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垃圾渗滤液的浓缩及处理工艺.doc
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1、垃圾沥滤液的浓缩及解决工艺一、垃圾废水11. 我国城市垃圾的组分12. 垃圾废水的产生1二、垃圾填埋场垃圾渗沥(渗滤)液解决11. 垃圾渗沥液的特性12. 垃圾渗沥液的解决方法2三、垃圾焚烧厂沥滤液的解决41. 垃圾焚烧厂沥滤液的特性42. 目前用于垃圾焚烧厂沥滤液的解决方法61)直接回喷焚烧法62)掺油回喷63)热力法64)生化法65)反渗透法76)化学氧化解决77)CTB工艺解决78)其他解决工艺7四、垃圾沥渗液的浓缩解决工艺81. 蒸发浓缩81)浸没燃烧蒸发(直接接触燃烧)92)热泵蒸发93)闪蒸蒸发94)旋膜蒸发器105)长管式蒸发器106)强制循环蒸发102. 膜技术浓缩工艺121)
2、膜的分类与性能参数122)反渗透(RO)及其在垃圾渗滤液解决中的应用143)纳滤(NF)膜及其在垃圾渗滤液解决中的应用164)组合膜工艺175)综合工艺176)膜技术浓缩工艺存在的问题17五、垃圾沥滤液解决工艺的选择181. 焚烧厂沥滤液排放标准182. 垃圾沥滤液解决工艺的选择193. 国内垃圾焚烧厂现有沥滤液处置方式20六、垃圾焚烧厂沥滤液解决工程实例20附1 相关检索关键词22附2 部分参考文献22附3 部分相关资料来源22随着我国城市化建设步伐的加快,城市人口的急剧增长,城市生活垃圾也在不断的增长。目前,我国把城市生活垃圾无害化解决作为一项重要的城市基础设施建设来抓,努力消除生活垃圾的
3、污染,提高可连续发展的能力。但是,假如垃圾解决厂的建设和管理不妥,也会产生较为严重的二次污染,危及本地环境安全。目前城市垃圾的重要解决方式有垃圾堆肥、垃圾卫生填埋、垃圾焚烧等,垃圾解决过程中产生的恶臭、废水和废渣污染也越来越被人们所重视,对相应的解决和处置技术手段进行了研究,取得了一定的成果。但是由于垃圾的成分随不同的地区、生活水平、季节、自然条件等差别很大,同时由于不同的垃圾解决和处置工艺,产生的二次污染也不尽相同,在对垃圾性质的分析的基础上,考察解决和处置工艺的特性,结合一定的技术手段对垃圾解决和处置中产生的二次污染进行防治才干取得好的效果。垃圾废水是垃圾解决和处置过程中广泛存在的二次污染
4、问题,也是建设和运营垃圾填埋场、垃圾焚烧厂等亟待解决的问题之一。一、垃圾废水1. 我国城市垃圾的组分城市生活垃圾的重要组分可分为三大类:可腐有机物(以厨余为主)、可燃有机物(塑料、废纸、橡胶、皮革、竹木、布类等)、无机物(煤渣、砖瓦、地灰、玻璃、金属等)。在以煤为重要民用燃料的地区,垃圾中无机物的含量就比较高,最高甚至可以达成80%。在气化燃料普及的城市中,不管是南方城市还是北方城市,可腐有机物占的比例最高,超过50%。可燃有机物的比例在20%-40%之间,无机物的比例通常低于20%,含水率在40%-60%之间,低位热值在4000-6000kJ/kg范围内。2. 垃圾废水的产生从垃圾的收集、转
5、运、运送,一直到最终的解决和处置的每一个环节中都可以产生垃圾废水。城市垃圾由城市垃圾收集车收集后运至垃圾转运站,在城市垃圾转运站垃圾经预压缩后由垃圾转运车运到垃圾填埋厂、垃圾堆肥场或垃圾焚烧厂进行垃圾的最终解决。在压装机车间压缩垃圾时挤压出的污水,其组成成分复杂,CODcr在46万mg/L,一般将其先集中储存,再定期集中运至下游垃圾解决工艺。垃圾填埋场垃圾废水的重要来源有垃圾自身携带的水分、垃圾填埋过程中发酵产生的水分、垃圾填埋场天然降水以及喷洒用水。垃圾堆肥场的垃圾废水来源与垃圾填埋场类似。而垃圾焚烧厂的垃圾废水则重要来自垃圾自身携带的废水,这部分废水在垃圾贮存坑中从垃圾中沥出,经系统收集后
