一种生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理的装置

摘要

本发明提出了一种生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理的装置，包含：改良厌氧调节池，预处理渗滤液；回灌区，连接该改良厌氧调节池，进一步处理渗滤液；矿化垃圾反应床，连接该回灌区，吸附、降解渗滤液；高级氧化池，连接该矿化垃圾反应床，渗滤液在该高级氧化池中产生化学反应；高级吸附沉淀池，连接该高级氧化池，其中设置活性炭，吸附渗滤液中的沉淀；人工湿地，连接该高级吸附沉淀池，进一步利用生物方法处理渗滤液；生态景观处理池，连接该人工湿地，进一步处理渗滤液。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其针对高浓度生活垃圾填埋场渗滤液的处理。

背景技术

垃圾渗滤液是垃圾填埋场伴生的二次污染物，主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多物理因素、化学因素以及生物因素等可能影响到渗滤液的性质，比如：垃圾成分性质、填埋场结构、填埋方法、垃圾填埋场场龄、降雨及雨水径流、填埋时间、填埋方式、填埋场表面状况的影响；所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。

国内多个生活垃圾卫生填埋场运行数据表明，渗滤液主要特点有：

①污染物种类多，浓度高(COD_Cr浓度超过10000mg/L)；

②水质水量波动大；

③氨氮浓度高(一般可高于1500mg/L)。

由上述可见，垃圾渗滤液的组分复杂，污染物浓度高、色度大、毒性强，不仅含有大量有机污染物，还含有各类重金属污染物，是一种成分复杂的高浓度有机废水。垃圾渗滤液如果处置不当，不但影响地表水的质量，还会危及地下水的安全，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。

以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可少的。

鉴于上述特点，渗滤液处理应满足如下要求：

①具备很高的氨氮去除能力；

②具备高负荷渗滤液处理能力；

③具备较强的适应性、灵活性(能够适应水质波动)，保证出水的稳定性。

在我国，垃圾卫生填埋发展的较晚，二十世纪八十年代中后期各级政府开始规划筹建比较规范的垃圾填埋场。因此渗滤液处理厂的建设起步较晚。这个时期填埋场渗滤液处理工艺大多参照常规城市污水处理工艺设计、建造；对渗滤液的特殊性考虑不够，未考虑渗滤液的变化特性，仅在填埋初期有些效果，但是随着填埋时间的延长，垃圾渗滤液的浓度越来越高，成分越来越复杂，渗滤液可生化性变差，处理效果明显变差。

渗滤液治理的重点是COD和氨氮，尤其是氨氮的处理。渗滤液中的氨氮浓度随着垃圾填埋年限的增加而增加，可高达3000mg/l左右。当氨氮浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。较高的氨氮浓度还导致营养元素比例失调。对生化处理，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。C/N值也常出现失调情况，水质变化大，增加了生物处理的难度。

另外，渗滤液在进行生化处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正常进行。由于渗滤液中含有较多难降解有机物，一般在生化处理后，COD浓度仍在500-2000mg/L范围内。

随着我国固体废物管理制度体系的进一步完善，各级政府和广大人民环保意识的加强，原有的国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997)已不能满足环境保护的要求。修订后的《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)要求“2011年7月1日起，现有全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行表2规定的水污染排放浓度限值”。其中CODcr＝100mg/L，氨氮＝25mg/L。实际运行经验表明垃圾渗滤液用常规的生物处理是难以达标排放的。

垃圾渗滤液处理一直是世界上公认的难题。在我国，迄今为止，大量生活垃圾填埋场渗滤液处理方法均达不到高效低耗的水平。

生活垃圾填埋场渗滤液处理至今仍是国内外面临的难题。其处理关键是污水中的高浓度有机污染物和氨氮。从污染物去除角度分析，垃圾渗滤液处理基本可分为两段：前端处理和末端深度处理。前端处理指高浓度到低浓度去除段(一般COD≥10000mg/L到≤1000mg/L)，主要去除渗滤液中的易生化降解物质；末端深度处理指低浓度到排放标准去除段(一般COD≤1000mg/L到≤100mg/L)，主要去除渗滤液中的难降解物质。

