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      城市固體廢物的滲濾液處理與處置技術(shù)創(chuàng)新研究

      2022-09-07 02:44:46
      關(guān)鍵詞:填埋場濾液氨氮

      朱 琦

      (無錫市博雅匯環(huán)保科技有限公司,江蘇 無錫 214000)

      1 城市固體廢物垃圾滲濾液

      環(huán)境治理涉及很多方面,其中,城市固體廢物產(chǎn)生的滲濾液具有很大的環(huán)境危害性。滲濾液屬于一種高濃度的有機廢水,具有很強的污染性,如何對城市固體廢物滲濾液進(jìn)行科學(xué)合理的處置,已經(jīng)成為廣大環(huán)境科研工作者及填埋機構(gòu)研究的重點課題。覆蓋垃圾的土層中包含的水分及雨水流入填埋場以后,流經(jīng)垃圾層,從而形成滲濾液;此外,垃圾分解生成的水分、地下滲入水、垃圾本身所含水分通常都帶有很高濃度重金屬鹽、有機物、氨氮及SS等成分,這些高濃度污水也會形成滲濾液。城市固體廢物的滲濾液成分很混雜,如果不能開展合理處置,將對生態(tài)環(huán)境、地下水、空氣和人們的身體健康帶來嚴(yán)重的危害和負(fù)面影響。填埋場的滲濾液是其周邊地區(qū)地表水及地下水的潛在污染源,在填埋場關(guān)閉后,在接下來的十幾年都會持續(xù)產(chǎn)生滲濾液,所以,垃圾填埋場一直要面對滲濾液處理的難題。

      2 城市固體廢物垃圾滲濾液的特性

      2.1 包含多種有機物

      垃圾滲濾液內(nèi)包含多種有機物,主要包括高分子量的碳水化合物類物質(zhì)及腐殖質(zhì)類物質(zhì)、中分子量的灰黃霉酸類成分和低分子量的脂肪酸。滲濾液內(nèi)含有的有機成分會隨著填埋時間的變化而發(fā)生改變,由于滲濾液長期受到擠壓,各種有機物進(jìn)一步相互混合及滲透,各成分相互作用,進(jìn)一步導(dǎo)致有機物發(fā)生相互反應(yīng),使混合物成分變得更為復(fù)雜。在垃圾填埋場的滲濾液內(nèi)還含有大量帶有毒素的有機物和無機物,其中包括二十多種非甲烷類有毒有害有機化合物。這些物質(zhì)帶有揮發(fā)性,同時這些物質(zhì)中很大一部分有致癌作用,濃度高達(dá)10~6級。如二甲苯和含鹵素化合物,其中鹵代烴是致癌物質(zhì)。

      2.2 污染物濃度高且危害大

      垃圾滲濾液的污染物濃度可達(dá)到普通污水的200倍,污染物濃度極高,且含有很多酸性物質(zhì)成分。這些物質(zhì)會發(fā)酵,產(chǎn)物具備很強的彌散性,它們可迅速蔓延到空氣中,對空氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。一旦遇到雨雪,滲濾液與其融合,會進(jìn)一步加劇環(huán)境污染,使?jié)B濾液污染強度進(jìn)一步提高。根據(jù)實驗測定[1],滲濾液內(nèi)部包含90多種有機污染物質(zhì),其中,22種已經(jīng)列入美國及我國國家環(huán)保署的重點控制名單,5種可誘發(fā)癌癥,1種可直接致癌,此外,還包含多種高濃度鹽類、重金屬及多種病原微生物。由于滲濾液具備極強的污染性,若未對滲濾液進(jìn)行處理或處理不達(dá)標(biāo)而直接將其排放,會對周圍的土壤、地表水體、地下水體和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染及危害。

      2.3 水量和水質(zhì)受季節(jié)影響顯著

      滲濾液的形成主要來自雨水的滲透,滲濾液的數(shù)量和當(dāng)?shù)貧夂颉⑻盥駡龅牡乩頎顩r、微生物環(huán)境、最終覆土層的性質(zhì)、填埋場的年齡等因素有關(guān)。隨著季節(jié)的變化,滲濾液數(shù)量也會產(chǎn)生變化,雨季由于雨水充足,土壤含水量高,雨水流入滲濾液中,導(dǎo)致滲濾液的數(shù)量要高于旱季;污染物構(gòu)成及濃度也會受到季節(jié)的影響,干冷季節(jié)滲濾液數(shù)量和污染物構(gòu)成成分也比較少,濃度也較低;在潮濕、氣候溫和的地方,滲濾液的數(shù)量多于干熱氣候的地區(qū),隨著填埋時間的增加,污染物成分和濃度也會產(chǎn)生變化。

