矿化垃圾反应床处理渗滤液的工程应用
摘要：矿化垃圾含有大量的高活性微生物种群，具有高效处理渗滤液的能力。2004年9月以矿化垃圾反应床为主体的规模为70m3/d的渗滤液处理系统在山东省即墨市垃圾填埋场正式运行，其出水COD浓度可达到国家二级排放标准，BOD5、NH3-N、TP、SS和大肠杆菌等指标均达到国家一级排放标准，系统运行费用约为3元/m3。
关键词：矿化垃圾反应床；渗滤液；工程应用
1矿化垃圾反应床
城市生活垃圾经过8年以上的填埋，在物理、化学和生物的作用下发生了改变，由散发出恶臭气体的原生垃圾慢慢地转变为具有泥土气味的陈腐垃圾，称之为“矿化垃圾”。在矿化垃圾里大部分可降解有机物已被去除，形成一些具有吸附和络合能力的腐殖质类物质，并留下了很多微小的孔道，这些微孔适合微生物的附着生长。与此同时，在厌氧、缺氧或微氧的条件下，经过含有重金属、高浓度盐类、高浓度氨氮和其他有毒有害物质的渗滤液冲刷或浸泡，生长于垃圾中的微生物经过驯化、选择和变异等作用，逐渐形成一个适应于这种环境的微生物群体。因此，相对于传统生物处理法中的微生物种群，矿化垃圾中的微生物种群对渗滤液具有更强的适应性和处理能力。矿化垃圾反应床就是利用矿化垃圾本身的吸附和络合性能，以及其中的微生物来处理渗滤液的。
2工程应用
2.1工程概述
山东省即墨市灵山固体废弃物综合处理场一期工程于2003年5月4日建成投产，生活垃圾平均处理量为250t/d，平均渗滤液产生量为60m3/d。采用以矿化垃圾反应床为主体的处理工艺，设计处理规模为70m3/d，设计进水COD浓度为12000mg/L、BOD5浓度为3000mg/L、SS浓度为 500mg/L、NH3-N浓度为1000mg/L；设计出水按《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889—1997)中渗滤液排放控制项目及其限值的二级排放标准设计，即COD浓度≤300mg/L、BOD5浓度≤150mg/L、SS浓度≤200mg/L、NH3-N≤25mg/L、大肠菌值为 10-1～10-2。
2.2工艺流程
渗滤液处理工程的核心为3个矿化垃圾反应床，在一级矿化垃圾反应床前设有调节池和厌氧池，对应的每一级反应床之后建有一座集水池。其工艺流程如图1所示。
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工艺流程 |
2.3构筑物的设计
①调节池
调节池的主要作用是调节水质和水量，其尺寸为B×L×H=35m×110m×3.5m，有效容积为13000m3，设计水力停留时间为60d(按远期渗滤液量为210m3/d设计)，为半地下式结构，块石浆砌，内衬2mm厚的HDPE膜。为了防止降水的进入，以及使部分渗滤液能够厌氧酸化，在其顶部覆盖了 HDPE膜。
②厌氧池
厌氧池主要利用了渗滤液本身带有的微生物进行厌氧处理，并具有调节水量的作用。其尺寸为 B×L×H=20m×35m×4.5m，有效容积为3000m3，设计水力停留时间为50d，为半地下式结构，首先用开挖出来的泥土筑堤，再在其内壁用片石浆砌，并在上面衬2mm厚的HDPE膜，池顶部覆盖HDPE膜。
③矿化垃圾反应床
矿化垃圾反应床是整个渗滤液处理系统的核心。有机物的降解、氮和磷的去除主要在3个反应床内发生。反应床均为长方形结构，上部设有大阻力布水装置，下部采用穿孔HDPE管作为收集管。3个反应床的总有效容积为6000m3，一级和二级反应床的尺寸均为B×L×H=20m×40m×4m，设计水力停留时间为25d；三级反应床的尺寸为 B×L×H=25m×35m×4m，设计水力停留时间为30d。反应床进水采用间歇式，每天布水8次(白天6次，晚上2次)，每次布水10～15min，单纯水力负荷为80～90L/(m2•d)。
④集水池