6、集中解决。为了区别垃圾填埋场和垃圾焚烧厂及垃圾转运站的垃圾废水,一般将垃圾填埋场经收集管网收集的垃圾废水称为渗滤液或渗沥液,而将垃圾焚烧厂的垃圾贮存坑底部的垃圾废水及垃圾转运站的垃圾废水成为垃圾沥滤液或简称垃圾滤液。目前国内外对垃圾污水的研究重要集中在对垃圾填埋场渗滤(沥)液的研究上。而垃圾填埋场的垃圾渗沥液与垃圾焚烧厂垃圾贮存坑的废水有很多相似之处,特别是在垃圾填埋场运营初期,两者的性质很接近,都具有污染物浓度高、可生化性好、水量大、成分复杂等特点。所以,考察垃圾填埋场的垃圾渗沥液可以对垃圾焚烧厂垃圾废水的解决与处置有一定的启发作用。二、垃圾填埋场垃圾渗沥(渗滤)液解决1. 垃圾渗沥液的特性
7、渗沥液成分取决于垃圾成分、填埋时间、气候条件、填埋场设计等多种因素。一般来说,垃圾渗沥液具有如下特性:1)水质复杂,危害性大。张兰英等人采用G-MS-DS联用技术鉴定出垃圾渗沥液中有93种有机化合物,其中22种被列入我国和美国EPA环境优先控制污染物的黑名单中。此外,渗沥液中还具有10多种金属和植物营养素(氨氮等),水质成分十分复杂。2)CODCr和BOD5浓度高。特别是在垃圾填埋场运营初期,垃圾渗沥液中的CODCr最高达成90000mg/L,BOD5最高达成38000mg/L,和城市污水相比,浓度极高。显然这就规定其解决构筑物的有机负荷率高,水力停留时间长构筑物容积大。3)金属含量高。垃圾渗
8、沥液中具有10多种金属离子,其中铁2050mg/L,铅12.3mg/L,锌370mg/L,钾、钠2500mg/L,钙甚至高达4300mg/L。生物解决系统中如金属离子含量过高,对微生物有强烈克制作用,长时间运营,会导致污泥中的无机物含量增长,影响系统正常运营,故须先调pH值使重金属离子沉淀。4)氨氮含量高、含盐量高。氨氮浓度随填埋时间的增长而相应增长,最高可达1700mg/L,渗沥液中的氮多以氨氮形式存在,约占TKN40%50%。如此高浓度的氨氮,使微生物营养元素比例严重失调,仅靠硝化细菌和反硝化细菌脱氮不仅不能去除,反而会影响解决系统的正常运营,因此,在渗沥液进入生化解决前常需用物化法脱氮,
9、渗沥液中的盐重要为氯化物(1004000mg/L)和磷酸盐(91600mg/L),若在缺水地区需对渗沥液回收运用时,应对其脱盐解决。5)色度深且有恶臭,需考虑脱色解决,臭味给运营操作带来困难。6)微生物营养元素比例失调。垃圾渗沥液通常有机物和氨氮含量高,而磷元素较为缺少,其C/P比较大,C/N比较小,NH3-N含量过高。加上碱度高,对厌氧消化不利。磷元素的缺少也影响系统的稳定。因此,解决工艺中需在生化前进行脱氮解决,并往往需向系统投加磷等营养元素。7)水质变化大。填埋时间是影响渗沥液水质的重要因素。渗沥液BOD/COD一般在0.40.75,采用生物解决可达成良好的去除效果。但随着填埋时间的增长
10、,垃圾层日趋稳定,垃圾渗沥液中的有机物浓度减少,可生化性差的相对分子质量大的有机化合物占优势,其BOD/COD值甚至可低于0.1。这表白生物法解决垃圾渗沥液的效率随填埋龄的增长越来越低,后序解决构筑物负荷逐渐加大,可见在设计中应留有余地,渗沥液的水质受季节降雨影响而波动较大,其变化规律很难拟定。渗沥液水质如此不稳定,这就规定其解决系统要有很强的抗冲击负荷能力。2. 垃圾渗沥液的解决方法由于垃圾填埋场运营初期,大部分垃圾尚未发酵熟化,同时新鲜垃圾携带的水分较多,所以垃圾渗滤液的COD较高,具有较好的可生化性能,可以采用生物法进行垃圾渗滤液的解决,如UASB厌氧工艺、ASBR厌氧工艺、SBR好氧工