前端处理段以生物处理方法为主，主要有氨吹脱、UASB+SBR、MBR工艺等，目前研究主要聚焦于生物反应器填埋。国外生物反应器填埋已有一定的工程规模应用。国内研究主要有国家“十五”863计划课题——“城市生活垃圾生态填埋成套化技术及设备”和矿化垃圾床课题研究。目前生态填埋的理论研究尚待成功工程应用实证；矿化垃圾床研究已得到一定的工程应用，但现有结构因占地面积大、臭气大等问题仍存在改进之处。末端处理研究主要以物化方法为主。有电解、高级氧化、膜过滤等技术，目前国内应用较多的是RO、NF膜处理，其运行存在浓缩液处理难问题。

国外目前得以较多生产性规模应用的是生物处理(主要为UASB+SBR)后接芦苇滩涂深度处理系统，欧洲主要国家仍采用渗滤液与城市生活污水合并处理的方法。

随着《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)的颁布，国内目前在用的、达到GB16889-2008排放要求的垃圾渗滤液处理工艺主要有“MBR+膜处理”、“UASB+SBR+膜处理”、“氨吹脱+A/SBR+膜处理”。这些工艺均存在如下问题：①前端处理能耗高；②末端深度处理采用膜处理技术，浓缩液处理困难。因此渗滤液处理成本高，对中小型生活垃圾卫生填埋场而言，因渗滤液成本增加而大大提高了填埋场的处理成本。

因此，开发低能耗、高稳定性、可工程应用的渗滤液处理工艺势在必行。

因此，目前存在一个亟待解决的技术需求：发明一种生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理的装置与方法，既使排放标准符合《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)又降低处理成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理的装置，解决现有的技术缺陷，使渗滤液处理后符合《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)的同时降低处理成本。本发明的技术方案如下：

一种生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理的装置，其特征在于，包含：

改良厌氧调节池，预处理渗滤液；

回灌区，连接该改良厌氧调节池，进一步处理渗滤液；

矿化垃圾反应床，连接该回灌区，吸附、降解渗滤液；

高级氧化池，连接该矿化垃圾反应床，渗滤液在该高级氧化池中产生化学反应；

高级吸附沉淀池，连接该高级氧化池，其中设置活性炭，吸附渗滤液中的沉淀；

人工湿地，连接该高级吸附沉淀池，进一步利用生物方法处理渗滤液；

生态景观处理池，连接该人工湿地，进一步处理渗滤液。

本发明的优点是：

(1)运行稳定，灵活性强。

(2)抗水质、水量冲击负荷能力强。

(3)充分利用垃圾场中的垃圾以废治废，使得建设成本节省30％以上，运行成本节省30％以上。

(4)减少了高污染的生活垃圾填埋场渗沥液的排放总量，减少环境水体的污染负荷，解决环境污染问题，实现环境友好。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

图1为本发明生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理装置的示意图。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图示仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，为本发明生活垃圾填埋场渗滤液生物物化处理装置的示意图。本装置包括改良厌氧调节池101，回灌区102，矿化垃圾反应床103，高级氧化池104，高级吸附沉淀池105，人工湿地106，生态景观处理池107。

垃圾填埋场所产生的渗滤液COD和氨氮含量很高。例如COD≥30000mg/L，氨氮浓度3000mg/l。

本发明将这种高COD和氨氮含量的渗滤液首先输入到改良厌氧调节池101。改良厌氧调节池101具有HDPE(高密度聚乙烯)盖，在防止臭气散发的同时造成了内部的厌氧环境，利用厌氧微生物的降解作用降低渗滤液COD浓度；并且使有些难降解的物质在厌氧反应后变得易于降解，提高了可生化性。

