有機質分解水、進入填埋場的雨雪水及其他水分。常規處理方式有生化法、膜法、杜笙離子交換法。
基本介紹
- 中文名：垃圾滲濾液處理
- 處理效果：不是很理想
- 運行成本：相對較高
簡介,工藝特點,五個階段,工藝比較選擇,功能介紹,原理及特點,優缺點,工藝的選擇,危害及處理,污染特性,對環境的影響,處理工藝改進,發展趨勢,兩大特點難點,
簡介
垃圾滲濾液是指來源於垃圾填埋場中垃圾本身含有的水分、進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，並經歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度廢水。
垃圾滲濾液的水質相當複雜，一般含有高濃度有機物、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，對於垃圾滲濾液中CODCr的去除已有許多研究，一般多採用生物法處理，但是處理效果卻不是很理想，且運行成本相對較高。
工藝特點
1、 採用成熟技術，滿足新標準要求
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、運行費用低
4、 施工周期短
5、 維護管理方便
6、 節省了繁瑣的施工圖設計任務
7、可拆卸，可運輸
五個階段
垃圾滲濾液的性質隨著填埋場的運行時間的不同而發生變化，這主要是由填埋場中垃圾的穩定化過程所決定的。垃圾填埋場的穩定化過程通常分為五個階段，即初始化調整階段（Initial adjustment phase）、過渡階段（Transition phase）、酸化階段（Acid phase）、甲烷發酵階段（Methane fermentation phase）和成熟階段（Maturation phase）。
五個階段的具體內容
1、初始調節階段：垃圾填入填埋場內，填埋場穩定化階段即進入初始調節階段。此階段內垃圾中易降解組分迅速與垃圾中所夾帶的氧氣發生好氧生物降解反應，生成二氧化碳（CO2）和水，同時釋放一定的熱量。
2、過渡階段：此階段填埋場內氧氣被消耗盡，填埋場內開始形成厭氧條件，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氣（N2）和硫化氫（H2S），滲濾液pH開始下降。
3、酸化階段：當填埋場中持續產生氫氣（H2）時，意味著填埋場穩定化進入酸化階段。在此階段對垃圾降解起主要作用的微生物是兼性和轉性厭氧細菌，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上升至中期達到最大值，此後逐漸下降；PH繼續下降到達最低值，此後逐漸上升。
4、甲烷發酵階段：當填埋場H2含量下降達到最低點時，填埋場進入甲烷發酵階段，此時產甲烷菌把有機酸以及H2轉化為甲烷。有機物濃度、金屬離子濃度和電導率都迅速下降，BOD/COD下降，可生化性下降，同時pH值開始上升。
5、成熟階段：當填埋場垃圾中易生物降解組分基本被降解完後，垃圾填埋場即進入成熟階段。此階段由於垃圾中絕大部分營養物質已隨滲濾液排除，只有少量微生物對垃圾中的一些難降解物質進行降解，此時PH維持在偏鹼狀態，滲濾液可生化性進一步下降，BOD/COD會小於0.1。但是滲濾液濃度已經很低。垃圾滲濾
工藝比較選擇
功能介紹
厭氧ABR：針對中晚期滲濾液COD濃度升高特質，設計合理有效程式;
BAF：根據新標準，增大總氮達標壓力，BAF的除氨氮和總氮的效果較其它設備更佳;
缺氧反應池：可以進一步脫除總氮;
超濾膜生物反應器：有效提高生化單元污泥濃度、去除有機物、氨氮、總氮等污染指標，是後續的納濾膜工作前的預處理工藝。
納濾：將有機物和重金屬離子截留的同時避免重金屬在系統內累積。
混凝沉澱：及時進行處理濃水，避免在系統內循環時造成濃水有機物在系統內累積。
原理及特點
蒸發過程所產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的。利用的方法有二：
一是如多效蒸發和多級閃蒸那樣直接重複利用；
二是進行壓汽式蒸餾(VC)蒸發濃縮。