      2.4 氨氮和金屬含量高

      滲濾液中通常含有高濃度的有機物和無機離子,含有很多銨氮和各種溶解態(tài)的金屬陽離子。垃圾滲濾液中包含十多種金屬離子,錳、鐵及鋁等成分含量為32%~36%,還包含丹寧、酚類、可溶性脂肪酸等有機污染物及高濃度的氨氮成分。氨氮是滲濾液中氮的主要存在形式,若氨氮含量太高,滲濾液內(nèi)微生物活性會降低,最終導(dǎo)致生物處理方法不能實現(xiàn)預(yù)期效果。富含氨的物質(zhì)對藻類、細(xì)菌、浮游動物和魚類有極強的毒性,并對植物的生長產(chǎn)生毒害,污染附近地區(qū)的土壤和植被。

      3 城市固體廢物滲濾液處理及創(chuàng)新技術(shù)

      3.1 生物處理技術(shù)

      生物處理技術(shù)是處理固體廢物滲濾液過程中常采用的一種技術(shù),處理方式包括厭氧處理方式、好氧處理方式及二者結(jié)合法。前者是借助厭氧泥床,對城市固體廢物滲濾液展開分段處理;后者是借助微生物調(diào)節(jié)方法,減少滲濾液內(nèi)有害物質(zhì)傳播,把有機化合物進(jìn)行有氧分解,同時消除混合液內(nèi)的微生物、細(xì)菌,均衡溶液的內(nèi)部環(huán)境,降低滲濾液的污染性。采用生物處理技術(shù),企業(yè)不用投入太多處理成本,治理效果顯著且運行費用比較低。該處理方式適用于可生化性較好的城市垃圾滲濾液,是目前垃圾填埋場使用較多的滲濾液處理方式,但對于不同類型的滲濾液,其處理效果也不同。厭氧處理設(shè)備包括上流式厭氧污泥床反應(yīng)設(shè)備、分段厭氧消化及厭氧生物濾池等設(shè)備。好氧處理方式可處理滲濾液中的NH3-N、金屬離子及COD等。若滲濾液的B/C數(shù)值較大,一般優(yōu)先使用生物處理技術(shù),一般情況下,先采用厭氧處理技術(shù),然后再采用好氧處理方式,通過二者結(jié)合,可取得很好的治理效果,從而使?jié)B濾液滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前,很多填埋場采用兩者結(jié)合的方式,對滲濾液進(jìn)行處置,有成本低且運行效率高的優(yōu)點。生物處理法是目前滲濾液優(yōu)化調(diào)整和處置過程中采用的較為簡便的處理方法,同時具備良好的生態(tài)保護(hù)特性,實現(xiàn)了生物研究形式的多重性管理,在新時期背景下,該方法實現(xiàn)了城市環(huán)境問題的有效管理,詳見圖1。

      圖1 滲濾液處理技術(shù)示意圖

      3.2 物化處理法及創(chuàng)新技術(shù)研究

      所謂物化處理法,是指借助發(fā)生一系列物理及化學(xué)反應(yīng),對滲濾液中可吸附有機物與不可溶組分進(jìn)行去除,把難以生物降解的有機物轉(zhuǎn)化成容易生物分解的有機物。物化處理法有多種處理技術(shù)。

      3.2.1 吹脫法

      借助合理的處置方法,使?jié)B濾液的pH值大于7,然后通入空氣,通過輔助空氣使混合溶液產(chǎn)生離子轉(zhuǎn)換,把滲濾液混合液內(nèi)的NH3-N由離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訝顟B(tài),從而把滲濾液中的NH3-N脫除,實現(xiàn)氨氮等有機物的脫離,這種處理方式叫做吹脫法,這種處理方式可有效去除氨氮等成分。在實踐工作中,為凈化滲濾液,對滲濾液處置采用吹脫法,需要掌握如下要點:首先取樣分析滲濾液的成分,調(diào)整滲濾液的PH值,通常使pH等于9,同時準(zhǔn)備吹脫法所使用的設(shè)備,使用空氣輔助處置技術(shù),在比較大的空間范圍里,采取從左到右的順序,借助智能設(shè)備對溶液開展處置,連續(xù)工作3-5 h以后,再一次測定滲濾液的pH值。采用吹脫法處置技術(shù),借助簡單的資源調(diào)節(jié)手段,來實現(xiàn)生產(chǎn)資源最優(yōu)化安排。

      3.2.2 膜處理技術(shù)