11、艺以及A2O工艺等厌氧-好氧组合工艺等。但是由于垃圾渗沥液中氨氮浓度较高,C/N比较低,导致C、N、P等营养平衡的失调,严重影响了垃圾渗滤液的生化降解性能,所以要保证生物法解决工艺的正常运营,必须减少垃圾渗滤液中氨氮的含量,常用的脱氮工艺有曝气法、氨氮吹脱塔等。随着垃圾填埋场的运营,已经填埋的垃圾逐渐发酵、熟化,可生物降解的物质被大量消耗,垃圾渗滤液的COD值下降,同时可生化性也减少,生化解决的合用性减弱,甚至不可行。对于“老化”的垃圾填埋场的渗滤液可以采用物理-化学的方法进行解决,如光催化、Fenton试剂高级氧化、膜分离等。1)UASB厌氧解决工艺。在填埋场投入使用后的前几年内,产生的渗滤
12、液有机污染物含量较高,并且大部分是一些易生物降解的挥发性脂肪酸,UASB厌氧工艺对这种前期渗滤液有较好的解决效果,对COD去除率可大于70%。由于UASB的COD负荷可高达10kgm-3d-1,反映过程中也无需能耗,因此与好氧工艺相比,可大大节约反映器的占地面积及动力消耗。但是,随着填埋年限的增长,填埋堆体中产甲烷的厌氧状态逐渐成熟,渗滤液在填埋堆体及调节池内长期滞留后,UASB的解决效果将变差。2)SBR好氧解决工艺SBR解决工艺是一种通过时间控制,在一个单池内完毕进水、厌氧搅拌、充氧曝气、沉淀、排水等过程的序批式反映器,具有较强抗冲击负荷能力,可根据渗滤液水质复杂多变的特点灵活地调整工艺参
13、数,并且厌氧与好氧的交替进行,可以达成较好的脱氮除磷效果。广州市大田山垃圾填埋场曾采用过此种工艺,对渗滤液COD的去除率可高达90%以上。3)氨吹脱工艺高浓度的氨氮是渗滤液的水质特性之一,根据填埋场的填埋方式和垃圾成分的不同,渗滤液氨氮浓度一般从数十至几千mg/L不等。随着填埋时间的延长,垃圾中的有机氮转化为无机氮,渗滤液的氨氮浓度有升高的趋势。与城市污水相比,垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。一方面,由于高浓度的氨氮对生物解决系统有一定的克制作用,另一方面,由于高浓度的氨氮导致渗滤液中的C/N比失调,生物脱氮难以进行,导致最终出水难以达标排放。因此,在高氨氮浓度渗滤液解决工艺流程中,一般
14、采用先氨吹脱,再进行生物解决的工艺流程。目前氨吹脱的重要形式有曝气池、吹脱塔和精馏塔。国内用得最多的是前两种形式,曝气池吹脱法由于气液接触面积小,吹脱效率低,不合用于高氨氮渗滤液的解决,采用吹脱塔的吹脱法虽然具有较高的去除效率,但具有投资运营成本高,脱氨尾气难以治理的缺陷。以深圳下坪为例,氨吹脱部分的建设投资占总投资的30%左右,运营成本占总解决成本的70%以上。这重要是由于在运营过程中,吹脱前必须将渗滤液pH 调至11 左右,吹脱后为了满足生化的需要,需将pH回调至中性,因此在运营过程中需加大量的酸碱调整pH,为了提供一定的气液接触面积,还需要风机提供足够的风量以满足一定的气液比,导致了渗滤