即根據任何氣體被壓縮時溫度升高這一特性，將蒸發器中沸騰溶液(或廢水)蒸發出來的二次蒸汽通過壓縮機的絕熱壓縮，提高其壓力、溫度及熱焙後再送回蒸發器的加熱室，作為加熱蒸汽使用，使蒸發器內的溶液繼續蒸發，而其本身則冷凝成水，蒸汽的潛熱得到了反覆利用。原理見圖4-1。就蒸發工藝而言，蒸發過程所消耗的絕大部分熱量都用於提高鹽水的熱焓，使其汽化。而高熱焙的二次蒸汽未加以充分利用，即使多效蒸發過程，末效高熱焙的二次蒸汽也被廢棄。從熱力學觀點來看，即使多效蒸發其熱功效率也相當低。而蒸汽壓縮蒸餾克服了該缺點，也就是只靠壓縮蒸汽所產生的熱而不需要另外供給加熱蒸汽即可進行蒸發操作，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，當蒸汽由大氣壓壓縮至1．2大氣壓時，壓縮機所做之絕熱功為6．8 kW·him3，理論熱功效率達到80%，儘管實際熱功效率較低，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並論的技術優點。假定在常壓下蒸發，傳熱溫差為5℃，則對二次蒸汽進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。可見其經濟效益是很高的。當然實際系統的節能值並不會這么高，各種損失(如廢水沸點升高、系統散熱、進出的物料的熱量差以及機械損失等)還將大大增加壓縮機的實際耗能量。
壓縮比直接影響蒸發器冷凝～蒸發傳熱推力的大小。從理論上講，希望壓縮比增大，這樣可減少蒸發器的傳熱面積。從蒸發器相變傳熱要求出發，最理想的壓縮過程是沿蒸汽焓熵圖 (見圖4—3)的飽和線AB進行，但一般無冷卻壓汽機的壓縮過程是沿等熵線AC進行，而實際壓縮過程又受絕熱效率的影響，沿AD線進行。可見，壓縮比增大，會引起過熱度和熵的增大，並導致功耗劇增，此外還會影響壓汽機的正常運行，產生大的噪音。為消除過熱度和改善壓縮過程，可在蒸汽進口端加水，使壓縮過程線變為AD。根據壓縮比試驗表明，在實際套用中，選用壓縮比為1.2，相應的飽和溫差為7℃，是比較合理可靠的。 壓汽式蒸餾設備簡單、緊湊，在特定條件下具有良好的節能效益，等效造水比可達15。能源單一方便，只用電能，且不需冷卻水。適用於水源缺乏和供汽不便的地方，以及中小規模的廢水處理、化工蒸發和蒸餾水生產等。
優缺點
壓汽蒸餾的高速發展VC早被人們發明，但是在20世紀70年代以前的30年中發展很慢。70年代初開始迅速發展，其原因可以歸納為以下幾點:
①壓汽技術的提高，特別是高效離心式壓縮機的出現，克服了羅茨式壓縮機重量大、速度不能提高、大型化困難等問題。
②密封技術的進展保證了壓縮機的可靠運行和水的質量。
③傳熱技術的提高為VC創造了必要條件。新型蒸發器的傳熱溫差不斷減小，壓縮機可在?>低壓比下工作，不僅節省了電能，而且結構上也可簡化，使人們看到VC在節能方面的潛力。
④能源危機使人們不得不更珍惜能源。機械壓縮它是用壓縮機吸引二次蒸汽，一般適用於中小規模(日產淡水幾百噸)。其壓縮機有離心式、羅茨式以及螺桿式等。
機械壓縮式壓汽蒸餾原理見圖4-4。在正常運轉時，機械壓蒸餾裝置蒸發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充熱量。
工藝的選擇
MVC(Mechanical Vapor Compression)或MVR（Mechanical vapor recompression）蒸發濃縮工藝法，是指利用壓縮機的壓縮升溫原理、經特殊熱流體設計而組成的蒸汽壓縮型蒸發濃縮工藝系統的簡稱。這種工藝系統，使密閉容器內經加熱生成的(從廢水溶液)蒸汽，在通過蒸汽壓縮風機時被壓縮為>85℃<101℃的升溫氣體。這種升溫氣體，即可作為再生熱源而循環套用，對於廢水溶液的熱傳遞和連續蒸發，在循環傳熱過程中使升溫氣體本身也得以迅速冷卻，並最終成為可回用的冷凝水(根據冷凝水成分和客戶用途,經採用有關淨化工藝可獲得飲用水/軟化水/純水)。 根據物理學的原理，等量的物質，從液態轉變為氣態的過程中，需要吸收定量的熱能；當物質由氣態轉為液態時，會放出等量的熱能，這種熱能稱為“潛熱”。該系統設有汽液分離室、液膜潛熱主換熱器、液膜顯熱輔助換熱器、循環泵、真空泵、液體輸送泵、離心（羅茨）式蒸汽壓縮機、疏水裝置、電控系統、自控系統等。待處理液體由設備入口順序連線原料泵、輔助換熱器、進入汽液分離室；汽液分離室下部連線濃縮液排出管道和液體循環泵及液體輸入和循環管道；主換熱器外供蒸汽換熱，主換熱器與汽液分離室相互連線離心（羅茨）式蒸汽壓縮機和液體循環管道；排出的冷凝後的蒸餾液可以回收再利用。機械蒸汽再壓縮降低了一次能源的消耗，所以也降低了環境負載。
危害及處理