      因城市固體廢物滲濾液的成分越來越復(fù)雜,采用常規(guī)的處理方法,常常達(dá)不到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),所以在對城市固體廢棄物開展處置時,可以使用膜處理技術(shù),以使污水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。填埋場可首先對滲濾液使用厭氧預(yù)處理技術(shù),然后使用膜處理技術(shù),通常采用納濾膜作為膜處理技術(shù)的反應(yīng)膜。采用該技術(shù)時,要注意根據(jù)溶液過濾處理要求,來選擇膜的大?。桓鶕?jù)不同濃度的滲濾液,調(diào)節(jié)膜過濾強度的大小,這也是保證該種處理技術(shù)順利實施的要點。通常,氨氮溶液濃度處于900 mg/L~1 000 mg/L時,一般采用COD和NH3-N的脫除量效率為60%~70%的設(shè)備;溶液濃度在1 000 mg/L~1 500 mg/L時,使用過濾度在75%-80%的設(shè)備;COD處于2 000 mg/L~3 000 mg/L時,一般采用脫除量效率為80%~90%的設(shè)備[2]。這種處理方法可將滲濾液內(nèi)的污染物質(zhì)徹底過濾清除,溶液內(nèi)也不會殘留其他成分物質(zhì)。這種物理處理方式可以獲得清潔程度極高的產(chǎn)物,但這種處理技術(shù)成本很高,填埋場要投入很多資金來購買設(shè)備,所以在選擇處理方法時,也要因地制宜。

      3.2.3 活性炭技術(shù)

      活性炭具有吸附性,可對無法降解的有機物和色度進(jìn)行脫除,對于COD的脫除率通常可達(dá)到70%~80%,對于色度的脫除率可達(dá)到80%~90%。這種處理方式應(yīng)用范圍廣泛,適用于經(jīng)生物預(yù)處理后的滲濾液,對于填埋時間較長的滲濾液,也具有很好的適應(yīng)性,可去除中等分子量的有機質(zhì)。相關(guān)研究表明[3],活性炭對于滲濾液內(nèi)重金屬和COD有很好的吸附性,且活性炭吸附力要強于其他吸附劑,此外對于很多難以生物降解的有機物,活性炭也具有很好的吸附效果。為提升氨氮的吸附效率,常采用沸石吸附、臭氧氧化等技術(shù)與活性炭吸附技術(shù)聯(lián)合使用,以彌補單一吸附處理方式存在的工藝不足問題。但這種處理方式對于預(yù)處理技術(shù)有著較為苛刻的要求,且處理成本較高,活性炭也不能進(jìn)行重復(fù)利用。

      3.2.4 化學(xué)處置技術(shù)

      化學(xué)處置技術(shù)通常分為化學(xué)氧化法與混凝沉淀法,化學(xué)氧化法可脫除滲濾液中的色度和COD,氧化劑通常采用臭氧、高錳酸鉀等。相關(guān)研究及實踐表明,將不同類型的氧化劑進(jìn)行合理搭配使用,相對于僅使用一種氧化劑來說處理效率更高。在預(yù)處理過程中,普遍采用混凝沉淀法,對于滲濾液內(nèi)懸浮物和COD具備很好的去除效果,同時這個過程也會脫除很多重金屬。硫酸鐵、石灰、鹽酸鐵等是常采用的混凝沉淀劑,通過高效的預(yù)處理后,再對滲濾液進(jìn)行后續(xù)深化處理,會取得更好的處理效率(見圖1)。

      3.2.5 電化學(xué)法與光催化氧化法

      電化學(xué)法與光催化氧化法技術(shù),是當(dāng)前滲濾液污染防治的發(fā)展新方向。電化學(xué)法包括間接氧化與直接氧化法。直接氧化法,是指滲濾液通電后,混合液內(nèi)溶解的有機物質(zhì)在受到OH-作用后,在陽極發(fā)生氧化反應(yīng);所謂間接氧化法,是指滲濾液形成強氧化劑,使污染物發(fā)生氧化反應(yīng),以此去除混合液內(nèi)的污染物。研究表明,降低pH值,并加入足夠的陰離子Cl-,適當(dāng)增加電極和滲濾液間的接觸面積,對提升COD和氨氮的去除率有積極作用。光催化氧化法是指采用紫外線對填埋的廢物及滲濾液進(jìn)行照射,價帶電子產(chǎn)生遷移,發(fā)生氧化還原反應(yīng),以此去除滲濾液里的污染物。研究表明[4],借助光催化法來處理垃圾滲濾液,混合液的酸堿性不會對處理效果產(chǎn)生顯著的影響,但若混合液呈現(xiàn)中性狀態(tài),將不利于光催化氧化反應(yīng)進(jìn)行。

