垃圾发电厂渗沥液处理工艺研究进展.docx
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垃圾发电厂渗沥液处理工艺研究进展
垃圾发电厂渗沥液处理工艺研究进展
摘要:
介绍垃圾渗沥液特点及处理现状,简述物理-化学方法(氧化,吸附,凝聚和膜分离)和生物过程等典型渗沥液处理工艺,分析这些处理工艺存在的问题和成因,探讨渗沥液处理的发展趋势。
关键词:
垃圾焚烧发电渗沥液处理工艺厌氧生化MBR
随着我国国民经济的飞速发展,在人民生活水平日益提高的同时,生活中的垃圾,工业的垃圾也随着生活水平的提高而随之增大。
而这些增长的垃圾严重的污染了现在的环境,同时也制约了城市的发展。
由于传统垃圾处理方法处于局限性,环境的恶化,垃圾发电已经成为一个在国内外垃圾处理的趋势,并获得相当大的利益[1]。
从生命周期评估(LAC)、经济成本、垃圾填埋容量和温室效应等方面对垃圾填埋和焚烧在城市固体垃圾(MSW)处理最终废物转移计划和垃圾成分变化的比较,可以发现垃圾焚烧对现代城市固体垃圾管理更为经济可行[2]。
但在我国垃圾发电蓬勃发展的同时,也面临着几大难题:
垃圾分类、余热利用、废弃物处理、环境污染、职业危害等[3]。
其中渗沥液由于其复杂特性,一旦发生渗漏对周围地区的水体、土壤有严重的环境污染,影响周围的生态系统,甚至引起人体慢性中毒,动植物的突然死亡,但是,如果我们采取了有效预防和保护措施,大部分垃圾渗滤液产生的环境风险是可以预测和控制的。
目前对垃圾渗滤液处理工艺的研究大多停留在垃圾填埋场渗滤液处理阶段,由于垃圾发电场垃圾渗滤液与填埋场渗滤液特点的差异,不能简单的套用。
1渗沥液的产生及特点
垃圾渗沥液是垃圾在堆放填埋过程中产生的污染性极强的高浓度复杂有机废水。
垃圾渗滤液主要有四个来源:
第一是垃圾本身是含有水分;第二我是垃圾可以在生化反应中也产生水;第三是地下也会出现潜水的反渗的现象;第四是填埋场中的自然降水也会出现地表的径流。
其中降水为其主要来源[4]。
渗沥液由于它的可变成分和耐火材料的高比例难以进行处理,以满足排放标准[5]。
具体特性有:
(1)水质成分复杂,水量变化大。
(2)有机污染物含量高。
(3)氨氮含量高。
(4)重金属含量高。
(5)色度高。
(6)恶臭。
(7)微生物营养元素比例失衡等[6]。
一系列的因素影响垃圾填埋场渗沥液的特性,如城市生活垃圾组成,垃圾年龄,气候条件,堆放时间和运营实践等。
2渗沥液的危害
垃圾渗滤液的氨氮含量和CODcr浓度高,使地面水体缺氧,水质恶化,同时氨氮是诱发水体富营养化的诱因,严重的甚至可影响到水源水的质量。
一般来说,垃圾渗滤液的pH值为4~9,COD为2000~62000mg/L,BOD5为60~45000mg/L,处理起来十分棘手。
且随着垃圾堆放的增加,新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾,渗滤液中有机物含量有所下降,但氨氮含量增加,可生化性降低,处理难度也增加。
同时,我们应该警惕,垃圾渗滤液中有机污染物较多,其中促癌物、辅致癌物5种,被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。
垃圾渗滤液中含有10多种金属离子,这些金属离子会对生物处理过程产生严重的抑制作用特别是其中的有毒金属如果隔离措施不当会渗入到地下影响地下水,对周围的居民和植物的生存产生很大的影响。
