城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺

摘要

本发明涉及一种城市垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液处理的组合工艺。渗滤液首先采用氨吹脱法在氨吹脱塔中除高浓度的氨氮(NH3－N)，然后经过UBF厌氧生物反应器进行厌氧生物处理，再经过A－SBR反应池进行好氧处理，A－SBR为两段曝气，由高负荷的A段好氧处理和低负荷的SBR段好氧处理组成。本工艺去除效率高，运行费用低，对渗滤液水质适应性强，适宜工程应用，处理后排水的各项指标达到或低于国标《GB16889－1997生活垃圾填埋污染控制标准》中的三级排放限值。

说明书

                       所属技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种城市垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液处理的组合工艺。

                       背景技术

垃圾卫生填埋是近年来广泛使用的处理固体垃圾的方法，对于一个厌氧性填埋场，其机理是利用厌氧发酵方法，将垃圾中的有机物通过厌氧及兼氧微生物的降解作用，转化为二氧化碳、甲烷等气态产物。由于城市固体废弃物本身含有大量的水份，在进行生物转化过程中就会以渗滤水的形式渗滤出来，同时垃圾填埋场受降雨及径流等因素的影响，也会通过垃圾填埋场的渗滤而形成垃圾渗滤液。垃圾渗滤液量的多少与气候变化、大气降水、水文条件及季节交替的变化有关，而垃圾渗滤液的水质特征除与上述几个因素有关，还取决于填埋场的填埋方式(厌氧性填埋、半好氧性填埋、动态或静态好氧性填埋等)，也取决于填埋场所处理的固体废弃物种类及其相关比例，以及垃圾填埋场的服务年代、自然条件、垃圾压实状况和垃圾渗滤液收集、导排方式等多种因素。因而，垃圾渗滤液不仅是一种高浓度有机废水，而且其水质和水量的变化很大，水质成分也较复杂。由于渗滤液的性质很难把握，各种渗滤液的成分变化很大，对渗滤液的类型也很难把握。到目前为止，国内外尚无十分完善的处理各种垃圾渗滤液的工艺。

渗滤液的处理是城市垃圾填埋场正常运行的比不可少的环节之一，其处理方法包括综合处理法和单独处理法。

综合处理法是将垃圾渗滤液接入城市污水处理厂与城市污水合并处理。渗滤液中BOD₅及COD含量要高于城市污水中的含量并且氨氮含量较高而磷的含量较低。对采用传统的活性污泥工艺的城市污水处理而言，不同污染物浓度渗滤液量与城市污水处理场的处理规模的比例是决定其可行性的重要因素。有的研究表明：当渗滤液COD＝24000mg/L，其体积占总体积的2％时，污水处理厂的处理效果不会受到太大影响，但当两者体积比达4％～5％时，城市污水处理厂的运行将受到影响，出现污泥膨胀问题；当COD＝3500mg/L，其体积占总体积的40％时，污水处理厂的处理效果也不会受到太大影响，否则须通过延长曝气池中的污泥浓度(X)的方法或扩大设施容积加以解决。将渗滤液接入污水处理厂共同处理是可行的，但通常填埋场远离城区，其渗滤液与城市污水合并处理有一定的困难；另外，为减轻对污水厂的负担，不影响它的正常运行，渗滤液往往不得不单独处理。

