垃圾滲濾液處理優化組合工藝
摘要： 對垃圾滲濾液處理難點進行了分析，綜述了垃圾滲濾液國內外處理現狀、處理工藝、應用進展以及存在弊端，重點闡述了單級自養脫氨氮和OFR兩項專利技術處理垃圾滲濾液的工藝、原理、應用范圍、技術優勢、工程實例及其推廣方向，提出單級自養脫氨氮+OFR兩項專利技術的優化組合工藝有效解決了垃圾滲濾液處理的兩大難點及其廣泛的應用前景。
關鍵詞：垃圾滲濾液 自養,脫氨
引言：
近十幾年來國外學者就垃圾滲濾液的處理進行了大量的探索和研究，取得了一些成功經驗，有的已用于工程實踐。我國在垃圾滲濾液的處理研究方面起步較晚、起點較低，有不少失敗的教訓，但也獲得了一些寶貴的經驗。由于滲濾液水質水量的復雜多變住，目前尚無十分完善的處理工藝，大多根據不同填埋場的具體情況及其它經濟技術要求采取有針對性的處理工藝。本文針對垃圾滲濾液處理的難點進行分析，通過與國內外處理技術的對比，提出垃圾滲濾液最佳處理組合工藝。
1 垃圾滲濾液水量、水質特性及處理難點
對滲濾液的水量、水質特征的研究是滲濾液處理工藝選擇的必要前提。
1．1 滲濾液水量特性
（1）水量變化大：垃圾填埋場產生的滲濾液量的大小受降雨量、蒸發量、地表徑流量、地下水入滲量、垃圾自身特性及填埋結構等多種因素的影響。其中，最主要的是降水量。由于垃圾填埋場是一個敞開的作業系統，因此滲濾液的產量受氣候、季節的影響非常大。
（2）水量難以預測：滲濾液的產生量受到多種因素的影響，要準確預測滲濾液的產生量是非常困難的。
1．2 滲濾液的水質特性
（1）污染物種類繁多：滲濾液的污染成分包括有機物、無機離子和營養物質。其中主要是氨、氮和各種溶解態的陽離子、重金屬、酚類、丹類、可溶性脂肪酸及其它有機污染物。
（2）污染物濃度高，變化范圍大：在垃圾滲濾液的產生過程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后產生的污染物經過溶解、洗淋等作用進入垃圾滲濾液中，以致垃圾滲濾液污染物濃度特別高，而且成分復雜。垃圾滲濾液的這一特性是其它污水無法比擬的，造成了處理和處理工藝選擇的難度大。
（3）水質變化大：垃圾成分對滲濾液的水質影響大。不同的地區，生活垃圾的組成可能相差很大。相應的滲濾液水質也會有很大差異。垃圾滲濾液水質因水量變化而變化，同時隨著填埋年限的增加，垃圾滲濾液污染物的組成及濃度也發生相應的變化。
（4）營養元素比例失衡：對于生化處理，污水中適宜的營養元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾滲濾液中的BOD5/P大都大于300，與微生物所需的磷元素比例相差較大。
1．3垃圾滲濾液處理難點
（1）滲濾液高濃度氨氮問題：垃圾滲濾液氨氮濃度一般從數十到幾千mg/L不等。與城市污水相比，垃圾滲濾液的氨氮濃度高出數十至數百倍。一方面，由于高濃度的氨氮對生物處理系統有一定的抑制作用；另一方面，由于主濃度的氨氮造成滲濾液中的C/N比失調，生物脫氮難以進行，導致最下終出水難以達標。
（2）滲濾液可生化性差的問題：一方面是指隨著填埋場時間的延長，滲濾液的生化性降低，在填埋后期，可生化性很差，BOD/COD值小于0.1，此時滲濾液俗稱老化滲濾液。另一方面是指在填埋初期，雖然填埋場的可生化性較好，但是靠生物處理很難將之處理至二級甚至一級標準以下，一般來講，滲濾液中的COD中將近有500～600mg/L無法用生物處理方式處理。
2 國內處理現狀及存在的弊端
2．1 處理現狀
我國衛生填埋起步較晚，起初主要以氨吹脫+厭氧+好氧為主，運行成本較高（15～20元/噸），出水一般可達到垃圾滲濾液三級標準。