渗滤液味道十分难闻,也会产生沼气,影响大气环境。
3渗沥液处理要求
渗沥液中含有大量的有机物、氨氮和有毒物质等污染物,这些污染物会直接影响垃圾焚烧厂周边的地下水、地表水和地面上的空间环境。
为了防止垃圾焚烧处理过程中产生的渗沥液对环境造成二次污染,应该严格控制其排放标准。
鉴于垃圾渗沥液的上述特点,在选择渗沥液的处理工艺时应考虑以下要求:
[7]
(1)满足水量变化大的特点。
(2)抗水质冲击负荷能力强。
(3)高COD、BOD去除能力。
(4)高氨氮处理能力。
(5)尽可能的减少二次污染。
4渗沥液处理现状及处理工艺
焚烧厂渗沥液同填埋场渗沥液特性存在着很多不同,所以在处置上就有一定的区别。
渗滤液回灌被认为是一个具有成本效益和环保可行的解决方案[8]。
春秋冬三季的垃圾渗沥液产生量不大,完全可以实现回喷炉膛燃烧,并且不会产生多p渗沥液的处理方法主要有[11]:
(1)合并处理,就是将渗沥液引入城市污水处理厂进行处理,这种方案需要在生活垃圾焚烧厂附近建设一座配套的城市污水处理厂。
一般生活垃圾焚烧厂离市区较远,需要用带有密封储罐的汽车,将渗沥液运到城市污水处理厂进行处理。
这样,不但提高了渗沥液的处理费用,而且容易在运输途中对环境造成污染。
(2)混合处理,就是将渗沥液和生活垃圾焚烧发电厂在焚烧垃圾、发电等生产过程中产生的废水一起合并后进行处理。
混合处理需要在生活垃圾焚烧厂内建造一套专门的废水处理系统。
渗沥液来自垃圾贮坑的生活垃圾发酵。
混合处理就是用生产过程中产生的废水稀释渗沥液。
(3)焚烧处理,就是将渗沥液收集后喷洒到焚烧炉内,当焚烧炉的炉膛达到一定温度时,渗沥液和生活垃圾会一起燃烧,其中的有机物会通过高温分解。
所需条件是:
处理渗沥液的产量小,垃圾热值高。
(4)单独处理,就是在生活垃圾焚烧厂内,建造一套专门处理渗沥液的系统。
该系统不处理生产过程中产生的其它废水。
渗沥液单独处理方案按照工艺特点可分为生物法、物化法、土地法以及不同类别方法的综合。
4.2渗沥液的处理工艺
生物化学处理技术分为好氧处理法和厌氧处理法,以及好氧法和厌氧法的结合方法。
好氧处理技术主要有活性污泥法、稳定塘、生物转盘和生物膜等。
厌氧法主要有UASB(流式厌氧污泥床)、厌氧生物滤池、厌氧接触池等。
单独采用好氧或厌氧处理技术都有一定的局限性,好氧生物处理在温度低时受影响;厌氧生物处理占地面积大,污泥量大,现场容易产生臭味,造成二次污染,影响环境。
故当前更多是采用将厌氧好氧相结合的方法来处理垃圾渗滤液。
物理化学处理技术包括混凝沉淀/混凝气浮法、氧化还原法、膜处理分离技术等,一般作为渗滤液的预处理工艺。
回灌法处理技术是直接将未处理的渗滤液部分或者全部回喷到填埋堆体的表面,利用表层土壤和填埋层中各种微生物的新陈代谢来消减污染物的一种方法。
回灌法处理技术是目前处理渗滤液成本最低的方法,避免了渗滤液的直接排放[12]。
国内现在对焚烧厂废水以生化和物化相结合的处理工艺为主,主要有:
搅拌-混凝-批式活性污泥法SBR-过滤法[13]、氨吹脱一UBF(复合型厌氧反应器)一好氧SBR一膜深度处理、UBF—MBR、厌氧一好氧MBR、MBR—NF、UASB—MBR—DTRO、混凝沉淀一UASB—AS一气浮、UASB—SBR—CMF(连续膜过滤)—RO(反渗透)等[14]。