15、液解决成本的偏高。4)膜法深度解决工艺膜法深度解决工艺中的反渗透解决工艺在国外渗滤液解决厂中应用较多,由于投资和运营成本的关系,国内仅有广州兴丰垃圾填埋场渗滤液解决厂采用此工艺,反渗透组件为螺旋卷式膜,现已投入运营,浓缩液产生量为进水量的20%,最大回收率可达80%。由于反渗透膜可以阻挡溶解盐、无机分子及分子量大于100的有机物通过,通过此工艺深度解决后,出水可达成国家生活垃圾填埋场污染控制标准中的渗滤液排放一级标准,但是,每吨渗滤液的解决成本将会增长。5)光催化技术光催化法是近年发展起来的一种污(废)水解决新技术。在紫外光的照射下一些半导体材料的阶带电子会被激发到导带,从而产生具有很强反映活
16、性的电子空穴对,当它迁移到半导体表面后,在氧化剂或还原剂的作用下参与氧化还原反映,从而起到降解污染物的作用。黄本生等人将ZnO/TiO2复合半导体催化剂用于垃圾渗滤液的深度解决,出水水质达成了国家排放标准。弓晓峰等人在运用紫外光氧化法深度解决垃圾渗滤液的研究中发现,当pH=3时对COD的去除率最高,也即在酸性条件下Fenton试剂光照解决渗滤液的效果最佳。多相光催化法是近年来日益受到重视的污水治理新技术之一,将其用于垃圾渗滤液的深度解决有助于进一步提高出水水质。6)电解解决技术电解法解决废水的实质就是运用电解作用把水中的污染物去除,或把有毒物质变成无毒或低毒的物质。王敏等人在对垃圾渗滤液的SB
17、R法解决出水进行电解氧化实验时发现,减小pH值、增大单位体积渗滤液所需的电极面积均有助于COD和NH3-N的去除,在一定范围内,提高电流密度有助于COD、NH3-N和色度的去除。李小明等人在应用电解氧化法解决垃圾渗滤液的研究中找到了适宜的电解氧化条件:pH值为4,Cl-浓度为5000mg/L,电流密度为10A/dm2,SPR三元电极为阳极,电解时间为4h。在此条件下,对COD的去除率为90.6%,对NH3-N的去除率为100%。7)Fenton解决技术Fenton试剂常用于废水的深度解决,属于高级氧化解决技术的一种。熊忠等人在用混凝-Fenton-SBR法解决垃圾渗滤液的实验中得到:混凝反映的
18、最佳条件为pH=5、PAC投量为300mg/L,Fenton反映的最佳条件为pH=3、H2O2/COD=3.0、H2O2/Fe2+=10。此时对COD、BOD的去除率分别稳定在80%、94%左右。8)回灌解决技术采用渗滤液回灌技术不仅能减少渗滤液中的COD浓度,加快垃圾中有机质的降解,提高垃圾的溶解速度,并且有助于减少垃圾中有机质的含量,同时不影响COD浓度的稳定。徐迪民等具体研究了垃圾填埋场渗滤液回灌的影响因素,发现在实验所用的亚粘土中加入一定比例的细砂可改善覆土层的透水性和透气性,当进水负荷为6.6115g/(m2d)时对COD的去除率可达98%左右。何厚波等人发现,对回灌渗滤液中有机物的
19、去除效果随垃圾堆体高度的增长而增长,并且进入垃圾堆体的有机负荷不能无限制的增长,否则会毁坏渗滤液回灌系统。9)渗滤液蒸发解决蒸发是一个把挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程,由2部分组成:加热溶液使水沸腾气化和不断除去气化的水蒸气。垃圾渗滤液蒸发解决时,水从渗滤液中沸出,污染物残留在浓缩液中。所有重金属和无机物以及大部分有机物的挥发性均比水弱,因此会保存在浓缩液中,只有部分挥发性烃、挥发性有机酸和氨等污染物会进入蒸气,最终存在于冷凝液中。蒸发解决工艺可把渗滤液浓缩到局限性原液体积2%10%。填埋气体是垃圾填埋场另一重要二次污染,对于现代化卫生填埋场,填埋气体可以足够供应渗滤液蒸发所需的能量,