2000年以后，由于經濟的飛速發展，新建的滲濾液處理廠一般遠離城區，滲濾液沒有條件排入城市污水管網，因此處理要求也相應提高，一般需要處理到二級甚至一級排放標準。此時的滲濾液若僅靠生物處理無法達到處理要求，一般采取生物處理＋深度處理的方法。代表性的工程實例有廣州新豐、重慶長勝橋等。 廣州新豐滲濾液處理廠采用的是 UASB+SBR+反滲透處理工藝，處理規模為500 m3/d，工程投資約6000萬，處理成本約25元/m3。重慶長勝橋滲濾液處理廠采用的是反滲透的處理工藝，處理規模500m3/d，工程投資約3700萬，處理成本約15元/m3。北京市垃圾填埋場主要以反滲透為主，如下表：
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北京市垃圾滲濾液主要處理情況
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2．2 存在弊端
近年來膜生物反應器及反滲透在垃圾滲濾液處理中應用越來越廣泛。但是由于垃圾滲濾液與一般生活污水有較大差異且不穩定，致使此技術有發展過程中面臨著阻礙其推廣應用的難題。主要表現在以下方面：
（1）膜生物反應器要根據不同的水質及處理要求，用不同的膜及膜組件與各種好氧和厭氧生物廢水處理技術相結合，且處理能力和耐污能力需要進一步加強；
（2）目前中國內外，尤其是在中國的經濟發展水平、膜產品供應狀況和規范設計要求的條件下，確定膜生物反應器用于污水處理的最大經濟流量是一個亟待解決的問題；
（3）反滲透膜成本高、壽命短、易受污染，是影響膜生物反應器能否推廣應用的重要因素；
（4）處理不徹底，反滲透膜處理產生的濃縮液還需進一步處理。
2．3 傳統生物脫氮方法的技術缺陷
（1）廢水中碳源不足(C/N過低)，需投加甲醇等有機碳。增加了運行費用和運行管理的難度；
（2）高濃度的氨氮對生物處理系統有一定的抑制作用；
（3）進水中的高濃度氨氮和亞硝酸鹽抑制硝化過程；
（4）需要加堿中和。增加了處理費用，有可能造成二次污染；
（5）系統總水力停留時間較長，有機負荷較低，增加了基建投資和運行費用。
3 垃圾滲濾液優化組合工藝
垃圾滲濾液處理工藝流程：單級自養脫氨氮技術+ OFR氧化絮凝復合床
A．單級自養脫氨氮反應器（專利號：ZL 2004 2 0035881.2）
高濃度氨氮是滲濾液處理的主要問題，傳統的生物脫氮很難滿足垃圾滲濾液處理的要求，單級自氧脫氨氮技術是將原來的兩級硝化反硝化脫氮方式，改變為在單級系統中進行。國內首次提出了單級全自養脫氨氮工藝技術。通過利用好氧顆粒污泥方法，生物膜方法，實現了對垃圾滲濾液及相關高濃度氨氮廢水的高效率自養生物脫氮。鑒定委員會一致認為，本項目成果對垃圾滲濾液及高濃度氨氮廢水的處理，從工藝路線提出，到過程優化控制、反應器的啟動，以及微生物學機理方面的研究勻達到國際先進水平。
作用機理：
在好氧區，與短程硝化-反硝化原理相同，只是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，其反應式如下：
NH4+ + 3/2O2 = NO2- + H2O + 2H +
在厭氧區，以NH4+為電子受供體，以NO3-或NO2-為電子受體，將NH4+，NO3-或NO2-轉變成N2。其反應式如下：
NH4+ NO2=N2+ 2H2O
工藝技術特點：
（1）硝化反應控制為部分亞硝化，可節省供氣量45％左右，節省動力消耗；運行費用低
（2）硝化和厭氧氨氧化在同一反應器中進行，產生的亞硝酸氮可以被及時轉化，解除了過程的抑制。
（3）生物濃度高，水力停留時間短，反應器總體積約為原來的1/2，減少占地面積；工程投資省。
（4）傳統脫氮工藝的反硝化過程在處理高氨低碳廢水時需要外加碳源，該工藝不需要外加碳源。