渗沥液处理的典型流程为生化处理+深度处理,预处理+厌氧反应器(UASB)+A/O(厌氧好氧工艺法)+膜生物反应器(MBR)+纳滤(NF)工艺在垃圾发电厂较为普遍。
4.2.1MBR(膜生物反应器)工艺
MBR是生物处理与膜技术相结合的一种工艺,其通过膜对曝气池出水进行过滤,水中SS被截留回到生化反应器。
膜分离技术代替了传统的泥水分离技术,提高了生化反应器中的污泥浓度,使生化处理效率更高,抗冲击负荷能力更强,系统占地面积也远小于传统工艺。
MBR工艺一般包括预处理系统、生化系统和超滤系统[15]。
有效地去除渗滤液中的悬浮物是预处理工序的主要任务。
生化系统包括反硝化段和硝化段两部分。
生化系统出水进入超滤系统,经过膜分离,清液除部分进入清洗槽用于膜清洗外,其余排放或进入深度处理系统。
该工艺处理效果稳定、抗冲击负荷能力强而被广泛接受,并且逐渐成为渗沥液处理的主流工艺,但投资高、运行成本高[16]。
主要缺点为耗电量大,浓缩液难于处理。
4.2.2纳滤/反渗透处理工艺
MBR出水进入NF(纳滤)系统,可去除大部分的BOD、COD、TN、SS、重金属、大肠杆菌和色度等。
另外,NF能透过单价离子,不至于使浓缩液盐含量越来越高,这样可以获得高的浓缩倍数,同时因透过部分单价离子,使膜两侧的渗透压降低,可大大降低运行费用[9]。
4.2.3低能耗蒸发处理工艺
低能耗蒸发处理工艺是利用高效MVC蒸发装置,将垃圾渗沥液中的水分及氨与其他物质分离,蒸馏水经离子交换树脂将蒸馏水中的氨氮截流,使出水水质达到排放标准,树脂吸附的氨氮经再生置换到再生废液,废液经结晶形成氯化铵产品。
采用低能耗蒸发技术处理垃圾渗沥液是目前渗沥液处理技术的突破。
机械蒸汽压缩蒸发装置适用于垃圾渗滤液NF浓缩液的处理[17]。
4.2.4高级氧化处理
无论采用纳滤或反渗透工艺,系统都会产生一定量的浓缩液,由于浓缩液中含有大量的难降解有机物,同时含盐量也较高,导致浓缩液很难处理。
作为深度处理的一种方法,高级氧化处理工艺可以将污水中的部分难降解有机物氧化成二氧化碳和水,并将大分子有机物氧化成易降解的小分子有机物。
高级氧化处理工艺的最大特点是系统没有浓缩液产生,对整个系统达到零排放意义重大,但整个系统能耗较高致使运行成本增加。
目前该工艺在渗沥液处理领域工程实例不多,运行经验较少。
Fenton氧化法属于高级氧化法的一种[18],它具有氧化剂与催化剂来源广且便宜无毒、均相传质、操作简便等优势[19]。
综上所述,垃圾渗滤液具有成分复杂,水质水量变化巨大,有机物和氨氮浓度高,微生物营养元素比例失调等特点,因此在选择垃圾渗沥液处理工艺时,必须详细测定垃圾渗滤液的各种成分,分析其特点,以便采取相应的对策。
目前,在渗沥液的处理技术和工艺上存在着两个方面的问题:
其一,是传统工艺的处理无法满足严格的排放标准;其二,是提高处理效率带来的高额处理费用。
联合工艺设想的提出,实现了生活垃圾焚烧烟气除尘工艺与垃圾渗沥液深度处理工艺的互补,利用了垃圾焚烧产生的可汽化余热,同时也解决了RO浓缩液的二次污染问题,实现了浓缩液的“三化”即“无害化、减量化、资源化”,扬长避短,相得益彰[20]。
另外,渗沥液的输送排放及对于深度处理,开发廉价的水处理药剂[21]、促进剂[22]及在以废治废方面应该成为垃圾渗沥液处理中的一些研究重点。
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