      3.3 土壤處理法

      由于土壤自身帶有吸附、過濾和沉淀作用,在對城市固體廢物滲濾液處置過程中,可以充分借助土壤這一特性,清除滲濾液內(nèi)包含的有機成分及諸多懸浮物。由于土壤中的微生物代謝可適當(dāng)加快,可使?jié)B濾液內(nèi)的含氮組分和可溶性有機物產(chǎn)生分解作用,從而去除滲濾液內(nèi)的污染物。目前人工濕地和回灌技術(shù)都是滲濾液處置過程中頻繁采用的土壤處理技術(shù)。

      (1)濕地處理技術(shù)對濕地要進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計及運行控制,要注意使?jié)竦貐^(qū)域設(shè)計水深度保持一致,同時注意水溫周期要符合植物及微生物的生長,使?jié)竦刂参锾幱谶m宜的生長環(huán)境中,從而構(gòu)建高效除污水平的濕地群落。

      (2)滲濾液回灌技術(shù)指的是采用科學(xué)合理的處理方式,把位于填埋場底層的滲濾液重新回灌到填滿場內(nèi),回灌位置為覆蓋層下層或覆蓋層表面。滲濾液重新回灌以后,相比沒有經(jīng)過回灌處理的滲漏液來說,污染物濃度顯著降低,但垃圾堆體本身處理能力有限,若有機負(fù)荷大大超過處理系統(tǒng)本身降解能力,滲濾液回灌技術(shù)也不會取得良好的效果。而對成分混合種類較多的滲濾液,是無法達(dá)到徹底清除效果的,需要配合其他處置方式,才可取得良好的治理效果。和生物處理法與物化處理法相比,這種處理方式借助填埋垃圾場的土壤進(jìn)行處理,運行成本較低,對滲濾液水質(zhì)水量有很好的適應(yīng)性,這種方法也是城市資源綜合利用的有效手段。

      4 城市固體廢物滲濾液處理的研究價值

      隨著我國城市人口數(shù)量的增加和城市發(fā)展的加快,城市人群居住比例也不斷增大,城市垃圾的種類和數(shù)量也在逐漸增加。傳統(tǒng)的固體垃圾處理方式,如固體廢物焚燒和掩埋處理技術(shù),也會給城市環(huán)境帶來污染問題,甚至還會對地下水及土壤產(chǎn)生污染。在采用傳統(tǒng)方式治理城市固體垃圾的過程中,就要面對滲濾液這個重要的環(huán)境影響因素。滲濾液是垃圾填埋在降解過程中所產(chǎn)生的具有高污染性的排放物,垃圾滲濾液內(nèi)含有的有機物及無機物濃度高、成分復(fù)雜且含有重金屬,氨氮、腐殖酸、無機鹽等有害成分,含量高、波動大,成分也不穩(wěn)定,如處理不當(dāng)就直接排放,將對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。對其進(jìn)行科學(xué)合理處置,是廣大環(huán)境工作者需要不斷探索的科研課題。為了對城鎮(zhèn)固體廢物進(jìn)行徹底處置,就要做好滲濾液的處理工作,以此提升環(huán)境效益,環(huán)境研究工作者要統(tǒng)籌安排各項社會資源,科學(xué)地開發(fā)各項環(huán)??蒲许椖?。

      當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)開展對于城市固體廢物中滲濾液處置技術(shù)的研究,包括對手段、治理策略等的研究,這些研究成果有一定的代表性。廣大環(huán)境工作者要進(jìn)一步做好這部分成果的分析研究和應(yīng)用效果評價,以此為城市環(huán)境污染問題的處理提供借鑒和方法指導(dǎo)。例如,滲濾液生物處理技術(shù)也可在工業(yè)污染水源凈化和沉淀過程中得到推廣和使用。

      5 結(jié)語

      對于城市固體廢物滲濾液處置和處理的研究,是綠色化城市開發(fā)理念向前推進(jìn)的理論歸納。當(dāng)前,國內(nèi)外并沒有對垃圾滲濾液處理技術(shù)形成一套成熟且行之有效的管理體系,當(dāng)前存在多種滲濾液處置方式,但僅僅采用一種方式,并不能實現(xiàn)預(yù)期的治理效果,需要把不同類型治理技術(shù)融為一體,以取得更佳的治理效果,更高的運行效率。在選擇滲濾液處理技術(shù)時,要分析滲濾液的特征,并借助生物處理技術(shù)、物化處理及土壤處理技術(shù),對滲濾液進(jìn)行處理。同時要分析治理成效,以減少滲濾液對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。

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