垃圾渗滤液处理优化组合工艺
摘要： 对垃圾渗滤液处理难点进行了分析，综述了垃圾渗滤液国内外处理现状、处理工艺、应用进展以及存在弊端，重点阐述了单级自养脱氨氮和OFR两项专利技术处理垃圾渗滤液的工艺、原理、应用范围、技术优势、工程实例及其推广方向，提出单级自养脱氨氮+OFR两项专利技术的优化组合工艺有效解决了垃圾渗滤液处理的两大难点及其广泛的应用前景。
关键词：垃圾渗滤液 自养,脱氨
引言：
近十几年来国外学者就垃圾渗滤液的处理进行了大量的探索和研究，取得了一些成功经验，有的已用于工程实践。我国在垃圾渗滤液的处理研究方面起步较晚、起点较低，有不少失败的教训，但也获得了一些宝贵的经验。由于渗滤液水质水量的复杂多变住，目前尚无十分完善的处理工艺，大多根据不同填埋场的具体情况及其它经济技术要求采取有针对性的处理工艺。本文针对垃圾渗滤液处理的难点进行分析，通过与国内外处理技术的对比，提出垃圾渗滤液最佳处理组合工艺。
1 垃圾渗滤液水量、水质特性及处理难点
对渗滤液的水量、水质特征的研究是渗滤液处理工艺选择的必要前提。
1．1 渗滤液水量特性
（1）水量变化大：垃圾填埋场产生的渗滤液量的大小受降雨量、蒸发量、地表径流量、地下水入渗量、垃圾自身特性及填埋结构等多种因素的影响。其中，最主要的是降水量。由于垃圾填埋场是一个敞开的作业系统，因此渗滤液的产量受气候、季节的影响非常大。
（2）水量难以预测：渗滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测渗滤液的产生量是非常困难的。
1．2 渗滤液的水质特性
（1）污染物种类繁多：渗滤液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。其中主要是氨、氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、丹类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。
（2）污染物浓度高，变化范围大：在垃圾渗滤液的产生过程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的污染物经过溶解、洗淋等作用进入垃圾渗滤液中，以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高，而且成分复杂。垃圾渗滤液的这一特性是其它污水无法比拟的，造成了处理和处理工艺选择的难度大。
（3）水质变化大：垃圾成分对渗滤液的水质影响大。不同的地区，生活垃圾的组成可能相差很大。相应的渗滤液水质也会有很大差异。垃圾渗滤液水质因水量变化而变化，同时随着填埋年限的增加，垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。
（4）营养元素比例失衡：对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾渗滤液中的BOD5/P大都大于300，与微生物所需的磷元素比例相差较大。
1．3垃圾渗滤液处理难点
（1）渗滤液高浓度氨氮问题：垃圾渗滤液氨氮浓度一般从数十到几千mg/L不等。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处理系统有一定的抑制作用；另一方面，由于主浓度的氨氮造成渗滤液中的C/N比失调，生物脱氮难以进行，导致最下终出水难以达标。
（2）渗滤液可生化性差的问题：一方面是指随着填埋场时间的延长，渗滤液的生化性降低，在填埋后期，可生化性很差，BOD/COD值小于0.1，此时渗滤液俗称老化渗滤液。另一方面是指在填埋初期，虽然填埋场的可生化性较好，但是靠生物处理很难将之处理至二级甚至一级标准以下，一般来讲，渗滤液中的COD中将近有500～600mg/L无法用生物处理方式处理。
2 国内处理现状及存在的弊端
2．1 处理现状
我国卫生填埋起步较晚，起初主要以氨吹脱+厌氧+好氧为主，运行成本较高（15～20元/吨），出水一般可达到垃圾渗滤液三级标准。
2000年以后，由于经济的飞速发展，新建的渗滤液处理厂一般远离城区，渗滤液没有条件排入城市污水管网，因此处理要求也相应提高，一般需要处理到二级甚至一级排放标准。此时的渗滤液若仅靠生物处理无法达到处理要求，一般采取生物处理＋深度处理的方法。代表性的工程实例有广州新丰、重庆长胜桥等。 广州新丰渗滤液处理厂采用的是 UASB+SBR+反渗透处理工艺，处理规模为500 m3/d，工程投资约6000万，处理成本约25元/m3。重庆长胜桥渗滤液处理厂采用的是反渗透的处理工艺，处理规模500m3/d，工程投资约3700万，处理成本约15元/m3。北京市垃圾填埋场主要以反渗透为主，如下表：
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北京市垃圾渗滤液主要处理情况
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2．2 存在弊端
近年来膜生物反应器及反渗透在垃圾渗滤液处理中应用越来越广泛。但是由于垃圾渗滤液与一般生活污水有较大差异且不稳定，致使此技术有发展过程中面临着阻碍其推广应用的难题。主要表现在以下方面：
（1）膜生物反应器要根据不同的水质及处理要求，用不同的膜及膜组件与各种好氧和厌氧生物废水处理技术相结合，且处理能力和耐污能力需要进一步加强；
（2）目前中国内外，尤其是在中国的经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下，确定膜生物反应器用于污水处理的最大经济流量是一个亟待解决的问题；
（3）反渗透膜成本高、寿命短、易受污染，是影响膜生物反应器能否推广应用的重要因素；
（4）处理不彻底，反渗透膜处理产生的浓缩液还需进一步处理。
2．3 传统生物脱氮方法的技术缺陷