集水池的主要作用是调节各个反应床之间的水量平衡，并通过观察池子的水位和检测池内水质来了解矿化垃圾反应床的运行状况。采用敞开式结构，块石浆砌，内衬2mm厚的HDPE膜。一级和二级集水池的尺寸均为 B×L×H=12m×12m×5m，三级集水池尺寸为B×L×H=8m×24m×5m。
⑤设备与装置
整个处理系统设有扬程 H=350kPa、流量Q=70m3/h的潜水泵3台，分别放在厌氧池、一级和二级集水池内，各自向一级、二级和三级矿化垃圾反应床的大阻力布水装置供水。另设1台扬程H=100kPa、流量Q=80m3/h的潜水泵，用于把调节池的渗滤液泵至厌氧池。所有潜水泵的开启均由带有水位控制和时间控制的配电系统来控制。
2.4运行结果和讨论
2.4.1运行结果
该工程自2004年9月运行以来，除布水装置偶尔出现小故障以外，运行稳定，各项出水指标均达到了设计要求，出水被用作场内洗车、道路喷洒、绿化、养鱼、填埋作业防尘洒水和蚊蝇打药用水等。运行期间对系统进行了多次水质检测，检测的主要指标有COD、BOD5、NH3-N、TP、pH、SS和大肠杆菌。
系统进水COD浓度范围为 8500～12000mg/L，出水COD浓度范围为170～800mg/L，去除率>95%。在大部分时间里出水COD浓度<300mg /L(满足国家二级排放标准)，在少部分时间里出现出水COD浓度>300mg/L的情况，通过附加物理化学处理可使出水COD浓度<300mg/L。分析表明，出现出水COD浓度>300mg/L的主要原因是布水系统出现故障而未能及时维修，布水不均匀则使进水工况发生了比较大的变化。当修复好布水系统后，出水水质恢复正常。
该系统对BOD5、NH3-N、TP的处理效果一直是比较稳定的,出水BOD5、NH3-N和TP均满足国家一级排放标准。当进水BOD5的平均浓度为810mg/L时，出水BOD5的平均浓度为11mg /L，平均去除率为98.6%。另外，从系统对NH3-N和TP的去除情况看，当进水NH3-N、TP的平均浓度分别为940mg/L和7.53mg/L 时，出水平均浓度分别为5.4mg/L和0.07mg/L，平均去除率为99.4%和99.1%。另外，三级矿化垃圾反应床出水的pH、SS和大肠杆菌3 项指标也都满足了一级排放标准。
2.4.2讨论
矿化垃圾反应床作为一种新型的渗滤液处理工艺，能够高效地去除各种污染物质。其主要工作原理是：
①由于矿化垃圾有大量微小的孔道，比表面积大，具有很强的吸附和离子交换性能，悬浮物质和大肠杆菌就是通过吸附和过滤截留而被去除的。
②有机污染物首先是在矿化垃圾的物理吸附和生物吸附的共同作用下被截留下来，最后被存在于矿化垃圾里的高活性微生物所降解。
③ 含氮物质在调节池和厌氧池里被转化分解为氨。由于大阻力配水系统所喷出的水雾非常细小，因此在第一级矿化垃圾反应床布水期间大部分的氨被空气所吹脱，余下的氨同样有部分在第二和第三级被吹脱掉，连续的三次吹脱总共可以去除80%以上的氨。由于矿化垃圾反应床的上部与大气接触为好氧状态，中间为兼氧，底部为厌氧，因此剩余未被吹脱的氨是在硝化和反硝化的作用下得到去除的。
④由于渗滤液里磷的本底容量比较低，在矿化垃圾的物理化学吸附以及微生物利用下可以得到去除。
3结论
从实际工程的建设和运行情况来看，以矿化垃圾反应床为主体的渗滤液处理工艺具有以下两个特点：
①工艺流程简单，无重大设备需要维护，不需要固液分离装置，运行管理方便。反应床运行稳定，耐冲击负荷，对渗滤液COD、BOD5、NH3-N和TP去除效果显著。
② 该工艺所用的矿化垃圾分选来自原有垃圾堆场的陈垃圾，开挖和分选每吨矿化垃圾的费用约为50元；工程总投资约为120万元。系统运行管理编制为2人(负责日常巡视和反应床表面的翻松)；运行中不需要投加任何药剂；除4台潜水泵外，无其他电耗大的设备，包括工人工资福利待遇在内的运行成本约为3元/m3。
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