经过改良厌氧调节池101的预处理之后，渗滤液COD将维持在12000mg/L左右，已经大幅降低了垃圾渗滤液的浓度，有助于下一步的后续处理。

改良厌氧调节池101匀速地、稳定地向回灌区102输送处理后的渗滤液。这样，即使渗滤液产生量有时大、有时小，本发明处理渗滤液的速度也基本保持稳定。

回灌区102建造在垃圾填埋场上，选用垃圾填埋场上方2～4米的垃圾来建造。填充物由下至上依次为防渗层、碎石层、垃圾层、覆盖层。碎石层间布有多个HDPE多孔管作为出水收集管，收集管收集到的渗滤液最后汇总于收集井中。

渗滤液的性质特点受垃圾的性质、地表径流情况、垃圾填埋场场龄、降雨及雨水径流、填埋时间、填埋场表面状况的影响很大，为了适应不同的渗滤液成分，本发明回灌区102由厌氧回灌区102A和好氧回灌区102B组成。厌氧回灌区102A采用HDPE薄膜覆盖加强其厌氧效果，当进水渗滤液15000mg/L≤COD≤20000mg/L且氨氮≤2000mg/L时，控制水力负荷为5～100L渗滤液/m³垃圾·天，进水周期为1～12小时/次，每次进水约1～60min。

好氧回灌区102B设置有鼓风系统，布置于垃圾层下端，以保证其好氧效果，当进水渗滤液COD≤15000mg/L且氨氮≤2000mg/L时，水力负荷为5～100L渗滤液/m³垃圾·天，进水周期为1～12小时/次，每次进水约1～60min。

改良厌氧调节池101通过单向阀A连接到厌氧回灌区102A，通过单向阀B连接到好氧回灌区102B。厌氧回灌区102A通过单向阀C连接好氧回灌区102B。在厌氧回灌区102A出口设置单向阀D和水质监测点。

采用如上设置，可以对不同污染程度的渗滤液采用不同的处理方法。

例如COD与氨氮含量很高的渗滤液，可选择将单向阀A打开，而将单向阀B关闭，这样，渗滤液先进入厌氧回灌区102A。在这里先发生厌氧反应，消除部分的COD和氨氮。然后再水质监测点监测经厌氧回灌区102A的处理之后的水质是否达到后续处理的指标范围。若已经达到，则打开单向阀D，渗滤液直接进入下一个处理环节。若未达到，则关闭单向阀D，开启单向阀C，渗滤液将由厌氧回灌区102A流进好氧回灌区102B，继续进行好氧反应，进一步消除COD和氨氮。

而如果渗滤液性质改变了，不需要厌氧反应了，那么将单向阀A关闭，而将单向阀B打开，这样，渗滤液直接进入好氧回灌区102B。

该区出水可以维持在COD≤4000mg/L，NH₃-N≤900mg/L，同时受季节影响较小。

渗滤液经回灌区102的处理之后，水质达到COD在5000mg/L以下，进入矿化垃圾反应床103。

矿化垃圾是城市生活垃圾经过多年的填埋封场，在物理、化学和生物的作用下逐渐形成的多孔松散、比表面积较大、富含腐殖质和微生物的稳定化垃圾。矿化垃圾形成时间根据具体情况不同，一般是8～12年以上的填埋后形成。矿化垃圾的性质：有机质含量9～16％(粒径＜40mm干垃圾)，阳离子交换量60～80毫克当量/100g(粒径＜40mm干垃圾)，粒径＜40mm，其中粒径＜25mm占35～40％，水力渗透系数0.9～1.2cm/min，pH为7～8，原生垃圾中粉煤灰含量应＜10％。矿化垃圾反应床103就是以矿化垃圾为生物填料的生物滤池。

在本发明的其中一个较佳实施例中，矿化垃圾为筛分细料：填埋龄约10a左右，粒径≤40mm，含水率≤30％，无粗大物料和异味，细小塑料、碎玻璃、碎石头和无机颗粒等含量较少，细粒部分状似土壤类物质，色泽灰黑、有砂质感、颗粒蓬松分散、质粒较均匀。