20、此时,蒸发解决是经济低廉的,它也就成为惟一可同时有效控制渗滤液和填埋气体的工艺。与常规解决不同,蒸发对水质特性,如BOD、COD、SS及进料温度的变化不敏感,但pH是蒸发的重要影响因素,pH影响渗滤液中挥发性有机酸和氨的离解状态,从而改变它们的挥发限度,此外,酸性条件下对蒸发器金属材料腐蚀性较强。蒸发系统在应用中通常规定烟气排放达标和浓缩液进行处置。在一些蒸发系统中,来自蒸发器的蒸气仅简朴地与火焰燃尽后的空气尾气一起直接排放。在另一些蒸发系统中,设立热氧化过程以满足有机污染物排放规定。在火焰热氧化区,对渗滤液蒸气中的有机物的破坏率与填埋气体直接燃烧的效果一致,甚至前者的燃烧停留时间还会长一些。
21、渗滤液蒸发后浓缩液的解决处置涉及回灌、反渗透和纳滤联合解决、进一步蒸发、焚烧干燥或直接固化后与垃圾一起填埋等。蒸发解决工艺通常不需要前解决,假如需要,一般只作重力沉淀分离颗粒物,但对渗滤液蒸气冷凝液的后解决有时是需要的,根据冷凝液中有机物种类和排放规定,后解决方法有:膜分离、生物膜法、活性炭吸附和化学氧化。三、垃圾焚烧厂沥滤液的解决1. 垃圾焚烧厂沥滤液的特性与城市污水和工业废水相比,垃圾焚烧厂沥滤液具有更为明显的特点,即成分复杂,水质水量变化大且呈非周期性,无疑给对其进行有效而稳定的解决带来较大困难。垃圾沥滤液量的产生受众多因素的影响,不仅水量变化大,并且其变化呈明显的非周期性。由于垃圾投放
22、和收运过程都是一个敞开的作业系统,因而沥滤液的产生量受气候和季节变化的影响极为明显。在设计中,要通过调查分析,掌握水量及其变化规律,并在选择沥滤液解决工艺时考虑此特性。因此,假如将沥滤液直接喷入焚烧炉焚烧解决,应按一年内也许出现的最大沥滤液量对锅炉进行设计,要考虑水量对锅炉热效率的影响。如采用生化法,则必须设立足够容积的调节池,以满足最大水量的储存,及均化水质的规定。1)成分复杂沥滤液属高浓度有机废水。一般情况南方沿海城市垃圾沥滤液中化学耗氧量CODcr浓度范围2023050000mg/L,生物耗氧量BOD5浓度范围1000020230mg/L,悬浮物SS约为1300mg/L,pH46,同时还
23、具有多种有机物和无机物(具有毒有害成分),因而其水质是相称复杂的,污染物种类多,并且浓度存在短期波动性和长期变化的复杂性。2)水质变化BOD5/CODcr比值的变化大。新运进垃圾焚烧厂的垃圾大部分是比较新鲜的生活垃圾,BOD5/CODcr值较大,也就是说可降解的有机物较多。随着储存时间的增长,BOD5/CODcr值会有变小的趋势。但是同垃圾填埋场渗沥液相比,由于垃圾焚烧厂垃圾贮存的时间较短,一般在3天左右,所以垃圾沥滤液的可生化性变化的不是很大。3)金属离子问题在沥滤液的多种污染物中,金属离子(特别是重金属离子)因其对环境特殊的危害性和对生物解决工艺的影响而比较引入注意。沥滤液中具有的多种重金
24、属离子,由于其物理和化学环境而使垃圾中的高价不溶性金属离子转化为可溶性金属离子而溶于沥滤液中(所谓物理环境重要是指淋溶作用,化学环境重要是指因微生物对有机物的水解酸化使pH下降以及在厌氧条件下形成的还原环境),所以在解决工艺中要考虑去金属离子的问题。4)NH4+N浓度问题沥滤液中高浓度的NH4+N是导致解决难度增大的一个重要因素。高浓度的NH4+N及其随时间的变化,不仅加重了受纳水体的污染限度,也给解决工艺的选择带来了困难,增长了复杂性。过高的NH4+N规定进行脱氮解决,而解决的结果使水中的C/N值更低,反过来克制常规生物解决的进行。同时应考虑水中碱度、含磷量等问题。由于垃圾的焚烧解决技术在国
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