（5）去除率高，出水水質好。
推廣應用情況：
（1）2004年，湖南長沙黑麋峰垃圾滲濾液處理工程；
（2）2004年，湖南株洲南郊垃圾滲濾液處理工程；
（3）2005年，江西九江垃圾填埋場垃圾滲濾液處理工程；
（4）2005年，湖南張家界三望坡垃圾滲濾液處理工程；
（5）2006年，湖南邵陽洞口縣垃圾填埋場滲濾液處理工程；
（6）2006年，湖南湘西自治州花垣縣垃圾填埋場滲濾液處理工程。
B． OFR氧化絮凝復合床技術（專利號：ZL02 1 14740.X）
氧化絮凝復合床技術（Oxido-Floculation Reactor，簡稱OFR）屬廣東省科技廳“九五”科技攻關項目，榮獲國家發明專利。2004年6月30日，經國家科委廣東省科技廳鑒定，認為該技術成果已達到同類物理化學水處理技術的國際先進水平。該技術已成功地應用于美國、日本、馬來西亞、新加坡、北京、上海、廣東、浙江、福建、四川、香港等地多家企業。具有明顯的環境效益與經濟效益。OFR技術是目前世界上成本最低、效率最高、實用性最好的垃圾滲濾液深度處理技術之一，該技術達到同類生物化學處理國際先進水平。
作用機理：
由我國科研人員自主研發的OFR污水處理技術以最廣泛的電能作OFR反應物的激發能，以來源穩定、性能優良、無毒、穩定的物質作為OFR反應的引發劑，以來源豐富、零成本的空氣（中的氧氣）作為反應原料。集物化處理中氧化分解、混凝、吸附、絡合、置換、消毒于一體。根據廢水中需要去除的污染物的種類和性質，在兩個主電極之間充填高效、無毒而廉價的顆粒狀專用材料，催化劑及一些輔助劑，組成去除某種或某一類污染物最佳復合條件下，裝置內便會產生一定數量的具極強氧化性能的羥基自由基（•OH）和新生態的混凝劑。這樣廢水中的污染物便會發生諸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用，能有效降低水中的COD、SS、重金屬、色度、PH等。
工藝技術特點：
OFR處理垃圾滲濾液，單級OFR處理時間僅為30分鐘，單級COD去除率可達60%～70%，色度可大幅度下降，同時經OFR處理后的出水可生化性大幅度提高，提高了后續生化系統的處理效率。OFR與生化技術聯合使用處理垃圾滲濾液，在實際運行中只需經8～9小時，其CODCr值便可從4000～5000mg/L穩定降至100mg/L以下；色度可由1000多（倍）降到50（倍）以下，出水澄清透明而且無臭味。主要表現在如下幾個方面：
（1）不受垃圾埋填場場齡(填埋時間)的限制,不受垃圾滲濾液水質水量的影響。OFR技術可與多種物化、生化技術聯合使用。
（2）投資和運行成本大大低于膜分離為主的處理技術；
（3）系統是在封閉電極板中快速進行，對外界環境無任何影響；
（4）處理后有機物最終產物為CO2和水，無濃縮液產生；
（5）可用于現有或新建高濃度有機廢水工程的后續深度處理，保證出水水質穩定；
（6）OFR處理系統是在封閉電極板中快速進行，對外界環境影響較小。
結論：
近年來，膜技術在垃圾滲濾液處理中的應用越來越廣泛。本文通過對垃圾滲濾液的水質、水量特性及處理難點的分析，指出了傳統生化處理及膜處理技術所存在的弊端，并提出了新型的組合處理工藝。單級自養脫氨氮專利技術有效解決了滲濾液處理高氨氮的難點，氨氮去除率可達國家排放標準；多項中試結果表明OFR氧化絮凝復合床技術處理垃圾滲濾液可使COD去除率可達90%以上，出水水質穩定且生化性明顯提高，還能有效去除色度、SS、重金屬等，并具有投資省、運行費用低、占地面積小、處理徹底等特點，特別適用于垃圾滲濾液的深度處理。
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