矿化垃圾装填于各种构型的反应器，反应器的材质可以为有机玻璃。反应器置于浇注混凝土坝上。

渗滤液在矿化垃圾反应床103中进行反应，这是一个先吸附后降解的过程。矿化垃圾反应床103对有机物的稳态净化性能主要是通过生物作用的结果，相对于吸附过程，有机物的生物降解相对缓慢；矿化生物反应床对有机物去除的非生物作用(主要是吸附作用)只是使有机物在反应床中累积，对有机物的去除主要是在落干期通过生物降解作用完成的。有机物在矿化垃圾生物反应床的生物降解是以好氧生物为主导的生物降解过程。该区域加强了COD的去除，同时有效地进一步去除氨氮。

在本发明的一个较佳实施例中，控制进水条件为进水COD在2000～4000mg/L，氨氮在600～2000mg/L，水力停留时间(HRT)为1-10小时，进水周期为1～12小时/次，每次进水约1～60min。

经矿化垃圾反应床103处理后，出水可以维持在COD≤600mg/L，NH3-N≤25mg/L。

经矿化垃圾反应床103处理后的渗滤液依次进入高级氧化池104和高级吸附沉淀池105进行物化反应。高级催化氧化和吸附沉淀两者的有效结合进一步降低了COD负荷，同时减少了处理成本和减少二次污染。

高级氧化池104的第一部分是由铁铜原电池组成的预处理系统，即化学催化系统，第二部分为Fenton试剂法的高级氧化处理系统。本发明第一阶段确定Fenton氧化的工艺参数，第二阶段在Fenton氧化步骤前加铁铜微电解工艺，同时制备Fenton氧化法需要的亚铁离子。

高级吸附沉淀池105为活性炭吸附系统。在调节PH值进行混凝沉淀的同时，采用粉末活性炭吸附部分污染物，强化处理效果。

本发明的一个较佳实施例中，控制进入高级氧化池104的渗滤液COD在500mg/L以下，氨氮50mg/L以下。

经高级氧化池104和高级吸附沉淀池105的物化反应处理后的出水COD≤120mg/L。

高级吸附沉淀池105排出的渗滤液进入人工湿地106，用生态处理的方式进一步处理污水，强化前期处理，以保证出水达标排放。

在本发明一个较佳的实施例中，人工湿地106的主要技术参数：

面积        705m²

深度        1.0m

主要种植植物：花叶芦竹；美人蕉；海桐；小叶黄杨。

进入人工湿地的水体应当基本达到一级排放要求，同时保持湿地作物的完好生长。

该区出水COD≤100mg/L。

之后，渗滤液进入生态景观处理池107进一步处理。在本发明一个较佳的实施例中，生态景观处理池107的主要技术参数：

上口面积：        3050平方米

正常水位：        4～8米

保持正常水位以保证池内兼氧塘效果。

整个系统日处理量约在80～120t/d。

由上述说明可见：本发明运行成本主要集中在高级氧化池104和高级吸附沉淀池105的药剂成本，但已经大大低于现有技术的成本，例如膜法的动力成本。本发明装置运行稳定，灵活性强；渗滤液回灌区和矿化垃圾反应床充分利用垃圾场中的垃圾以废治废，有效降低了前期的建设和运行成本。本发明较现有技术建设成本节省30％以上，运行成本节省30％以上。

通过本发明的实施，开发低能耗、稳定达标的生态型垃圾渗沥液处理装置，为中小型生活垃圾卫生填埋场渗沥液处理开辟新途径，减少了高污染的生活垃圾填埋场渗沥液的排放总量，减少环境水体的污染负荷，解决环境污染问题，实现环境友好。

应当理解的是，上述对实施例的详细说明仅为了理解本发明，对本领域普通技术人员而言，可以根据上述说明加以改进或变换，所有达到此目的的改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。