（1）废水中碳源不足(C/N过低)，需投加甲醇等有机碳。增加了运行费用和运行管理的难度；
（2）高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用；
（3）进水中的高浓度氨氮和亚硝酸盐抑制硝化过程；
（4）需要加碱中和。增加了处理费用，有可能造成二次污染；
（5）系统总水力停留时间较长，有机负荷较低，增加了基建投资和运行费用。
3 垃圾渗滤液优化组合工艺
垃圾渗滤液处理工艺流程：单级自养脱氨氮技术+ OFR氧化絮凝复合床
A．单级自养脱氨氮反应器（专利号：ZL 2004 2 0035881.2）
高浓度氨氮是渗滤液处理的主要问题，传统的生物脱氮很难满足垃圾渗滤液处理的要求，单级自氧脱氨氮技术是将原来的两级硝化反硝化脱氮方式，改变为在单级系统中进行。国内首次提出了单级全自养脱氨氮工艺技术。通过利用好氧颗粒污泥方法，生物膜方法，实现了对垃圾渗滤液及相关高浓度氨氮废水的高效率自养生物脱氮。鉴定委员会一致认为，本项目成果对垃圾渗滤液及高浓度氨氮废水的处理，从工艺路线提出，到过程优化控制、反应器的启动，以及微生物学机理方面的研究匀达到国际先进水平。
作用机理：
在好氧区，与短程硝化-反硝化原理相同，只是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，其反应式如下：
NH4+ + 3/2O2 = NO2- + H2O + 2H +
在厌氧区，以NH4+为电子受供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4+，NO3-或NO2-转变成N2。其反应式如下：
NH4+ NO2=N2+ 2H2O
工艺技术特点：
（1）硝化反应控制为部分亚硝化，可节省供气量45％左右，节省动力消耗；运行费用低
（2）硝化和厌氧氨氧化在同一反应器中进行，产生的亚硝酸氮可以被及时转化，解除了过程的抑制。
（3）生物浓度高，水力停留时间短，反应器总体积约为原来的1/2，减少占地面积；工程投资省。
（4）传统脱氮工艺的反硝化过程在处理高氨低碳废水时需要外加碳源，该工艺不需要外加碳源。
（5）去除率高，出水水质好。
推广应用情况：
（1）2004年，湖南长沙黑麋峰垃圾渗滤液处理工程；
（2）2004年，湖南株洲南郊垃圾渗滤液处理工程；
（3）2005年，江西九江垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程；
（4）2005年，湖南张家界三望坡垃圾渗滤液处理工程；
（5）2006年，湖南邵阳洞口县垃圾填埋场渗滤液处理工程；
（6）2006年，湖南湘西自治州花垣县垃圾填埋场渗滤液处理工程。
B． OFR氧化絮凝复合床技术（专利号：ZL02 1 14740.X）
氧化絮凝复合床技术（Oxido-Floculation Reactor，简称OFR）属广东省科技厅“九五”科技攻关项目，荣获国家发明专利。2004年6月30日，经国家科委广东省科技厅鉴定，认为该技术成果已达到同类物理化学水处理技术的国际先进水平。该技术已成功地应用于美国、日本、马来西亚、新加坡、北京、上海、广东、浙江、福建、四川、香港等地多家企业。具有明显的环境效益与经济效益。OFR技术是目前世界上成本最低、效率最高、实用性最好的垃圾渗滤液深度处理技术之一，该技术达到同类生物化学处理国际先进水平。
作用机理：
由我国科研人员自主研发的OFR污水处理技术以最广泛的电能作OFR反应物的激发能，以来源稳定、性能优良、无毒、稳定的物质作为OFR反应的引发剂，以来源丰富、零成本的空气（中的氧气）作为反应原料。集物化处理中氧化分解、混凝、吸附、络合、置换、消毒于一体。根据废水中需要去除的污染物的种类和性质，在两个主电极之间充填高效、无毒而廉价的颗粒状专用材料，催化剂及一些辅助剂，组成去除某种或某一类污染物最佳复合条件下，装置内便会产生一定数量的具极强氧化性能的羟基自由基（•OH）和新生态的混凝剂。这样废水中的污染物便会发生诸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用，能有效降低水中的COD、SS、重金属、色度、PH等。
工艺技术特点：
OFR处理垃圾渗滤液，单级OFR处理时间仅为30分钟，单级COD去除率可达60%～70%，色度可大幅度下降，同时经OFR处理后的出水可生化性大幅度提高，提高了后续生化系统的处理效率。OFR与生化技术联合使用处理垃圾渗滤液，在实际运行中只需经8～9小时，其CODCr值便可从4000～5000mg/L稳定降至100mg/L以下；色度可由1000多（倍）降到50（倍）以下，出水澄清透明而且无臭味。主要表现在如下几个方面：
（1）不受垃圾埋填场场龄(填埋时间)的限制,不受垃圾渗滤液水质水量的影响。OFR技术可与多种物化、生化技术联合使用。
（2）投资和运行成本大大低于膜分离为主的处理技术；
（3）系统是在封闭电极板中快速进行，对外界环境无任何影响；
（4）处理后有机物最终产物为CO2和水，无浓缩液产生；
（5）可用于现有或新建高浓度有机废水工程的后续深度处理，保证出水水质稳定；
（6）OFR处理系统是在封闭电极板中快速进行，对外界环境影响较小。
结论：
近年来，膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用越来越广泛。本文通过对垃圾渗滤液的水质、水量特性及处理难点的分析，指出了传统生化处理及膜处理技术所存在的弊端，并提出了新型的组合处理工艺。单级自养脱氨氮专利技术有效解决了渗滤液处理高氨氮的难点，氨氮去除率可达国家排放标准；多项中试结果表明OFR氧化絮凝复合床技术处理垃圾渗滤液可使COD去除率可达90%以上，出水水质稳定且生化性明显提高，还能有效去除色度、SS、重金属等，并具有投资省、运行费用低、占地面积小、处理彻底等特点，特别适用于垃圾渗滤液的深度处理。
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