单独处理法一般有土地处理法、物化法和生物法。土地处理法主要是通过土壤颗粒的过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去处理渗滤液中悬浮固体和溶解成分。通过微生物作用使渗滤液中的有机物和氮发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液中的含水量。土地处理法主要有回灌法和人工湿地法。用的较多的回灌法其处理过程是将垃圾渗滤液收集后经沉淀调节池沉淀处理后，喷灌回流至垃圾填埋场。土地法虽具有占地面积少、操作方便、基建投资及运行费用低等优点，但其处理能力有限、处理效果难以保证。物化法主要有活性炭吸附，化学沉淀，密度分离，化学氧化，化学分离，膜渗析，汽提及湿式氧化法等多种方法。和生物处理相比，物化法受原水水质水量的影响较小，出水水质比较稳定，尤其对BOD/COD比值较低(0.07～0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果。生物法处理垃圾渗滤液的种类繁多，主要有好氧处理，厌氧处理及厌氧好氧结合处理。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘和滴滤池等。好氧处理可以有效地降低BOD₅、COD和氨氮，还可以去除铁、锰等金属，在好氧处理中，活性污泥法因其运行费用低、效率高而得到了最广泛的应用。厌氧生物处理法有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上向式厌氧污泥床及分段厌氧消化等。厌氧处理具有能耗少、操作简单、投资及运行费用低廉等优点，特别对于处理高浓度有机废水方面具有良好的效果。厌氧生物滤池适于处理溶解性有机物，但对于渗滤液，其负荷保持较低的水平才能得到理想的处理效果。实践证明了厌氧生物处理对高浓度有机废水的有效性，但单独采用厌氧法处理渗滤液也很少见。对于高浓度垃圾渗滤液，厌氧+好氧处理工艺是最为有效的方法。北京市政设计研究院自1988年进行了城市垃圾填埋场渗滤液处理技术的研究，经各种工艺组合的试验研究得出了如下结论：对高浓度的垃圾渗滤液采用生化处理是有效的^[1][1.唐加福，李国建。城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺比较。环境卫生工程，1992，2：15～19]。采用厌氧—好氧处理工艺既经济合理，处理效率又高。邹莲花等人报导了^[2][2.邹莲花，王宝贞等。城市生活垃圾填埋场渗滤液处理的试验研究。给水排水，1996；22(5)：13～14]采用厌氧→吹脱→好氧→混凝沉淀流程处理深圳市王龙坑生活垃圾填埋场渗滤液，当渗滤液COD＝25000mg/L、BOD＝15000mg/L、NH₃-N＝1000mg/L时，出水各项指标低于排放标准。王宝贞报导了^[3][3.王宝贞等。A(缺氧活性污泥)/B(A/O淹没式生物膜)复合系统处理垃圾填埋场渗滤液。给水排水，1996；22(5)：15～18]用A(缺氧活性污泥)/B(A/O淹没式生物膜)复合系统处理垃圾填埋场渗滤液。张望军等人结合广州李坑垃圾填埋场具体情况提出了可行的A/O法^[4][4.张望军，王国生。城市垃圾卫生填埋场浸出液的处理。重庆环境科学，1995；17(2)：44～47]，国内福州市1995年建成的垃圾填埋场渗滤液处理场，其工艺流程为上流式厌氧污泥床(UASB)→氧化沟活性污泥法→生物稳定塘^[5][5.王罗春等。城市垃圾填埋场渗滤液特性及其处理。污染防治技术，1998；11(2)：88～90]。

由于我国固体废弃物填埋场的水质情况各不相同，排放要求各异，所以国内目前研究开发的垃圾渗滤液处理技术，大多数还处于设计研究阶段，而已有的垃圾渗滤液处理设施运行时间太短，因此，无论从理论上，还是从设计、施工、运行管理经验上，垃圾渗滤液的处理技术都不十分成熟。

                         发明内容

本发明的目的是在对现有渗滤液处理技术存在的优缺点比较的基础上，进行筛选、组合、改进，提供一种技术上可行、经济上适用、去除效率高、对渗滤液水质适应性强、能够在工程上应用的城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺。

本发明提出的城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺流程是：经收集的垃圾渗滤液首先采用氨吹脱法在氨吹脱塔中除高浓度的氨氮(NH₃-N)，然后经过UBF厌氧生物反应器(UBF厌氧生物反应器是将升流式厌氧污泥床与厌氧滤池的结构相结合，被称为复合反应器，也称为UBF反应器)进行厌氧生物处理，再经过A-SBR反应池进行好氧处理(SBR为间歇式活性污泥法或序批式活性污泥法的简称)，A-SBR为两段曝气，由高负荷的A段好氧处理和低负荷的SBR段好氧处理组成。具体步骤如下：城市垃圾卫生填埋场的渗滤液由管道收集送至碱剂投药混合池内，渗滤液同碱剂混合后自流进入一级反应沉淀池，使渗滤液的PH值呈碱性。反应沉淀后的渗滤液由泵送至氨吹脱塔，进行脱氨反应，含氨废气通过高空排气筒排放。脱氨后的渗滤液经二级反应沉淀池处理，降低过高的PH值使之呈中性，进入UBF厌氧生物反应器。UBF厌氧生物反应器出水自流进入A-SBR反应池的A段曝气池，初步去除其中有机污染物。经A段好氧处理的渗滤液自流进入SBR段水量调节池，用泵送至SBR段反应池进行生物反应，进一步去除COD_Cr、氨氮、色度等。处理达标后的渗滤液排入市政污水管网。

本工艺所述的UBF厌氧生物反应器可分为2～8个单格滤池。分格使整个UBF厌氧生物反应器的单元尺寸减小，可以避免由于反应池体积过大带来的布水均匀性问题。多个反应池对厌氧系统的启动是有益的，可以首先启动一个反应池，再利用这个反应池的污泥去接种其他反应池。同时，多个反应池有利于维护和检修，可以放空多个反应池中的一个进行检修，而不影响整个厌氧工艺的运行。

在UBF厌氧生物反应器的设计上，吸取了UASB反应器(升流式厌氧污泥床简称UASB反应器)的一些特点，在UBF厌氧生物反应器下部布水管与滤料层之间，留出1～2米的空间，以便悬浮状态的絮状污泥和颗粒污泥能在其中生长、积累。UBF厌氧生物反应器滤料层的填料采用软性填料，填料高度为1～2m。

为了防止UBF厌氧生物反应器的堵塞，采取了两条措施：①选择孔隙度较大的软性填料，严格控制进水悬浮物的浓度；②在UBF厌氧生物反应器下部安装液下均质搅拌机，改变反应池底部污泥的分布及进水的流态，减少局部堵塞现象的发生。