我國大部分城市以衛生填埋作為垃圾處理的基本方式，在今後一段時期，衛生填埋處理仍將是國內城市生活垃圾處理的基本方式。衛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重污染。
污染特性
垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋過程中由於發酵、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、垃圾生化反應產生的水、地下潛水的反滲和大氣降水，其中大氣降水具有集中性、短時性和反覆性，占滲濾液總量的大部分。滲濾液是一種成分複雜的高濃度有機廢水，其性質取決於垃圾成分、垃圾的粒徑、壓實程度、現場的氣候、水文條件和填埋時間等因素，一般來說有以下特點：
1.2 CODcr和BOD5濃度高。滲濾液中CODcr和BOD5最高分別可達90000 mg/L、38000mg/L甚至更高。 1.3 氨氮含量高，並且隨填埋時間的延長而升高，最高可達1700mg/L。滲濾液中的氮多以氨氮形式存在，約占TNK40%-50%。
1.4 水質變化大。根據填埋場的年齡，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，其特點是CODcr、BOD5濃度高，可生化性強；另一類是填埋時間在5年以上的年老滲濾液，由於新鮮垃圾逐漸變為陳腐垃圾，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酵階段較高，鐵的濃度可達2000mg/L左右；鋅的濃度可達130mg/L左右，鉛的濃度可達12.3mg/L，鈣的濃度甚至達到4300mg/L[4] 1.6 滲濾液中的微生物營養元素比例失調，主要是C、N、P的比例失調。一般的垃圾滲濾液中的BOD5：P大都大於300。
對環境的影響
通過對某填埋場的滲濾液處理情況進行調查發現，填埋場運行至今，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入納污水域，並且還有9.6萬噸滲濾液存儲於污水庫內。經過化學分析，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700mg/l，平均色度達251度，金屬含量不高，以色質在線上對有機物定性分析，發現滲濾液中有機物最高含碳數可達12，主要為環烷烴、酯類、羧酸類、苯酚和硫磺等。經過處理後排入納污水域的水質CODcr值為283mg/l，仍超標1.83倍，BOD5值為108mg/l，超標2.6倍，NH3-N值為190mg/l，超標11.67倍，總氮679mg/l，色度133度，並且含有大量有機物，說明了該場污水處理過程還未能滿足污水達標排放，受此影響，該填埋場的一級納污水體的水質已經明顯惡化。這一情況已經引起當地部門的高度重視。
處理工藝改進
針對該垃圾填埋場存在的問題，對該場污水處理設施提出以下改進建議：
（1）在處理工藝的選擇上，應改變老的思維模式，對不能達到處理指標工藝方案予以廢止，採用高效節能MVC壓汽式蒸發處理工藝。
（2）加強對氧化塘的運行管理。希望通過此次改進能是處理後的廢水達標排放，有效控制滲濾液對周邊環境造成的污染。
（3）末端引入離子交換工藝作為安保過濾系統，可有效防止氨氮指標的波動。
發展趨勢
垃圾填埋場滲濾液的控制和處理是保證垃圾的長期、安全處置的關鍵。因此，對滲濾液處理的研究至關重要。通過分析和總結滲濾液處理現狀，今後滲濾液處理研究應把重點放在以下幾個方面。
首先，現有的滲濾液處理方法多種多樣，由於處理工藝各具特色，因此，運用時不能生搬硬套，而要因地制宜。不同地域的地理位置、地理結構、氣象條件以及垃圾成分等因素的差別都會導致滲濾液質和量的差異。如針對北方降雨量少而蒸發量大的特點，滲濾液回灌法就比較經濟有效；而南方溫暖濕潤的氣候就有利於套用土壤-植物法處理滲濾液的開發和套用。
其次，垃圾填埋的穩定化研究也是必要的。促進填埋垃圾的穩定化，不僅可以縮短填埋垃圾的穩定化時間，提高產氣速率，而且可以縮短垃圾滲濾液產生的周期，在一定程度和範圍內改善滲濾液的處理難度。
兩大特點難點
就是其氨氮濃度高以及可生化性差。對於其產生機理，只是基於一定的定性認識，還缺乏對於其動力學特徵等深層次機理的研究。經過對這些問題的研究並通過工程實例，對滲濾液處理方法，採用以下工藝可以解決滲濾液的諸多問題。