UBF厌氧生物反应器具有如下特点：①同传统UBF厌氧生物反应器相比，减少了滤料层高度，降低了投资费用；②与上流式厌氧污泥床相比，可不设三相分离器，节省基建投资；③增加了反应器中总的生物固体量，提高了处理效率；④减少了滤池被堵塞的可能性，增加了设施运行的稳定性。

本工艺针对渗滤液中氨氮浓度较高的特点，采用氨吹脱法预先脱除渗滤液中高含量的氨氮，保证了后续生物处理的效果。氨吹脱法是一种最经济、最有效的脱氨工艺，通过氨吹脱，氨氮去除率保持在80％～95％之间。本工艺还针对渗滤液中有机物浓度高的特点，在脱氨流程之后选用了厌氧+好氧的工艺流程。厌氧工艺选择的UBF厌氧生物反应器在低容积负荷设计值时对渗滤液的有机物处理有效，渗滤液经UBF厌氧生物反应器厌氧处理后，渗滤液的BOD₅、COD_cr可分别下降30％和60％，UBF厌氧生物反应器出水BOD₅/COD_cr比值有较大提高，有利于后续好氧生物反应。好氧工艺选择SBR法，具有很强的耐冲击能力，A-SBR工艺对水质水量变化比较大的渗滤液处理是非常合适的。在总水力停留时间不变的条件下，将SBR改为两段好氧法运行，前级A段作用明显，后级SBR段运行稳定。A段为高负荷区，其对有机物的去除，主要是靠污泥絮体的吸附作用，生物降解作用只占1/3左右。因此，A段生物处理系统对毒物、pH值、负荷及温度等变化都有较强的适应能力。SBR承接A段的排出水，水质水量都很稳定，避免了冲击负荷、毒物等因素的影响，保证了系统的安全运行和处理效果的稳定。厌氧生物滤池处理后的渗滤液，经过A-SBR工艺处理后，COD_Cr和BOD₅的去除率分别可达82％和97％左右。

                          附图说明

图1本城市垃圾卫生填埋场渗滤液处理工艺流程图

图2UBF厌氧生物反应器结构图

图中1.滤料层，2.布水管与滤料层之间的空间，3.布水管，4.搅拌机

                        具体实施方式

下面结合深圳某垃圾卫生填埋场渗滤液处理工程实例对本工艺做进一步的说明。该场渗滤液原水水质为COD_cr：5000～10000mg/l，BOD₅：2000～4000mg/l，NH₃-N：1000～4000mg/l，SS：250mg/l

如图1所示，由管道收集的渗滤液送至投药混合池内，渗滤液同石灰混合后自流进入一级反应沉淀池，使投加的石灰同渗滤液充分反应，并将反应后产生的泥渣沉淀下来，此时渗滤液PH值调整为9.6～11。反应沉淀后的渗滤液由泵送至氨吹脱塔，在吹脱塔内进行脱氨反应，去除渗滤液中的氨氮，保证后续生物处理正常运行。含氨废气通过高空排气筒排放。脱氨后的渗滤液流入二级反应沉淀池，同投加的混凝剂充分反应，降低过高的PH值使之呈中性，并使反应后产生的悬浮物沉淀。经调酸后的渗滤液进入UBF厌氧生物反应器，UBF厌氧生物反应器出水自流进入A-SBR反应池的A段曝气池，初步去除其中有机污染物。经A段好氧处理的渗滤液自流进入SBR段水量调节池，用泵送至SBR段反应池进行生物反应，进一步去除COD_Cr、氨氮、色度等。处理达标后的渗滤液排入市政污水管网。

上述工艺流程中的氨吹脱，可以是空气吹脱和蒸汽吹脱。对垃圾渗滤液空气吹脱更经济和有效，氨吹脱塔选用规整填料塔作为氨吹脱吸收单元的设备。

上述工艺流程中的UBF厌氧生物反应器分为4个单池，单格有效容积达900m³，总水力停留时间约为5天，设计容积负荷1.13kgCOD/m³.d。UBF厌氧生物反应器下部安装液下均质搅拌机4，在UBF厌氧生物反应器下部布水管3与滤料层1之间，留出1.8m的空间2，滤料层1的填料采用软性纤维填料，填料高度1.5m。

上述工艺流程中A-SBR反应池，A段为一个池子，SBR段可分为3个池子。A段为高负荷好氧生物处理，总水力停留时间约为6小时，其中曝气反应段水力停留时间3小时，其余为沉淀部分，设计污泥负荷为2kgBOD/kgMLSS.d。SBR反应池，每个SBR反应池每天运行两班，每班运行时间为12小时，SBR反应池设计污泥负荷为0.37kgBOD/kgMLSS.d。

该垃圾填埋场经本工艺处理之后，COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TN分别降为为600mg/L、60mg/L、10mg/L、100mg/L左右。处理后排水的各项指标达到或低于国标《GB16889-1997生活垃圾填埋污染控制标准》中的三级排放限值。